阅读说明：本技术 一种基于交错并联的改进型三相混合整流器 (A kind of improved three-phase mixed-rectification device based on crisscross parallel ) 是由 颜景斌 赵耀 李森铎 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于交错并联的改进型三相混合整流器,包括整流桥Q、输入滤波电路E、谐波注入电路B、DC-DC Buck斩波器、交错并联电路P、负载R<Sub>0</Sub>,与传统的三相整流器相比,提高了输入电流谐波率,具有很高的电压增益和良好的电压调整率,并通过增加交错并联组成双通道,使得整流器具有更低的开关应力、更大的输出功率和更小的电流纹波,进一步提升整流器的效率和功率密度,应用前景非常广泛。(The present invention provides a kind of improved three-phase mixed-rectification device based on crisscross parallel, including rectifier bridge Q, input filter circuit E, harmonic injection circuit B, DC-DC Buck chopper, crisscross parallel circuit P, load R 0 Compared with traditional three-phase rectifier, improve Harmonics of Input rate, with very high voltage gain and good voltage regulation factor, and binary channels is formed by increasing crisscross parallel, so that rectifier has lower switch stress, bigger output power and smaller current ripples, the efficiency and power density of rectifier are further promoted, application prospect is very extensive.)

一种基于交错并联的改进型三相混合整流器

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种基于交错并联的改进型三相混合整流器。

背景技术

近些年来，功率半导体器件及控制技术得到快速的发展，并在电力电子领域得到泛应用，随着技术的不断革新，各种电力电子设备应运而生。整流器是一种利用电力电子开关将交流电能转换成直流电的装置，可以把交流电能转化成人们需要利用的直流电能，随着整流技术的发展，在一些关键技术领域已经有了很大的进步，但是传统的整流电路有很多的缺点。

随着电力电子装置的不断发展，对电网中的谐波治理也提出了更高的要求。对于传统单相的二极管不可控整流电路而言，交流侧电流含有大量谐波，导致电路的功率因数不高，效率也比较低，由于这些存在的缺点，已不能满足高电能质量的需求。

功率因数校正(PFC)技术是一种有效的谐波抑制手段。传统的三相PFC整流器一般采用升压型电路，但其输出电压高，对功率开关器件的电压应力要求高，不利于后级电路。降压型PFC整流器装置体积小，功率密度越来越大，有更快的动态响应，可靠性也得到很大的提升，同时电流畸变率小，功率因数高，具有浪涌电流保护，目前随着对功耗要求提高，该类电路越来越受到关注。

随着整流技术的发展迅猛，传统的整流器拓扑已不能满足要求。因此，功率因数校正级尚且不完善，总谐波畸变率高，输出效果不理想，对于新型整流器的研究，逐渐成为了趋势，新型整流器必须保证单位功率因数运行的同时，有很高的电压增益和良好的电压调整率，有更低的开关应力、更大的输出功率和更小的电流纹波。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，此电路可以保证单位功率因数运行的同时，有更低的开关应力、更大的输出功率和更小的电流纹波。本发明的实施例采用如下技术方案，具体如下：

本发明提供了一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，包括整流桥Q，输入滤波电路E，由6个二极管和6个IGBT组成的谐波注入电路B，由第一开关管(T₁)、第二开关管(T₂)、第一电感(L₁)、第二电感(L₂)、第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)和电容(C)组成的上下串接的DC-DC Buck斩波器，由第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)、第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)、第一电感(L_m1)、第二电感(L_m2)和电容(C_o)组成的交错并联电路P，负载R₀。

根据所述的一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于包括：整流桥Q，由6个二极管和6个IGBT组成的谐波注入电路B，其中连接方式为第一IGBT(S_x1)的发射极与第二IGBT(S_x2)的集电极连接，第一二极管(D_x1)的阳极与第二二极管(D_x2)的阳极连接，第一IGBT(S_x1)的集电极与第一二极管(D_x1)的阴极连接，第二IGBT(S_x2)的集电极与第二二极管(D_x2)的阴极连接；第三IGBT(S_y1)的发射极与第四IGBT(S_y2)的集电极连接，第三二极管(D_y1)的阳极与第四二极管(D_y2)的阳极连接，第三IGBT(S_y1)的集电极与第三二极管(D_y1)的阴极连接，第四IGBT(S_y2)的集电极与第四二极管(D_y2)的阴极连接；第五IGBT(S_z1)的发射极与第六IGBT(S_z2)的集电极连接，第五二极管(D_z1)的阳极与第六二极管(D_z2)的阳极连接，第五IGBT(S_z1)的集电极与第五二极管(D_z1)的阴极连接，第六IGBT(S_z2)的集电极与第六二极管(D_z2)的阴极连接；第七二极管(D₁)的阳极与第八二极管(D₂)的阴极连接；第七二极管(D₁)的阳极与第二二极管(D_x2)的阴极、第四二极管(D_y2)的阴极、第六二极管(D_z2)的阴极连接。

根据所述的一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于所述的DC-DC Buck电路由第一开关管(T₁)、第二开关管(T₂)、第一电感(L₁)、第二电感(L₂)、第七二极管(D₁)、第八二极管(D₂)和电容(C)组成；第一开关管(T₁)的集电极与整流桥(Q)的共阴极连接；第二开关管(T₂)的发射极与整流桥(Q)的共阳极连接；第一电感(L₁)的一端与第一开关管(T₁)的发射极、第七二极管(D₁)的阴极连接；第一电感(L₁)的另一端与第一电容(C)连接；第一电容(C)的另一端与第二电感(L₂)的一端连接；第二电感(L₂)的另一端与第八二极管(D₂)的阳极、第二开关管(T₂)的集电极连接。

根据所述的一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于所述的交错并联电路由第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)、第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)、第一电感(L_m1)、第二电感(L_m2)和电容(C_o)构成；第一电感(L₁)的一端分别与第一电容(C)的一端、电容(C_o)的一端、第一开关管(Q₁)、第三开关管(Q₃)、第五开关管(Q₅)、第七开关管(Q₇)的漏级连接；第二电感(L₂)的一端分别与第一电容(C)的另一端、电容(C_o)的另一端与第二开关管(Q₂)、第四开关管(Q₄)、第六开关管(Q₆)、第八开关管(Q₈)的源级连接；第一电感(L_m1)的一端与第一开关管(Q₁)的源级、第二开关管(Q₂)的漏级连接、第一电感(L_m1)的另一端与第三开关管(Q₃)的源级、第四开关管(Q₄)的漏级连接；第二电感(L_m2)的一端与第五开关管(Q₅)的源级、第六开关管(Q₆)的漏级连接，第二电感(L_m2)的另一端与第七开关管(Q₇)的源级、第八开关管(Q₈)的漏级连接。

优选的，所述一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于所述整流桥Q和所述DC-DC Buck斩波器可通过控制第一开关管(T₁)、第二开关管(T₂)，实现整流功能，采用高频PWM调制技术，由于器件的开通和关断状态可以控制，这种电路的优点是可以得到与输入电压同相位的输入电流，也就是输入功率因数为1，输入电流的谐波含量可以接近为零。

优选的，所述一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于所述交错并联电路可通过控制第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)、第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)实现输出电压的升降，输出电压范围广，具有很高的电压调整率和负载调整率，并且通过将电流相位错位叠加，可有效降低输出电流纹波。

本发明有以下有益效果：采用该技术方案后，能实现单位功率因数运行，全电压范围可调，并通过增加交错并联组成双通道，使得整流器具有更低的开关应力、更大的输出功率和更小的电流纹波，进一步提升整流器的效率和功率密度，可靠性大大提高，具有重大的理论和现实意义。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为一种基于交错并联的改进型三相混合整流器的结构图。

图2为改进型三相混合整流器第一、第二开关管对应开关状态为(ON,ON)的等效电路图。

图3为改进型三相混合整流器第一、第二开关管对应开关状态为(ON,OFF)的等效电路图。

图4为改进型三相混合整流器第一、第二开关管对应开关状态为(OFF,ON)的等效电路图。

图5为改进型三相混合整流器第一、第二开关管对应开关状态为(OFF,OFF)的等效电路图。

图6改进型三相混合整流器的交错并联电路升压过程第一阶段。

图7改进型三相混合整流器的交错并联电路升压过程第二阶段。

图8改进型三相混合整流器的交错并联电路升压过程第三阶段。

图9改进型三相混合整流器的交错并联电路升压过程第四阶段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当注意，在此所述的实施例仅为本发明的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性。

本发明提供了一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，如图1所示，包括整流桥Q，输入滤波电路E，由6个二极管和6个IGBT组成的谐波注入电路B，由第一开关管(T₁)、第二开关管(T₂)、第一电感(L₁)、第二电感(L₂)、第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)和电容(C)组成的上下串接的DC-DC Buck斩波器，由第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)、第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)、第一电感(L_m1)、第二电感(L_m2)和电容(C_o)组成的交错并联电路P，负载R₀。

根据所述的一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于包括：整流桥Q，由6个二极管和6个IGBT组成的谐波注入电路B，其中连接方式为第一IGBT(S_x1)的发射极与第二IGBT(S_x2)的集电极连接，第一二极管(D_x1)的阳极与第二二极管(D_x2)的阳极连接，第一IGBT(S_x1)的集电极与第一二极管(D_x1)的阴极连接，第二IGBT(S_x2)的集电极与第二二极管(D_x2)的阴极连接；第三IGBT(S_y1)的发射极与第四IGBT(S_y2)的集电极连接，第三二极管(D_y1)的阳极与第四二极管(D_y2)的阳极连接，第三IGBT(S_y1)的集电极与第三二极管(D_y1)的阴极连接，第四IGBT(S_y2)的集电极与第四二极管(D_y2)的阴极连接；第五IGBT(S_z1)的发射极与第六IGBT(S_z2)的集电极连接，第五二极管(D_z1)的阳极与第六二极管(D_z2)的阳极连接，第五IGBT(S_z1)的集电极与第五二极管(D_z1)的阴极连接，第六IGBT(S_z2)的集电极与第六二极管(D_z2)的阴极连接；第七二极管(D₁)的阳极与第八二极管(D₂)的阴极连接；第七二极管(D₁)的阳极与第二二极管(D_x2)的阴极、第四二极管(D_y2)的阴极、第六二极管(D_z2)的阴极连接。

根据所述的一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于所述的DC-DC Buck电路由第一开关管(T₁)、第二开关管(T₂)、第一电感(L₁)、第二电感(L₂)、第七二极管(D₁)、第八二极管(D₂)和电容(C)组成；第一开关管(T₁)的集电极与整流桥(Q)的共阴极连接；第二开关管(T₂)的发射极与整流桥(Q)的共阳极连接；第一电感(L₁)的一端与第一开关管(T₁)的发射极、第七二极管(D₁)的阴极连接；第一电感(L₁)的另一端与第一电容(C)连接；第一电容(C)的另一端与第二电感(L₂)的一端连接；第二电感(L₂)的另一端与第八二极管(D₂)的阳极、第二开关管(T₂)的集电极连接。

根据所述的一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于所述的交错并联电路由第一开关管(Q₁)、第二开关管(Q₂)、第三开关管(Q₃)、第四开关管(Q₄)、第五开关管(Q₅)、第六开关管(Q₆)、第七开关管(Q₇)、第八开关管(Q₈)、第一电感(L_m1)、第二电感(L_m2)和电容(C_o)构成；第一电感(L₁)的一端分别与第一电容(C)的一端、电容(C_o)的一端、第一开关管(Q₁)、第三开关管(Q₃)、第五开关管(Q₅)、第七开关管(Q₇)的漏级连接；第二电感(L₂)的一端分别与第一电容(C)的另一端、电容(C_o)的另一端与第二开关管(Q₂)、第四开关管(Q₄)、第六开关管(Q₆)、第八开关管(Q₈)的源级连接；第一电感(L_m1)的一端与第一开关管(Q₁)的源级、第二开关管(Q₂)的漏级连接、第一电感(L_m1)的另一端与第三开关管(Q₃)的源级、第四开关管(Q₄)的漏级连接；第二电感(L_m2)的一端与第五开关管(Q₅)的源级、第六开关管(Q₆)的漏级连接，第二电感(L_m2)的另一端与第七开关管(Q₇)的源级、第八开关管(Q₈)的漏级连接。

根据所述的一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于谐波注入电路每一路开关管开通都将对应四种工作模式，通过PWM调制可以实现输入电流的跟踪输入电压，实现功率因数的矫正，其中以第三IGBT(S_y1)和第四IGBT(S_y2)开通为例：

第一工作状态

直流母线电感电流I_DC将会流经交流三相中的两相或经续流二极管保持续流状态，当第一开关管(T₁)和第二开关管(T₂)的开关状态为(ON,ON)，如图2所示，则有：

I_A＝I_DC，I_B＝0，I_C＝-I_DC

对应整流器网侧电流的空间矢量为：

第二工作状态

当第一开关管(T₁)和第二开关管(T₂)的开关状态为(ON,OFF)，如图3所示，则有：

I_A＝I_DC，I_B＝-I_DC，I_C＝0

对应整流器网侧电流的空间矢量为：

第三工作状态

当第一开关管(T₁)和第二开关管(T₂)的开关状态为(OFF,ON)，如图4所示，则有：

I_A＝0，I_B＝I_DC，I_C＝-I_DC

对应整流器网侧电流的空间矢量为：

第四工作状态

当第一开关管(T₁)和第二开关管(T₂)的开关状态为(OFF,OFF)，如图5所示，则有：

I_A＝0，I_B＝0，I_C＝0

对应整流器网侧电流的空间矢量为：

根据所述的一种基于交错并联的改进型三相混合整流器，其特征在于所述交错并联电路可实现升降压，输出电压范围广，其中以升压过程为例，共分为四个阶段：

第一阶段

t₀～t₁输入电流流过两个回路，如图6所示:一路是经过第一开关管(Q₁)、第一电感(L_m1)、第四开关管(Q₄)；另一路是经过第五开关管(Q₅)、第二电感(L₂)、第八开关管(Q₈)；电容(C_o)对负荷负载R₀供电。

第二阶段

t₁～t₂输入电流流过两个回路，如图7所示:一路是经过第一开关管(Q₁)、第一电感(L_m1)、第四开关管(Q₄)；另一路是经过第五开关管(Q₅)、第二电感(L₂)、第七开关管(Q₇)，该电流对电容(C_o)充电，对负荷负载R₀供电。

第三阶段

t₂～t₃输入电流流过两个回路，如图8所示:一路是经过第一开关管(Q₁)、第一电感(L_m1)、第四开关管(Q₄)；另一路是经过第五开关管(Q₅)、第二电感(L₂)、第八开关管(Q₈)；电容(C_o)对负荷负载R₀供电。

第四阶段

t₃～t₄输入电流流过两个回路，如图9所示:一路是经过第一开关管(Q₁)、第一电感(L_m1)、第三开关管(Q₃)，该电流对电容(C_o)充电，对负荷负载R₀供电；另一路是经过第五开关管(Q₅)、第二电感(L₂)、第八开关管(Q₈)。

以上对本发明的实施例进行了描述，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是所述技术方案的限制，所以本发明并不局限于上述的具体实施方式，所有本领域普通技术人员在不脱离本发明宗旨和构思的前提下，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。