CN102447404A - 一种三相ac-dc全桥高频变换器 - Google Patents

一种三相ac-dc全桥高频变换器 Download PDF

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黄文新
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本发明公开了一种三相AC-DC全桥高频变换器，属于高频变换器的技术领域。所述三相AC-DC全桥高频变换器由三个单相AC-DC全桥高频变换模块的输出端串联连接后再经过一级滤波电路组成，变换器的输入端采用星形接法与电网三相进线连接，变换器的输入整流滤波电容使用10uF级非电解薄膜电容，不需要PFC电路即可达到较高的功率因数，变换器为单级结构，主要元器件的电压应力较低，提高了高频变换器的可靠性和功率密度。

Description

一种三相AC-DC全桥高频变换器
技术领域
本发明涉及一种三相AC-DC全桥高频变换器，属于高频变换器的技术领域。 
背景技术
电力电子技术的发展带动了电源变换技术的发展，各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源、军事装备，交通设施，工业设备等领域都已广泛使用了开关电源，取得了显著的经济效益和社会效益。 
现有的电源电路存在高压滤波电容的容值较大、电源的功率密度低、元器件电压应力大、高压滤波电容工作寿命较短的缺陷。随着信息产业的发展，传统工业的改造，以及人们对节约能源和保护环境给予越来越多的重视，探索具有高可靠性、高功率因数和高功率密度的新型开关电源技术具有重要意义。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种三相AC-DC全桥高频变换器。 
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案： 
一种三相AC-DC全桥高频变换器包括：三个单相AC-DC全桥高频变换模块、一级滤波电路；所述三个单相AC-DC全桥高频变换模块的输入端分别与电网侧三相进线连接，所述三个单相AC-DC全桥高频变换模块的输出端串联后与一级滤波电路连接； 
其中，每个单相AC-DC全桥高频变换模块包括输入整流滤波电路、逆变桥电路、高频整流滤波电路，所述输入整流滤波电路、逆变桥电路、高频整流滤波电路依次连接。 
所述三相AC-DC全桥高频变换器的输入整流滤波电路包括：第一至第四二极管，输入滤波电容；所述逆变桥电路包括第一至第四功率开关管；所述高频整流滤波电路包括；谐振电感、高频变压器、隔直电容、第五至第六二极管、滤波电感，输出滤波电容；其中： 
所述第一二极管的阳极与第二二极管的阴极连接，第三二极管的阳极与第四 二极管的阴极连接，第一二极管的阴极、第三二极管的阴极分别与输入滤波电容的正极连接，第二二极管的阳极、第四二极管的阳极分别与输入滤波电容的负极连接； 
所述第一功率开关管的发射极与第二功率开关管的集电极连接，第三功率开关管的发射极与第四功率开关管的集电极连接，第一功率开关管的集电极与第三功率开关管的集电极连接，第二功率开关管的发射极与第四功率开关管的发射极连接； 
所述谐振电感的两端分别与第三功率开关管的发射极、高频变压器原边绕组的同名端连接，所述隔直电容的两极分别与第一功率开关管的发射极、高频变压器原边绕组的非同名端连接； 
所述高频变压器第一副边绕组的同名端与第五二极管的阳极连接，高频变压器第二副边绕组的非同名端与第六二极管的阳极连接，第五二极管的阴极分别与第六二极管的阴极、滤波电感的一端连接，滤波电感的另一端与输出滤波电容的正极连接，输出滤波电容的负极分别与高频变压器第一副边绕组的非同名端、高频变压器第二副边绕组的同名端连接。 
所述的三相AC-DC全桥高频变换器中，三个单相AC-DC全桥高频变换电路的输入点采用星形接法与三相电网进线相连接。 
所述三相AC-DC全桥高频变换器中，输入整流滤波电路中的输入滤波电容为10uF级非电解薄膜电容。 
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：三相AC-DC全桥高频变换器为单级结构，主要元器件的电压应力较低，提高了高频变换器的可靠性和功率密度。 
附图说明
图1为单相AC-DC全桥高频变换电路的示意图。 
图2为传统的三相AC-DC全桥高频变换电路的示意图。 
图3为本发明所涉及的三相AC-DC全桥高频变换器的示意图。 
图4为单相AC-DC全桥高频变换器输入电压和电流的仿真图。 
图5为负载R两端电压的仿真图。 
图6为仿真三个单相AC-DC全桥高频变换模块的输出电压波形图。 
图中标号说明：D1、D2、D3、D4D5、D6为第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，第五二极管、第六二极管，Cin为输入滤波电容，T1、T2、 T3、T4为第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管，T为高频变压器、Cdc为隔直电容、Cout为输出滤波电容，L1为谐振电感、L2为滤波电感，C为一级滤波电容、R为负载，UA、UB、UC分别为电网三相进线。 
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明： 
单相AC-DC全桥高频变换电路如图1所示，包括输入整流滤波电路、逆变桥电路、高频整流滤波电路，所述输入整流滤波电路、逆变桥电路、高频整流滤波电路依次连接。 
输入整流滤波电路包括第一至第四二极管D1、D2、D3、D4，输入滤波电容Cin。逆变桥电路包括第一至第四功率开关管T1、T2、T3、T4。高频整流滤波电路包括谐振电感L1，高频变压器T，隔直电容Cdc，第五、第六二极管D5、D6，滤波电感L2，输出滤波电容Cout。 
第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极连接，第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极连接，第一二极管D1的阴极、第三二极管D3的阴极与输入滤波电容Cin的正极连接，第二二极管D2的阳极、第四二极管D4的阳极与输入滤波电容的Cin的负极连接，第一功率开关管T1的发射极与第二功率开关管T2的集电极连接，第三功率开关管T3的发射极与第四功率开关管T4的集电极连接，第一功率开关管T1的集电极与第三功率开关管T3的集电极连接，第二功率开关管T2的发射极与第四功率开关管T4的发射极连接，谐振电感L1的两端分别与第三功率开关管T3的发射极、高频变压器T原边绕组的同名端连接，隔直电容Cdc的两极分别与第一功率开关管T1的发射极、高频变压器T原边绕组的非同名端连接，高频变压器T第一副边绕组的同名端与第五二极管D5的阳极连接，高频变压器T第二副边绕组的非同名端与第六二极管D6的阳极连接，第五二极管D5的阴极与第六二极管D6的阴极、滤波电感L2的一端连接，滤波电感L2的另一端与输出滤波电容C2的正极连接，输出滤波电容C2的负极与高频变压器T第一副边绕组的非同名端连接。该电路的缺点是高压滤波电容的容值较大，为提高电源的功率因数，一般需要体积重量较大的输入LC滤波电路，因此降低了电源的功率密度，或采用有源PFC电路。 
传统的三相AC-DC全桥高频变换电路如图2所示主要元器件电压应力较大，高压滤波电容工作寿命较短，即降低了电源的可靠性。 
如图3所示，本发明采用所设计的三相AC-DC全桥高频变换器将三个如图1所示的单相AC-DC全桥高频变换模块输出端串联连接后再与一级滤波电路连接，单相AC-DC全桥高频变换模块中的输入滤波电容采用了10uF级非电解薄膜电容。三相AC-DC全桥高频变换器的输入端采用星形接法与电网三相进线连接。 
三相AC-DC全桥高频变换器的输入为相位相差120°的三相市电UA、UB、UC，由于三个功率模块完全相同，则每个功率模块输出端电压的相位也相差120°，满足三相整流电压纹波抵消效应的条件，在相同的输出电压纹波要求下输入整流滤波电路仅需使用10uF级非电解薄膜电容，各全桥逆变电路直流母线电压脉动变化大，10uF级滤波电容充放电深度大，使三相输入电流接近正弦波，因此该变换器不需要PFC电路即可达到较高的功率因数，提高了变换器的可靠性和功率密度；此外各电源模块均为单级结构电路，与图2所示拓扑相比降低了各电源模块主要元器件的电压应力，这进一步提高了变换器的可靠性和功率密度。变换器采用一个控制电路同步控制三个功率模块结构，进一步提高了变换器的输出电源品质，且保证了各功率模块输出功率相同，即均提供三分之一总输出功率。单个功率模块设计和系统散热设计简单，易实现。各功率模块输出电压平均为总输出电压的三分之一。 
在三相AC-DC全桥高频变换器的输出端接负载R，利用Saber仿真软件对图3所示的电路进行了仿真： 
A相AC-DC全桥高频变换模块的输入电压和电流波形如图4所示，输入电压和电流的相位较一致，即功率因数较高。图5为仿真三相AC-DC全桥高频变换器负载R两端电压波形，即三个单相AC-DC全桥高频变换模块串联后输出总电压的波形。图6为仿真三个单相AC-DC全桥高频变换模块的输出电压波形。由图5和图6可以看出，虽然每个单相AC-DC全桥高频变换模块输出电压脉动幅值较大，但是三个模块串联后总电压输出脉动的幅值显著减小，这与理论分析是一致的。此外仿真为开环控制，实际电路为闭环控制，总电压输出脉动的幅值将进一步减小。 

Claims (4)

1.一种三相AC-DC全桥高频变换器，其特征在于包括三个单相AC-DC全桥高频变换模块、一级滤波电路；所述三个单相AC-DC全桥高频变换模块的输入端分别与电网侧三相进线连接，所述三个单相AC-DC全桥高频变换模块的输出端串联后与一级滤波电路连接；
   其中，每个单相AC-DC全桥高频变换模块包括输入整流滤波电路、逆变桥电路、高频整流滤波电路，所述输入整流滤波电路、逆变桥电路、高频整流滤波电路依次连接。
2.根据权利要求1所述的三相AC-DC全桥高频变换器，其特征在于：所述输入整流滤波电路包括第一至第四二极管，输入滤波电容；所述逆变桥电路包括第一至第四功率开关管；所述高频整流滤波电路包括；谐振电感、高频变压器、隔直电容、第五至第六二极管、滤波电感，输出滤波电容；其中：
    所述第一二极管的阳极与第二二极管的阴极连接，第三二极管的阳极与第四二极管的阴极连接，第一二极管的阴极、第三二极管的阴极分别与输入滤波电容的正极连接，第二二极管的阳极、第四二极管的阳极分别与输入滤波电容的负极连接；
所述第一功率开关管的发射极与第二功率开关管的集电极连接，第三功率开关管的发射极与第四功率开关管的集电极连接，第一功率开关管的集电极与第三功率开关管的集电极连接，第二功率开关管的发射极与第四功率开关管的发射极连接；
所述谐振电感的两端分别与第三功率开关管的发射极、高频变压器原边绕组的同名端连接，所述隔直电容的两极分别与第一功率开关管的发射极、高频变压器原边绕组的非同名端连接；
所述高频变压器第一副边绕组的同名端与第五二极管的阳极连接，高频变压器第二副边绕组的非同名端与第六二极管的阳极连接，第五二极管的阴极分别与第六二极管的阴极、滤波电感的一端连接，滤波电感的另一端与输出滤波电容的正极连接，输出滤波电容的负极分别与高频变压器第一副边绕组的非同名端、高频变压器第二副边绕组的同名端连接。
3.根据权利要求1所述的三相AC-DC全桥高频变换器，其特征在于：所述三个单相AC-DC全桥高频变换电路的输入点采用星形接法与三相电网进线相连接。
4.根据权利要求1所述的三相AC-DC全桥高频变换器，其特征在于：所述输入整流滤波电路中的输入滤波电容为10uF级非电解薄膜电容。
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