CN106208669A - 一种电源拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源拓扑结构，三相或多相电源，在每相中，输入源经过储能电感与自耦变压器连接，自耦变压器的另一端连接双向电子开关，双向电子开关的另一端连接两个相串联的输出电容的中点，双向电子开关中一方向的中点经过第一续流二极管连接其中一输出电容的正极，另一输出电容的负极经过第二续流二极管连接到双向电子开关中另一方向的中点。本发明提高电源装置效率和功率密度，优化了电源的EMI，同时方便器件选型，降低了相关成本。

Description

一种电源拓扑结构
技术领域
本发明涉及功率转换技术领域，具体的说，是涉及一种电源拓扑结构。
背景技术
目前采用的三相或者多相有源功率因数校正采用维也纳整流电路。如图1所示，而现有的结构为：在每相中，输入源直接经过升压电感连接一电子开关，电子开关输出端分别连接二极管和输出电容，在此种电路的电源工作过程中，开关管损耗随着频率的增加而增加，同时电源EMI滤波器件、输出电容体积的增加，抑制了电源效率提高和减小了电源功率密度。
还有一些优化上述缺陷的电路拓扑结构，但是现有的拓扑结构中，二极管反向耐压承受输出母线总电压，根据目前维也纳整流电路所使用场景，其输出电压较高（一般输出母线电压达到800V），因此续流二极管器件选型时存通用性方面不足、成本高等缺点。
上述缺陷，值得解决。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种电源拓扑结构，解决了现有技术拓扑效率低、功率密度下降、器件选型难、成本高等问题。
本发明技术方案如下所述：
一种电源拓扑结构，其特征在于，三相或多相电源，在每相中，输入源经过储能电感与自耦变压器连接，所述自耦变压器的另一端连接双向电子开关，所述双向电子开关的另一端连接两个相串联的输出电容的中点，所述双向电子开关中一方向的中点经过第一续流二极管连接其中一所述输出电容的正极，另一所述输出电容的负极经过第二续流二极管连接到所述双向电子开关中另一方向的中点。
进一步的，所述双向电子开关中一方向的中点与所述第一续流二极管的阳极连接，所述双向电子开关中另一方向的中点与所述第二续流二极管的阴极连接。
进一步的，所述自耦变压器包括两个变压器绕组或铁心柱。
更进一步的，所述储能电感与所述自耦变压器两个所述绕组串联的中点连接，两个所述绕组的另一端分别与一个所述双向电子开关连接。
进一步的，所述双向电子开关由包括两组二极管组，所述二极管组与功率管并联。
更进一步的，所述功率管为IGBT管或MOS管或GTO管或MCT管。
更进一步的，两组所述二极管组共同的阴极与所述MOS管的漏极连接，两组所述二极管组共同的阳极与所述MOS管的源极连接。
更进一步的，所述自耦变压器与所述双向电子开关中的一组所述二极管组中点连接，另一所述二极管组的中点与两个相串联的所述输出电容的中点连接。
更进一步的，两组所述二极管组的阴极与所述第一续流二极管的阳极相连，两组所述二极管组的阳极与所述第二续流二极管的阴极相连。
更进一步的，在每组的所述二极管中，第一二极管的阴极与第二二极管的阳极连接。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明提高电源装置效率和功率密度，优化了电源的EMI，同时方便器件选型，降低了相关成本。
附图说明
图1为现有技术中三相有源功率因数校正电路结构。
图2为本发明中三相电源拓扑电路的结构示意图。
图3为本发明中双向电子开关的结构图。
图4-10为图2不同状态下的电流回路示意图。
图11为本发明三相电压循环及所指示的时间点的示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
如图2所示，一种电源拓扑结构，三相或多相电源，在每相中，输入源经过储能电感与升压自耦变压器连接，自耦变压器的另一端连接双向电子开关，双向电子开关的另一端连接两个相串联的输出电容的中点，即公共点M。优选的，自耦变压器由两个绕组组成。储能电感与自耦变压器两个绕组串联的中点连接，两个绕组的另一端分别与一个双向电子开关连接。
双向电子开关中一方向的中点经过第一续流二极管连接其中一输出电容的正极，另一输出电容的负极经过第二续流二极管连接到双向电子开关中另一方向的中点。优选的，双向电子开关中一方向的中点与第一续流二极管的阳极连接，双向电子开关中另一方向的中点与第二续流二极管的阴极连接。
如图3所示，双向电子开关由包括两组二极管组，二极管组与功率管并联，在每组的二极管中，第一二极管的阴极与第二二极管的阳极连接。
自耦变压器与双向电子开关中的一组二极管组中点连接，另一二极管组的中点与两个相串联的输出电容的中点连接，两组二极管组共同的阴极与第一续流二极管的阳极相连，两组二极管组共同的阳极与第二续流二极管的阴极相连。
功率管为IGBT管或MOS管或GTO管或MCT管。
优选的，MOS管为N沟槽MOS管，两组二极管组的阴极与MOS管的漏极连接，两组二极管组的阳极与MOS管的源极连接。
本实施例以三相PFC为例进行说明。
在A相中，储能电感LA1的一端连接到A相输入源，另一端连接到自耦变压器TA1两绕组串联的中点，自耦变压器TA1两绕组另一端分别连接到相应双向电子开关管中一组二极管组的中点，双向电子开关管另一二极管组的中点连接到输出电容C1和输出电容C2的中点（公共点M）。具体的，自耦变压器TA1的A1绕组输出端连接到二极管Dsa1和二极管Dsa3的中点，自耦变压器TA1的A2绕组的输出端连接到二极管Dsa5和二极管Dsa7的中点；二极管Dsa2和二极管Dsa4的中点、二极管Dsa6和二极管Dsa8的中点均连接到公共点M。
二极管Dsa1和二极管Dsa2的阴极连接续流二极管DA1的阳极，二极管Dsa5和二极管Dsa6的阴极连接续流二极管DA2的阳极，续流二极管DA1和续流二极管DA2的阴极连接输出电容C1的阳极。输出电容C2的阴极分别连接续流二极管DA3和续流二极管DA4的阳极，续流二极管DA3的阴极连接二极管Dsa3和二极管Dsa4的阳极。
在A相的双向电子开关中，二极管Dsa1的阳极与二极管Dsa3的阴极连接，二极管Dsa3的阳极与二极管Dsa4的阴极连接，二极管Dsa1的阳极和二极管Dsa2的阴极连接MOS管的漏极连接，二极管Dsa3的阳极和二极管Dsa4的阳极与MOS管的源极连接。
在B相中，储能电感LA2的一端连接到B相输入源，另一端连接到自耦变压器TA2两绕组串联的中点，自耦变压器TA2两绕组另一端分别连接到相应双向电子开关管中一组二极管组的中点，双向电子开关管另一二极管组的中点连接到输出电容C1和输出电容C2的中点（公共点M）。具体的，自耦变压器TA2的B1绕组输出端连接到二极管Dsb1和二极管Dsb3的中点，自耦变压器TA2的B2绕组的输出端连接到二极管Dsb5和二极管Dsb7的中点；二极管Dsb2和二极管Dsb4的中点、二极管Dsb6和二极管Dsb8的中点均连接到公共点M。
二极管Dsb1和二极管Dsb2的阴极连接续流二极管DB1的阳极，二极管Dsb5和二极管Dsb6的阴极连接续流二极管DB2的阳极，续流二极管DB1和续流二极管DB2的阴极连接输出电容C1的阳极。输出电容C2的阴极分别连接续流二极管DB3和续流二极管DB4的阳极，续流二极管DB3的阴极连接二极管Dsb3和二极管Dsb4的阳极。
在B相的双向电子开关中，二极管Dsb1的阳极与二极管Dsb3的阴极连接，二极管Dsb3的阳极与二极管Dsb4的阴极连接，二极管Dsb1的阳极和二极管Dsb2的阴极连接MOS管的漏极连接，二极管Dsb3的阳极和二极管Dsb4的阳极与MOS管的源极连接。
在C相中，储能电感LA3的一端连接到C相输入源，另一端连接到自耦变压器TA3两绕组串联的中点，自耦变压器TA3两绕组另一端分别连接到相应双向电子开关管中一组二极管组的中点，双向电子开关管另一二极管组的中点连接到输出电容C1和输出电容C2的中点（公共点M）。具体的，自耦变压器TA3的C1绕组输出端连接到二极管Dsc1和二极管Dsc3的中点，自耦变压器TA3的C2绕组的输出端连接到二极管Dsc5和二极管Dsc7的中点；二极管Dsc2和二极管Dsc4的中点、二极管Dsc6和二极管Dsc8的中点均连接到公共点M。
二极管Dsc1和二极管Dsc2的阴极连接续流二极管DC1的阳极，二极管Dsc5和二极管Dsc6的阴极连接续流二极管DC2的阳极，续流二极管DC1和续流二极管DC2的阴极连接输出电容C1的阳极。输出电容C2的阴极分别连接续流二极管DC3和续流二极管DC4的阳极，续流二极管DC3的阴极连接二极管Dsc3和二极管Dsc4的阳极。
在C相的双向电子开关中，二极管Dsc1的阳极与二极管Dsc3的阴极连接，二极管Dsc3的阳极与二极管Dsc4的阴极连接，二极管Dsc1的阳极和二极管Dsc2的阴极连接MOS管的漏极连接，二极管Dsc3的阳极和二极管Dsc4的阳极与MOS管的源极连接。
如图4-11所示，图中黑实线代表电流流向。本发明实施例的的原理为：
以图4中描述电流回路为例，在A相中，电流依次经过储能电感LA1、自耦变压器TA1分为两路，其中一路依次经过二极管Dsa1、续流二极管DA1、输出电容C1到达公共点M；另一路依次经过二极管Dsa5、功率管、二极管Dsa8到达公共点M。在B相中，电流依次经过储能电感LA2、自耦变压器TA2分为两路，其中一路依次经过二极管Dsb1、续流二极管DB1、输出电容C1到达公共点M；另一路依次经过二极管Dsb5、功率管、二极管Dsb8到达公共点M。在C相中，电流依次经过储能电感LA3、自耦变压器TA3分为两路，其中一路依次经过二极管Dsc1、功率管、二极管Dsc4到达公共点M。公共点M依次经过输出电容C2、续流二极管DC4、二极管Dsc8、二极管Dsc7连接自耦变压器TA3的另一路。
根据三相交流电对称性，只对正半周中某一时段对所示循环的一个例示性时间点(图11中阴影时刻)提供七种例示性模式，如图4至图10，其中粗实线为电流所流回路，每种工作状态下，虚线代表没有电流经过。
为了方便说明本实施例以C相中的续流二极管DC1、DC3为例进行描叙，当续流二极管DC3续流时，续流二极管DC1和双向电子开关组中二极管DSC1对输出母线总电压进行分压，同时由于双向电子开关中二极管DSC2将二极管的DSC1的阴极点电压钳位到母线电压以上，因此续流二极管反向内压为输出母线电压的一半，降低了二极管的反向耐压，在实际应用中方便器件选型、降低成本和提高电源装置效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电源拓扑结构，其特征在于，三相或多相电源，在每相中，输入源经过储能电感与自耦变压器连接，所述自耦变压器的另一端连接双向电子开关，所述双向电子开关的另一端连接两个相串联的输出电容的中点，所述双向电子开关中一方向的中点经过第一续流二极管连接其中一所述输出电容的正极，另一所述输出电容的负极经过第二续流二极管连接到所述双向电子开关中另一方向的中点。
2.根据权利要求1所述的电源拓扑结构，其特征在于，所述自耦变压器包括两个变压器绕组或铁心柱。
3.根据权利要求2所述的电源拓扑结构，其特征在于，所述储能电感与所述自耦变压器两个所述绕组串联的中点连接，两个所述绕组的另一端分别与一个所述双向电子开关连接。
4.根据权利要求1所述的电源拓扑结构，其特征在于，所述双向电子开关由包括两组二极管组，所述二极管组与功率管并联。
5.根据权利要求4所述的电源拓扑结构，其特征在于，所述功率管为IGBT管或MOS管或GTO管或MCT管。
6.根据权利要求4所述的电源拓扑结构，其特征在于，所述自耦变压器与所述双向电子开关中的一组所述二极管组中点连接，另一所述二极管组的中点与两个相串联的所述输出电容的中点连接。
7.根据权利要求4所述的电源拓扑结构，其特征在于，两组所述二极管组的阴极与所述第一续流二极管的阳极相连，两组所述二极管组的阳极与所述第二续流二极管的阴极相连。
8.根据权利要求4所述的电源拓扑结构，其特征在于，在每组的所述二极管中，第一二极管的阴极与第二二极管的阳极连接。
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