CN106712543B - 一种采用低耐压升压二极管的vienna整流器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及三相整流电路领域，具体一种采用低耐压升压二极管的VIENNA整流器，所述VIENNA整流器包括依次连接的电感组和三相整流桥，所述三相整流桥的每个整流二极管均串联有升压二极管，所述升压二极管关断时间小于整流二极管。本发明能在较高开关频率下工作，工作效率效率优于使用高反向耐压的二极管，可靠性高，而且结构简单，成本低易于推广实施。

Description

一种采用低耐压升压二极管的VIENNA整流器
技术领域
本发明涉及三相整流电路领域，具体一种采用低耐压升压二极管的VIENNA整流器。
背景技术
当前高功率因数、低谐波电流的整流装置已成为研究、应用的热点，特别是VIENNA整流器因为开关器件少、输入功率因数高、谐波含量低、桥臂开关无死区等优势逐步等到广泛应用。
但在实际的应用中，VIENNA整流器也有一个大的缺陷，那就是其6个升压二极管的耐压要求较高，造成高频工作的VIENNA整流器损耗较高、效率较低。如图1所示，传统的VIENNA整流器对于三相380VAC电网，VIENNA整流器的输出电压Vpn一般为700-800VDC。以A相输为例，当前时刻A相在交流的正半周期，同时功率管T1经过导通后关闭，那么A相电流将流经电感L1、二极管D1、电容C1，由于二极管D1导通，那么A相的下管D4将全部承受输出电压Vpn施加的反压，即二极管D1到D6的反向耐压要求必须高于输出电压Vpn。以下分别对反向耐压为600V型号为APT75DQ60B和1200V型号为VS-75EPU12L的二极管构建传统的VIENNA整流器的情况下，性能参数如下表：
器件/项目 Pon Poff Ploss 单价
600V:(APT75DQ60B) 31.875W 10.4W 42.27W 12元
1200V:(VS-75EPU12L) 36.56W 78.4W 114.96W 13元
可以看出选用高耐压二极管的结果会使高频工作的VIENNA整流器损耗较高、效率降低、可靠性降低，如果为了提高效率则必须降低电路的工作频率，又会大幅增加滤波电感的感量、体积和成本。
发明内容
针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种采用低耐压升压二极管的VIENNA整流器，解决现有技术中VIENNA整流器电路中二极管耐压要求高，高频状态工作的VIENNA整流器损耗较高、效率和可靠性较低的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种采用低耐压升压二极管的VIENNA整流器，包括有VIENNA整流器，，所述VIENNA整流器包括依次连接的电感组和三相整流桥，所述三相整流桥的每个整流二极管均串联有升压二极管，所述升压二极管关断时间小于整流二极管。
进一步的，所述升压二极管反向耐压为450-650VDC。
进一步的，所述升压二极管并联有分压二极管。
进一步的，所述分压二极管采用双向TVS管。
与现有技术相比，本发明的有益效果：电路能在较高开关频率下工作，工作效率优于使用高反向耐压的二极管，可靠性高，而且结构简单，成本低易于推广实施。
电路在工作过程中升压二极管工作损耗为导通损耗和关断损耗之和，导通损耗Pon＝VF*IF*Don*0.5，关断损耗Poff＝Vr*Qrr*Fs*0.5,其中VF为二级管正向导通压降、IF为正向电流、Don为二级管开通占空比、Vr为二级管关断时的反压、Qrr为二级管关断时的反向恢复电荷、Fs为工作频率；由此可以看出保证较高工作频率的情况下，降低升压二极管截止时的反向电压，可以有效降低电路整体工作损耗，本发明保证了升压二极管的反向耐压可以低于输出电压，使用双向TVS管保证了升压二极管的正常低耐压工作状态，多余电压由整流二极管分担，而二级管工作频率,保证电路在高开关频率下的高效率工作。
附图说明
图1为传统VIENNA整流器电路原理图；
图2为本发明改进后VIENNA整流器的原理图及A相功率管开通后电流回路图；
图3为本发明改进后VIENNA整流器的原理图及A相功率管关闭后电流回路图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例
如图2所示，一种采用低耐压升压二极管的VIENNA整流器，三相交流电网的A、B、C相线分别通过电感组中电感L1、电感L2、电感L3接入三相整流桥，A相端输入电感L1，电感L1的输出端连接升压二极管D1的正极和升压二极管D4的负极，所述升压二极管D1的负极连接整流二极管D1A的正极，整流二极管D1A的负极为电路正输出端P，所述升压二极管D1并联有双向TVS管Z1，所述升压二极管D4并联有双向TVS管Z4，所述升压二极管D1的正极通过功率管T1连接到中电位点O，升压二极管D4的正极连接整流二极管D4A的负极，整流二极管D4A的正极做为电路正负输出端N；中电位点O与电路正输出端P间连接有电容C1，中电位点O与电路负输出端N间连接有电容C2。
电感L2连接B相输入，其输出端连接升压二极管D2的正极和升压二极管D5的负极，所述升压二极管D2的负极连接整流二极管D2A的正极，整流二极管D2A的负极连接电路正输出端P，所述升压二极管D2并联有双向TVS管Z2，所述升压二极管D5并联有双向TVS管Z5，所述升压二极管D2的正极通过功率管T2连接到中电位点O，升压二极管D5的正极连接整流二极管D5A的负极，整流二极管D5A的正极连接电路正负输出端N。
电感L3连接C相输入，其输出端连接升压二极管D3的正极和升压二极管D6的负极，所述升压二极管D3的负极连接整流二极管D3A的正极，整流二极管D3A的负极为电路正输出端P，所述升压二极管D3并联有双向TVS管Z3，所述升压二极管D6并联有双向TVS管Z6，所述升压二极管D3的正极通过功率管T1连接到中电位点O，升压二极管D6的正极连接整流二极管D6A的负极，整流二极管D6A的正极做为电路正负输出端N。
以下以A相为例说明本发明工作情况，升压二极管采用APT公司600V、75A超快恢复二级管APT75DQ60B，整流二极管采用方向耐压高于1000V的二极管，其导通带电压为0.9V-1.0V之间；双向TVS管的箝位电压为440V-550V。
假设当前时刻A相在交流的正半周期，功率管T1刚开通(在这个时刻之前的状态是功率管T1关断、二极管D1和D1A是正向导通、二极管D4和D4A因在A相负半周期所以是关断的)，那么对于A相升压二极管的上半部D1、D1A回路处于反向恢复过程，因为二极管D1的关断速度较二极管D1A快很多，且其承受的全部反压为350-400V，小于600V；因此二极管D1承受绝大部分反压并安全迅速地恢复反向阻断。
在该时刻A相升压二极管的下半部D4、D4A保持处于关闭状态，其承受的全部反压为350-400V、小于600V，因此在功率管导通的状态下所有升压回路的二极管都能正常工作。
当T1由导通变为关断后，如图3所示，那么A相电流将流经电感L1、二极管D1、二极管D1A、电容C1，由于二极管D1和D1A导通，那么A相的下管D4和D4A将全部承受输出电压Vpn施加的反压700-800V，由于D4和双向TVS管Z4并联，因此快速二极管D4两端电压被钳位到箝位电压以内，多余的电压被二极管D4A承担，因二极管D4A耐压为1000V以上故二极管D4和D4A都能安全工作。
本发明与传统VIENNA整流器电路采用1200V、75A超快恢复二级管VS-75EPU12L，在工作条件：正向电流IF为75A、工作频率为80KHZ、二极管开关占空比为0.5、工作温度为125度下进行对比，性能参数如下表所示：
比较可以看出，本发明在采用三相380VAC电网输出时，满足了高耐压要求，截止功率和功率损耗均优于使用高反向耐压管的VIENNA整流器电路。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种采用低耐压升压二极管的VIENNA整流器，包括有VIENNA整流器，其特征在于，所述VIENNA整流器包括依次连接的电感组和三相整流桥，所述三相整流桥的每个整流二极管均串联有升压二极管，所述升压二极管关断时间小于整流二极管；所述升压二极管并联有分压二极管。
2.根据权利要求1所述的一种采用低耐压升压二极管的VIENNA整流器，其特征在于，所述升压二极管的反向耐压为450-650VDC。
3.根据权利要求2所述的一种采用低耐压升压二极管的VIENNA整流器，其特征在于，所述分压二极管采用双向TVS管。
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