CN106712548A - 三相单级升降压整流变换器 - Google Patents

三相单级升降压整流变换器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三相单级升降压整流变换器，包括三个结构相同的升降压变换器、三相电源、输出滤波电容；每一路升降压变换器都有一个输入端、第一输出端、第二输出端；所述三相电源采用星型连接；三路升降压变换器的输入端分别与三相电源的一相连接，三路升降压变换器的第一输出端并联同时与输出滤波电容的一端相连接，三路升降压变换器的第二输出端并联同时与输出滤波电容的另一端相连接。本发明相比于传统的三相整流电路，在整流的同时具备了升降压的功能，适用于在整流后需要大范围升压或降压的特殊应用场合。

Description

三相单级升降压整流变换器
技术领域
本发明涉及AC/DC变换器领域，具体涉及一种三相单级升降压整流变换器。
背景技术
近年来由于化石能源的日益枯竭，新能源发电技术得到了快速的发展。从能量密度这一角度来看，波浪能是风能的4～30倍，如果能够把海洋上的波浪能有效地开发起来，则由此得到的经济效益将会远超过风能和太阳能。而由于波浪是非线性的、随机的，直线发电机输出的电压变化范围会很大，为了捕捉到较大的输出电压，常用的二极管整流电路和PWM整流电路输出端就需要一个很大的电解电容，占用较大的海上平台空间，同时在低压时刻会导致较大的纹波。本发明能较好的解决上述问题，但仍有提升的空间。
发明内容
本发明的目的在于解决上述存在的问题，提出一种三相单级升降压整流变换器。
本发明电路具体包括三个结构相同的升降压变换器、三相电源、输出滤波电容；每一路升降压变换器都有一个输入端、第一输出端、第二输出端；所述三相电源采用星型连接；三路升降压变换器的输入端分别与三相电源的一相始端连接，三路升降压变换器的第一输出端并联同时与输出滤波电容的一端相连接，三路升降压变换器的第二输出端并联同时与输出滤波电容的另一端相连接。
进一步地，升降压变化器由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、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、第一电感、第二电感、储能电容组成；所述第一开关元件的第一端分别与三相电源的一相、第一二极管阳极连接；所述第一开关元件的第二端分别与第一二极管阴极、第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与储能电容正级、第二开关元件的第二端、第二二极管阴极连接；第二开关元件的第一端与第五二极管的阳极以及输出滤波电容的一端连接；所述储能电容负极分别与第二电感的一端、第四二极管阳极连接；所述第二电感的另一端与第五二极管阴极连接；所述第四二极管阴极与第三开关元件的第二端、第三二极管阴极连接；所述第三开关元件的第一端分别与第三二极管阳极、输出滤波电容的另一端连接。
进一步地，所述的第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件都是包含有反并联二极管的Mosfet或IGBT等电力电子开关管。
与现有整流技术相比，本发明电路具有的优势为：相比于传统的整流电路，本电路在整流的同时具备升降压的功能，可以降低输出电容的容量，并使得纹波减小，运用于波浪能发电中，可以使捕获的波浪能能量增大，在较大的输入电压变化范围内运行，因此本发明电路具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为三相单级升降压整流变换器电路结构图。
图2为一个开关周期内主要元件的电压电流波形图。
图3a、图3b为一个开关周期内电路模态图。
图4为一种将三相电源划分为12个扇区的方式图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。
本实施例的基本拓扑结构如图1所示。一种三相单级升降压整流变换器，其包括三个结构相同的升降压变换器、三相电源、输出滤波电容C2。每一路升降压变换器均包含第一开关元件(S1a、S1b、S1c)、第二开关元件(S2a、S2b、S2c)、第三开关元件(S3a、S3b、S3c、第一二极管(D1a、D1b、D1c)、第二二极管(D2a、D2b、D2c)、第三二极管(D3a、D3b、D3c)、第四二极管(D4a、D4b、D4c)、第五二极管(D5a、D5b、D5c)、第一电感(L1a、L1b、L1c)、第二电感(L2a、L2b、L2c)、储能电容(C1a、C1b、C1c)组成。三相电源分为相A、相B、相C。
本实施例中是利用线电压进行工作的，如图4所示，将三相电压划分为12个扇区，对每个扇区进行独立控制，每一时刻只有两相工作。每个扇区中电压形式为两正一负，或者两负一正。在电压较小的时候可以使线电压较大的两相导通，以第二扇区为例，AB两相导通,在电压较大的时候可以使线电压较小的两相导通，以第三扇区为例，AC两相导通。各主要元件的波形如图2所示：
以分析第二扇区AB两相导通为例,说明本发明实现升降压的原理。在阶段1(t0～t1)，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，第二开关元件S2a的驱动信号VGE从低电平变为高电平，第三开关元件S3a和第一开关元件S1b的驱动信号一直处于高电平。第一开关元件S1a、第三开关元件S3a、第二开关元件S2b、第三开关元件S3b关断，第二开关元件S2a、第一开关元件S1b导通；第一二极管D1a、第二二极管D2b、第五二极管D5a导通，第二二极管D2a、第三二极管D3a、第四二极管D4a、第一二极管D1b、第五二极管D5b、第四二极管D4b、第三二极管D3b关断，C相的开关元件和二极管都处于关断状态。交流输入电源VA和VB通过第一二极管D1a、第二开关元件S2a、第二二极管D2b、第一开关元件S1b给第一电感L1a、第一电感L1b充电。储能电容C1a通过第二开关元件S2a和第五二极管D5a给第二电感L2a充电。此外输出滤波电容C2给负载供电。
在阶段2(t1～t2)，变换器在此阶段的模态图如图3b所示，第二开关元件S2a的驱动信号VGE从高电平变为低电平，第三开关元件S3a和第一开关元件S1b的驱动信号一直处于高电平。第一二极管D1a、第五二极管D5a、第四二极管D4a、第二二极管D2b导通，第二二极管D2a、第三二极管D3a、第一二极管D1b、第五二极管D5b、第四二极管D4b、第三二极管D3b关断；第一开关元件S1a、第二开关元件S2a、第二开关元件S2b、第三开关元件S3b关断，第三开关元件S3a、第一开关元件S1b导通；C相的开关元件和二极管都处于关断状态。交流输入电源VA、VB及第一电感L1a、第一电感L1b通过第一二极管D1a、第四二极管D4a、第二二极管D2b、第一开关元件S1b给储能电容C1a充电、输出滤波电容C2和负载供电，第二电感L2a通过第三开关元件S3a、第四二极管D4a、第五二极管D5a给输出滤波电容C2和负载供电。
本实施例中在一个扇区内的稳态增益推导如下(仍以第二扇区为例)：
由于第一电感L1a、第一电感L1b的电感值相同，由电路结构可知流过两个电感的电流大小也相同，那么第一电感L1a、第一电感L1b的两端电压大小也相同。由第一电感L1a、第一电感L1b、第二电感L2a的电压(VL1a、VL1b、VL2a)在一个开关周期内的电压平均值为0，并假设储能电容C1a两端电压保持不变，可得到下列关系式。
当第二开关元件S2a导通时，
VL2a＝VC1a (3)
当第二开关元件S2a关断时，
VL2a＝-VO (6)
根据电感的伏秒平衡原理可以解得：
三相单级升降压整流变换器同时具备整流和升降压的功能，其增益与占空比的大小也是确定的，与传统整流电路相比有明显优势。

Claims (3)

1.三相单级升降压整流变换器，其特征在于包括三个结构相同的升降压变换器、三相电源、输出滤波电容；每一路升降压变换器都有一个输入端、第一输出端、第二输出端；所述三相电源采用星型连接；三路升降压变换器的输入端分别与三相电源的一相连接，三路升降压变换器的第一输出端并联同时与输出滤波电容的一端相连接，三路升降压变换器的第二输出端并联同时与输出滤波电容的另一端相连接。
2.根据权利要求1所述的三相单级升降压整流变换器，其特征在于其中一路升降压变化器由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、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、第一电感、第二电感、储能电容组成；所述第一开关元件的第一端分别与三相电源的一相、第一二极管阳极连接；所述第一开关元件的第二端分别与第一二极管阴极、第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与储能电容正级、第二开关元件的第二端、第二二极管阴极连接；第二开关元件的第一端与第五二极管的阳极以及输出滤波电容的一端连接；所述储能电容负极分别与第二电感的一端、第四二极管阳极连接；所述第二电感的另一端与第五二极管阴极连接；所述第四二极管阴极与第三开关元件的第二端、第三二极管阴极连接；所述第三开关元件的第一端分别与第三二极管阳极、输出滤波电容的另一端连接。
3.根据权利要求2所述的三相单级升降压整流变换器，其特征在于所述的第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件都是包含有反并联二极管的Mosfet或IGBT电力电子开关管。
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