CN110224602A - 一种基于双llc谐振电路的改进型三相混合整流器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于双LLC谐振电路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，双LLC串联谐振电路P，与传统的三相整流器相比，提高了电路的转换效率，输入电流谐波率低，输出电压稳定，谐波少，具有很高的电压调整率和负载调整率，应用前景非常广泛。

Description

一种基于双LLC谐振电路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，具体涉及一种基于双LLC谐振电路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，统的整流电路有很多的缺点。
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。与传统的单相整流器相比，传统的三相整流器有更多的优势，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，但是输出电压不稳定，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输出直流电压稳定，谐波少，具有很高的电压调整率和负载调整率。
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LLC串联谐振的改进型双向混合整流器，此电路具有较低的器件电压应力、宽范围降压输出、较强输入、输出电流控制能力的特点，具有高频、高效传输、全负载，且可以实现一次侧开关管的零电压导通和二次侧整流二极管的零电流关断等等优点。
为解决上述技术问题，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双LLC谐振电路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(S1)、第二开关管(S2)、第一电容(Cr1)、第二电容(Cr2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、记忆漏感(Lr)、第一励磁电感(Lm1)、第二励磁电感(Lm2)构成的LLC串联谐振电路P。
根据所述一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于包括：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，其中连接方式为第一IGBT(Sx1)的发射极与第二IGBT(Sx2)的集电极连接，第一二极管(Dx1)的阳极与第二二极管(Dx2)的阳极连接，第一IGBT(Sx1)的集电极与第一二极管(Dx1)的阴极连接，第二IGBT(Sx2)的集电极与第二二极管(Dx2)的阴极连接；第三IGBT(Sy1)的发射极与第四IGBT(Sy2)的集电极连接，第三二极管(Dy1)的阳极与第四二极管(Dy2)的阳极连接，第三IGBT(Sy1)的集电极与第三二极管(Dy1)的阴极连接，第四IGBT(Sy2)的集电极与第四二极管(Dy2)的阴极连接；第五IGBT(Sz1)的发射极与第六IGBT(Sz2)的集电极连接，第五二极管(Dz1)的阳极与第六二极管(Dz2)的阳极连接，第五IGBT(Sz1)的集电极与第五二极管(Dz1)的阴极连接，第六IGBT(Sz2)的集电极与第六二极管(Dz2)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(Dx2)的阴极、第四二极管(Dy2)的阴极、第六二极管(Dz2)的阴极连接。
根据所述的一种基于双LLC谐振电路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。
根据所述的一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于第一电感(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双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于所述的双LLC串联谐振电路由第三开关管(S1)、第四开关管(S2)、第一电容(Cr1)、第二电容(Cr2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、记忆漏感(Lr)、第一励磁电感(Lm1)、第二励磁电感(Lm2)构成；第三开关管(S1)的漏极与电容(C)的一端、第一电感(L1)的一端、第一电容(Cr1)连接；第四开关管(S2)的源极与电容(C)的另一端、第二电感(L2)的一端、第二电容(Cr2)的一端连接；第三开关管(S1)的源极与第四开关管(S2)的漏极、第三电感(Lr)的一端连接；第一变压器(T1)原边两端与第一励磁电感(Lm1)并联，一端连接第一电容(Cr1)，另一端连接记忆漏感(Lr)和第二变压器(T2)；第二变压器(T2)原边两端与第二励磁电感(Lm2)并联，一端连接第二电容(Cr2)，另一端连接记忆漏感(Lr)和第一变压器(T1)。
根据所述的一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于，由第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第九二极管(Do1)、第十二极管(Do2)、第十一二极管(Do3)、第十二二极管(Do4)和第三电容(Co)构成输出整流滤波电路；第九二极管(Do1)和第十一二极管(Do3)组成桥臂，桥臂中点连接第一变压器(T1)副边的同名端；第十二极管(Do2)和第十二二极管(Do4)组成另一桥臂，桥臂中点连接第二变压器(T2)副边的非同名端。
优选的所述一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，包括所述整流桥Q，所述滤波电路E和所述DC-DC Buck斩波器构成一个三相整流器，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双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，在开关管(S1)和开关管(S2)它们为180°导通，两端分别并联一个LLC谐振网络达到了减小输入电流脉动的作用,在谐振变换器的原边和副边分别采用并联和串联的方式，使变压器漏感有效地减小，更方便绕制,两个谐振网络互补工作，不仅进一步提高了变换器功率密，还使得变换器输入电流连续、输入滤波电容体积减小、输入电流纹波减小。
本发明有以下有益效果：采用该技术方案后，能充分利用变压器的磁集成技术，降低电源电磁干扰能力，提高了变换器功率密度，还使得变换器输入电流连续、输入滤波电容体积减小、输入电流纹波减小，不仅能使副边整流二极管实现ZCS，在宽负载范围内还可以让原边开关管实现ZVS，进一步实现开关损耗小，效率高成本低，全电压范围可调的优异性能，具有很高的电压调整率和负载调整率，可靠性大大提高，应用前景非常广泛；同时该方案适用于高压大功率，能将电源侧电流波形调制成正弦波，提高了功率因数，将谐波降低至10％左右，减少了谐波污染，使得电能质量明显改善，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为一种基于双LLC谐振电路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。
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。
本发明提供了所述一种基于双LLC谐振电路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(S1)、第二开关管(S2)、第一电容(Cr1)、第二电容(Cr2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、记忆漏感(Lr)、第一励磁电感(Lm1)、第二励磁电感(Lm2)构成的LLC串联谐振电路P。
根据所述一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于包括：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，其中连接方式为第一IGBT(Sx1)的发射极与第二IGBT(Sx2)的集电极连接，第一二极管(Dx1)的阳极与第二二极管(Dx2)的阳极连接，第一IGBT(Sx1)的集电极与第一二极管(Dx1)的阴极连接，第二IGBT(Sx2)的集电极与第二二极管(Dx2)的阴极连接；第三IGBT(Sy1)的发射极与第四IGBT(Sy2)的集电极连接，第三二极管(Dy1)的阳极与第四二极管(Dy2)的阳极连接，第三IGBT(Sy1)的集电极与第三二极管(Dy1)的阴极连接，第四IGBT(Sy2)的集电极与第四二极管(Dy2)的阴极连接；第五IGBT(Sz1)的发射极与第六IGBT(Sz2)的集电极连接，第五二极管(Dz1)的阳极与第六二极管(Dz2)的阳极连接，第五IGBT(Sz1)的集电极与第五二极管(Dz1)的阴极连接，第六IGBT(Sz2)的集电极与第六二极管(Dz2)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(Dx2)的阴极、第四二极管(Dy2)的阴极、第六二极管(Dz2)的阴极连接。
根据所述的所述一种基于双LLC谐振电路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。
根据所述的所述一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于第一电感(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。
根据所述的所述一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于所述的双LLC串联谐振电路由第三开关管(S1)、第四开关管(S2)、第一电容(Cr1)、第二电容(Cr2)、第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、记忆漏感(Lr)、第一励磁电感(Lm1)、第二励磁电感(Lm2)构成；第三开关管(S1)的漏极与电容(C)的一端、第一电感(L1)的一端、第一电容(Cr1)连接；第四开关管(S2)的源极与电容(C)的另一端、第二电感(L2)的一端、第二电容(Cr2)的一端连接；第三开关管(S1)的源极与第四开关管(S2)的漏极、第三电感(Lr)的一端连接；第一变压器(T1)原边两端与第一励磁电感(Lm1)并联，一端连接第一电容(Cr1)，另一端连接记忆漏感(Lr)和第二变压器(T2)；第二变压器(T2)原边两端与第二励磁电感(Lm2)并联，一端连接第二电容(Cr2)，另一端连接记忆漏感(Lr)和第一变压器(T1)。
根据所述的所述一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于，由第一变压器(T1)、第二变压器(T2)、第九二极管(Do1)、第十二极管(Do2)、第十一二极管(Do3)、第十二二极管(Do4)和第三电容(Co)构成输出整流滤波电路；第九二极管(Do1)和第十一二极管(Do3)组成桥臂，桥臂中点连接第一变压器(T1)副边的同名端；第十二极管(Do2)和第十二二极管(Do4)组成另一桥臂，桥臂中点连接第二变压器(T2)副边的非同名端。
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(Sy1)和第四IGBT(Sy2)开通为例：
(A)第一工作状态
直流母线电感电流IDC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：
IA＝IDC，IB＝0，IC＝-IDC
对应整流器网侧电流的空间矢量为：
B)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：
IA＝IDC，IB＝-IDC，IC＝0
对应整流器网侧电流的空间矢量为：
(C)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：
IA＝0，IB＝IDC，IC＝-IDC
对应整流器网侧电流的空间矢量为：
(D)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：
IA＝0，IB＝0，IC＝0
对应整流器网侧电流的空间矢量为：
进一步的，所述一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，在开关管(S1)和开关管(S2)它们为180°导通，两个谐振网路互补工作，变压器上的电压相位相反，因此将输出端反接，相比单谐振可以使整个变换器的输出功率密度大幅提高。
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。

Claims (6)

1.根据权利要求1所述的一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于包括整流桥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（S1）、第二开关管（S2）、第一电容（Cr1）、第二电容（Cr2）、第一变压器（T1）、第二变压器（T2）、记忆漏感（Lr）、第一励磁电感（Lm1）、第二励磁电感（Lm2）构成的LLC串联谐振电路P。
2.根据权利要求1所述的一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于包括：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，其中连接方式为第一IGBT（Sx1）的发射极与第二IGBT（Sx2）的集电极连接，第一二极管（Dx1）的阳极与第二二极管（Dx2）的阳极连接，第一IGBT（Sx1）的集电极与第一二极管（Dx1）的阴极连接，第二IGBT（Sx2）的集电极与第二二极管（Dx2）的阴极连接；第三IGBT（Sy1）的发射极与第四IGBT（Sy2）的集电极连接，第三二极管（Dy1）的阳极与第四二极管（Dy2）的阳极连接，第三IGBT（Sy1）的集电极与第三二极管（Dy1）的阴极连接，第四IGBT（Sy2）的集电极与第四二极管（Dy2）的阴极连接；第五IGBT（Sz1）的发射极与第六IGBT（Sz2）的集电极连接，第五二极管（Dz1）的阳极与第六二极管（Dz2）的阳极连接，第五IGBT（Sz1）的集电极与第五二极管（Dz1）的阴极连接，第六IGBT（Sz2）的集电极与第六二极管（Dz2）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（Dx2）的阴极、第四二极管（Dy2）的阴极、第六二极管（Dz2）的阴极连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于双LLC谐振电路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。
4.根据权利要求2所述的一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于，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。
5.根据权利要求3所述的一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于所述双LLC串联谐振电路由第三开关管（S1）、第四开关管（S2）、第一电容（Cr1）、第二电容（Cr2）、第一变压器（T1）、第二变压器（T2）、记忆漏感（Lr）、第一励磁电感（Lm1）、第二励磁电感（Lm2）构成；第三开关管（S1）的漏极与电容（C）的一端、第一电感（L1）的一端、第一电容（Cr1）连接；第四开关管（S2）的源极与电容（C）的另一端、第二电感（L2）的一端、第二电容（Cr2）的一端连接；第三开关管（S1）的源极与第四开关管（S2）的漏极、第三电感（Lr）的一端连接；第一变压器（T1）原边两端与第一励磁电感（Lm1）并联，一端连接第一电容（Cr1），另一端连接记忆漏感（Lr）和第二变压器（T2）；第二变压器（T2）原边两端与第二励磁电感（Lm2）并联，一端连接第二电容（Cr2），另一端连接记忆漏感（Lr）和第一变压器（T1）。
6.根据权利要求3所述的一种基于双LLC谐振电路的改进型三相混合整流器，其特征在于，由第一变压器（T1）、第二变压器（T2）、第九二极管（Do1）、第十二极管（Do2）、第十一二极管（Do3）、第十二二极管（Do4）和第三电容（Co）构成输出整流滤波电路；第九二极管（Do1）和第十一二极管（Do3）组成桥臂，桥臂中点连接第一变压器（T1）副边的同名端；第十二极管（Do2）和第十二二极管（Do4）组成另一桥臂，桥臂中点连接第二变压器（T2）副边的非同名端。
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