CN110798086A - 一种三电平软开关整流电路 - Google Patents

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Abstract

一种三电平软开关整流电路，用于实现整流电路的软开关，降低开关损耗，节约电路成本。该三电平软开关整流电路包括：两个开关管串联组成的开关桥臂、两个箝位二极管串联组成的开关管箝位电路、四个限流二极管串联组成的限流电路、交流输入电路以及直流输出接口；其中，开关桥臂与开关管箝位电路并联形成两个并联接口，两个并联接口分别连接限流电路两端形成闭环；交流输入电路的交流电源的一端连接储能电感的输入端另一端连接开关桥臂的中点；交流输入电路还包括换流电感及换流电容，换流电容的两端分别连接于开关桥臂的中点及限流电路的中点，储能电感的输出端连接开关管箝位电路的中点，换流电感连接于储能电感的输出端及限流电路的中点。

Description

一种三电平软开关整流电路
技术领域
本发明涉及整流电路领域，尤其涉及一种三电平软开关整流电路。
背景技术
现有的三电平开关整流电路，如图1所示，交流电正半周通过二极管D1、 D4输出高电平，通过二极管D1、开关管Q1输出零电平，交流电负半周通过 二极管D2、D3输出低电平，通过二极管D2、开关管Q2输出零电平。从该 电路的电流回路可知，该电路在工作时，二开关管的导通及关断均为硬开关， 存在较大的开关损耗，且容易损坏器件；其次，该电路输出高低电平时均需 要通过两个二极管D1、D4或者二极管D2、D3,具有较大的导通损耗，不利于提高电路的工作效率。
为降低二极管的导通损耗，现有还有三电平整流电路如附图2所示，交 流电正半周仅通过一个二极管D1输出高电平，在交流电负半周时仅通过二极 管D2输出低电平，与图1相比，减少电流流经二极管的数量，降低导通损耗， 有利于提高工作效率，但是该电路的开关管依然工作为硬开关，存在较大的 开关损耗。
发明内容
本发明实施例提供了一种三电平软开关整流电路，用于实现整流电路的 软开关，降低开关损耗，节约电路成本。
本发明实施例提供了一种三电平软开关整流电路，其特征在于，包括：
两个开关管串联组成的开关桥臂、两个箝位二极管串联组成的开关管箝 位电路、四个限流二极管串联组成的限流电路、交流输入电路以及直流输出 接口；
其中，所述开关桥臂与所述开关管箝位电路并联形成两个并联接口，两 个所述并联接口分别连接所述限流电路两端形成闭环；
所述限流电路包括上桥臂及下桥臂，每个桥臂中包含两个导通方向相反 的限流二极管，所述上桥臂与下桥臂相连接处的两个限流二极管导通方向相 同；
所述直流输出接口的上端口设置于所述上桥臂的中点，下端口设置于所 述下桥臂的中点；
所述交流输入电路的一端连接储能电感的输入端，另一端连接所述开关 桥臂的中点；
所述交流输入电路还包括换流电感及换流电容，所述换流电容的两端分 别连接于所述开关桥臂的中点及所述限流电路的中点，所述储能电感的输出 端连接所述开关管箝位电路的中点，所述换流电感连接于所述储能电感的输 出端及所述限流电路的中点。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例中的三电平软开关整 流电路中，所述直流输出接口的两个端口之间接入稳压电路，所述稳压电路 由两个电容值相同的分压电容串联组成，所述稳压电路的中点与所述开关桥 臂的中点连接。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例中的三电平软开关整 流电路中，所述稳压电路的中点与所述开关桥臂的中点之间连接有隔直电容。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例中的三电平软开关整 流电路中，所述隔直电容的电容值小于所述分压电容的电容值。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例中的三电平软开关整 流电路中，所述储能电感的电感值大于所述换流电感的电感值。
可选的，作为一种可能的实施方式，本发明实施例中的三电平软开关整 流电路并联运用于三相交流电路中。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例中的三电平软开关整流电路中设置有换流电感及换流电容 可以调节限流二极管两端的开关电压，实现整流输出电路的零电流开关，降 低了开关损耗，提高了电能转换的效率。
附图说明
图1为现有技术中的三电平整流电路示意图；
图2为现有技术中另一种三电平软开关整流电路的一个实施例示意图；
图3为本发明实施例中一种三电平软开关整流电路的一个实施例示意 图；
图4为本发明实施例中三电平软开关整流电路的处于第一储能阶段的电 流导通方向示意图；
图5为本发明实施例中三电平软开关整流电路的处于第二储能阶段的电 流导通方向示意图；
图6为本发明实施例中三电平软开关整流电路的处于供电阶段的电流导 通方向示意图；
图7为本发明实施例中三电平软开关整流电路的处于放电阶段的电流导 通方向示意图；
图8为本发明实施例中一种三电平软开关整流电路的另一个实施例示意 图；
图9为本发明实施例中一种三电平软开关整流电路的另一个实施例示意 图。
具体实施方式
一种三电平软开关整流电路，用于实现整流电路的软开关，降低开关损 耗，节约电路成本。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全 部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第 二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定 的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便 这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此 外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的 包含。
请参阅图3，本发明实施例中的三电平软开关整流电路可以包括：
两个开关管Q1、Q2串联组成的开关桥臂、两个箝位二极管D3、D4串联 组成的开关管箝位电路、四个限流二极管D1、D2、D5、D6串联组成的限流 电路、交流输入电路以及直流输出接口(BUS+，BUS-)；
其中，所述开关桥臂与所述开关管箝位电路并联形成两个并联接口，两 个所述并联接口分别连接所述限流电路两端形成闭环；
所述限流电路包括上桥臂及下桥臂，每个桥臂中包含两个导通方向相反 的限流二极管，所述上桥臂与下桥臂相连接处的两个限流二极管导通方向相 同；
所述直流输出接口的上端口设置于所述上桥臂的中点，下端口设置于所 述下桥臂的中点；
所述交流输入电路的一端连接储能电感L1的输入端另一端连接所述开关 桥臂的中点；
所述交流输入电路还包括换流电感L2及换流电容C1，所述换流电容C1 的两端分别连接于所述开关桥臂的中点及所述限流电路的中点，所述储能电 感L1的输出端连接所述开关管箝位电路的中点，所述换流电感L2连接于所 述储能电感L1的输出端及所述限流电路的中点。
为了便于理解，下面对本发明实施例中的三电平软开关整流电路工作过 程中的具体流程进行描述。可以理解的是，由于该三电平软开关整流电路的 对称性结构设置，在交流电源电压周期性变化过程中，在交流电源正半周期 内与负半周期内的工作流程是类似的，以下实施例仅以交流电源正半周期内 的工作流程为例进行说明。
如图4所示，在交流电源正半周期内，开关管Q1持续导通时，为第一储 能阶段，交流电源对电感L1充电储能，电流逐渐增大，由于限流二极管D5 的导通方向与D1导通方向相反，电流只能依次通过D3、Q1流回交流电源 侧。
如图5所示，交流电源正半周期内，开关管Q1关断瞬间，进入第一续流 阶段，由于储能电感L1的续流，使得电流依次通过D3、D5之后，由直流输 出接口对外供电，同时L1对L2及C1进行充电(IL2＝IC1)。优选的，L1的 电感值大于L2的电感值。
如图6所示，在交流电源正半周期内，开关管Q1持续关断时，随着C1 充电的持续，限流电路的中点的电压会超过D5阴极的电压使D1零电流导 通，D5自然截止，完成两个限流电路的换流，进入第二续流阶段，此时换流 电容C1充电完成，IL2＝ID1，电流依次通过L1、L2及D1之后，由直流输出 接口对外供电。
如图7所示，在交流电源正半周期内，开关管Q1由关断状态变为导通的 瞬间，进入第二储能阶段，电流通过D3及Q1流回交流电源侧，L2及C1开 始放电，限流电路的中点的电压会逐渐减小，当限流二极管D5处的电压大 于限流电路的中点的电压时，使D1零电流关断，直流输出接口停止对外供 电，直到C1放电完成回到第一储能阶段。
由以上可知，本发明实施例中的三电平软开关整流电路在对外直流供电 时，可以实现限流二极管的零电流开通及关断，降低了开关损耗，提高了电 能转换的效率。
可选的，作为一种可能的实施方式，在上述图3至图7所示的实施例的 基础上，请参阅图8，为了防止输出端口的电压的稳定性，可以在直流输出 接口的两个端口之间接入稳压电路，该稳压电路由两个电容值相同的分压电 容串联组成，所述稳压电路的中点与所述开关桥臂的中点连接。
可选的，作为一种可能的实施方式，在上述图8所示的实施例的基础 上，请参阅图9，为了防止负载不平衡引起的中点电压漂移现象，可以在稳 压电路的中点与所述开关桥臂的中点之间连接有隔直电容。优选的，隔直电 容的电容值小于所述分压电容的电容值。
上述实施例中仅以单相交流输入为例进行了说明，实际运用中，作为一 种可能的实施方式，本发明实施例中的三电平软开关整流电路运用于三相交 流电路中，采用三相电源作为输入，并联三个三电平软开关整流电路。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应 当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其 中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案 的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种三电平软开关整流电路，其特征在于，包括：
两个开关管串联组成的开关桥臂、两个箝位二极管串联组成的开关管箝位电路、四个限流二极管串联组成的限流电路、交流输入电路以及直流输出接口；
其中，所述开关桥臂与所述开关管箝位电路并联形成两个并联接口，两个所述并联接口分别连接所述限流电路两端形成闭环；
所述限流电路包括上桥臂及下桥臂，每个桥臂中包含两个导通方向相反的限流二极管，所述上桥臂与下桥臂相连接处的两个限流二极管导通方向相同；
所述直流输出接口的上端口设置于所述上桥臂的中点，下端口设置于所述下桥臂的中点；
所述交流输入电路的一端连接储能电感的输入端，另一端连接所述开关桥臂的中点；
所述交流输入电路还包括换流电感及换流电容，所述换流电容的两端分别连接于所述开关桥臂的中点及所述限流电路的中点，所述储能电感的输出端连接所述开关管箝位电路的中点，所述换流电感连接于所述储能电感的输出端及所述限流电路的中点。
2.根据权利要求1所述的三电平软开关整流电路，其特征在于，所述直流输出接口的两个端口之间接入稳压电路，所述稳压电路由两个电容值相同的分压电容串联组成，所述稳压电路的中点与所述开关桥臂的中点连接。
3.根据权利要求2所述的三电平软开关整流电路，其特征在于，所述稳压电路的中点与所述开关桥臂的中点之间连接有隔直电容。
4.根据权利要求3所述的三电平软开关整流电路，其特征在于，所述隔直电容的电容值小于所述分压电容的电容值。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的三电平软开关整流电路，其特征在于，所述储能电感的电感值大于所述换流电感的电感值。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的三电平软开关整流电路，其特征在于，所述三电平软开关整流电路并联运用于三相交流电路中。
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TR01 Transfer of patent right
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
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Application publication date: 20200214

Assignee: Zhangzhou Digital Source Technology Testing Co.,Ltd.

Assignor: Zhangzhou Kehua Electric Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2024350000006

Denomination of invention: A three-level soft switching rectifier circuit

Granted publication date: 20210810

License type: Common License

Record date: 20240115