CN112271942B - 超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路 - Google Patents

超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路 Download PDF

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Abstract

提供一种超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路，属于拓扑电路技术领域，通过交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo和受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf组成三相BOOST，给定不同的导通时序，可实现网侧高功率因素，低谐波，使储能电容Cin1、储能电容Cin2两端得到稳定的直流电压，可有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率，为超大功率能源高效利用提供解决方案；采用N相并联BUCK电路，可有效降低负载侧电压电流纹波，控制容易，可实现很高的开关频率，从而大大得降低了磁性元器件的尺寸，提高了系统效率。

Description

超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路
技术领域
本发明属于拓扑电路技术领域，具体涉及一种超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路。
背景技术
据分析，2001年以来我国能源消费结构并没有发生显著的改变。石化能源，特别是煤炭消费在一次能源消费中一直居于主导地位，所占的比重分别达到九成和六成以上。传统能源会对环境造成很大破坏，同时会造成多次污染。
随着现代工业的发展，人类对绿色能源的迫切需要，氢气渐渐被人们所重视。基于碱液电解水制氢，电解槽的独有特性，高效制氢电解槽需要较低的电压，超大电流，以市面上5m³/h电解槽为例，需要整流设备输出参数为102V/4600A，传统做法多为可控硅整流。利用传统的可控硅整流器（SCR）制氢设备效率低下，谐波较大，功率因素很低，对电网造成巨大危害的同时，低效率也对电能造成了极大的浪费。而且现有的拓扑图，因磁性器件的尺寸，工艺等一系列问题，开关电源功率受到了很大限制，30KW，50KW高频开关电源开发难度很大，需用到一些特殊的拓扑，成本很高，对于大规模制氢来讲，功率等级受到很大限制。因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供了一种超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路，本发明可有效的解决高频开关电源对功率的限制，可实现超大功率输出、极小体积、高效率、高功率因数、超低谐波的大功率拓扑，有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率。
本发明采用的技术方案：超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路，包括降低网侧谐波和改善功率因素的拓扑电路，所述拓扑电路包括隔离变压器、断路器K1、熔丝FU1、熔丝FU2、熔丝FU3、预充电阻Ra、预充电阻Rb、预充电阻Rc、旁路接触器Ka、旁路接触器Kb、旁路接触器Kc、交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo、受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf、储能电容Cin1、储能电容Cin2，以及由放电电阻Re、放电电阻Rd、受控开关Qg、受控开关Qi、受控开关Qm、受控开关Qn、谐振电容Cm、谐振电感Ls、均压薄膜电容C1、均压薄膜电容C2、均压薄膜电容C3、均压薄膜电容C4、均压薄膜电容C5、均压薄膜电容C6、隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6组成的全桥谐波电路、全波整流桥1、全波整流桥2、全波整流桥3、全波整流桥4、全波整流桥5、全波整流桥6，由储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf和滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn组成的滤波电路，由受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6、受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6、平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6组成的N相并联BUCK电路；
所述隔离变压器、断路器K1、熔丝FU1、熔丝FU2、熔丝FU3、预充电阻预充电阻Ra、预充电阻Rb、预充电阻Rc、旁路接触器Ka、旁路接触器Kb、旁路接触器Kc、交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo依次串联连接；所述储能电容Cin1、储能电容Cin2串联连接，所述受控开关Qa、受控开关Qd串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端，所述受控开关Qb、受控开关Qe串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端，所述受控开关Qc、受控开关Qf串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端，所述受控开关Qa、受控开关Qd相连接脚与交流侧电感Lm连接,所述受控开关Qb、受控开关Qe相连接脚与交流侧电感Ln连接,所述受控开关Qc、受控开关Qf相连接脚与交流侧电感Lo连接；
所述放电电阻Rd、放电电阻Re串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端；所述受控开关Qg、受控开关Qm串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端；所述受控开关Qi、受控开关Qn串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端；所述受控开关Qg、受控开关Qm相连接脚与谐振电容Cm、谐振电感Ls串联连接，所述谐振电感Ls一端与全桥谐波电路一端连接，所述受控开关Qi、受控开关Qn相连接脚与全桥谐波电路另一端连接；
全桥谐波电路中，所述均压薄膜电容C1、均压薄膜电容C2、均压薄膜电容C3、均压薄膜电容C4、均压薄膜电容C5、均压薄膜电容C6串联连接且连接脚与隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6对应并联连接；所述全波整流桥1、全波整流桥2、全波整流桥3、全波整流桥4、全波整流桥5、全波整流桥6与隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6一一对应连接，所述受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6与储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf一一对应串联连接且连接点与滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn各电容对应连接；所述储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf各电感一端以及滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn各电容一端分别与全波整流桥1、全波整流桥2、全波整流桥3、全波整流桥4、全波整流桥5、全波整流桥6接口对应连接，所述受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6各开关一端与平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6各电感一一对应串联且串联连接点与受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6中各器件对应连接；所述N相并联BUCK电路中的N相BUCK同步并联输出。
对上述技术方案的进一步限定，所述断路器K1、熔丝FU1、预充电阻Ra、交流侧电感Lm依次串联后与受控开关Qa、受控开关Qd的串联节点相连接组成第一相整流；所述断路器K1、熔丝FU2、预充电阻Rb、交流侧电感Ln依次串联后与受控开关Qb、受控开关Qe串联节点相连接组成第二相整流；所述断路器K1、熔丝FU3、预充电阻Rc、交流侧电感Lo依次串联后与受控开关Qc、受控开关Qf串联节点相连接组成第三相整流。
对上述技术方案的进一步限定，所述N相并联BUCK电路中，所述受控开关K1、受控器件Q1、平波电感L1串联形成第一相BUCK，所述受控开关K2、受控器件Q2、平波电感L2串联后形成第二相BUCK，所述受控开关K3、受控器件Q3、平波电感L3串联后形成第三相BUCK，所述受控开关K4、受控器件Q4、平波电感L4串联后形成第四相BUCK，所述受控开关K5、受控器件Q5、平波电感L5串联后形成第五相BUCK，所述受控开关K6、受控器件Q6、平波电感L6串联后形成第六相BUCK，所述受控开关Kn、受控器件Qn、平波电感Ln串联后形成第n相并联BUCK，所述第一相BUCK至第n相并联BUCK之间相互并联连接共同为电子负载提供能量。
对上述技术方案的进一步限定，所述受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf、受控开关Qg、受控开关Qm、受控开关Qi、受控开关Qn选用IGBT或MOSFET；所述受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6选用IGBT或MOSFET；所述受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6选用二极管或者MOSFET；所述平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6、储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf也可采用高磁导率的磁环或者铁氧体电感或新型磁芯材质；所述隔离变压器可采用常规的铁氧体或者PC95；所述均压薄膜电容C1、均压薄膜电容C2、均压薄膜电容C3、均压薄膜电容C4、均压薄膜电容C5、均压薄膜电容C6为薄膜电容。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本拓扑电路中的交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo和受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf组成三相BOOST，输入的三相380V经过交流侧电感升压到600V，再通过对受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf一定的算法控制，通过不同的导通时序，实现网侧高功率因素，低谐波，使储能电容Cin1，储能电容Cin2两端得到稳定的直流电压，可有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率，为超大功率能源高效利用提供良好的解决方案；
2、本拓扑电路中采用N相并联BUCK电路，N组高频变压器隔离，高频变压器初级串联，次级并联输出，可实现总功率的1/N输出，有效降低负载侧电压电流纹波，控制容易，可实现很高的开关频率，从而大大得降低了磁性元器件的尺寸，提高了系统效率；而且隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6可实现小体积，高功率密度，为超大功率开关电源奠定基础，若用于大功率场合，可增加隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6的体积及数量，可实现无限扩容；
3、本拓扑电路是一种超大功率、高功率因素、高效率的制氢整流设备，可实现风光氢之间的高效转换，能源互补，实现AC-DC高效转换，效率可达98%，电网侧谐波可控制在3%，功率因素接近单位功率因素，可大规模使用；
4、本拓扑电路中的隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6原边串联，加在原边绕组两端电压可实现较高电压，较小电流，可有效提高效率，输出多绕组并联可实现超大电流输出；
5、本拓扑电路中输出并联采用多路同步BUCK，并采集每一路BUCK输出电压电流，可精确控制每一路BUCK的动态均流，后级N相并联BUCK可通过一定算法选择交错控制；
6、本拓扑电路中由受控开关Qg、受控开关Qi、受控开关Qm、受控开关Qn、Cm、Ls、隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6组成的全桥谐振电路，可实现受控开关Qg、受控开关Qi、受控开关Qm、受控开关Qn零电压关断，从而大大的提高了系统效率。
附图说明
图1为本发明的拓扑电路图；
图2为本发明进一步改进的拓扑电路图；
图3为本发明实施例中控制框图；
图4为本发明实施例中空间电压关系矢量图；
图5为本发明实施例中网侧输入电压电流波形图；
图6为本发明实施例中网侧谐波含量图；
图7为本发明拓扑电路输出直流电压波形；
图8本发明拓扑电路中两路输出均流波形。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参阅图1-8，详述本发明的实施例。
超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路，包括降低网侧谐波和改善功率因素的拓扑电路，所述拓扑电路包括隔离变压器、断路器K1、熔丝FU1、熔丝FU2、熔丝FU3、预充电阻Ra、预充电阻Rb、预充电阻Rc、旁路接触器Ka、旁路接触器Kb、旁路接触器Kc、交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo、受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf、储能电容Cin1、储能电容Cin2，以及由放电电阻Re、放电电阻Rd、受控开关Qg、受控开关Qi、受控开关Qm、受控开关Qn、Cm、Ls、均压薄膜电容C1、均压薄膜电容C2、均压薄膜电容C3、均压薄膜电容C4、均压薄膜电容C5、均压薄膜电容C6、隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6组成的全桥谐波电路、全波整流桥1、全波整流桥2、全波整流桥3、全波整流桥4、全波整流桥5、全波整流桥6，由储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf和滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn组成的滤波电路、由受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6、受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6、平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6组成的N相并联BUCK电路。
所述隔离变压器、断路器K1、熔丝FU1、熔丝FU2、熔丝FU3、预充电阻Ra、预充电阻Rb、预充电阻Rc、旁路接触器Ka、旁路接触器Kb、旁路接触器Kc、交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo依次串联连接；所述储能电容Cin1、储能电容Cin2串联连接，所述受控开关Qa、受控开关Qd串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端，所述受控开关Qb、受控开关Qe串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端，所述受控开关Qc、受控开关Qf串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端，所述受控开关Qa、受控开关Qd相连接脚与交流侧电感Lm连接,所述受控开关Qb、受控开关Qe相连接脚与交流侧电感Ln连接,所述受控开关Qc、受控开关Qf相连接脚与交流侧电感Lo连接。所述断路器K1、熔丝FU1、预充电阻Ra、交流侧电感Lm依次串联后与受控开关Qa、受控开关Qd的串联节点相连接组成第一相整流；所述断路器K1、熔丝FU2、预充电阻Rb、交流侧电感Ln依次串联后与受控开关Qb、受控开关Qe串联节点相连接组成第二相整流；所述断路器K1、熔丝FU3、预充电阻Rc、交流侧电感Lo依次串联后与受控开关Qc、受控开关Qf串联节点相连接组成第三相整流。
所述放电电阻Rd、放电电阻Re串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端；所述受控开关Qg、受控开关Qm串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端；所述受控开关Qi、受控开关Qn串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端；所述受控开关Qg、受控开关Qm相连接脚与Cm、Ls串联连接，所述Ls一端与全桥谐波电路一端连接，所述受控开关Qi、受控开关Qn相连接脚与全桥谐波电路另一端连接。
全桥谐波电路中，所述均压薄膜电容C1、均压薄膜电容C2、均压薄膜电容C3、均压薄膜电容C4、均压薄膜电容C5、均压薄膜电容C6串联连接且连接脚与隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6一一对应并联连接。所述全波整流桥1、全波整流桥2、全波整流桥3、全波整流桥4、全波整流桥5、全波整流桥6与隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6一一对应连接，所述受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6与储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf一一对应串联连接且连接点与滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn各电容对应连接；所述储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf各电感一端以及滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn各电容一端分别与全波整流桥1、全波整流桥2、全波整流桥3、全波整流桥4、全波整流桥5、全波整流桥6接口对应连接，所述受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6)各开关一端与平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6各电感一一对应串联且串联连接点与受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6中各器件对应相连接；所述N相并联BUCK电路中的N相BUCK同步并联输出。
优选的，所述受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf、受控开关Qg、受控开关Qm、受控开关Qi、受控开关Qn选用IGBT或MOSFET；所述受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6选用IGBT或MOSFET；所述受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6选用二极管或者MOSFET；所述平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6、储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf也可采用高磁导率的磁环或者铁氧体电感或新型磁芯材质；所述隔离变压器可采用常规的铁氧体或者PC95；所述均压薄膜电容C1、均压薄膜电容C2、均压薄膜电容C3、均压薄膜电容C4、均压薄膜电容C5、均压薄膜电容C6为薄膜电容。
工作原理：大功率油浸的隔离变压器将35KV、110KV电网电压降压到220V-690V，后经过断路器K1、熔丝FU1、熔丝FU2、熔丝FU3、预充电阻Ra、预充电阻Rb、预充电阻Rc、旁路接触器Ka、旁路接触器Kb、旁路接触器Kc、交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo处理，交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo和受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf组成三相BOOST，输入的三相380V经过网侧电感升压到600V，再通过对受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf一定的算法控制，通过不同的导通时序，实现网侧高功率因素、低谐波，使储能电容Cin1、储能电容Cin2两端得到稳定的直流电压，后经过N相并联BUCK，给负载提供稳定的直流电压。
其中，断路器K1用于短路保护；熔丝FU1、熔丝FU2、熔丝FU3采用大功率电源模块输入熔丝，用于保护后级电路。预充电阻Ra、预充电阻Rb、预充电阻Rc的作用：当整流器启动瞬间，储能电容Cin1、储能电容Cin2容量很大，相当短路，添加预充电阻Ra、预充电阻Rb、预充电阻Rc可限流，给后级大电容充电，当储能电容Cin1、储能电容Cin2两端电压达到额定电压的80%，系统DSP控制旁路接触器Ka、旁路接触器Kb、旁路接触器Kc闭合后，系统DSP控制脉宽慢慢展开，系统启动，通过控制受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf按一定算法工作，使储能电容Cin1、储能电容Cin2两端就可以产生恒定直流且电压高于输入电压，此时网侧由于交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo和受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf协调工作，网侧输入电流相位与电压相位一致且网侧谐波很小，前级实现了降低网侧谐波，提高了整个系统的功率因素。
拓扑中由受控开关Qg、受控开关Qi、受控开关Qm、受控开关Qn与谐振电容Cm、谐振电感Ls、隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6组成全桥谐振电路，谐振电感Ls不易过大，可以利用变压器漏感。隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6初级串联，次级并联使用可实现超大功率输出，总功率=P_TR1(单个高频变压器功率)*n。经高频变压器隔离后，后级采用二极管全波整流或者MOSFET构成的同步整流，整流后经过储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf与滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn组成的滤波电路，为后级同步BUCK提供稳定的电压电流。通过一定算法控制同步BUCK两组开关管，可实现输出动态均流。
图3为本发明的控制框图，主控板可采用DSP+FPGA或者DSP+CPLD实现整个控制，本拓扑图的电压电流温度均使用隔离采样的方式。
本发明还可演变为一种新型的超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路。如图2所示，可最大限度的减小第二级二极管的导通损耗和开关损耗，实现功率无限扩容。
其中，平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6工作频率可以很高，所以电感尺寸很小，通过DSP算法控制受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe，受控开关Qf实现电网侧高功率因素，极低的谐波含量，通过控制受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6实现平稳的直流输出，输出电压可以随意设定。
受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf门级驱动频率5KHz，电网电压稳定，忽略谐波和交流侧电阻，得到前级升压整流器矢量关系式E=jωLI+V ，其中E为电网电压矢量， jωLI为网侧电感电压矢量，V为交流侧电压矢量。从以上公式可知通过改变交流侧V的幅值或相位，网侧电流I与电网电压E夹角将发生变化。
通过分析可知，受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf采用空间矢量控制方法，电压矢量V包含两个零矢量V0（000），V7(111)和六个非零矢量，将矢量圆划分为六个扇区I-VI。电压处于任一扇区时，均可由该扇区边界的非零矢量合成得到。以扇区I中的参考矢量Vs为例，其矢量合成如图4所示：
参考矢量Vs可以由扇区边界矢量V4与V6合成所得：
其中，Ts为开关周期，T4和T6为电压矢量和作用时间。
由受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6、受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6、平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6组成的N相并联BUCK电路中：所述受控开关K1、受控器件Q1、平波电感L1串联形成第一相BUCK，所述受控开关K2、受控器件Q2、平波电感L2串联后形成第二相BUCK，所述受控开关K3、受控器件Q3、平波电感L3串联后形成第三相BUCK，所述受控开关K4、受控器件Q4、平波电感L4串联后形成第四相BUCK，所述受控开关K5、受控器件Q5、平波电感L5串联后形成第五相BUCK，所述受控开关K6、受控器件Q6、平波电感L6串联后形成第六相BUCK，所述受控开关Kn、受控器件Qn、平波电感Ln串联后形成第n相BUCK，所述第一相BUCK至第n相BUCK之间相互并联连接共同为电子负载提供能量。通过控制受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6的驱动的占空比，就可以控制输出电压电流，通过算法可实现每一个并联模块均流问题，通过控制受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6的导通时长，可以降低损耗，从而提高整机效率，减小体积。受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6可以采用移向控制，设N相BUCK，每一项开关管的开关频率为fs，周期T，K1，K2，K3，K4，K5，K6移相角度为2π/n。
主控板中的DSP可通过霍尔传感器采集每一项的输出电流，实时监测单相电流。其中，图5所示为本发明实施例中网侧输入电压电流波形图，通过图5仿真波形可以看出，网侧电压电流相位基本一致，功率因素很高，接近单位功率因素。图6为本发明实施例中网侧谐波含量图，图6中显示THDI=2.24%，谐波含量很小。图7为拓扑电路输出直流电压波形，可见输出电压平稳；图8拓扑电路中两路输出均流波形，两路电流不均流度很低，波形完全重合。
综上，本发明是一种超大功率、高功率因素、高效率的制氢整流设备，用于电解水制氢，可实现风光氢之间的高效转换，能源互补，实现AC-DC高效转换，效率可达98%，电网侧谐波可控制在3%，功率因素接近单位功率因素，可大规模并网使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路，其特征在于：包括降低网侧谐波和改善功率因素的拓扑电路，所述拓扑电路包括隔离变压器、断路器K1、熔丝FU1、熔丝FU2、熔丝FU3、预充电阻Ra、预充电阻Rb、预充电阻Rc、旁路接触器Ka、旁路接触器Kb、旁路接触器Kc、交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo、受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf、储能电容Cin1、储能电容Cin2、以及由放电电阻Re、放电电阻Rd、受控开关Qg、受控开关Qi、受控开关Qm、受控开关Qn、谐振电容Cm、谐振电感Ls、均压薄膜电容C1、均压薄膜电容C2、均压薄膜电容C3、均压薄膜电容C4、均压薄膜电容C5、均压薄膜电容C6、隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6组成的全桥谐波电路、全波整流桥1、全波整流桥2、全波整流桥3、全波整流桥4、全波整流桥5、全波整流桥6、由储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf和滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn组成的滤波电路、由受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6、受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6、平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6组成的N相并联BUCK电路；
所述隔离变压器、断路器K1、熔丝FU1、熔丝FU2、熔丝FU3、预充电阻Ra、预充电阻Rb、预充电阻Rc、旁路接触器Ka、旁路接触器Kb、旁路接触器Kc、交流侧电感Lm、交流侧电感Ln、交流侧电感Lo依次串联连接；所述储能电容Cin1、储能电容Cin2串联连接，所述受控开关Qa、受控开关Qd串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端，所述受控开关Qb、受控开关Qe串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端，所述受控开关Qc、受控开关Qf串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端，所述受控开关Qa、受控开关Qd相连接脚与交流侧电感Lm连接,所述受控开关Qb、受控开关Qe相连接脚与交流侧电感Ln连接,所述受控开关Qc、受控开关Qf相连接脚与交流侧电感Lo连接；
所述放电电阻Rd、放电电阻Re串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端；所述受控开关Qg、受控开关Qm串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端；所述受控开关Qi、受控开关Qn串联后同时并联在串接的储能电容Cin1、储能电容Cin2两端；所述受控开关Qg、受控开关Qm相连接脚与谐振电容Cm、谐振电感Ls串联连接，所述谐振电感Ls一端与全桥谐波电路一端连接，所述受控开关Qi、受控开关Qn相连接脚与全桥谐波电路另一端连接；
全桥谐波电路中，所述均压薄膜电容C1、均压薄膜电容C2、均压薄膜电容C3、均压薄膜电容C4、均压薄膜电容C5、均压薄膜电容C6串联连接且连接脚与隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6对应并联连接；所述全波整流桥1、全波整流桥2、全波整流桥3、全波整流桥4、全波整流桥5、全波整流桥6与隔离高频变压器TR1、隔离高频变压器TR2、隔离高频变压器TR3、隔离高频变压器TR4、隔离高频变压器TR5、隔离高频变压器TR6一一对应连接，所述受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6与储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf一一对应串联连接且连接点与滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn各电容对应连接；所述储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf各电感一端以及滤波电容Ca、滤波电容Cb、滤波电容Cd、滤波电容Ce、滤波电容Cf、滤波电容Cn各电容一端分别与全波整流桥1、全波整流桥2、全波整流桥3、全波整流桥4、全波整流桥5、全波整流桥6接口对应连接，所述受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6各开关一端与平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6各电感一一对应串联且串联连接点与受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6中各器件对应连接；所述N相并联BUCK电路中的N相BUCK同步并联输出；
所述断路器K1、熔丝FU1、预充电阻Ra、交流侧电感Lm依次串联后与受控开关Qa、受控开关Qd的串联节点相连接组成第一相整流；所述断路器K1、熔丝FU2、预充电阻Rb、交流侧电感Ln依次串联后与受控开关Qb、受控开关Qe串联节点相连接组成第二相整流；所述断路器K1、熔丝FU3、预充电阻Rc、交流侧电感Lo依次串联后与受控开关Qc、受控开关Qf串联节点相连接组成第三相整流；
所述N相并联BUCK电路中，所述受控开关K1、受控器件Q1、平波电感L1串联形成第一相BUCK，所述受控开关K2、受控器件Q2、平波电感L2串联后形成第二相BUCK，所述受控开关K3、受控器件Q3、平波电感L3串联后形成第三相BUCK，所述受控开关K4、受控器件Q4、平波电感L4串联后形成第四相BUCK，所述受控开关K5、受控器件Q5、平波电感L5串联后形成第五相BUCK，所述受控开关K6、受控器件Q6、平波电感L6串联后形成第六相BUCK，所述受控开关Kn、受控器件Qn、平波电感Ln串联后形成第n相并联BUCK，所述第一相BUCK至第n相并联BUCK之间相互并联连接共同为电子负载提供能量。
2.根据权利要求1所述的超大功率低谐波高功率因数高频开关电源拓扑电路，其特征在于：所述受控开关Qa、受控开关Qb、受控开关Qc、受控开关Qd、受控开关Qe、受控开关Qf、受控开关Qg、受控开关Qm、受控开关Qi、受控开关Qn选用IGBT或MOSFET；所述受控开关K1、受控开关K2、受控开关K3、受控开关K4、受控开关K5、受控开关K6选用IGBT或MOSFET；所述受控器件Q1、受控器件Q2、受控器件Q3、受控器件Q4、受控器件Q5、受控器件Q6选用二极管或者MOSFET；所述平波电感L1、平波电感L2、平波电感L3、平波电感L4、平波电感L5、平波电感L6、储能电感La、储能电感Lb、储能电感Lc、储能电感Ld、储能电感Le、储能电感Lf也可采用高磁导率的磁环或者铁氧体电感；所述隔离变压器可采用常规的铁氧体或者PC95；所述均压薄膜电容C1、均压薄膜电容C2、均压薄膜电容C3、均压薄膜电容C4、均压薄膜电容C5、均压薄膜电容C6为薄膜电容。
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