CN203327305U - 一种无桥pfc+t型三电平逆变的变频调光器 - Google Patents

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邓胜吉
黄荣顺
李磊
杨建红
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Abstract

本实用新型公开了一种无桥PFC+T型三电平逆变的变频调光器，包括第三、第四电容，第三电容火线端与第一电感一端连接，第四电容火线端与第二电感一端连接，所述第一电感另一端和第二电感另一端之间有三个支路，一支路有第一整流二极管、第五IGBT，二支路有第一、二、三、四IGBT，三支路有第二整流二极管、第六IGBT，还包括第一电容和第二电容，第一电容一极连接于第一整流二极管与第五IGBT之间，第二电容一极连接于第二整流二极管与第六IGBT之间，第一电容的另一极和第二电容的另一极共同连接于第二、第三IGBT之间并连接到零线端N。有益效果：功率因数接近1，降低电源对电网的污染，得到标准的正弦波；输出频率可根据负载需求任意控制。

Description

一种无桥PFC+T型三电平逆变的变频调光器
技术领域
本实用新型涉及变频调光器技术领域，特别是一种无桥PFC+T型三电平逆变的变频调光器。 
背景技术
机场现在使用的调光器电路结构有大致两种：可控硅相控调光器和IGBT PWM正弦波调光器，其中： 
可控硅相控调光器如图1所示，通过晶闸管对工频电压进行斩波来调整输出，其输入电流功率因数低，谐波大，无功电流需要增大一倍电缆截面积；输出电压电流波峰系数大，谐波含量高，不仅会直接影响助航灯具的寿命，升压变压器噪音也非常大（超过80dB）。而且频率固定，和电网相同，这样一来就不能满足LED助航灯具需要灵活调整频率的实际应用。
IGBT PWM正弦波调光器如图2所示，通过高频斩波，在一个工频周期里多次斩波变换，经过高频滤波输入输出都可以得到一个近似正弦波的电流波形，相对于相控调光器有了一定的改进，但受输入电网影响较大，当电网的谐波含量较高时，其输出的波形也会含有大量的谐波，不是标准的正弦波；而且其输出频率只能是电网频率，同样不能满足LED助航灯具需要灵活调整频率的实际应用。 
以上两种调光器主电路都属于AC-AC逆变变换，不能实现变频功能。 
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：提供一种无桥PFC+T型三电平逆变的变频调光器，可以克服背景技术中所述两种调光器具有的缺陷。 
本实用新型采用的技术方案是这样的：一种无桥PFC+T型三电平逆变的变频调光器，包括第三电容和第四电容，二者均一端接火线端，另一端接零线端，第三电容的火线端L与第一电感一端连接，第四电容的火线端L与第二电感一端连接，所述第一电感的另一端和第二电感的另一端之间有三个支路，第一个支路上依次有第一整流二极管、第五开关管，其中第一电感与第一整流二极管的阳极连接，第二个支路上依次有第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，其中第一开关管和第二开关管反向串联，第三开关管和第四开关管反向串联，第三个支路上依次有第二整流二极管、第六开关管，其中第一电感与第二整流二极管的阴极连接，还包括第一电容和第二电容，所述第一电容一极连接于第一整流二极管与第五开关管之间，所述第二电容一极连接于第二整流二极管与第六开关管之间，第一电容的另一极和第二电容的另一极共同连接于第二开关管与第三开关管之间并连接到零线端。 
作为第一种优选方式，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管均由一个IGBT和一个整流二极管组成，整流二极管跨接在IGBT的源极与漏极之间。 
作为第二种优选方式，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管均由一个MOSFET和一个整流二极管组成，整流二极管跨接在MOSFET的源极与漏极之间。 
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：电路结构是AC-DC和DC-AC两种变换的集成；该电路不仅可以提高输入电流的功率因数接近1，降低电源对电网的污染，得到标准的正弦波输入输出，不受电网的影响，而且输出频率可根据负载需求任意控制；无桥PFC+T型三电平逆变不仅可以因负载需要变频输出标准正弦波，而且可以提高输入功率因数；同时，各部分电路均能实现高效率变换。 
附图说明
图1是传统的PFC电路结构示意图； 
图2是传统的全桥逆变电路结构示意图。
图3是本实用新型的调光器主电路结构示意图。 
图4是本实用新型左半部分的无桥有源PFC电路的开关管Q1、Q2同时导通的电流走向。 
图5是本实用新型左半部分的无桥有源PFC电路的开关管Q1、Q2同时关闭，在工频正半周期内的电流走向。 
图6是本实用新型左半部分的无桥有源PFC电路的开关管Q1、Q2同时关闭，在工频负半周期内的电流走向。 
图7是本实用新型右半部分的T型三电平逆变电路的第一种工作模式。 
图8是本实用新型右半部分的T型三电平逆变电路的第二种工作模式。 
图9是本实用新型右半部分的T型三电平逆变电路的第三种工作模式。 
图10是本实用新型右半部分的T型三电平逆变电路的第四种工作模式。 
附图标记说明：C1为第一电容，C2为第二电容，C3为第三电容，C4为第四电容，Q1为第一开关管，Q2为第二开关管，Q3为第三开关管，Q4为第四开关管，Q5为第五开关管，Q6为第六开关管，L1为第一电感，L2为第二电感，D1为第一整流二极管，D2为第二整流二极管，D3为第三整流二极管，D4为第四整流二极管，L为火线端，N为零线端，S0为开关。 
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。 
实施例1：
如图3所示，一种无桥PFC+T型三电平逆变的变频调光器，其特征在于：包括第三电容C3和第四电容C4，二者均一端接火线端L，另一端接零线端N，第三电容C3的火线端L与第一电感L1一端连接，第四电容C4的火线端L与第二电感L2一端连接，所述第一电感L1的另一端和第二电感L2的另一端之间有三个支路，第一个支路上依次有第一整流二极管D1、第五开关管Q5，其中第一电感L1与第一整流二极管D1的阳极连接，第二个支路上依次有第一开关管 Q1、第二开关管 Q2、第三开关管 Q3、第四开关管 Q4，其中第一开关管Q1和第二开关管Q2反向串联，第三开关管Q3和第四开关管Q4反向串联，第三个支路上依次有第二整流二极管D2、第六开关管 Q6，其中第一电感L1与第二整流二极管D2的阴极连接，还包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1一极连接于第一整流二极管D1与第五开关管Q5之间，所述第二电容C2一极连接于第二整流二极管D2与第六开关管 Q6之间，第一电容C1的另一极和第二电容C2的另一极共同连接于第二开关管 Q2与第三开关管 Q3之间并连接到零线端N。
在本实施例中，所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6均由一个IGBT和一个整流二极管组成，整流二极管跨接在IGBT的源极与漏极之间。 
在本实施例中，第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电感L1共同形成一个无桥PFC电路，可以完成整流和PFC功能，将输入电网的能力转移到第一电容C1和第二电容C2中储存。 
对于上段中所述的无桥PFC电路，其一个工频周期的工作过程如图4、5、6所示。 
第一开关管 Q1、第二开关管 Q2的驱动信号相同，两管同时导通和关断。 
第一开关管 Q1、第二开关管Q2同时导通时，电路工作在电感储能的过程，如图4所示。 
第一开关管Q1、第二开关管 Q2同时关断时，在工频正半周期内，第一电感L1通过第一整流二极管D1 导通续流，为第一电容C1充电，如图5所示。 
第一开关管 Q1、第二开关管 Q2同时关断时，在工频负半周期内，第一电感L1则由第二整流二极管D2完成续流过程，为第二电容C2充电，如图6所示。 
在本实施例中，第一电容C1、第二电容C2、第四电容C4、第二电感L2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6共同形成一个T型三电平逆变电路，将第一电容C1和第二电容C2中的电能转移成交流输出到负载。 
对于上段中所述T字型逆变电路，其工作模式分析如下： 
1、工作模式1：如图7所示，给第一开关管 Q1导通触发脉冲，第二开关管Q2、第三开关管 Q3、第四开关管 Q4关断，电路电流流过第一开关管 Q1，忽略管压降，该相输出端电压Uo=E。
2、工作模式2、3：给第二开关管 Q2、第三开关管Q3导通触发脉冲，第一开关管 Q1、第二开关管 Q2关断。若电流为正，如图8所示，则电流流过第二开关管 Q2、第三开关管 Q3，工作在模式2，忽略管压降，此时该相输出端电压为UO=0；若电流为负，如图9所示，则电流流过第二开关管 Q2、第三开关管 Q3，工作在模式3，忽略管压降，此时该相输出端电压为UO=0。 
3、工作模式4：如图10所示，给第四开关管 Q4导通触发脉冲，第一开关管 Q1、第二开关管 Q2、第三开关管 Q3关断,电流流过主管第四开关管 Q4，忽略管压降,该相输出端电压Uo=-E。 
实施例2：
本实施例与实施例1的区别之处在于：所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6均由一个MOSFET和一个整流二极管组成，整流二极管跨接在MOSFET的源极与漏极之间。
本实施例的工作过程与实施例1基本相同，因此不做重复描述。 
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种无桥PFC+T型三电平逆变的变频调光器，其特征在于：包括第三电容和第四电容，二者均一端接火线端，另一端接零线端，第三电容的火线端与第一电感一端连接，第四电容的火线端与第二电感一端连接，所述第一电感的另一端和第二电感的另一端之间有三个支路，第一个支路上依次有第一整流二极管、第五开关管，其中第一电感与第一整流二极管的阳极连接，第二个支路上依次有第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，其中第一开关管和第二开关管反向串联，第三开关管和第四开关管反向串联，第三个支路上依次有第二整流二极管、第六开关管，其中第一电感与第二整流二极管的阴极连接，还包括第一电容和第二电容，所述第一电容一极连接于第一整流二极管与第五开关管之间，所述第二电容一极连接于第二整流二极管与第六开关管之间，第一电容的另一极和第二电容的另一极共同连接于第二开关管与第三开关管之间并连接到零线端。
2.根据权利要求1所述的一种无桥PFC+T型三电平逆变的变频调光器，其特征在于：所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管均由一个IGBT和一个整流二极管组成，整流二极管跨接在IGBT的源极与漏极之间。
3.根据权利要求1所述的一种无桥PFC+T型三电平逆变的变频调光器，其特征在于：所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管均由一个MOSFET和一个整流二极管组成，整流二极管跨接在MOSFET的源极与漏极之间。
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