CN207766156U - 实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构、焊机、电解水电源和充电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构、焊机、电解水电源和充电机公开了一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，包括：输入电容C1、输入电容C2和全桥式三电平逆变电路，在其中一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感；或者，在每一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间分别串联均压电感。本实用新型有益效果：相比较通过控制开关管脉宽来实现的中点电位平衡的传统方式，该方法不用增加额外的控制负担，明显降低了控制电路的复杂程度,经实验验证，是一种低成本、低能耗、高可靠性的三电平逆变电路中点电位平衡电路。

Description

实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构、焊机、电解水 电源和充电机

技术领域

本实用新型涉及三电平变流电路输入电容中点电位平衡技术领域，尤其涉及一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构、焊机、电解水电源和充电机。

背景技术

传统的两电平逆变电路，具有拓扑结构简单、易于控制等优点，广泛应用于各种DC-AC-DC变换电路中。但两电平变流电路也存在开关管耐压值要求高，开关应力大，频率提升困难等问题，在高电压输入的场合，受到了较大限制。三电平逆变电路由于开关管承受电压值为两电平逆变电路的一半，开关应力小，更容易实现高频，在高电压输入场合下，应用优势明显。

为了解决三电平逆变电路中点电位不平衡带来的可靠性问题，目前，主流的方法为检测输入电容C1、C2的压差值动态调整开关管脉宽，但该种方法存在着控制复杂、需要增加额外的检测电路、开关管需要单独可控导致驱动电路复杂等缺点。

此外，还有提高输入电容C1、C2的耐压裕量、输入电容中点与三电平桥臂之间增加均压电容等方法，但这些方法存在着成本高、均压效果差等缺点。

其中，提高输入电容C1、C2耐压裕量的方法虽然能够解决输入电容的耐压问题，但会明显增加输入电容成本，同时，由于开关管在开关过程中还需要受到 C1、C2电容电压的钳位，当C1、C2电压不均衡时，开关管的钳位电压也不均衡，开关管存在着过压的风险。

在输入电容与三电平桥臂中点增加均压电容的方法，虽然基本实现了C1、 C2的均压，解决了输入电容的成本问题，但均压电容电压会存在直流分量，而开关管受到的钳位电压又是C1或C2电压叠加上均压电容电压后的电压，因此，开关管仍然存在着过压的风险。

综上所述，常规实现三电平逆变电路输入中点电位平衡的方法通常伴有控制复杂、成本高，或均压效果差等缺点，不易在DC-AC-DC变换电路进行产品化。

实用新型内容

本实用新型的目的就是解决上述问题，提供了一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，该电路结构及方法成本低，不需要增加额外控制负担就可以实现三电平逆变电路的中点电位平衡。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案，包括：

本实用新型公开了一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，包括：输入电容C1、输入电容C2和全桥式三电平逆变电路，在其中一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感；或者，在每一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间分别串联均压电感。

本实用新型公开了又一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，包括：输入电容C1、输入电容C2和半桥式三电平逆变电路，在半桥式三电平逆变电路的桥臂中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感。

进一步地，所述的均压电感为单一电感的形式或者采用多个电感串联或并联的形式。

本实用新型进一步公开了一种变流电路，包括：输入电容C1、输入电容C2、逆变电路、饱和电感、隔直电容、变压器和输出电路；所述逆变电路采用上述的任一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构。

本实用新型进一步公开了一种焊机，采用所述的变流电路，实现输入电容 C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。

本实用新型进一步公开了一种电解水电源，采用所述的变流电路，实现输入电容C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。

本实用新型进一步公开了一种充电机，采用所述的变流电路，实现输入电容 C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。

本实用新型有益效果：

本实用新型适用于各种形式的三电平半桥或全桥拓扑，而且既可以应用于软开关控制方式，也可以应用于硬开关控制方式。相比较通过控制开关管脉宽来实现的中点电位平衡的传统方式，该方法不用增加额外的控制负担，明显降低了控制电路的复杂程度,经实验验证，是一种低成本、低能耗、高可靠性的三电平逆变电路中点电位平衡电路。

附图说明

图1是本实用新型一种实现三电平逆变电路中点电位平衡电路结构的典型拓扑结构原理图；

图2是本实用新型实施例2的电路原理图；

图3是本实用新型实施例3的电路原理图；

图4为本实用新型典型拓扑结构下工作模式1阶段等效电路及电流回路图；

图5为本实用新型典型拓扑结构下工作模式2阶段等效电路及电流回路图；

图6为本实用新型典型拓扑结构下工作模式3阶段等效电路及电流回路图；

图7为本发明实施例二结构下工作模式1阶段等效电路及电流回路图；

图8为本发明实施例二结构下工作模式2阶段等效电路及电流回路图；

图9为本发明实施例二结构下工作模式3阶段等效电路及电流回路图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例一

本实用新型公开了一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，如图 1所示，包括：全桥式三电平逆变电路，在全桥式三电平逆变电路的其中一个桥臂中点(A点或者B点)与输入电容C1和C2中点(O点)之间串联均压电感。

其中，串联的均压电感可以是一个，也可以是多个均压电感串联或并联在一起的形式。

需要说明的是，上述全桥式三电平逆变电路的形式为示例性的，本实用新型思路对于其他结构形式的全桥式三电平逆变电路同样适用，比如：在图1所示全桥式三电平逆变电路的每一个开关管上并联电容或者嵌位二极管D1、D2串联后，以及D3、D4串联后，其两端分别并联飞跨电容的全桥式三电平逆变电路形式等等。

另外，上述实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，既可以应用于软开关控制方式，也可以应用于硬开关控制方式。

实施例二

本实用新型公开了一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，如图2所示，包括：全桥式三电平逆变电路，在全桥式三电平逆变电路的两个桥臂中点(A点和B点)与输入电容C1和C2中点(O点)之间分别串联均压电感。

其中，串联的均压电感可以是一个，也可以是多个均压电感串联或并联在一起的形式。

需要说明的是，上述全桥式三电平逆变电路的形式为示例性的，本实用新型思路对于其他结构形式的全桥式三电平逆变电路同样适用，比如：在图2所示全桥式三电平逆变电路的每一个开关管上并联电容或者嵌位二极管D1、D2串联后，以及D3、D4串联后，其两端分别并联飞跨电容的全桥式三电平逆变电路形式等等。

另外，上述实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，既可以应用于软开关控制方式，也可以应用于硬开关控制方式。

实施例三

本实用新型公开了一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，如图 3所示，包括：半桥式三电平逆变电路，在半桥式三电平逆变电路的桥臂中点(A 点)与输入电容C1和C2中点(O点)之间串联均压电感。

其中，串联的均压电感可以是一个，也可以是多个均压电感串联或者并联在一起的形式。

需要说明的是，上述半桥式三电平逆变电路的形式为示例性的，本实用新型思路对于其他结构形式的半桥式三电平逆变电路同样适用，比如：在图3所示半桥式三电平逆变电路的每一个开关管上并联电容或者嵌位二极管D1、D2串联后，其两端分别并联飞跨电容的半桥式三电平逆变电路形式等等。

另外，上述实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，既可以应用于软开关控制方式，也可以应用于硬开关控制方式。

下面以实施例一中图1所示的典型拓扑结构原理图为基础进行详细说明。

工作模式1

如图4所示，开关管Q1、Q2、Q7、Q8处于导通状态，均压电感电流通路为O→C1→Q1→Q2→L1→O。均压电感电流I1由负转正，并持续上升。L1将其能量全部存入C1以后，C1开始将能量存入电感L1，假定在该工作模式下C1共向电感L1存入W1大小的能量。

工作模式2

如图5所示，Q1、Q8关断，二极管D1、D4与开关管Q2、Q7导通，均压电感电流通路为O→D1→Q2→L1→O，回路压降很小，电感L1存储的能量基本保持不变。

工作模式3

如图6所示，Q2、Q7关断，Q3、Q4、Q5、Q6续流二极管导通，经过一定死区时间后导通Q3、Q4、Q5、Q6，均压电感电流通路为O→C2→Q4→Q3→L1→O。在该阶段内均压电感电流I1由正转负，电感L1将W1大小的能量全部存入C2 当中，同时C2将W2大小的能量存入电感L1中。

另外半个周期的工作状态是对称的。

假定在该工作周期内C1电压高于C2电压，且开关管脉宽基本一致，则W1 大于W2，C1电压输出能量更多，输入能量更少，C2正好相反。C1电压降低， C2电压升高，经过若干个工作周期后，C1、C2电压达到动态平衡，实现中点电位平衡的效果。

实施例二中均压电感工作模式与典型拓扑类似，如下所示。

工作模式1

如图7所示，开关管Q1、Q2、Q7、Q8处于导通状态，均压电感L1电流通路为O→C1→Q1→Q2→L1→O。均压电感L1电流I1由负转正，并持续上升。L1将其能量全部存入C1以后，C1开始将能量存入电感L1，假定在该工作模式下C1 共向电感L1存入W1大小的能量。均压电感L2电流通路为O→L2→Q7→Q8→C2→O。均压电感L2电流I2同样由负转正，并持续上升。L2将其能量全部存入C2以后， C2开始将能量存入电感L2，假定在该工作模式下C2共向电感L2存入W3大小的能量。

工作模式2

如图8所示，Q1、Q8关断，二极管D1、D4与开关管Q2、Q7导通，均压电感L1电流通路为O→D1→Q2→L1→O，回路压降很小，电感L1存储的能量基本保持不变。均压电感L2电流通路为O→L2→Q7→D4→O，回路压降同样很小，电感L2存储的能量基本保持不变。

工作模式3

如图9所示，Q2、Q7关断，Q3、Q4、Q5、Q6续流二极管导通，经过一定死区时间后导通Q3、Q4、Q5、Q6，均压电感L1电流通路为O→C2→Q4→Q3→L1→O。在该阶段内均压电感电流I1由正转负，电感L1将W1大小的能量全部存入C2 当中，同时C2将W2大小的能量存入电感L1中。均压电感L2电流通路为 O→L2→Q6→Q5→C1→O。在该阶段内均压电感电流I2由正转负，电感L2将W3 大小的能量全部存入C1当中，同时C1将W4大小的能量存入电感L2中。

两个均压电感相互之间的影响很小，可以等效为两个均压电感独立进行工作。假定均压电感的参数完全一致，在中点电位出现不平衡时，带有两个均压电感的变流电路其中点电位恢复平衡的速度更快，且实现中点电位平衡的能力更强。

当然，通过选取更大的磁芯，进行合适的参数设计，也可以达到与上述两个小磁芯均压电感等同的均压效果。

本实用新型在不增加额外控制负担的前提下，有效实现了三电平逆变电路中点电位平衡的效果，既可以应用于软开关拓扑，也可以应用于硬开关拓扑。

对于实施例三中的电路结构，其工作原理与上述实施例一或者实施例二中的工作原理相同，在此不再赘述。

本实用新型还公开了一种变流电路，包括：输入电容C1、输入电容C2、逆变电路、饱和电感、隔直电容、变压器和输出电路；其中，逆变电路采用上述的任一种实施例中的实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构；和/或，采用实现三电平逆变电路中点电位平衡的方法。

本实用新型公开的中点电位平衡的结构通常适用于各种隔离型DC-AC-DC 变流电路，上述变流电路在焊机、电解水电源或者充电机等具体产品中都能够得到应用。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，包括：输入电容C1、输入电容C2和全桥式三电平逆变电路，其特征在于，在其中一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感；或者，在每一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间分别串联均压电感。

2.实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，包括：输入电容C1、输入电容C2和半桥式三电平逆变电路，其特征在于，在半桥式三电平逆变电路的桥臂中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感。

3.如权利要求1或者2所述的实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，其特征在于，所述的均压电感为单一电感的形式或者采用多个电感串联或并联的形式。

4.一种变流电路，包括：输入电容C1、输入电容C2、逆变电路、饱和电感、隔直电容、变压器和输出电路；其特征在于，所述逆变电路采用权利要求1-3所述的任一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构。

5.一种焊机，其特征在于，采用权利要求4所述的变流电路，实现输入电容C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。

6.一种电解水电源，其特征在于，采用权利要求4所述的变流电路，实现输入电容C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。

7.一种充电机，其特征在于，采用权利要求4所述的变流电路，实现输入电容C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。