CN218888415U - 一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及整流器技术领域，具体的说是涉及三相电压源整流器。基于该三相电压源整流器包括：交流电压源模块，Y型整流模块，MOSFET控制模块，软开关模块、负载。本实用新型在整流桥开关部分又增加了一种基于准谐振电路的软开关，使得本实用新型所述整流器能够实现宽电压范围低开关损耗的电压输出。本实用新型相较于传统三相全控桥式整流器，有着更宽范围的输出电压范围，更低的开关损耗，更高的开关频率，更高的电路效率，应用前景非常广泛。

Description

一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器

技术领域

本实用新型涉及整流器技术领域，具体涉及一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器。

背景技术

如今电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时也对装置的效率和电磁兼容性提出了更高的要求。而装置小型化、轻量化最直接的途径是电路的高频化，即提高晶体开关管的频率，但在提高开关频率的同时，开关损耗也随之增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。针对这些问题出现了软开关技术，它主要解决电路中的开关损耗和开关噪声问题，使频率可以大幅度提高。整流器是一种基于电力电子开关器件将交流电转变为直流电的装置。目前较常用的三相电压源整流器结构有：不可控桥式整流、半控桥式整流、全控桥式整流。对于电动汽车领域而言，电动汽车充电器应该具有高效的输出功率，以及广泛的直流输出电压范围，以兼容各种标称电池的电压水平。传统的三相整流器有着结构简单、晶体管控制方法容易、成本低的优点，但同时也有着输出电压范围较窄的缺点，若想实现宽范围的电压输出，只能通过调节交流电压的大小来改变输出直流电压的大小。

为了解决上述的问题，本实用新型提出了一种基于软开关技术、Y型整流器的宽输出电压范围的低开关损耗三相整流器。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器，以解决传统三相全控整流器无法实现宽输出电压范围以及低开关损耗的问题。

本实用新型采取的技术方案为：一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器，包括交流电压源模块，Y型整流模块，MOSFET控制模块，软开关模块，负载；其特征在于：交流电压源输出与Y型整流模块输入相连，MOSFET控制模块输出与Y型整流模块输入相连，软开关模块与Y型整流模块相连，Y型整流模块输出与负载相连；所述的交流电压源包括电压源Va、电压源Vb、电压源Vc；所述的Y型整流模块包括晶体开关管T1、晶体开关管T2、晶体开关管T3、晶体开关管T4、晶体开关管T5、晶体开关管T6、晶体开关管T7、晶体开关管T8、晶体开关管T9、晶体开关管T10、晶体开关管T11、晶体开关管T12、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电感L1、电感L2、电感L3、、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、电感L11、电感L12、电感L13、电感L14、电感L15。

所述的交流电压源中，电压源Va、电压源Vb、电压源Vc是对称三相电压源，幅值、频率相等，电压源Va相位比电压源Vb超前120°，电压源Vb相位比电压源Vc超前120°；所述的电压源Va、电压源Vb、电压源Vc采用星形中性点接地的接法，电压源Va的正极与电容C13的正极相连，电压源Vb的正极与电容C14的正极相连，电压源Vc的正极与电容C15的正极相连。

所述的MOSFET控制模块输出12路控制信号，输出接口分别为MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4、MOS管T5、MOS管T6、MOS管T7、MOS管T8、MOS管T9、MOS管T10、MOS管T11、MOS管T12。

所述的Y型整流模块中，晶体开关管T1门极与MOSFET控制模块的T1输出接口相连、漏极与电容C13正极和二极管D1阴极和电容C1正极相连、源极与二极管D1阳极和电容C1负极和电感L1正极相连，晶体开关管T2门极与MOSFET控制模块的T2输出接口相连、漏极与电感L13正极和二极管D2阴极和电容C2正极相连、源极与二极管D2阳极和电容C2负极和电感L2正极相连，晶体开关管T5门极与MOSFET控制模块的T5输出接口相连、漏极与电容C14正极和二极管D5阴极和电容C5正极相连、源极与二极管D5阳极和电容C5负极和电感L5正极相连，晶体开关管T6门极与MOSFET控制模块的T6输出接口相连、漏极与电感L14正极和二极管D6阴极和电容C6正极相连、源极与二极管D6阳极和电容C6负极和电感L6正极相连，晶体开关管T9门极与MOSFET控制模块的T9输出接口相连、漏极与电容C15正极和二极管D9阴极和电容C9正极相连、源极与二极管D9阳极和电容C9负极和电感L9正极相连，晶体开关管T10门极与MOSFET控制模块的T10输出接口相连、漏极与电感L15正极和二极管D10阴极和电容C10正极相连、源极与二极管D10阳极和电容C10负极和电感L10正极相连，晶体开关管T3门极与MOSFET控制模块的T3输出接口相连、漏极与电容C16正极和二极管D3阴极和电容C3正极相连、源极与二极管D3阳极和电容C3负极和电感L3正极相连，晶体开关管T4门极与MOSFET控制模块的T4输出接口相连、漏极与电感L13负极和二极管D4阴极和电容C4正极相连、源极与二极管D4阳极和电容C4负极和电感L4正极相连，晶体开关管T7门极与MOSFET控制模块的T7输出接口相连、漏极与电容C16正极和二极管D7阴极和电容C7正极相连、源极与二极管D7阳极和电容C7负极和电感L7正极相连，晶体开关管T8门极与MOSFET控制模块的T8输出接口相连、漏极与电感L14负极和二极管D8阴极和电容C8正极相连、源极与二极管D8阳极和电容C8负极和电感L8正极相连，晶体开关管T11门极与MOSFET控制模块的T11输出接口相连、漏极与电容C16正极和二极管D11阴极和电容C11正极相连、源极与二极管D11阳极和电容C11负极和电感L11正极相连，晶体开关管T12门极与MOSFET控制模块的T12输出接口相连、漏极与电感L15负极和二极管D12阴极和电容C12正极相连、源极与二极管D12阳极和电容C12负极和电感L12正极相连，电感L1负极与电感L13正极相连，电感L2负极与电容C13负极相连，电感L5负极与电感L14正极相连，电感L6负极与电容C13负极相连，电感L9负极与电感L15正极相连，电感L10负极与电容C13负极相连，电感L3负极与电感L13负极相连，电感L4负极与电容C13负极相连，电感L7负极与电感L14负极相连，电感L8负极与电容C13负极相连，电感L11负极与电感L15负极相连，电感L12负极与电容C13负极相连，电容C13正极与电压源Va正极相连，电容C14正极与电压源Vb正极相连、负极与电容C1负极相连，电容C15正极与电压源Vc正极相连、负极与电容C1负极相连，电容C16正极与负载正极相连、负极与电容C13负极和负载负极相连。

本实用新型一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器的优点在于：首先，在整流桥部分，应用了相较传统整流桥不同的Y型接法；其次，在整流桥开关部分又增加了一种基于准谐振电路的软开关，使得本实用新型所述整流器能够实现宽电压范围低开关损耗的电压输出。本实用新型一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器相较于传统三相全控桥式整流器，有着更宽范围的输出电压范围，更低的开关损耗，更高的开关频率，更高的电路效率。

为更清楚的说明本实用新型所提的一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

附图说明

为更清楚的说明本实用新型所提的一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器的电路结构图。

图2为整流器中a相的buck-boost模块。

图3为输出电压高于输入电压时的工作模式。

图4为输出电压低于输入电压时的工作模式。

图5为软开关模块第一种状态。

图6为软开关模块第二种状态。

图7为软开关模块第三种状态。

图8为软开关模块第四种状态。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的部分实施例，而非本实用新型的全部实现方式，所述实施例只有示例性。

图1所示为本实用新型一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器的电路结构图。其具体结构如下：它包括交流电压源模块，Y型整流模块，MOSFET控制模块，软开关模块，负载；其特征在于：交流电压源输出与Y型整流模块输入相连，MOSFET控制模块输出与Y型整流模块输入相连，软开关模块与Y型整流模块相连，Y型整流模块输出与负载相连；所述的交流电压源包括电压源Va、电压源Vb、电压源Vc；所述的Y型整流模块包括晶体开关管T1、晶体开关管T2、晶体开关管T3、晶体开关管T4、晶体开关管T5、晶体开关管T6、晶体开关管T7、晶体开关管T8、晶体开关管T9、晶体开关管T10、晶体开关管T11、晶体开关管T12、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电感L1、电感L2、电感L3、、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、电感L11、电感L12、电感L13、电感L14、电感L15。

所述的交流电压源中，电压源Va、电压源Vb、电压源Vc是对称三相电压源，幅值、频率相等，电压源Va相位比电压源Vb超前120°，电压源Vb相位比电压源Vc超前120°；所述的电压源Va、电压源Vb、电压源Vc采用星形中性点接地的接法，电压源Va的正极与电容C13的正极相连，电压源Vb的正极与电容C14的正极相连，电压源Vc的正极与电容C15的正极相连。

所述的MOSFET控制模块输出12路控制信号，输出接口分别为MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4、MOS管T5、MOS管T6、MOS管T7、MOS管T8、MOS管T9、MOS管T10、MOS管T11、MOS管T12。

所述的Y型整流模块中，晶体开关管T1门极与MOSFET控制模块的T1输出接口相连、漏极与电容C13正极和二极管D1阴极和电容C1正极相连、源极与二极管D1阳极和电容C1负极和电感L1正极相连，晶体开关管T2门极与MOSFET控制模块的T2输出接口相连、漏极与电感L13正极和二极管D2阴极和电容C2正极相连、源极与二极管D2阳极和电容C2负极和电感L2正极相连，晶体开关管T5门极与MOSFET控制模块的T5输出接口相连、漏极与电容C14正极和二极管D5阴极和电容C5正极相连、源极与二极管D5阳极和电容C5负极和电感L5正极相连，晶体开关管T6门极与MOSFET控制模块的T6输出接口相连、漏极与电感L14正极和二极管D6阴极和电容C6正极相连、源极与二极管D6阳极和电容C6负极和电感L6正极相连，晶体开关管T9门极与MOSFET控制模块的T9输出接口相连、漏极与电容C15正极和二极管D9阴极和电容C9正极相连、源极与二极管D9阳极和电容C9负极和电感L9正极相连，晶体开关管T10门极与MOSFET控制模块的T10输出接口相连、漏极与电感L15正极和二极管D10阴极和电容C10正极相连、源极与二极管D10阳极和电容C10负极和电感L10正极相连，晶体开关管T3门极与MOSFET控制模块的T3输出接口相连、漏极与电容C16正极和二极管D3阴极和电容C3正极相连、源极与二极管D3阳极和电容C3负极和电感L3正极相连，晶体开关管T4门极与MOSFET控制模块的T4输出接口相连、漏极与电感L13负极和二极管D4阴极和电容C4正极相连、源极与二极管D4阳极和电容C4负极和电感L4正极相连，晶体开关管T7门极与MOSFET控制模块的T7输出接口相连、漏极与电容C16正极和二极管D7阴极和电容C7正极相连、源极与二极管D7阳极和电容C7负极和电感L7正极相连，晶体开关管T8门极与MOSFET控制模块的T8输出接口相连、漏极与电感L14负极和二极管D8阴极和电容C8正极相连、源极与二极管D8阳极和电容C8负极和电感L8正极相连，晶体开关管T11门极与MOSFET控制模块的T11输出接口相连、漏极与电容C16正极和二极管D11阴极和电容C11正极相连、源极与二极管D11阳极和电容C11负极和电感L11正极相连，晶体开关管T12门极与MOSFET控制模块的T12输出接口相连、漏极与电感L15负极和二极管D12阴极和电容C12正极相连、源极与二极管D12阳极和电容C12负极和电感L12正极相连，电感L1负极与电感L13正极相连，电感L2负极与电容C13负极相连，电感L5负极与电感L14正极相连，电感L6负极与电容C13负极相连，电感L9负极与电感L15正极相连，电感L10负极与电容C13负极相连，电感L3负极与电感L13负极相连，电感L4负极与电容C13负极相连，电感L7负极与电感L14负极相连，电感L8负极与电容C13负极相连，电感L11负极与电感L15负极相连，电感L12负极与电容C13负极相连，电容C13正极与电压源Va正极相连，电容C14正极与电压源Vb正极相连、负极与电容C1负极相连，电容C15正极与电压源Vc正极相连、负极与电容C1负极相连，电容C16正极与负载正极相连、负极与电容C13负极和负载负极相连。

接着，请参考图1、图2、图3、图4，本实用新型采用的Y型整流桥结构与传统IGBT三相全控桥式电压源整流器的不同之处在于，本实用新型对整流桥增加了6组MOSFET晶体管和6组对应的续流二极管，以实现宽电压的输出范围。Y型整流桥部分是由三个buck-boost模块组成的，图2为a相的buck-boost模块，三个模块的控制策略相互独立，这意味着三相的控制策略较为简单。以a相电压为例，使晶体管T1保持持续导通，晶体管T2持续关断，就得到了图3，此时a相buck-boost模块处于buck模式下，输出电压低于输入电压；使晶体管T3保持持续导通，晶体管T4持续关断，就得到了图4，此时a相buck-boost模块处于boost模式下，输出电压高于输入电压。其余两相的导通关断原则相同。这样一来，三相交流电经过Y型整流器的buck-boost模块，输出了宽电压范围的直流电。

随后，请参考图5、图6、图7。在上述整流过程，图5晶体开关管T1由导通变为关断，因为有与其并联的电容C1，使T1关断后电压上升减缓，因此晶体开关管T1的关断损耗减小，关断后的电路图为图6，此时电感L1和电感L13向电容C1充电，Uc1不断上升，电感L1中的电流不断下降，直到下降为零，Uc1达到谐振峰值。然后电容C1向电感L1放电，见图7，电流iL改变方向，Uc1不断减小，当减小到零时，二极管D1导通，见图8，晶体开关管两端电压被钳制为零，晶体开关管T1选择此时导通，不会产生开通损耗。这样一来，晶体开关管导通和关断时刻产生的损耗大大减少，使得整体电路能在高频的环境下运行。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，但并非用以限定本实用新型，对于熟悉本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内都可以做各种改动和修饰，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (4)

1.一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器，包括交流电压源模块，Y型整流模块，MOSFET控制模块，软开关模块，负载；其特征在于：交流电压源输出与Y型整流模块输入相连，MOSFET控制模块输出与Y型整流模块输入相连，软开关模块与Y型整流模块相连，Y型整流模块输出与负载相连；所述的交流电压源包括电压源Va、电压源Vb、电压源Vc；所述的Y型整流模块包括晶体开关管T1、晶体开关管T2、晶体开关管T3、晶体开关管T4、晶体开关管T5、晶体开关管T6、晶体开关管T7、晶体开关管T8、晶体开关管T9、晶体开关管T10、晶体开关管T11、晶体开关管T12、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电感L1、电感L2、电感L3、、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、电感L11、电感L12、电感L13、电感L14、电感L15。

2.如权利要求1所述的一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器，其特征是：所述的交流电压源中，电压源Va、电压源Vb、电压源Vc是对称三相电压源，幅值、频率相等，电压源Va相位比电压源Vb超前120°，电压源Vb相位比电压源Vc超前120°；所述的电压源Va、电压源Vb、电压源Vc采用星形中性点接地的接法，电压源Va的正极与电容C13的正极相连，电压源Vb的正极与电容C14的正极相连，电压源Vc的正极与电容C15的正极相连。

3.如权利要求1所述的一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器，其特征是：所述的MOSFET控制模块输出12路控制信号，输出接口分别为MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4、MOS管T5、MOS管T6、MOS管T7、MOS管T8、MOS管T9、MOS管T10、MOS管T11、MOS管T12。

4.如权利要求1所述的一种宽电压输出范围的低开关损耗三相整流器，其特征是：所述的Y型整流模块中，晶体开关管T1门极与MOSFET控制模块的T1输出接口相连、漏极与电容C13正极和二极管D1阴极和电容C1正极相连、源极与二极管D1阳极和电容C1负极和电感L1正极相连，晶体开关管T2门极与MOSFET控制模块的T2输出接口相连、漏极与电感L13正极和二极管D2阴极和电容C2正极相连、源极与二极管D2阳极和电容C2负极和电感L2正极相连，晶体开关管T5门极与MOSFET控制模块的T5输出接口相连、漏极与电容C14正极和二极管D5阴极和电容C5正极相连、源极与二极管D5阳极和电容C5负极和电感L5正极相连，晶体开关管T6门极与MOSFET控制模块的T6输出接口相连、漏极与电感L14正极和二极管D6阴极和电容C6正极相连、源极与二极管D6阳极和电容C6负极和电感L6正极相连，晶体开关管T9门极与MOSFET控制模块的T9输出接口相连、漏极与电容C15正极和二极管D9阴极和电容C9正极相连、源极与二极管D9阳极和电容C9负极和电感L9正极相连，晶体开关管T10门极与MOSFET控制模块的T10输出接口相连、漏极与电感L15正极和二极管D10阴极和电容C10正极相连、源极与二极管D10阳极和电容C10负极和电感L10正极相连，晶体开关管T3门极与MOSFET控制模块的T3输出接口相连、漏极与电容C16正极和二极管D3阴极和电容C3正极相连、源极与二极管D3阳极和电容C3负极和电感L3正极相连，晶体开关管T4门极与MOSFET控制模块的T4输出接口相连、漏极与电感L13负极和二极管D4阴极和电容C4正极相连、源极与二极管D4阳极和电容C4负极和电感L4正极相连，晶体开关管T7门极与MOSFET控制模块的T7输出接口相连、漏极与电容C16正极和二极管D7阴极和电容C7正极相连、源极与二极管D7阳极和电容C7负极和电感L7正极相连，晶体开关管T8门极与MOSFET控制模块的T8输出接口相连、漏极与电感L14负极和二极管D8阴极和电容C8正极相连、源极与二极管D8阳极和电容C8负极和电感L8正极相连，晶体开关管T11门极与MOSFET控制模块的T11输出接口相连、漏极与电容C16正极和二极管D11阴极和电容C11正极相连、源极与二极管D11阳极和电容C11负极和电感L11正极相连，晶体开关管T12门极与MOSFET控制模块的T12输出接口相连、漏极与电感L15负极和二极管D12阴极和电容C12正极相连、源极与二极管D12阳极和电容C12负极和电感L12正极相连，电感L1负极与电感L13正极相连，电感L2负极与电容C13负极相连，电感L5负极与电感L14正极相连，电感L6负极与电容C13负极相连，电感L9负极与电感L15正极相连，电感L10负极与电容C13负极相连，电感L3负极与电感L13负极相连，电感L4负极与电容C13负极相连，电感L7负极与电感L14负极相连，电感L8负极与电容C13负极相连，电感L11负极与电感L15负极相连，电感L12负极与电容C13负极相连，电容C13正极与电压源Va正极相连，电容C14正极与电压源Vb正极相连、负极与电容C1负极相连，电容C15正极与电压源Vc正极相连、负极与电容C1负极相连，电容C16正极与负载正极相连、负极与电容C13负极和负载负极相连。

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