[发明专利]基于二极管钳位双向开关的三电平整流器

权利要求书

1.基于二极管钳位双向开关的三电平整流器，其特征在于该整流器包括：

功率开关管S₁、S₂、S₃，电感L，分压电容C₁、C₂，二极管D₁～D₁₀；

交流电源AC一端分别连接二极管D₁阳极、二极管D₂阴极、二极管D₃阳极、二极管D₄阴极，其连接点构成节点a；

二极管D₃阴极分别连接功率开关管S₁漏极、二极管D₅阴极；

二极管D₄阳极分别连接功率开关管S₁源极、二极管D₆阳极；

交流电源AC另一端连接电感L一端；

电感L另一端分别连接二极管D₅阳极、二极管D₆阴极、功率开关管S₂源极、功率开关管S₃漏极，其连接点构成节点b；

功率开关管S₂漏极分别连接二极管D₇阳极、二极管D₉阴极；

功率开关管S₃源极分别连接二极管D₈阴极、二极管D₁₀阳极；

二极管D₁阴极分别连接二极管D₇阴极、分压电容C₁一端，其连接点构成节点p；

二极管D₂阳极分别连接二极管D₈阳极、分压电容C₂另一端，其连接点构成节点m；

二极管D₉阳极分别连接二极管D₁₀阴极、分压电容C₁另一端、分压电容C₂一端，其连接点构成节点n；

负载R_L两端分别连接节点p、节点m。

2.根据权利要求1所述基于二极管钳位双向开关的三电平整流器，其特征在于：所述二极管D₁、二极管D₂、二极管D₇、二极管D₈组成一组整流桥。

3.根据权利要求1所述基于二极管钳位双向开关的三电平整流器，其特征在于：所述二极管D₉、二极管D₁₀、功率开关管S₂、功率开关管S₃组成一组二极管钳位双向开关，分压电容C₁、C₂通过该二极管钳位双向开关进行充放电，确保了中点电位平衡控制精度。

4.根据权利要求1所述基于二极管钳位双向开关的三电平整流器，其特征在于：所述二极管D₃、二极管D₄、二极管D₅、二极管D₆、功率开关管S₁组成一组单管双向开关，该单管双向开关插入到节点a和节点b之间，为电感L充电构成回路，实现直流侧升压。

5.根据权利要求1所述基于二极管钳位双向开关的三电平整流器，其特征在于：所述功率开关管S₁、S₂、S₃均为绝缘栅型双极晶体管IGBT、或者集成门极换流晶闸管IGCT、或者电力场效应晶体管MOSFET。

6.如权利要求1～5所述任意一项的三电平整流器，其特征在于：整个工频工作周期分为六种工作模态：

工作模态一：工作在交流电源AC的正半周期，二极管D₁、二极管D₈导通，功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃断开；电流从交流电源AC出发，经过二极管D1、分压电容C₁、分压电容C₂、二极管D₈、功率开关管S₃的体二极管、电感L，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于直流侧电压u_dc，分压电容C₁、分压电容C₂充电，交流电源AC和电感L一起给负载R_L供电，电感L电流线性下降；

工作模态二：工作在交流电源AC的正半周期，二极管D₁、二极管D₉导通，功率开关管S₂导通，功率开关管S₁、功率开关管S₃断开；电流从交流电源AC出发，经过二极管D₁、分压电容C₁、二极管D₉、功率开关管S₂、电感L，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于直流侧电压u_dc的一半，分压电容C₁充电，分压电容C₂放电，如果交流电源电压u_s高于u_dc/2时，在此状态下，电感L电流线性上升，如果交流电源电压u_s小于u_dc/2时，在此状态下，电感L电流线性下降；

工作模态三：工作在交流电源AC的正半周期，二极管D₃、二极管D₆导通，功率开关管S₁导通，功率开关管S₂、功率开关管S₃断开；电流从交流电源AC出发，经过二极管D₃、功率开关管S₁、二极管D₆、电感L，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于零，分压电容C₁、分压电容C₂共同放电给负载R_L充能，交流电源AC给电感L充电；

工作模态四：工作在交流电源AC的负半周期，二极管D₄、二极管D₅导通，功率开关管S₁导通，功率开关管S₂、功率开关管S₃断开，电流从交流电源AC出发，经过电感L、二极管D₅、功率开关管S₁、二极管D₄，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于零，分压电容C₁、分压电容C₂共同放电给负载R_L充能，交流电源AC给电感L充电；

工作模态五：工作在交流电源AC的负半周期，二极管D₂、二极管D₁₀导通，功率开关管S₃导通，功率开关管S₁、功率开关管S₂断开，电流从交流电源AC出发，经过电感L、功率开关管S₃、二极管D₁₀、分压电容C₂、二极管D₂，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于负的直流侧电压u_dc的一半，分压电容C₁放电，分压电容C₂充电，如果交流电源电压u_s的绝对值高于u_dc/2时，在此状态下，电感L电流线性上升；如果交流电源电压u_s的绝对值小于u_dc/2时，在此状态下，电感L电流线性下降；

工作模态六：工作在交流电源AC的负半周期，二极管D₂、二极管D₇导通，功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃断开，电流从交流电源AC出发，经过电感L、功率开关管S₂的体二极管、二极管D₇、分压电容C₁、分压电容C₂、二极管D₂，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于负的直流侧电压u_dc，分压电容C₁、分压电容C₂充电，交流电源AC和电感L一起给负载R_L供电，电感L电流线性下降。