[发明专利]基于单级功率变换模块的级联式变流器

摘要

本发明基于单级功率变换模块的级联式变流器，提供了多种由若干个功率变换模块级联组成的主功率电路，还提供了基于单级功率变换模块的级联式变流器构成的三相星接、角接和双星接变流器拓扑结构。其优点在于可以使用低耐压的功率开关管完成高电压下的大功率整流变换，且电路中电气隔离采用高频变压器，不需使用工频移相变压器。采用一级功率变换电路完成AC/DC和DC/DC两级变换，并具有功率因数校正功能，实现了单位功率因数整流，简化了主功率电路结构，减少了开关器件数量和电路损耗，提高了系统工作效率，体积小，重量轻，成本低，在大功率电力电子变压器，大功率中高压交‑直‑交变频器等应用领域具有重要的应用价值。

主权项

一种基于单级功率变换模块的级联式变流器，包括主功率电路，所述主功率电路包括单级功率变换模块，所述单级功率变换模块采用第一模块单元(A)，所述第一模块单元(A)包括单相二极管整流桥、开关管S、快恢复二极管D1、快恢复二极管D2、快恢复二极管D3、升压电感Ls、隔离高频变压器T和原边滤波电容Cin以及输出直流电容Co和输出负载Ro，其特征在于：所述主功率电路包括高频滤波器和N个级联的所述第一模块单元(A)，其中各个所述单相二极管整流桥的第二个交流输入端与下一个所述单相二极管整流桥的第一个交流输入端依次相连，级联起来的所述单相二极管整流桥剩余的两个交流输入端，即第一个所述单相二极管整流桥的第一个交流输入端与第N个所述单相二极管整流桥的第二个交流输入端经所述高频滤波器串联接入交流电网，其中，N为正整数；第一模块单元(A)的具体连接关系：交流输入电压与单相二极管整流桥的交流输入端相连，单相二极管整流桥的正输出端与升压电感Ls的一端相连，升压电感Ls的另一端与快恢复二极管D2的阳极相连，快恢复二极管D2的阴极与开关管S的漏极相连，开关管S的源极与单相二极管整流桥的负输出端相连；升压电感Ls的另一端也与快恢复二极管D1的阳极相连，快恢复二极管D1的阴极与原边滤波电容Cin的一端相连，原边滤波电容Cin的另一端与开关管S的源极相连；快恢复二极管D1的阴极也与隔离高频变压器T原边的一端相连，隔离高频变压器T原边的另一端与开关管S的漏极相连；隔离高频变压器T副边的异名端与快恢复二极管D3的阳极相连，快恢复二极管D3的阴极与输出直流电容Co的正端相连，输出直流电容Co的负端与隔离高频变压器T同名端相连，输出负载Ro并联在输出直流电容Co两端；或者所述单级功率变换模块替换采用第二模块单元(B)，所述第二模块单元(B)包括单相二极管整流桥、开关管S和快恢复二极管D1、D2、D3、D4、Ds、升压电感Ls、隔离高频变压器T及其原边滤波电容Cin以及输出滤波电感Lm、输出直流电容Co和输出负载Ro；第二模块单元(B)的具体连接关系：交流输入电压与单相二极管整流桥的交流输入端相连，单相二极管整流桥的正输出端与升压电感Ls的一端相连，升压电感Ls的另一端与快恢复二极管D4的阳极相连，快恢复二极管D4的阴极与开关管S的漏极相连，开关管S的源极与单相二极管整流桥的负输出端相连；升压电感Ls的另一端也与快恢复二极管D1的阳极相连，快恢复二极管D1的阴极与原边滤波电容Cin的一端相连，原边滤波电容Cin的另一端与开关管S的源极相连；快恢复二极管D1的阴极也与隔离高频变压器T原边的一端相连，隔离高频变压器T原边的另一端与开关管S的漏极相连；快恢复二极管D1的阴极也与隔离高频变压器T复位绕组的异名端相连，复位绕组的同名端与快恢复二极管Ds的阴极相连，快恢复二极管Ds的阳极与开关管S的源极相连；隔离高频变压器T副边的同名端与快恢复二极管D2的阳极相连，快恢复二极管D2的阴极与快恢复二极管D3的阴极相连，快恢复二极管D3的阳极与隔离高频变压器T副边的异名端相连；快恢复二极管D2的阴极也与输出滤波电感Lm的一端相连，输出滤波电感Lm的另一端与输出直流电容Co的正端相连，输出直流电容Co的负端与隔离高频变压器T异名端相连，输出负载Ro并联在输出直流电容Co两端；或者所述单级功率变换模块替换采用第三模块单元(C)，所述第三模块单元(C)包括单相二极管整流桥、开关管S和快恢复二极管D1、D2、D3、升压电感Ls、隔离高频变压器T及其原边滤波电容Cin、辅助电感Lr以及输出直流电容Co和输出负载Ro；第三模块单元(B)的具体连接关系：交流输入电压与单相二极管整流桥的交流输入端相连，单相二极管整流桥的正输出端与升压电感Ls的一端相连，升压电感Ls的另一端与快恢复二极管Ds的阳极相连，快恢复二极管Ds的阴极与辅助电感Lr的一端相连，辅助电感Lr的另一端与开关管S的漏极相连，开关管S的源极与单相二极管整流桥的负输出端相连；升压电感Ls的另一端也与快恢复二极管D1的阳极相连，快恢复二极管D1的阴极与原边滤波电容Cin的一端相连，原边滤波电容Cin的另一端与开关管S的源极相连；快恢复二极管D1的阴极也与隔离高频变压器T原边的一端相连，隔离高频变压器T原边的另一端与开关管S的漏极相连；隔离高频变压器T副边的异名端与快恢复二极管D2的阳极相连，快恢复二极管D2的阴极与输出直流电容Co的正端相连，输出直流电容Co的负端与隔离高频变压器T副边的同名端相连，输出负载Ro并联在输出直流电容Co两端。