專利名稱：磁組合式三相輸入ac/dc全橋高頻變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種具有高可靠性、高功率因數(shù)和高功率密度的新型磁組合式三相輸入AC/DC全橋高頻變換器。
背景技術：
電カ電子技術的發(fā)展帶動了電源變換技術的發(fā)展，各種電子、電器設備領域以及程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源、軍事裝備，交通設施，エ業(yè)設備等領域都已廣泛使用了開關電源，取得了顯著的經濟效益和社會效益。隨著信息產業(yè)的發(fā)展、傳統(tǒng)エ業(yè)的改造，以及人們對節(jié)約能源和保護環(huán)境給予越來越多的重視，探索具有高可靠性、高功率因數(shù)和高功率密度的新型開關電源技術具有重要意義。在充電站、服務器電源等變換功率較大的AC/DC場合，當功率大于3. 7kW，通常采用三相交流輸入，目前三相AC-DC方案通常為AC-DC整流后再加DC-DC變換為所需電壓，在功率因素要求較高的場合采用不控整流AC-DC因諧波電流大已不再適用，通常采用三相有源功率因素校正電路(PWM整流)作為輸入級。AC-DC整流輸入電路中通常含有電解電容器，對開關電源可靠性分析可知，電解電容的使用壽命和主要元器件的電壓應力影響開關電源的可靠性。電解電容的壽命主要與電容內部溫升即電容的有功損耗有關，其中影響最直接的是電容的充放電深度、充放電工作頻率和外施電壓，因此若不用電解電容，可提高開關電源的可靠性。此外，對于ニ極管不控整流電路，減小其輸入濾波電容的容值可提高輸入電流波形正弦度，從而提高功率因數(shù)。傳統(tǒng)的AC-DC電源電路拓撲分為單相輸入和三相輸入，分別如圖I和圖2所示，圖I所示的単相輸入電路拓撲，主要元器件的電壓應カ較小，整流濾波電容容值較大，圖2所示的三相輸入電路拓撲整流濾波電路也需要較大的濾波電容值，且濾波電容的工作頻率和電壓均較高，主要元器件的電壓應カ較大，這兩個電路均應用大容量的電解電容做濾波電容，工作壽命較短，即降低了電源的可靠性。在功率因數(shù)要求較高的場合，一般需要體積重量較大的無源LC濾波電路，或采用有源PFC電路，因此降低了電源的功率密度與效率。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的，在于提供一種磁組合式三相輸入AC/DC全橋高頻變換器，其具有高可靠性、高功率因數(shù)、高功率密度和高效率的優(yōu)點。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種磁組合式三相輸入AC/DC全橋高頻變換器，包括三個完全相同的單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊、ー個三相組合式高頻變壓器和一個高頻整流濾波電路，其中，所述三個單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊采用星型接法并由相同的開關信號進行同步控制，該功率模塊包括依次連接的LC濾波電路、整流電路、濾波電容和逆變橋電路，三個LC濾波電路中的電容輸入端都與三相電網的中線相連，而電感輸入端分別與三相電網的三相相連，所述LC濾波電路的輸出端連接整流電路的輸入端，而整流電路的輸出端并聯(lián)濾波電容后連接逆變橋電路的輸入端；所述逆變橋電路的輸出端經由三相組合式高頻變壓器連接高頻整流濾波電路的輸入端；所述三相組合式高頻變壓器的三路原邊繞組分別連接三個單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊，而副邊繞組與高頻整流濾波電路相連；所述三相組合式高頻變壓器的三路原邊繞組分別繞制在相互獨立的三組磁芯上，共用一路副邊繞組，繞制方法是同時匝鏈三組磁芯，輸出電壓由ー個輸出繞組匝鏈三相組合式高頻變壓器的三個磁芯磁通感應輸出。上述單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊中的濾波電容采用數(shù)微法的非電解薄膜電容。上述逆變橋電路由四個功率開關管兩兩ー組串聯(lián)后再并聯(lián)而成，所述功率開關管是 MOSFET 或 IGBT。采用上述方案后，本發(fā)明在保證開關電源輸出電源品質的條件下，利用三相電路整體功率平衡的原理，降低每個單相整流電路的濾波電容值，提高輸入電流波形正弦度，實現(xiàn)自然PFC效果，這樣盡管每個單相的傳遞功率是波動的，但三相疊加的功率仍是平衡的，三相功率的疊加采用一種磁路組合的三相高頻變壓器實現(xiàn)，由一套輸出繞組輸出平衡穩(wěn)定直流電壓。
圖I是現(xiàn)有單相輸入AC/DC全橋高頻變換器拓撲圖；圖2是現(xiàn)有三相輸入AC/DC全橋高頻變換器拓撲圖；圖3是本發(fā)明的電路拓撲圖；圖4是本發(fā)明的結構框圖；圖5是本發(fā)明中三相組合式高頻變壓器的結構示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。如圖4所示，本發(fā)明提供一種磁組合式三相輸入AC/DC全橋高頻變換器，包括三個完全相同的單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊、ー個三相組合式高頻變壓器和一個高頻整流濾波電路，下面分別介紹。所述三個單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊均為單級結構電路，由相同的開關信號進行同步控制，其主電路包括依次連接的LC濾波電路、整流電路、濾波電容和逆變橋電路，該三個單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊采用星型接法后再與三相電網連接，具體來說，配合圖4所示，三個LC濾波電路中的電容輸入端(1-2)、( 2-2 )和(3-2 )都與三相電網的中線相連，而電感輸入端(1-1 )、(2-1)和(3-1)分別與三相電網的A、B、C三相相連，所述LC濾波電路的輸出端連接整流電路的輸入端，而整流電路的正負輸出端并聯(lián)濾波電容后連接逆變橋電路的輸入端；濾波電容も、C2, C3采用非電解薄膜電容，薄膜電容的容量很小，一般為數(shù)微法，如4. 7uF，很小的濾波電容使得各全橋逆變電路直流母線電壓脈動變化大，允許整流電壓波動，接近ニ極管整流獲得的“饅頭波”，三相輸入電流接近正弦波，功率因數(shù)高，可不需要PFC電路，提高可靠性，降低成本，提高效率；逆變橋電路由四個功率開關管組成，開關管可以采用MOSFET或者IGBT，可采用移相全橋軟開關控制方式減小開關損耗，逆變橋電路的輸出端(1-3)、( 1-4)、(2-3)、(2-4)、(3-3)和(3-4)與三相組合式高頻變壓器的輸入端相連。如圖5所示，三相組合式高頻變壓器的三路原邊繞組(以斜方格陰影標出)分別繞制在相互獨立的三組EE磁芯(以斜線陰影標出)上，每個磁芯中磁通脈動大小決定于各相的波動的整流輸入電壓，共用一路副邊繞組(以方格陰影標出)，繞制方法是同時匝鏈三組磁芯；輸出電壓由ー個輸出繞組阻鏈三相組合式高頻變壓器的三個磁芯磁通感應輸出，輸出繞組利用三個磁芯中的磁通變化同步、三個高頻磁芯的磁通疊加后峰谷相抵、輸出繞組匝鏈的總磁通脈動每個開關周期基本一致的特點，達到減小輸出電壓脈動的目的，剰余電壓脈動由控制電路微調占空比消除。所述三相組合式高頻變壓器的輸出端經由高頻整流濾波電路輸出直流信號，且在高頻整流濾波電路的輸出端還并聯(lián)有電容C。
綜上，本發(fā)明所提供的拓撲為單級結構，不需要PFC電路，開關元器件的電壓應力低，因此該變換器具有高效率、高可靠性、高功率因數(shù)和高功率密度的特點。圖3所示為本發(fā)明的ー種具體電路結構，該拓撲克服圖I和圖2兩個拓撲的缺點，不用濾波電解電容，保留其拓撲成熟簡單的優(yōu)點，具有較高的可靠性、自然的高功率因數(shù)、高功率密度和高效率的優(yōu)點。以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內。
權利要求
1.一種磁組合式三相輸入AC/DC全橋高頻變換器，其特征在于包括三個完全相同的單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊、ー個三相組合式高頻變壓器和一個高頻整流濾波電路，其中，所述三個單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊采用星型接法并由相同的開關信號進行同步控制，該功率模塊包括依次連接的LC濾波電路、整流電路、濾波電容和逆變橋電路，三個LC濾波電路中的電容輸入端都與三相電網的中線相連，而電感輸入端分別與三相電網的三相相連，所述LC濾波電路的輸出端連接整流電路的輸入端，而整流電路的輸出端并聯(lián)濾波電容后連接逆變橋電路的輸入端；所述逆變橋電路的輸出端經由三相組合式高頻變壓器連接高頻整流濾波電路的輸入端；所述三相組合式高頻變壓器的三路原邊繞組分別連接三個單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊，而副邊繞組與高頻整流濾波電路相連；所述三相組合式高頻變壓器的三路原邊繞組分別繞制在相互獨立的三組磁芯上，共用一路副邊繞組，繞制方法是同時匝鏈三組磁芯，輸出電壓由ー個輸出繞組匝鏈三相組合式高頻變壓器的三個磁芯磁通感應輸出。
2.如權利要求I所述的磁組合式三相輸入AC/DC全橋高頻變換器，其特征在于所述單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊中的濾波電容采用數(shù)微法的非電解薄膜電容。
3.如權利要求I所述的磁組合式三相輸入AC/DC全橋高頻變換器，其特征在于所述逆變橋電路由四個功率開關管兩兩ー組串聯(lián)后再并聯(lián)而成，所述功率開關管是MOSFET或IGBT。
全文摘要
本發(fā)明公開一種磁組合式三相輸入AC/DC全橋高頻變換器，包括三個完全相同的單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊、一個三相組合式高頻變壓器和一個高頻整流濾波電路，其中，所述三個單相輸入AC/DC全橋高頻功率模塊采用星型接法并由相同的開關信號進行同步控制，該功率模塊包括依次連接的LC濾波電路、整流電路、濾波電容和逆變橋電路，所述LC濾波電路的輸出端經由整流電路和濾波電容連接逆變橋電路的輸入端；所述逆變橋電路的輸出端經由三相組合式高頻變壓器連接高頻整流濾波電路的輸入端。此種變換器具有高可靠性、高功率因數(shù)、高功率密度和高效率的優(yōu)點。
文檔編號H02M3/335GK102832828SQ20121031069
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權日2012年8月28日
發(fā)明者李春杰, 黃文新, 李朋 申請人:南京航空航天大學