[發明專利]交流斬波-全橋整流的AC-DC變換器

無效

• 申請號: 201110206897.X
• 申請日: 2011-07-22
• 公開（公告）號: CN102291014A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 馬紅星;李華武;曹中圣;楊喜軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12;H02M5/293;H02M5/10;H02M7/219
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及的是一種電力電子變換技術領域的裝置，具體是一種交流斬波-全橋整流的AC-DC變換器。

背景技術

電力電子變壓器主要由電力電子變換器、高頻變壓器和控制器等組成。其中包括：IGBT或IGCT等高頻大功率電力電子器件的電力電子變換器是電力電子變壓器的核心，其功能是完成電能的頻率、幅值轉換；高頻變壓器的功能是隔離及變壓；控制器的功能是實現對電能變換、電壓穩定和電能質量的控制。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利申請號02139030.4，公開日：2003.03.12.記載了一種“電力電子變壓器”，該技術電力電子變壓器基于三相-三相矩陣變換器結構，中間環節非常復雜，實現難度非常高，經濟性較低，難以實現和推廣應用。

進一步檢索發現，中國專利申請號200910025824.3，公開日：2009.11.04.記載了一種“多功能電力電子變壓器”，該技術的電力電子變壓器功能齊全，但是結構十分復雜，控制難度非常高，可行性較低，難以實現和獲得廣泛應用。

WANG?JUN等，“智能電網技術”.?IEEE?Trans.?on?Industry?Electronics?Magzine（工業電子雜志).2009?年6月.記載了一種“基于傳統思想的電力電子變壓器技術”，該技術具有較強的功能，但是高壓端具有兩級變換器，結構十分復雜，控制難度非常高，可行性較低。

電力電子變壓器主要由初、次級功率變換器以及聯系二者之間的高頻變壓器構成。從電力電子變壓器的輸入輸出特性看，相當于AC/AC變換。其基本工作原理為輸入的工頻電壓經過原邊變換器調制為高頻交流電壓，通過高頻變壓器耦合至副邊，再通過副邊的功率變換器將其轉換為所要求的電壓。電力電子變壓器具有體積小、功率因數高、便于自動監控等優點。

傳統上，電力電子變壓器最終需要產生交流電壓輸出，但是其中間環節必須包含有直流環節。另外，隨著智能電網技術的發展，在配電領域中勢必要出現一種高壓交流輸入-電壓直流輸出的應用場合，直接將高壓交流電壓引入到社區，可以進一步實現節能降耗，而且直流輸出作為母線可以為各種逆變設備供電，包括各種變頻家電和汽車充電設備，也可以作為公共接口而接入各種新型能源。直流輸出的電力電子變壓器作為傳統電力電子變壓器的一種類型，尚處于研究階段，需要更好的電路拓撲、調制算法和控制理論的推出。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足和直流輸出電力電子變壓器的具體情況，提供一種交流斬波-全橋整流的AC-DC變換器，通過在網側將輸入工頻交流調制為高頻信號，經高頻變壓器耦合到二次側后，在二次側進行降壓AC-DC變換，通過整流電路降頻還原成直流電壓，實現網側的單位輸入功率因數，抑制網側諧波電流，后級可串聯DC-AC電路，提供用戶所需的交流電壓。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：依次串聯的降壓電路和整流電路或阻抗變換電路，其中：降壓電路通過交流斬波器將高壓工頻交流電壓轉變為高壓高頻脈沖交流電壓，并通過降壓變壓器降壓得到低壓高頻脈沖交流電壓；整流電路或阻抗變換電路對輸出的低壓高頻脈沖交流電壓進行整流，得到穩定的直流輸出和線性輸入阻抗，反射到高壓交流電網后，得到線性輸入阻抗和單位輸入功率因數。

所述的降壓電路，包括依次相連的輸入濾波器、交流斬波器、用于降壓的高頻變壓器以及輸出濾波器。

所述的用于降壓電路的輸入濾波器由一個LC濾波器組成，輸入端與交流電源相連，輸出端與交流斬波器的兩個輸入端相連。

所述的用于降壓電路的交流斬波器僅含有一個雙向開關，該雙向開關由兩個反向串聯的逆導開關組成，逆導型開關為基本的開關，由一只IGBT管和一只二極管反向并聯構成，雙向開關的一端與輸入濾波器的正極相連，另一端與高頻變壓器初級繞組的正極相連。交流斬波器可采用常規50%占空比的控制脈沖驅動，獲得高頻脈沖交流電壓。

所述的用于降壓電路的高頻變壓器，其初級繞組的正極與交流斬波器的雙向開關的一端相連，負極與輸入濾波器的負極相連，次級繞組與輸出濾波器相連。

所述的用于降壓電路的輸出濾波器為一個輸出濾波電容，跨接于高頻變壓器的輸出端，與整流電路的兩個輸入端相連。

所述的整流電路，包括依次相連的升壓電感、單相整流器和濾波電容。