[發明專利]磁組合式三相輸入AC/DC全橋高頻變換器

有效

• 申請號: 201210310697.3
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN102832828A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 李春杰;黃文新;李朋
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/02
• 分類號: H02M7/02;H02M3/335;H02M1/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種具有高可靠性、高功率因數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

電力電子技術的發展帶動了電源變換技術的發展，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，工業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。

隨著信息產業的發展、傳統工業的改造，以及人們對節約能源和保護環境給予越來越多的重視，探索具有高可靠性、高功率因數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，對于二極管不控整流電路，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。

傳統的AC-DC電源電路拓撲分為單相輸入和三相輸入，分別如圖1和圖2所示，圖1所示的單相輸入電路拓撲，主要元器件的電壓應力較小，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力較大，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。

發明內容

本發明的目的，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、高功率密度和高效率的優點。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

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、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，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，輸出電壓由一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兩兩一組串聯后再并聯而成，所述功率開關管是MOSFET或IGBT。

采用上述方案后，本發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，由一套輸出繞組輸出平衡穩定直流電壓。

附圖說明

圖1是現有單相輸入AC/DC全橋高頻變換器拓撲圖；

圖2是現有三相輸入AC/DC全橋高頻變換器拓撲圖；

圖3是本發明的電路拓撲圖；

圖4是本發明的結構框圖；

圖5是本發明中三相組合式高頻變壓器的結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。