[發明專利]一種異構二極管鉗位式的三電平整流器

有效

• 申請號: 202110119643.8
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112865567B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 馬輝;敬成;徐甜川;鄭凱通
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M7/797;H02M1/42;H02M1/32
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

1.一種異構二極管鉗位式的三電平整流器，其特征在于該整流器包括：

開關管S₁、S₂、S₃、S₄，二極管D₁～D₆，電感L₁、L₂，電容C₁、C₂；

開關管S₁漏極分別連接二極管D₁陽極、電感L₁一端，其連接節點形成節點a；

二極管D₂陰極分別連接電感L₂一端、開關管S₂源極，其連接節點形成節點b；

電感L₁另一端、電感L₂另一端均連接交流電源u_g一側；

交流電源u_g另一側分別連接開關管S₃源極、開關管S₄漏極，其連接節點形成節點N；

二極管D₁陰極分別連接開關管S₂漏極、二極管D₃陰極、電容C₁一端，其連接節點形成節點p；

開關管S₁源極分別連接二極管D₂陽極、二極管D₄陽極、電容C₂另一端，其連接節點形成節點m；

電容C₁另一端分別連接二極管D₅陽極、二極管D₆陰極、電容C₂一端，其連接節點形成節點n；

開關管S₃漏極分別連接二極管D₃陽極、二極管D₅陰極；

開關管S₄源極分別連接二極管D₄陰極、二極管D₆陽極；

負載R_L兩端分別連接電容C₁一端、電容C₂另一端。

2.根據權利要求1所述一種異構二極管鉗位式的三電平整流器，其特征在于：所述電容C₁、C₂為串聯分裂電容，每個電容承受直流母線電壓U_dc的一半，實現三電平中的±0.5U_dc電平。

3.根據權利要求1所述一種異構二極管鉗位式的三電平整流器，其特征在于：所述開關管S₁、S₂、S₃、S₄為絕緣柵型雙極晶體管IGBT、或者電力場效應管MOSFET。

4.根據權利要求1或3所述一種異構二極管鉗位式的三電平整流器，其特征在于：所述開關管S₁、S₂、S₃、S₄均反向并聯了二極管。

5.根據權利要求1-3所述任意一種異構二極管鉗位式的三電平整流器，其特征在于：包括以下6種工作模式：

(1)工作模式一：

電路工作在電網電壓正半周期，該工作模式下電網電壓u_g0V，電壓U_aN＝0V，U_aN為節點a與節點N之間的電壓；開關管S₁導通、開關管S₄體二極管導通，二極管D₄導通，其余半導體器件均關斷；此時，電網電流i_g流經電感L₁、開關管S₁、二極管D₄、開關管S₄體二極管，實現0電平狀態；交流電源u_g對電感L₁充電，電感L₁儲能，其電流i_L1線性增加；同時，電容C₁、C₂放電對負載R_L供電；

(2)工作模式二：

電路工作在電網電壓正半周期，該工作模式下電網電壓u_g0V，U_aN＝U_dc/2，U_dc為直流母線電壓，也即負載R_L兩端的電壓；開關管S₃導通、S₂體二極管導通，二極管D₁、D₅導通，其余半導體器件均關斷；電網電流i_g于電感L₁、L₂處分流，分別經過二極管D₁、開關管S₂體二極管后合流通過電容C₁、二極管D₅、開關管S₃，形成回路，實現U_dc/2電平狀態；同時，電容C₁、C₂與負載R_L形成另一條回路；此時，電感L₁、L₂放電對電容C₁充電，電容C₂對負載R_L供電；當電網電壓u_gU_dc/2時，電感L₁充電，其電流i_L1增大；當電網電壓u_gU_dc/2時，電感L₁放電，其電流i_L1減小；

(3)工作模式三：

電路工作在電網電壓正半周期，該工作模式下電網電壓u_g0V，U_aN＝U_dc；該模態下開關管S₂體二極管、S₄體二極管導通，二極管D₁、D₄導通，其余半導體器件均關斷；電網電流i_g于電感L₁、L₂處分流，分別經二極管D₁、開關管S₂體二極管后合流，在p點處再次分流；一部電流分經電容C₁、C₂對其充電，另外一部分向負載R_L供電；最后經二極管D₄、開關管S₄體二極管，實現+U_dc電平狀態；此時，電感L₁、L₂放電，其電流i_L1、i_L2減小；

(4)工作模式四：

電路工作在電網電壓負半周期，該工作模式下電網電壓u_g0V，U_bN＝0V，U_bN為節點b與節點N之間的電壓；該模態下開關管S₂導通、S₃體二極管導通，二極管D₃導通，其余半導體器件均關斷；此時，電網電流i_g經開關管S₃體二極管、二極管D₃、開關管S₂、電感L₂，實現0電平狀態；交流電源u_g對電感L₂充電，電感L₂儲能，其電流i_L2線性增加；同時，電容C₁、C₂與負載R_L形成回路，并對負載R_L供電；

(5)工作模式五：

電路工作在電網電壓負半周期，該工作模式下電網電壓u_g0V，U_bN＝-U_dc/2；開關管S₄導通、S₁體二極管導通，二極管D₂、D₆導通，其余半導體器件均關斷；電網電流i_g經開關管S₄、二極管D₆、電容C₂，在m點與直流側電流i_dc合流；此后于S₁體二極管、二極管D₂分流，分別經電感L₁、L₂后再次合流，實現-U_dc/2電平狀態；同時，電容C₁、C₂與負 載R_L形成回路；此時，電感L₁、L₂放電對電容C₂充電，電容C₁對負載R_L供電；當電網電壓幅值︱u_g︱U_dc/2時，電感L₂充電，其電流i_L2增大；當電網電壓幅值︱u_g︱U_dc/2時，電感L₂放電，其電流i_L2減小；

(6)工作模式六：

電路工作在電網電壓負半周期，該工作模式下電網電壓u_g0，U_bN＝-U_dc；該模態下開關管S₁體二極管、S₃體二極管導通，二極管D₂、D₃導通，其余半導體器件均關斷；電網電流i_g經開關管S₃體二極管、二極管D₃在p點處分流；一部電流分經電容C₁、C₂對其充電，另外一部分向負載R_L供電；經m點合流后在開關管S₁體二極管、二極管D₂分別經電感L₁、L₂后合流，實現-U_dc電平狀態；此時，電感L₁、L₂放電，其電流i_L1、i_L2減小。