專利名稱：一種單相電壓型變換器消除二次紋波電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種變換器消除二次紋波電路，尤其涉及一種單相電壓型變換器消除二次紋波電路。
背景技術(shù)：
在中小功率場合，單相變換器得到非常廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有應(yīng)用最廣的單相變換器為圖1所示H橋變換器，但當(dāng)交流側(cè)電壓為交流，輸入電流為同頻率的交流時，直流側(cè)會產(chǎn)生二次紋波，該紋波會對直流側(cè)電能質(zhì)量，系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及直流側(cè)設(shè)備的壽命等都會造成不利的影響。傳統(tǒng)的解決方法為在直流側(cè)并聯(lián)非常大電容Cd。，用來抑制二次紋波，但此方法會導(dǎo)致整個變換器的體積增大，造價上升，系統(tǒng)的功率密度大大降低。并且，該方法只能抑制并不能消除直流側(cè)的二次紋波，當(dāng)直流側(cè)電壓較高或?qū)χ绷鱾?cè)電壓精度要求較高時，整個變換器的體積和造價更會大幅上升。對此，文獻(xiàn)與實(shí)用新型對上述H橋變換電路提出改進(jìn)措施，例如，在期刊((IEEETRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》1997 年，第 44 卷，第 4 期，第 447 至455 頁中刊登“A Unity Power Factor PWM Rectifier with DC Ripple Compensation”一文(作者Toshihisa Shimizu等)提出在H橋變換器直流側(cè)附加一組開關(guān)管橋臂,將二次紋波能量存儲于交流側(cè)濾波電容；期刊《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS))2000 年,第 36 卷,第 5 期,第 1419 至 1429 頁中刊登“DC Ripple Current Reduction on aSingle-PhasePWM Voltage-Source Rectifier，，一文(作者 Toshihisa Shimizu 等)提出在H橋變換器直流側(cè)附加一組開關(guān)管橋臂，并將二紋波能量存儲于附加電感中。專利號為CA02732525的加拿大專利提出一種消減直流側(cè)二次紋波的方法，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示:該電路在保持原有H橋變換電路不變的前提下，在其直流側(cè)并聯(lián)雙向斬波電路，可以將此二次紋波功率存儲于附加電容C中。該電路與H橋變換電路相比，增加了兩個開關(guān)管，一個電感與一個附加電容，使得變換器的造價會提高，且由于附加開關(guān)管存在開關(guān)損耗與導(dǎo)通損耗，該電路的效率也會下降。上述三種方法均為在不改變原有H橋變換電路的基礎(chǔ)上，在變換器直流側(cè)附加開關(guān)管，并且加入儲能設(shè)備，通過控制附加開關(guān)管從而使二次紋波功率存儲于儲能設(shè)備中，它們均可以減小變換器的直流側(cè)電容Cd。，使系統(tǒng)的功率密度升高，體積降低。但以上三種方法均需要額外附加兩個開關(guān)管，大大增加了變換器的成本與系統(tǒng)出故障的概率，且由于附加開關(guān)管存在開關(guān)損耗與導(dǎo)通損耗，從而大大降低了變換器的效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種單相電壓型變換器消除二次紋波電路，它具有用附加電容來吸收二次紋波功率，從而達(dá)到消減直流側(cè)二次紋波的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:—種單相電壓型變換器消除二次紋波電路，它包括交流側(cè)、變換器和直流側(cè)，所述交流側(cè)通過電感與變換器連接，變換器的另一側(cè)與直流側(cè)連接，在直流側(cè)負(fù)端與交流側(cè)輸入端之間連接電容C。所述交流側(cè)分為第一交流端和第二交流端，所述變換器包括并聯(lián)的A相橋臂、B相橋臂和電容Cd。，第一交流端通過電感L2與變換器的A相橋臂連接，第二交流端通過電感LI與B相橋臂連接，電容Cd。與直流側(cè)連接，第二交流端與直流側(cè)負(fù)端連接有電容C。所述A相橋臂由串聯(lián)的開關(guān)管SI和開關(guān)管S2組成，B相橋臂由串聯(lián)的開關(guān)管S3和開關(guān)管S4組成，開關(guān)管SI和開關(guān)管S2的連接點(diǎn)與電感L2連接，開關(guān)管S3和開關(guān)管S4的連接點(diǎn)與電感LI連接。所述開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3和開關(guān)管S4為場效應(yīng)管或絕緣柵晶體管。圖3中6與7為電源或負(fù)載，當(dāng)交流側(cè)6為電源，直流側(cè)7為負(fù)載時，功率由交流側(cè)電源流入直流側(cè)負(fù)載，此變換器為PWM整流器；當(dāng)交流側(cè)6為負(fù)載，直流側(cè)7為電源時，功率由直流側(cè)電源流入交流側(cè)負(fù)載，此變換器為逆變器；當(dāng)6與7均為電源時，通過控制四個開關(guān)管可以控制功率的流向，此變換器為雙向變換器，即本實(shí)用新型的單相電壓型變換器可工作于整流與逆變兩種狀態(tài)。本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型提供的電路相比于圖1所示H橋變換電路，將交流側(cè)濾波電感一分為二，分別串聯(lián)于交流側(cè)第一交流端與第二交流端，并在第二交流端與直流側(cè)負(fù)端之間接入一個附加儲能電容，用來吸收二次紋波功率，從而達(dá)到消減直流側(cè)二次紋波的目的；與圖1所示H橋變換電路相比，本實(shí)用新型雖然需要附加一個電容C，但所需附加電容C與直流側(cè)電容Cd。值之和遠(yuǎn)小于原有H橋變換電路所需直流側(cè)電容的值，且所需附加電容C耐壓值也小于直流側(cè)電容，這樣就會大大減少變換器中電容Cd。的使用，使整個變換器的體積大大減小，造價大大下降；不僅如此，本實(shí)用新型還可以消減直流側(cè)的二次紋波，消減原有二次紋波對直流側(cè)設(shè)備的影響，尤其在直流側(cè)電壓較高或?qū)χ绷鱾?cè)電壓精度要求較高時，本實(shí)用新型在體積，造價以及功率密度等方面優(yōu)勢更加明顯。與圖2所示電路相比，本實(shí)用新型同樣實(shí)現(xiàn)了將二次紋波功率存儲于附加電容C中的功能，消減了直流的二次紋波，在具有圖2電路的功率密度高，體積小，直流側(cè)電容值小等優(yōu)點(diǎn)的同時，相比于圖2電路，本實(shí)用新型還具有以下優(yōu)點(diǎn):a.本實(shí)用新型節(jié)省兩個開關(guān)管。由于每個開關(guān)管都需要驅(qū)動、保護(hù)、緩沖電路和散熱裝置等一系列輔助電路或器件，這些裝置以及開關(guān)管本身都會占用體積，產(chǎn)生損耗，增加系統(tǒng)故障概率，并且開關(guān)管工作時會產(chǎn)生導(dǎo)通與開關(guān)損耗，開關(guān)管的損耗是電力電子變換器中最主要的損耗，因此節(jié)省了開關(guān)管可使變換器的損耗大大下降，造價大大下降，體積減小，穩(wěn)定性也會增加。b.本實(shí)用新型將原有H橋變換器交流側(cè)濾波電感一分為二，即分為LI與L2兩個電感，由于兩個電感都起到濾除交流側(cè)開關(guān)紋波的功能。因此相比于圖1所示H橋變換電路，本實(shí)用新型無需附加電感，即相比于圖2所示電路，本實(shí)用新型節(jié)省一個附加電感。本實(shí)用新型只附加一個儲能電容即可達(dá)到消減直流側(cè)二次紋波的目的，從而減小了 H橋變換電路直流側(cè)電容值，降低了變換器的體積與造價，對直流側(cè)設(shè)備的壽命也會產(chǎn)生有利影響；相比于圖2所示電路，本實(shí)用新型節(jié)省了兩個開關(guān)管與一個電感，從而降低了變換器造價、損耗與體積，并增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
圖1為現(xiàn)有H橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；圖2為現(xiàn)有有源法消減直流側(cè)二次紋波單相變換器電路拓?fù)?；圖3為本實(shí)用新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；圖4為在二次紋波功率被完全吸收時不同儲能電容電壓利用效率儲能電容電壓波形圖；圖5為在裝置穩(wěn)態(tài)工作時第一交流端相對于直流側(cè)負(fù)端的電壓vD，儲能電容電壓vc,交流側(cè)電壓va。波形。其中，1.交流側(cè)，2.變換器，3.直流側(cè)，4.A相橋臂，5.B相橋臂，6.交流電源或負(fù)載，7.直流電源或負(fù)載。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合 附圖 與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖3所示，一種單相電壓型變換器消除二次紋波電路，它包括交流側(cè)1、變換器2和直流側(cè)3，所述交流側(cè)I通過電感與變換器2連接，變換器2的另一側(cè)與直流側(cè)3連接，在直流側(cè)3負(fù)端與交流側(cè)I之間連接電容C。所述交流側(cè)I分為第一交流端和第二交流端，所述變換器2包括并聯(lián)的A相橋臂
4、B相橋臂5和電容Cd。，第一交流端通過電感L2與變換器2的A相橋臂4連接，第二交流端通過電感LI與B相橋臂5連接，電容Cd。與直流側(cè)3連接，第二交流端與直流側(cè)3負(fù)端連接有電容C，所述交流側(cè)包括交流電源或負(fù)載6，交流電源或負(fù)載6 —側(cè)與電感L2連接，另一側(cè)與電感LI連接，所述直流側(cè)3包括直流電源或負(fù)載7。所述A相橋臂4由串聯(lián)的開關(guān)管SI和開關(guān)管S2組成，B相橋臂5由串聯(lián)的開關(guān)管S3和開關(guān)管S4組成，開關(guān)管SI和開關(guān)管S2的連接點(diǎn)與電感L2連接，開關(guān)管S3和開關(guān)管S4的連接點(diǎn)與電感LI連接。所述開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3和開關(guān)管S4為場效應(yīng)管或絕緣柵晶體管。如圖1所示為現(xiàn)有H橋變換器電路；圖2為現(xiàn)有有源法消減直流側(cè)二次紋波單相變換器電路拓?fù)洌蝗鐖D3所示，當(dāng)交流側(cè)I電壓為交流，輸入電流為同頻率的交流時，其電壓、電流的表達(dá)式如下:
權(quán)利要求1.一種單相電壓型變換器消除二次紋波電路，其特征是，它包括交流側(cè)、變換器和直流側(cè)，所述交流側(cè)通過電感與變換器連接，變換器的另一側(cè)與直流側(cè)連接，在直流側(cè)負(fù)端與交流側(cè)輸入端之間連接電容C。
2.如權(quán)利要求1所述一種單相電壓型變換器消除二次紋波電路，其特征是，所述交流側(cè)分為第一交流端和第二交流端，所述變換器包括并聯(lián)的A相橋臂、B相橋臂和電容Cd。，第一交流端通過電感L2與變換器的A相橋臂連接，第二交流端通過電感LI與B相橋臂連接，電容Cd。與直流側(cè)連接，第二交流端與直流側(cè)負(fù)端連接有電容C。
3.如權(quán)利要求2所述一種單相電壓型變換器消除二次紋波電路，其特征是，所述A相橋臂由串聯(lián)的開關(guān)管SI和開關(guān)管S2組成，B相橋臂由串聯(lián)的開關(guān)管S3和開關(guān)管S4組成，開關(guān)管SI和開關(guān)管S2的連接點(diǎn)與電感L2連接，開關(guān)管S3和開關(guān)管S4的連接點(diǎn)與電感LI連接。
4.如權(quán)利要求3所述一種單相電壓型變換器消除二次紋波電路，其特征是，所述開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、開關(guān)管S3和開關(guān)管S4為場效應(yīng)管或絕緣柵晶體管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種單相電壓型變換器消除二次紋波電路，它包括交流側(cè)、變換器和直流側(cè)，所述交流側(cè)通過電感與變換器連接，變換器與的另一側(cè)與直流側(cè)連接，在直流側(cè)負(fù)端與交流側(cè)之間連接電容C。本實(shí)用新型提供的電路相比于原有的H橋變換器，將交流側(cè)濾波電感一分為二，分別串聯(lián)于交流側(cè)第一交流端與第二交流端，并在第二交流端與直流側(cè)負(fù)端之間接入一個附加儲能電容，用來吸收二次紋波功率，從而達(dá)到消減直流側(cè)二次紋波的目的。
文檔編號H02M1/14GK202957745SQ20122069621
公開日2013年5月29日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者王輝, 漆文龍 申請人:山東大學(xué)