(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201821817500.4
(22)申请日 2018.11.06
(73)专利权人 南京熊猫电子股份有限公司
地址 210002 江苏省南京市中山东路301号
(72)发明人 李伦全　刘斌　李伦武　
(74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所
(普通合伙) 32249
代理人 陈建和
(51)Int.Cl.
H02M  7/217(2006.01)
H02M  3/155(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称
一种三相交直流升降压变换电路
(57)摘要
本实用新型公开了一种三相交直流升降压
变换电路，包括输入开关管组、整流开关单元和
储能续流单元，所述输入开关管组包括第一至第
三开关管，所述整流开关单元包括第一至第六二
极管、第四至第六开关管，所述储能续流单元包
括第七二极管、第八二极管、第七开关管、第一至
第二续流电感和电容。本实用新型的变换电路结
构简洁，在中小功率输出电压范围较宽应用及需
要高效率及高功率密度的场合，
优势十分明显。权利要求书1页  说明书8页  附图10页CN 209134309 U 2019.07.19
C N  209134309
U
1.一种三相交直流升降压变换电路，其特征在于，包括输入开关管组、整流开关单元和储能续流单元，所述输入开关管组包括第一至第三开关管，所述整流开关单元包括第一至第六二极管、第四至第六开关管，所述储能续流单元包括第七二极管、第八二极管、第七开关管、第一至第二续流电感和电容；
所述第一至第三开关管的源极分别连接三相交流输入端，第一至第三开关管的漏极分别连接整流开关单元的三个输入端；第一二极管的阴极与第二二极管阴极及第三二极管的阴极连接，同时也与第七二极管的阴极及第一续流电感的一端连接，第四二极管的阳极与第五二极管阳极及第六二极管的阳极连接，同时也与第七二极管的阳极及第二续流电感的一端连接，第四开关管的源极连接第四二极管的阴极，第五
开关管的源极连接第五二极管的阴极，第六开关管的源极连接第六二极管的阴极，第四开关管的漏极连接第一二极管的阳极及第一开关管的漏极，第五开关管的源极连接第二二极管的阳极及第二开关管的漏极，第六开关管的源极连接第三二极管的阳极及第三开关管的漏极；
第一续流电感的另外一端与第七开关管的源极连接，第二续流电感的另外一端与第七开关管的漏极连接，正母线端和负母线端之间连接有电容，在第一续流电感和第七开关管的公共端与电容的一端之间和/或第二续流电感和第七开关管的公共端与电容的另一端之间串联第八二极管作为续流二极管。
2.如权利要求1所述的三相交直流升降压变换电路，其特征在于，第一续流电感和第二续流电感为磁回路中开有气隙的可储能的变压器的两个绕组；第一续流电感和第二续流电感保留其中一个。
3.如权利要求1所述的三相交直流升降压变换电路，其特征在于，所述第一至第七开关管通过同一个驱动信号进行驱动，或各自通过独立的驱动信号进行驱动；所述第一至第七开关管为高频驱动信号控制开通与关断的半导体器件，并均具有反并二极管，所述反并二极管为集成二极管、寄生二极管、或者外加二极管。
4.如权利要求1所述的三相交直流升降压变换电路，其特征在于：还包括输入滤波器，所述输入滤波器设置在所述输入开关管组前端，三相三线电源经输入滤波器滤波后接入所述输入开关管组。
5.一种三相交直流升降压变换电路，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-4任一所述的三相交直流升降压变换电路，各个三相交直流升降压变换电路之间以并联或者按照1/N周期交错并联连接，N为三相交直流升降压变换电路的数量。
权　利　要　求　书1/1页CN 209134309 U
一种三相交直流升降压变换电路
技术领域
中山汽车
[0001]本实用新型涉及电力电子领域，特别是涉及一种三相交直流升降压变换电路。
背景技术
[0002]由于国家法规或者用电系统环境对用电设备的要求越来越高，超过一定的功率单体用电设备由单相供电的方式逐步更改采用三相供电，且要求有功率因数矫正以保证对电网电能质量和减少对电网的冲击，比如早期的电动汽车充电器仅为3.3KW，后来逐步提升到6.6KW，10KW甚至更高等，如果没有功率因数矫正(PFC)功能就会对电网的电能质量破坏很大，甚至严重时会导致电网的瘫痪。
[0003]此外设备输出电压范围可能会较宽，或者设备需求电压在三相不控整流范围左右。因此三相交流
输入的交直流变换电路，如果需要PFC(功率因素校正)功能，则通常以三电平升压型为主，如图1所示的为三电平结构就是较为常见的一种，然后后端再增配DC/DC 直流变换电路处理为想要的输出电压，因为前端的电压较高，后端的直流变换器局限于功率器件的有限性，要兼顾效率及其他因素，处理起来较为麻烦。因此，也有另外一种降压式PFC电路，如图2所示的Swiss整流器，当然还有6开关管降压型PFC等方法，其最高可以输出1.5倍相电压峰值电压的电压，如果输出需求电压是超过该电压范围的，后端必须再如升压式的方案，配一级的DC/DC直流变换电路处理为想要的输出电压，如图3所示，其省去了母线电压高的麻烦，但其两级方案成本还是较高，同时由于两级的变换，效率会降低，因此，我们有必要提出一种更好的方案来解决相关问题。
[0004]以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的实用新型构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
实用新型内容
[0005]本实用新型目的在于提出一种新型三相交直流升降压变换电路，以解决上述现有技术存在的效率及体积有限或者成本要求相对较高的场所进行应用的技术问题。[0006]第一方面，本实用新型提出一种三相交直流升降压变换电路，包括输入开关管组、整流开关单元和储能续流单元，所述输入开关管组包
括第一至第三开关管，所述整流开关单元包括第一至第六二极管、第四至第六开关管，所述储能续流单元包括第七二极管、第八二极管、第七开关管、第一至第二续流电感和电容；
[0007]所述第一至第三开关管的源极分别连接三相交流输入端，第一至第三开关管的漏极分别连接整流开关单元的三个输入端；第一二极管的阴极与第二二极管阴极及第三二极管的阴极连接，同时也与第七二极管的阴极及第一续流电感的一端连接，第四二极管的阳极与第五二极管阳极及第六二极管的阳极连接，同时也与第七二极管的阳极及第二续流电感的一端连接，第四开关管的源极连接第四二极管的阴极，第五开关管的源极连接第五二极管的阴极，第六开关管的源极连接第六二极管的阴极，第四开关管的漏极连接第一二极
管的阳极及第一开关管的漏极，第五开关管的源极连接第二二极管的阳极及第二开关管的漏极，第六开关管的源极连接第三二极管的阳极及第三开关管的漏极；
[0008]第一续流电感的另外一端与第七开关管的源极连接，第二续流电感的另外一端与第七开关管的漏极连接，正母线端和负母线端之间连接有电容，在第一续流电感和第七开关管的公共端与电容的一端之间和/或第二续流电感和第七开关管的公共端与电容的另一端之间串联第八二极管作为续流二极管。
[0009]进一步，第一续流电感和第二续流电感为磁回路中开有气隙的可储能的变压器的两个绕组；第一续流电感和第二续流电感保留其中一个。
[0010]进一步，所述第一至第七开关管通过同一个驱动信号进行驱动，或各自通过独立的驱动信号进行驱动；所述第一至第七开关管为高频驱动信号控制开通与关断的半导体器件，并均具有反并二极管，所述反并二极管为集成二极管、寄生二极管、或者外加二极管。[0011]进一步，还包括输入滤波器，所述输入滤波器设置在所述输入开关管组前端，三相三线电源经输入滤波器滤波后接入所述输入开关管组。
[0012]第二方面，本实用新型还提供一种三相交直流升降压变换电路，包括至少两个上述三相交直流升降压变换电路，各个三相交直流升降压变换电路之间以并联或者按照1/N 周期交错并联连接，N为三相交直流升降压变换电路的数量。
[0013]本实用新型与现有技术对比的有益效果包括：
[0014]从结构上，本实用新型克服了传统的升压型PFC电路后端高压的弊端，使得后端的直流变换器功率器件的的受限性降低，可选余地更大，同时本实用新型提出的升降压型交直流变换电路，也改变了传统升压或者降压式的实现形式，输出电压相对交流输入来说局限性更小，可以为升压，可以为降压，甚至可以为相差幅值中的电压；同时整个交直流变换电路简单，控制逻辑精简，效率高，适合于高效率及高功率密度需求场合，尤其是替代传统的无源PFC优势十分明显；
[0015]从功能上，该拓扑结构结合控制方法能有效保证的各相电路的电流导通因此具有较好的功率因素，同时因为，设置了续流二极管D7以及对称电感(第一续流电感L1和第二续流电感L2)，结合滤波电容，
D7续流的时候通过两个电感输出侧与交流侧隔离，即D7续流时回路与输入交流没有电流导通连接关系，使输出侧的虚拟相对电位更稳定，有利于提高非隔离型的变换器的EMI性能。
附图说明
[0016]图1是现有的升压式PFC电路结构示意图。
[0017]图2是现有的降压PFC电路示意图。
[0018]图3是现有的直流输出方框示意图。
[0019]图4是本实用新型实施例1的三相交直流升降压变换电路的示意图。
[0020]图5是本实用新型实施例1的三相电压波形示意及交汇点定义示意图。
[0021]图6是本实用新型实施例1的AC-BC区间AB向导通回路示意一。
[0022]图7是本实用新型实施例1的AC-BC区间AB向导通回路示意二。
[0023]图8是本实用新型实施例1的AC-O区间BC相续流回路示意图。
[0024]图9是本实用新型实施例1的AC-BC区间电感电流续流回路示意图。
[0025]图10是本实用新型实施例1的O-BC区间AC相续流回路示意一。
[0026]图11是本实用新型实施例1的O-BC区间AC相续流回路示意二。
[0027]图12是本实用新型实施例1的等效变换示意图。
[0028]图13是本实用新型实施例1的电位等效变换波形示意图。
[0029]图14是本实用新型实施例1三相交流周期内各开关组驱动波形关系示意。[0030]图15是本实用新型实施例1的变形实施例2的结构示意图。
[0031]图16是本实用新型实施例2的电流示意图。
[0032]图17是本实用新型实施例1的等效变换示意1。
[0033]图18是本实用新型实施例1的等效变换示意2。
[0034]图19是本实用新型实施例1的等效变换示意3。
[0035]图20是本实用新型实施例1的等效变换示意4。
具体实施方式
[0036]下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。
[0037]参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。
[0038]实施例1：
[0039]如图4所示为本实用新型提出的一种三相交直流升降压变换电路，包括输入开关管组、整流开关单元和储能续流单元，输入开关管组包括三个开关管Q1～Q3，三个开关管Q1～Q3分别设置在接入的三相三线电源的三根相线上(或者通过输入滤波器连接)；三个开关管Q1～Q3分别与整流开关单元连接；开关管Q1～Q3的源极分别连接三相交流输入端(或者输入滤波器端)，开关管Q1～Q3的漏极分别连接整流开关单元的三个输入端。整流开关单元为在三相不控二极管整流桥的下端加入开关管的单元，具体连接为二极管D1的阴极与二极管D2阴极及二极管D3的阴极连接，同时也与续流二极管D7的阴极及续流电感L1的一端连接。二极管D4的阳极与二极管D5阳极及二极管D6的阳极连接，同时也与续流二极管D7的阳极及续流电感L2的一端连接。开关管Q4的源极连接二极管D4的阴极，开关管Q5的源极连接二极管D5的阴极，开关管Q6的源极连接二极管D6的阴极；开关管Q4的漏极连接二极管D1的阳极及开关管Q1的漏极，开关管Q5的源极连接二极管D2的阳极及开关管Q2的漏极，开关管Q6的源极连接二极管D3的阳极
及开关管Q3的漏极；储能续流单元包括二极管D7，续流电感L1,L2，开关管Q8，二极管D9和滤波电容C1，续流电感L1的另外一端连接二极管D9的阳极以及开关管Q8的源极，二极管D9的阴极接滤波电容C1的一端(或者有极性电容的正极)，续流电感L2的另外一端连接开关管Q8的漏极及滤波电容C1的另外一端(或者有极性电容的负极)，即整流开关单元的正极性母线与负极性母线之间设有滤波电容C1。具备实现宽范围输出电压的升降压复合功能以及同时实现功率因数矫正功能的工作回路，尤其是输出电压区
间为三相相电压V的至倍时，无需额外变换器。
[0040]其中，储能续流单元，连接输出电压母线的续流二极管，可在正母线端，也可以在负母线端，或者可以在正母线及负母线端同时串接；续流电感也可以是磁回路中开有气隙的可储能的变压器用两个绕组等效替代两个分离的电感；续流电感或者也可以只有一个电