專利名稱：三電平雙升壓式能饋型pwm整流電路及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙升壓式能饋型PWM整流電路，以及該電路的控制方法，屬 PWM整流電路及控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)二極管不控整流電路和晶閘管相控整流電路，網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)低，含有大 量的低次諧波，對(duì)電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的污染。無(wú)源濾波器可以在一定程度上抑制電流諧 波，但是效果不理想，而且體積重量大，電路笨重，存在和電網(wǎng)產(chǎn)生串、并聯(lián)諧振的 潛在危險(xiǎn)。PWM整流技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流跟蹤電網(wǎng)電壓，具有功率因數(shù)優(yōu)、體積 小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、不間斷電源(UPS)、高壓直流輸配電、可再生能 源發(fā)電等場(chǎng)合得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)前電力電子研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。 傳統(tǒng)的PWM整流電路僅工作在AC/DC整流狀態(tài)，能量只能單向流動(dòng)。近年來(lái)，隨著 人們對(duì)綠色能源和環(huán)保節(jié)能認(rèn)識(shí)的不斷加深，能量可以雙向流動(dòng)的PWM整流電路得 到了越來(lái)越多的關(guān)注，尤其是在太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電場(chǎng)合，能饋型PWM 整流電路更是一個(gè)重要的組成部分。
1980年，日本的AkiraNabae等人在正EE工業(yè)應(yīng)用年會(huì)(ISA)上提出了中點(diǎn)箝位 逆變電路的概念，即三電平逆變電路。與傳統(tǒng)逆變電路相比，中點(diǎn)箝位逆變電路功率 開關(guān)管的電壓應(yīng)力可以減小一半。后來(lái)，三電平技術(shù)被推廣應(yīng)用到了直流變換電路、 PWM整流電路上。
目前，能饋型PWM整流電路均以橋式拓?fù)錇橹?，但這類拓?fù)浯嬖谥鴺虮壑蓖ǖ?隱患，影響了電路運(yùn)行的可靠性，而且功率開關(guān)管的體二極管會(huì)參與工作，反向恢復(fù) 損耗大。為了解決上述問題，南京航空航天大學(xué)航空電源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出了一種雙升 壓式能饋型PWM整流電路，該電路在同一橋臂上僅有一個(gè)功率開關(guān)管，無(wú)橋臂直通 的可能，大幅度的提高了整流電路的可靠性，尤其適合于航空航天、UPS等要求高可 靠性的場(chǎng)合。但是，與傳統(tǒng)的半橋式拓?fù)湎嗤?，雙升壓式能饋型PWM整流電路功率 開關(guān)管電壓應(yīng)力高，開關(guān)管的選取困難。而且高耐壓功率半導(dǎo)體器件的性能變差，影 響了電路的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容
4技術(shù)問題為了解決雙升壓式能饋型PWM整電路功率開關(guān)管電壓應(yīng)力大的缺 點(diǎn)，本發(fā)明在雙升壓式能饋型PWM整流電路的基礎(chǔ)上提出了一種新穎的三電平雙升 壓式能饋型PWM整流電路。該整流電路不僅保留了雙升壓式能饋型PWM整流電路 能量可以雙向流動(dòng)和無(wú)橋臂直通隱患的優(yōu)點(diǎn)，還克服了雙升壓式能饋型PWM整流電 路功率開關(guān)管電壓應(yīng)力大的缺點(diǎn)。
技術(shù)方案本發(fā)明的三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路，在雙升壓式能饋型 PWM整流電路的基礎(chǔ)上，在每個(gè)升壓型橋臂電路上各增加了一個(gè)功率開關(guān)管和二極 管。該三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路包括輸入電源，兩個(gè)升壓型橋臂電路和 輸出濾波電路，輸出濾波電路包括第一濾波電容、第二濾波電容，第一濾波電容的負(fù) 極與第二濾波電容的正極連接，且連接點(diǎn)接地，第一濾波電容的正極和第二濾波電容
的負(fù)極為三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路的輸出端，其特征在于第一升壓橋 臂電路包括第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管、第一二極管、第三二極管和第一輸入 升壓電感，第一功率開關(guān)管的源極接第二功率開關(guān)管的漏極，兩者接頭處引出線接第 三二極管的陰極，第三二極管的陽(yáng)極接地，第二功率開關(guān)管的源極接第一二極管的陰 極，兩者接頭處引出線接第一輸入升壓電感的正極；第二升壓橋臂電路包括第三功率 開關(guān)管、第四功率開關(guān)管、第二二極管、第四二極管和第二輸入升壓電感，第四功率 開關(guān)管的漏極接第三功率開關(guān)管的源極，兩者接頭處引出線接第四二極管的陽(yáng)極，第 四二極管的陰極連輸入電源一端接地，第三功率開關(guān)管的漏極接第二二極管的陽(yáng)極， 兩者接頭處引出線接第二輸入升壓電感的負(fù)極；第一輸入升壓電感的負(fù)極與第二輸入 升壓電感的正極相連接，且兩者接頭處引出線接輸入電源另一端，第一功率開關(guān)管的 漏極接第二二極管的陰極，第四功率開關(guān)管的源極接第一二極管的陽(yáng)極；第二二極管 的陰極接第一濾波電容的正極，第四功率開關(guān)管的源極接第二濾波電容的負(fù)極。
本發(fā)明三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路，各開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)根據(jù)輸入電 壓和電流的正負(fù)情況而定，但在每半個(gè)工頻周期內(nèi)僅有一只功率管高頻調(diào)制，其余開 關(guān)管均為常開或常閉，且工作過程中無(wú)開關(guān)管的體二極管參與工作，開關(guān)、導(dǎo)通損耗 小。當(dāng)?shù)谌O管導(dǎo)通的時(shí)候，第一升壓橋臂電路的中點(diǎn)a對(duì)地電位被箝位在零；當(dāng) 第四二極管導(dǎo)通的時(shí)候，第二升壓橋臂電路的中點(diǎn)b對(duì)低電位也被箝位在零。第一升 壓橋臂電路的橋臂中點(diǎn)a對(duì)地電壓的突變幅值為母線電壓的一半，第二升壓橋臂電路 的橋臂中點(diǎn)b對(duì)地電壓的突變幅值也為母線電壓的一半，電磁干擾較雙升壓式能饋型 PWM整流器有很大減小。電路輸出直流母線電壓大于輸入電源峰值電壓最大值的兩 倍，適合于高壓中、大功率應(yīng)用場(chǎng)合。
在控制上，本發(fā)明采用數(shù)模結(jié)合滯環(huán)電流控制，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、自動(dòng)限流和快速 動(dòng)態(tài)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。基于三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路的控制方法為電壓基 準(zhǔn)減去三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路輸出電壓的采樣值，兩者的差值送入電 壓環(huán)調(diào)節(jié)器，電壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電壓信號(hào)；輸入電壓采樣信號(hào)送入鎖相環(huán)，鎖相環(huán)產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓同頻同相的正弦波sin(cot);第一濾波電容兩端電壓的采樣值減去第 二濾波電容兩端電壓的采樣值，兩者的差值送入均壓環(huán)調(diào)節(jié)器，均壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出誤 差信號(hào)；由鎖相環(huán)產(chǎn)生的正弦波信號(hào)sin(o)t)分成A、 B兩路，A路與電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的輸 出電壓信號(hào)相乘的結(jié)果減去均壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的誤差信號(hào)，從而得到電流給定信號(hào)； B路連至第一過零比較器，第一過零比較器產(chǎn)生第一邏輯信號(hào)；電流給定信號(hào)分成D、 E兩路信號(hào)，D路信號(hào)減去輸入電流的采樣信號(hào)的結(jié)果送入滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器 產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，E路連至第二過零比較器，第二過零比較器產(chǎn)生第二邏輯信號(hào)；最后， 滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)與第一、第二兩個(gè)邏輯信號(hào)經(jīng)輸出邏輯電路邏輯關(guān)系處理 之后，得到四個(gè)功率開關(guān)管的四個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即將滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行邏 輯非運(yùn)算，得到第三邏輯信號(hào)，將第一過零比較器產(chǎn)生第一邏輯信號(hào)進(jìn)行邏輯非運(yùn)算， 得到第五邏輯信號(hào)，將第二過零比較器產(chǎn)生第二邏輯信號(hào)進(jìn)行邏輯非運(yùn)算，得到第四 邏輯信號(hào)，第三邏輯信號(hào)與第四邏輯信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，得到第六邏輯信號(hào)，第六 邏輯信號(hào)與第一過零比較器產(chǎn)生的第一邏輯信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果為第一 功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)與第四邏輯信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn) 算，得到第八邏輯信號(hào)，第八邏輯信號(hào)與第五邏輯信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果
為第二功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)與第二過零比較器產(chǎn)生的
第二邏輯信號(hào)進(jìn)行邏輯與非運(yùn)算的結(jié)果為第九邏輯信號(hào)，第九邏輯信號(hào)與第五邏輯信
號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果為第三功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；第三邏輯信號(hào)與第二
過零比較器產(chǎn)生的第二邏輯信號(hào)進(jìn)行邏輯與非運(yùn)算的結(jié)果為第七邏輯信號(hào)，第七邏輯 信號(hào)與第一過零比較器產(chǎn)生的第一邏輯信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算的結(jié)果為第四功率開關(guān)
管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
有益效果本發(fā)明三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路的能量可以雙向流動(dòng)； 無(wú)橋臂直通隱患、無(wú)開關(guān)管體二極管反向恢復(fù)問題；功率開關(guān)管電壓應(yīng)力低，僅為輸 出直流母線電壓的一半；單極性調(diào)制，也可稱為三電平調(diào)制，電磁干擾小；PWM調(diào) 制電路單元采用滯環(huán)電流控制方案，逆變器動(dòng)態(tài)性能佳；整個(gè)電路結(jié)構(gòu)和控制方案均 較為簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路的電路圖。 圖l中的標(biāo)號(hào)名稱為l一第一升壓橋臂電路；2—輸入電源；3—第二升壓橋臂 電路；4一輸出濾波電路。
圖2是本發(fā)明三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路工作在整流模式以及能饋
模式下各開關(guān)模態(tài)的示意圖
圖2 (a)是整流模式下工作模態(tài)I和能饋模式下工作模態(tài)IV的示意圖。
圖2 (b)是整流模式下工作模態(tài)n的示意圖。
圖2 (c)是整流模式下工作模態(tài)III和能饋模式下工作模態(tài)II的示意圖。圖2 (d)是整流模式下工作模態(tài)IV的示意圖。 圖2 (e)是能饋模式下工作模態(tài)I的示意圖。 圖2 (f)是能饋模式下工作模態(tài)III的示意圖。
圖3是本發(fā)明三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路采用的控制框圖。
圖4是本發(fā)明三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路工作在整流模式下輸入電 壓、輸入電流、輸入升壓電感電流以及驅(qū)動(dòng)的波形示意圖。
圖5是本發(fā)明雙升壓式能饋型PWM整流電路工作在能饋模式下輸入電壓、輸 入電流、輸入升壓電感電流以及驅(qū)動(dòng)的波形示意圖。
圖1—附圖5中的主要符號(hào)名稱0、込、仏、& —功率開關(guān)管，A、 A、 "3、 仏一二極管，￡/、 Z2—輸入升壓電感，C/、 C2—濾波電容，F(xiàn)C/、 Fc2是濾波電容 C/、 G兩端的電壓，&、 ^一輸入升壓電感Z;、丄2電流，F(xiàn)e—電壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電 壓，仏一負(fù)載電阻，v,—輸入電壓，4—輸入電流，r。一輸出直流母線電壓，a—第 一升壓橋臂的中點(diǎn)，b—第二升壓橋臂的中點(diǎn)，n—輸出濾波電容的中點(diǎn)，r。"一a、 n 兩點(diǎn)的電壓，Kw—b、 n兩點(diǎn)的電壓，其中圖4、圖5中的Drl、 Dr2、 Dr3、 Dr4為功 率開關(guān)管&、込、込、"驅(qū)動(dòng)信號(hào)，j一第一過零比較器，k—第二過零比較器，Ve'—
輸出誤差信號(hào)，/*一電流給定信號(hào)，& 一調(diào)制信號(hào)，第一邏輯信號(hào)，&一第二邏
輯信號(hào)，第三邏輯信號(hào)，第四邏輯信號(hào)，&一第五邏輯信號(hào)，第六邏輯 信號(hào)，第七邏輯信號(hào)，第八邏輯信號(hào)，&一第九邏輯信號(hào)，g—電壓外環(huán)，h
—鎖相及正弦波產(chǎn)生電路，c一均壓環(huán)，d—電流內(nèi)環(huán)，e—過零比較單元，f—輸出邏 輯電路。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

本發(fā)明實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)及工作原理。
圖1是三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路的結(jié)構(gòu)示意圖，包括輸入電源2， 兩個(gè)升壓橋臂電路l、 3和輸出濾波電路4，輸出濾波電路4包括第一濾波電容d、
第二濾波電容C2，第一濾波電容d的負(fù)極與第二濾波電容C2的正極連接，且連接點(diǎn)
接地，第一濾波電容d的正極和第二濾波電容C2的負(fù)極為三電平雙升壓式能饋型 PWM整流電路的輸出端，其特征在于第一升壓橋臂電路1包括第一功率開關(guān)管Qi、 第二功率開關(guān)管Q2、第一二極管D卜第三二極管D3、第一輸入升壓電感I^，第一功 率開關(guān)管的源極接第二功率開關(guān)管Q2的漏極，兩者接頭處引出線接第三二極管 D3的陰極，第三二極管D3的陽(yáng)極接地，第二功率開關(guān)管Q2的源極接第一二極管Di 的陰極，兩者接頭處引出線接第一輸入升壓電感U的正極；第二升壓橋臂電路3包
括第三功率開關(guān)管Q3、第四功率開關(guān)管Q4、第二二極管D2、第四二極管D4、第二輸入升壓電感L2，第四功率開關(guān)管Q4的漏極接第三功率開關(guān)管Q3的源極，兩者接頭處
引出線接第四二極管D4的陽(yáng)極，第四二極管D4的陰極連輸入電源2—端接地，第三 功率開關(guān)管Q3的漏極接第二二極管D2的陽(yáng)極，兩者接頭處引出線接第二輸入升壓電
感L2的負(fù)極；第一輸入升壓電感Li的負(fù)極與第二輸入升壓電感L2的正極相連接，且
兩者接頭處引出線接輸入電源2另一端，第一功率開關(guān)管Qi的漏極接第二二極管D2
的陰極，第四功率開關(guān)管Q4的源極接第一二極管Dt的陽(yáng)極；第二二極管D2的陰極
接第一濾波電容Q的正極，第四功率開關(guān)管Q4的源極接第二濾波電容C2的負(fù)極。
具體開關(guān)的調(diào)制信號(hào)還與輸入電壓的正負(fù)相關(guān)，具體的工作原理在下文會(huì)作詳細(xì) 分析。
附圖3是本發(fā)明雙升壓式能饋型PWM整流電路所采用的控制框圖，包括6個(gè)子 功能模塊，電壓外環(huán)g，鎖相及正弦波產(chǎn)生電路h，均壓環(huán)c，電流內(nèi)環(huán)d，過零比較
單元e以及輸出邏輯電路f。控制方法為電壓基準(zhǔn)Vref減去三電平雙升壓式能饋型
PWM整流電路輸出電壓Vo的采樣值，兩者的差值送入電壓環(huán)調(diào)節(jié)器，電壓環(huán)調(diào)節(jié)器
輸出電壓信號(hào)Ve;輸入電壓VS的釆樣信號(hào)送入鎖相環(huán)，產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓同頻同
相的正弦波sin(cot);第一濾波電容d兩端電壓的采樣值減去第二濾波電容C2兩端電
壓的采樣值，兩者的差值送入均壓環(huán)調(diào)節(jié)器，均壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出誤差信號(hào)Ve';由鎖相
環(huán)產(chǎn)生的正弦波信號(hào)sin(o)t)分成A、 B兩路，A路與電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出電壓信號(hào)
Ve相乘的結(jié)果減去均壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的誤差信號(hào)Ve'，從而得到電流給定信號(hào)"；B
路連至第一過零比較器j，第一過零比較器j產(chǎn)生第一邏輯信號(hào)S^電流給定信號(hào)1*分 成D、 E兩路信號(hào)，D路信號(hào)減去輸入電流is的采樣信號(hào)的結(jié)果送入滯環(huán)比較器，滯
環(huán)比較器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)Sm， E路連至第二過零比較器k，第二過零比較器k產(chǎn)生第二 邏輯信號(hào)S2;最后，滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)Sm與第一、第二兩個(gè)邏輯信號(hào)Si、
S2經(jīng)輸出邏輯電路f邏輯關(guān)系處理之后，得到四個(gè)功率開關(guān)管Q卜Q2、 Q3、 Q4的四 個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)Drl、 Dr2、 Dr3、 Dr4，即將滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)Sm進(jìn)行邏輯非運(yùn) 算，得到第三邏輯信號(hào)S3，將第一過零比較器j產(chǎn)生第一邏輯信號(hào)St進(jìn)行邏輯非運(yùn)算， 得到第五邏輯信號(hào)S5，將第二過零比較器k產(chǎn)生第二邏輯信號(hào)S2進(jìn)行邏輯非運(yùn)算， 得到第四邏輯信號(hào)S4，第三邏輯信號(hào)S3與第四邏輯信號(hào)S4進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，得到第 六邏輯信號(hào)S6,第六邏輯信號(hào)S6與第一過零比較器j產(chǎn)生的第一邏輯信號(hào)Si進(jìn)行邏輯 與運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果為第一功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Drl;滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)Sm與第四邏輯信號(hào)S4進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，得到第八邏輯信號(hào)Ss，第八邏輯信號(hào)Ss
與第五邏輯信號(hào)Ss進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果為第二功率開關(guān)管Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)
Dr2;滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)Sm與第二過零比較器k產(chǎn)生的第二邏輯信號(hào)S2進(jìn)
行邏輯與非運(yùn)算的結(jié)果為第九邏輯信號(hào)S9,第九邏輯信號(hào)S9與第五邏輯信號(hào)Ss進(jìn)行 邏輯與運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果為第三功率開關(guān)管Q3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dr3;第三邏輯信號(hào)S3與
第二過零比較器k產(chǎn)生的第二邏輯信號(hào)S2進(jìn)行邏輯與非運(yùn)算的結(jié)果為第七邏輯信號(hào)
s7，第七邏輯信號(hào)S7與第一過零比較器j產(chǎn)生的第一邏輯信號(hào)Si進(jìn)行邏輯與運(yùn)算的
結(jié)果為第四功率開關(guān)管Q4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dr4。 附圖4和附圖5分別給出兩個(gè)仿真實(shí)例。
附圖4給出了本發(fā)明電路工作在整流模式下，即帶能耗型負(fù)載時(shí)的一些主要波形。 仿真參數(shù)如下輸入電壓220V/50Hz，輸出電壓750V，輸出功率lkW。由輸入電壓 波形v,和輸入電流波形4可以看出，輸入電流能夠很好的跟蹤電網(wǎng)電壓，整流器工作 在單位功率因數(shù)下。另外，由兩個(gè)輸入升壓電感電流的波形&和&以及開關(guān)管的驅(qū) 動(dòng)波形Drl、 Dr2、 Dr3、 Dr4可以看出，兩個(gè)升壓橋臂單元在電網(wǎng)電壓的正負(fù)半周輪 流工作。
附圖5給出了本發(fā)明電路工作在能饋模式時(shí)(如負(fù)載為工作在制動(dòng)發(fā)電時(shí)的直流 電機(jī))的一些主要波形。電網(wǎng)電壓為220V/50Hz，直流母線電壓為750V。由網(wǎng)側(cè)電 流波形/,和電壓波形^可以看出，整流器工作單位功率因數(shù)有源逆變下，電流波形和 電壓波形剛好相差180度。另外，由兩個(gè)輸入升壓電感電流波形^和^以及開關(guān)管 的驅(qū)動(dòng)波形Drl、 Dr2、 Dr3、 Dr4可以看出，兩個(gè)升壓型橋臂單元在電網(wǎng)電壓的正負(fù) 半周輪流工作。
以上兩個(gè)仿真實(shí)例均達(dá)到了預(yù)期的效果，驗(yàn)證了本發(fā)明提出的主電路和控制電路 是正確的、可行的。
工作原理及工作過程
下面以圖l、圖2為主，結(jié)合圖3來(lái)敘述本發(fā)明的雙升壓式能饋型PWM整流電 路的具體工作原理和工作模態(tài)，對(duì)應(yīng)的電路關(guān)鍵波形見圖4、圖5。
根據(jù)輸入電壓和電流的相位，雙升壓式能饋型PWM整流電路可以工作在兩種 不同的模式，當(dāng)輸入電壓和輸入電流同相位時(shí)，電路工作于整流模式，當(dāng)輸入電壓和 輸入電流相位相差180。時(shí)，電路工作于有源逆變能饋模式。
A)整流模式
當(dāng)輸入電壓、電流大于零，處于正半周時(shí)，第二升壓橋臂電路3和輸入電源v, 以及輸出濾波電路4工作，第一升壓橋臂電路1不工作；而當(dāng)輸入電壓、電流小于零，處于負(fù)半周時(shí)，第一升壓橋臂電路l和輸入電源v,以及輸出濾波電路4工作，第二升
壓橋臂電路3不工作。此模式下電路有四個(gè)工作模態(tài)
1. 工作模態(tài)I
如附圖2 (a)所示，在此模態(tài)內(nèi)，輸入電壓、電流均太于零。功率開關(guān)管gj 開通，其余關(guān)斷，二極管Z^導(dǎo)通，其余截止。第二輸入升壓電感Z2兩端承受的電壓 等于v,，第二輸入升壓電感電流&線性上升。第一輸入升壓電感&的電流&尸0。
2. 工作模態(tài)II
如附圖2 (b)所示，在此模態(tài)內(nèi)，輸入電壓、電流均大于零。所有功率開關(guān)管 關(guān)斷，二極管￡>2導(dǎo)通，其余截止。第二輸入升壓電感Z2兩端承受的電壓等于v,-Fc/， 第二輸入升壓電感電流^線性下條。第一輸入升壓電感Z7的電流&=0。
3. 工作模態(tài)III
如附圖2 (c)所示，在此模態(tài)內(nèi)，輸入電壓、電流均小于零。功率開關(guān)管0 開通，其余關(guān)斷，二極管i^導(dǎo)通，其余截止。第一輸入升壓電感^兩端承受的電壓 等于-v,，第一輸入升壓電感電流^線性上升。第二輸入升壓電感"的電流/0=0。
4. 工作模態(tài)IV
如附圖2 (d)所示，在此模態(tài)內(nèi)，輸入電壓、電流均小于零。所有開關(guān)管關(guān)斷，
二極管i)/導(dǎo)通，其余截止。第一輸入升壓電感Z/兩端承受的電壓等于-(Kc2+ig，第
一輸入升壓電感電流線性下降。第二輸入升壓電感&的電流^=0。 B)能饋模式
當(dāng)輸入電壓大于零，處于正半周，輸入電流小于零，處于負(fù)半周時(shí)，第一升壓
橋臂電路l和輸入電源v,以及輸出濾波電路4工作，第二升壓橋臂電路3不工作；而 當(dāng)輸入電壓小于零，處于負(fù)半周，輸入電流大于零，處于正半周時(shí)，第二升壓橋臂單 元3和輸入電源^以及輸出濾波電路4工作，第一升壓橋臂電路l不工作。此模式下
電路也有四個(gè)工作模態(tài)
1. 工作模態(tài)I
如附圖2 (e)所示，輸入電壓大于零、輸入電流小于零。功率開關(guān)管"、& 開通，其余關(guān)斷，所有二極管截止。第一輸入升壓電感丄/兩端的電壓等于Fcrv,，第 一輸入升壓電感電流&線形上升。第二輸入升壓電感￡2的電流^=0。
2. 工作模態(tài)II
如附圖2 (c)所示，輸入電壓大于零、輸入電流小于零。功率開關(guān)管込，開通， 其余關(guān)斷，二極管Dj導(dǎo)通，其余關(guān)斷。第一輸入升壓電感^兩端的電壓等于-v,，第 一輸入升壓電感電流^線形下降。第二輸入升壓電感&的電流^=0。
3. 工作模態(tài)III
如附圖2 (f)所示，輸入電壓小于零、輸入電流大于零。功率開關(guān)管0j、 g^開 通，其余關(guān)斷，所有二極管截止。第二輸入升壓電感&兩端的電壓等于r。+v,，第一 輸入升壓電感電流&線形上升。第一輸入升壓電感￡7的電流^尸0。4.工作模態(tài)IV
如附圖2 (a)所示，輸入電壓小于零、輸入電流大于零。功率開關(guān)管g3開通，
其余關(guān)斷，二極管Z^導(dǎo)通，其余截止。第二輸入升壓電感丄2兩端的電壓等于Vs，第
二輸入升壓電感電流^線形上升。第一輸入升壓電感^的電流^=0。
權(quán)利要求
1、一種三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路，包括輸入電源(2)，兩個(gè)升壓橋臂電路(1、3)和輸出濾波電路(4)，輸出濾波電路(4)包括第一濾波電容(C1)、第二濾波電容(C2)，第一濾波電容(C1)的負(fù)極與第二濾波電容(C2)的正極連接，且連接點(diǎn)接地，第一濾波電容(C1)的正極和第二濾波電容(C2)的負(fù)極為三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路的輸出端，其特征在于第一升壓橋臂電路(1)包括第一功率開關(guān)管(Q1)、第二功率開關(guān)管(Q2)、第一二極管(D1)、第三二極管(D3)、第一輸入升壓電感(L1)，第一功率開關(guān)管(Q1)的源極接第二功率開關(guān)管(Q2)的漏極，兩者接頭處引出線接第三二極管(D3)的陰極，第三二極管(D3)的陽(yáng)極接地，第二功率開關(guān)管(Q2)的源極接第一二極管(D1)的陰極，兩者接頭處引出線接第一輸入升壓電感(L1)的正極；第二升壓橋臂電路(3)包括第三功率開關(guān)管(Q3)、第四功率開關(guān)管(Q4)、第二二極管(D2)、第四二極管(D4)、第二輸入升壓電感(L2)，第四功率開關(guān)管(Q4)的漏極接第三功率開關(guān)管(Q3)的源極，兩者接頭處引出線接第四二極管(D4)的陽(yáng)極，第四二極管(D4)的陰極連輸入電源(2)一端接地，第三功率開關(guān)管(Q3)的漏極接第二二極管(D2)的陽(yáng)極，兩者接頭處引出線接第二輸入升壓電感(L2)的負(fù)極；第一輸入升壓電感(L1)的負(fù)極與第二輸入升壓電感(L2)的正極相連接，且兩者接頭處引出線接輸入電源(2)另一端，第一功率開關(guān)管(Q1)的漏極接第二二極管(D2)的陰極，第四功率開關(guān)管(Q4)的源極接第一二極管(D1)的陽(yáng)極；第二二極管(D2)的陰極接第一濾波電容(C1)的正極，第四功率開關(guān)管(Q4)的源極接第二濾波電容(C2)的負(fù)極。
2、 一種基于權(quán)利要求1所述的三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路的控制方法，其特征在于電壓基準(zhǔn)(Vref)減去三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路輸出電壓(V0) 的采樣值，兩者的差值送入電壓環(huán)調(diào)節(jié)器，電壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電壓信號(hào)(Ve);輸入電壓(Vs)的采樣信號(hào)送入鎖相環(huán)，產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓同頻同相的正弦波sin(art);第一 濾波電容(C。兩端電壓的采樣值減去第二濾波電容(C2)兩端電壓的采樣值，兩者的 差值送入均壓環(huán)調(diào)節(jié)器，均壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出誤差信號(hào)(Ve');由鎖相環(huán)產(chǎn)生的正弦波信 號(hào)sin(cot)分成A、 B兩路，A路與電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出電壓信號(hào)(Ve)相乘的結(jié)果減去 均壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的誤差信號(hào)(Ve')，從而得到電流給定信號(hào)(i*) ; B路連至第一過零比較器(j)，第一過零比較器(j)產(chǎn)生第一邏輯信號(hào)(S!);電流給定信號(hào)(i*) 分成D、 E兩路信號(hào)，D路信號(hào)減去輸入電流(is)的采樣信號(hào)的結(jié)果送入滯環(huán)比較器， 滯環(huán)比較器產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)(Sm) ， E路連至第二過零比較器(k)，第二過零比較器(k)產(chǎn)生 第二邏輯信號(hào)(S2);最后，滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)(Sm)與第一、第二兩個(gè)邏輯 信號(hào)(S,、 S2)經(jīng)輸出邏輯電路(f)邏輯關(guān)系處理之后，得到四個(gè)功率開關(guān)管(Q卜 Q2、 Q3、 Q4)的四個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Drl、 Dr2、 Dr3、 Dr4)，即將滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信 號(hào)(SJ進(jìn)行邏輯非運(yùn)算，得到第三邏輯信號(hào)(S3),將第一過零比較器(j)產(chǎn)生第一邏輯信號(hào) (SO進(jìn)行邏輯非運(yùn)算，得到第五邏輯信號(hào)(Ss)，將第二過零比較器(k)產(chǎn)生第二邏輯信號(hào)(S2)進(jìn)行邏輯非運(yùn)算，得到第四邏輯信號(hào)(S4)，第三邏輯信號(hào)(S3)與第四邏輯信號(hào)(S4)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，得到第六邏輯信號(hào)(S6),第六邏輯信號(hào)(S6)與第一過零比較器(j)產(chǎn)生 的第一邏輯信號(hào)(S。進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果為第一功率開關(guān)管(Qi)的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)(Drl);滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)(Sm)與第四邏輯信號(hào)(S4)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算， 得到第八邏輯信號(hào)(S8)，第八邏輯信號(hào)(S8)與第五邏輯信號(hào)(Ss)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算， 運(yùn)算的結(jié)果為第二功率開關(guān)管(Q2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Dr2);滯環(huán)比較器產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào) (Sm)與第二過零比較器(k)產(chǎn)生的第二邏輯信號(hào)(S2)進(jìn)行邏輯與非運(yùn)算的結(jié)果為第九 邏輯信號(hào)(S9),第九邏輯信號(hào)(S9)與第五邏輯信號(hào)(S5)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，運(yùn)算的 結(jié)果為第三功率開關(guān)管(Q3)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Dr3);第三邏輯信號(hào)(S3)與第二過零比較器 (k)產(chǎn)生的第二邏輯信號(hào)(S2)進(jìn)行邏輯與非運(yùn)算的結(jié)果為第七邏輯信號(hào)(S7)，第七邏 輯信號(hào)(S7)與第一過零比較器(j)產(chǎn)生的第一邏輯信號(hào)(SO進(jìn)行邏輯與運(yùn)算的結(jié)果為 第四功率開關(guān)管(Q4)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Dr4)。
全文摘要
一種三電平雙升壓式能饋型PWM整流電路及其控制方法，屬PWM整流電路及控制方法。該P(yáng)WM整流電路可以工作在AC/DC整流模式和DC/AC能饋模式，包括輸入電源(2)，兩個(gè)升壓型橋臂電路(1、3)，輸出濾波電路(4)；控制框圖包括電壓外環(huán)，鎖相及正弦波產(chǎn)生電路，均壓環(huán)，電流內(nèi)環(huán)，過零比較單元以及輸出邏輯電路。與傳統(tǒng)的半橋和雙升壓式整流電路相比，橋臂中點(diǎn)多了一個(gè)零電平，有效的減小了電路的電磁干擾，兩個(gè)橋臂電路輪流工作半個(gè)電網(wǎng)周期。該電路的功率開關(guān)管電壓應(yīng)力低，僅為輸出電壓的1/2；能量可以雙向流動(dòng)；無(wú)橋臂直通隱患，工作可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。適合于UPS、航空航天等要求高可靠性的中、大功率場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02M7/219GK101309054SQ20081012298
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者新 陳, 杰 陳, 陳家偉, 龔春英 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)