CN113783446A - 一种三相输入双极性输出boost升压电路 - Google Patents

一种三相输入双极性输出boost升压电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相输入双极性输出BOOST升压电路，包括电感L1、电感L2、电感L3、三相整流桥、二极管D7、二极管D8、电容C1、电容C2、MOS管Q1、MOS管Q2。本发明电路具有功率器件少、电路简单、可靠性高、输出电压为稳定的正负双极性电源的特点，输出的正极性和负极性直流电源分别具有单独的控制电路，相互没有影响，确保输出电压的稳定，减少对后级DC/AC逆变功率电路的电压应力。

Description

一种三相输入双极性输出BOOST升压电路
技术领域
本发明属于整流升压电路技术领域，涉及一种三相输入双极性输出BOOST升压电路，具体地说是一种用于为DC/AC逆变电路提供双极性直流电源的整流升压电路。
背景技术
传统的航空变频器多采先将三相交流电源整流成为直流再采用DC/DC隔离变换的方式产生正负电压源供给后级的DC/AC逆变电路使用。同时在最终的用电负载端依然将逆变输出的N线与变频器三相交流输入的N线连接到一起，在此情况下变频器内部的DC/DC隔离变换失去原有的隔离作用，且在效率、功率密度、可靠性方面并没有优势。而BOOS电路相对于DC/DC隔离变换电路在效率、功率密度、可靠性等方面具有很大的优势，并且也可以为DC/AC逆变电路提供正负双极性的直流电源。
发明内容
(一)发明目的
为了解决当前机载航空变频器通过DC/DC隔离变换获得双极性直流电源工作效率低、功率密度低、可靠性低的问题，研究设计了一种三相输入双极性输出BOOST升压电路，该电路可在保证具有高转换效率、高可靠性、较少的功率器件等前提下，实现为后级DC/AC逆变电路提供稳定双极性直流电源。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种三相输入双极性输出BOOST升压电路，输入三相交流电源进入该电路后，首先进入三个独立的电感，经过电感后再进入三相整流桥；经过整流后得到交流电源正半周+Vi和负半周-Vi，参考基准为交流电源的中线，在+Vi和中线之间、-Vi和中线之间分别放置N沟道型MOS管，+Vi和中线之间的MOS管漏极D接+Vi，源极S接输入交流的中线，-Vi和中线之间的MOS管漏极D接输入交流的中线源极S接-Vi，两只MOS管分别用于控制+Vi和中线及-Vi和中线之间的通断。在+Vi和-Vi的后端分别串接一个二极管，用于BOOST电路的整流，经过二极管的整流后即可得到以交流输入中线作为参考基准且经过升压的正负双极性稳压电源。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的三相输入双极性输出BOOST升压电路，输入功率因数高、转换效率高，输出电压稳定；由于输出电压为闭环控制，输出电压稳定。
附图说明
图1为本发明实施例三相输入双极性输出BOOST升压电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1所示，本实施例三相输入双极性输出BOOST升压电路包括电感L1、电感L2、电感L3、三相整流桥、二极管D7、二极管D8、电容C1、电容C2、MOS管Q1、MOS管Q2；电感L1、电感L2、电感L3的一端分别连接三相交流输入端AC-U、AC-V、AC-W，另一端分别连接三相整流桥的三个整流输入端，三相整流桥的输出端分别为交流电源正半周+Vi和负半周-Vi，参考基准为交流电源中线AC-N，在正半周+Vi和交流电源中线AC-N之间、负半周-Vi和交流电源中线AC-N之间分别放置N沟道型MOS管，正半周+Vi和负半周-Vi的输出端分别串接二极管D7、二极管D8的一端，二极管D7、二极管D8的另一端分别为输出端+Vo和输出端-Vo，输出端+Vo和交流电源中线AC-N之间、输出端-Vo和交流电源中线AC-N之间分别放置电容C1、电容C2，用于降低输出电压的纹波。
本实施例中，三相整流桥包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，二极管D1的正极连接二极管D2的负极，二极管D3的正极连接二极管D4的负极，二极管D5的正极连接二极管D6的负极，二极管D1、二极管D3、二极管D5的负极相连并作为整流桥输出的正极，二极管D2、二极管D4、二极管D6的正极相连并作为整流桥输出的负极。
MOS管Q1、MOS管Q2为控制器件，MOS管Q1的源极S连接MOS管Q1的漏极D，同时连接三相交流电源中线AC-N；整流桥输出的正极连接MOS管Q1的漏极D，同时连接二极管D7的阳极；整流桥输出的负极连接MOS管Q2的源极S，同时连接二极管D8的阴极。
二极管D7、二极管D8为整流器件。
电容C1、电容C2为储能器件，将储能电容C1的负极与储能电容C2的负极连接，同时连接三相交流电源中线AC-N，电容C1的正极连接二极管D7的阴极，电容C2的负极连接二极管D8的正极。电容C1的正极为双极性输出的正电压，电容C2的负极为双极性输出的负电压，电容C1和电容C2的连接点即交流输入的中线，为双极性输出的参考地。
本实施例升压电路解决现有变频器内部DC/DC变换技术问题的实现方式如下：
三相交流输入首先经过三个储能电感，过电感后进行三相整流，经过整流输出的电压为+Vi和-Vi，在+Vi和中线AC-N之间、-Vi和中线AC-N之间各放置一个N沟道型MOS管，控制电路根据输出电压的高低对两个MOS管的开通及关断时间比例进行调整。另外在+Vi和-Vi的输出端各放置一个整流二极管，用于限定电流方向，在输出端+Vo和中线AC-N之间、-Vo和中线AC-N之间各放置一个容值较大的电容，用于降低输出电压的纹波。
具体工作原理如下：三相交流电源首先经过三个储能电感，然后对三相交流电源进行整流，将电源转换为直流。由于输出端的电压幅值高于输入端交流的峰值电压，正常情况下电感中没有电流经过。因此在整流后的直流+Vi和中线AC-N之间、-Vi和中线AC-N之间各放置一个N沟道型MOS管，由于中线电压为0V，当MOS管开通后输入电感中电流逐渐增大，储存能量，当MOS管关断后电感中的能量通过三相整流桥和输出整流二极管释放到输出端的电容中。同时由于同一时刻三相交流输入电压不同，但对中线导通的时间长度是一致的，因此其输入电感中电流的增长幅度与该相电压的幅值成正比，通过对MOS管开通占空比的调制可实现对输入功率因数的提高。
详细的控制过程为：首先检测输出电压+Vo，根据输出电压和预置电压Vref的比例计算得到MOS管的开通占空比a，然后检测输入交流电压值及电压相位，根据检测结果计算得到占空比的调整系数k，MOS管最终的开通占空比为a*k。
以U相交流输入为例，当电压处于0～180度范围内时，MOS管Q1开通后，电流经过电感L1，整流桥内的二极管D1，MOS管Q1，然后回流至中线AC-N，此时电感L1进行储能。当MOS管Q1关闭后，电流经过电感L1，整流桥内二极管D1，二极管D7，储能电容C1，然后回流至中线AC-N，此时电感L1释放能量。当电压处于180～360度范围内时，MOS管Q2开通后，电流经过MOS管Q2，整流桥内的二极管D2，电感L1，然后回流至U相交流输入端，此时电感L1进行储能。当MOS管Q2关闭后，电流经过储能电容C2，二极管D7，整流桥内二极管D2，电感L1，然后回流至U相交流输入端，此时电感L1释放能量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三相输入双极性输出BOOST升压电路，其特征在于，包括电感L1、电感L2、电感L3、三相整流桥、二极管D7、二极管D8、电容C1、电容C2、MOS管Q1、MOS管Q2；电感L1、电感L2、电感L3的一端分别连接三相交流输入端AC-U、AC-V、AC-W，另一端分别连接三相整流桥的三个整流输入端，三相整流桥的输出端分别为交流电源正半周+Vi和负半周-Vi，参考基准为交流电源中线AC-N，在正半周+Vi和交流电源中线AC-N之间、负半周-Vi和交流电源中线AC-N之间分别放置N沟道型MOS管，正半周+Vi和负半周-Vi的输出端分别串接二极管D7、二极管D8的一端，二极管D7、二极管D8的另一端分别为输出端+Vo和输出端-Vo，输出端+Vo和交流电源中线AC-N之间、输出端-Vo和交流电源中线AC-N之间分别放置电容C1、电容C2，用于降低输出电压的纹波。
2.如权利要求1所述的三相输入双极性输出BOOST升压电路，其特征在于，所述三相整流桥包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6，二极管D1的正极连接二极管D2的负极，二极管D3的正极连接二极管D4的负极，二极管D5的正极连接二极管D6的负极，二极管D1、二极管D3、二极管D5的负极相连并作为整流桥输出的正极，二极管D2、二极管D4、二极管D6的正极相连并作为整流桥输出的负极。
3.如权利要求2所述的三相输入双极性输出BOOST升压电路，其特征在于，所述MOS管Q1、MOS管Q2为控制器件。
4.如权利要求3所述的三相输入双极性输出BOOST升压电路，其特征在于，所述MOS管Q1的源极S连接MOS管Q1的漏极D，同时连接三相交流电源中线AC-N；整流桥输出的正极连接MOS管Q1的漏极D，同时连接二极管D7的阳极；整流桥输出的负极连接MOS管Q2的源极S，同时连接二极管D8的阴极。
5.如权利要求4所述的三相输入双极性输出BOOST升压电路，其特征在于，所述二极管D7、二极管D8为整流器件，用于限定电流方向。
6.如权利要求4所述的三相输入双极性输出BOOST升压电路，其特征在于，所述储能电容C1的负极与储能电容C2的负极连接，同时连接三相交流电源中线AC-N，电容C1的正极连接二极管D7的阴极，电容C2的负极连接二极管D8的正极。
7.如权利要求6所述的三相输入双极性输出BOOST升压电路，其特征在于，所述电容C1的正极为双极性输出的正电压，电容C2的负极为双极性输出的负电压，电容C1和电容C2的连接点即交流输入的中线，为双极性输出的参考地。
8.如权利要求7所述的三相输入双极性输出BOOST升压电路，其特征在于，所述电容C1、电容C2为储能器件，用于降低输出电压的纹波。
9.如权利要求7所述的三相输入双极性输出BOOST升压电路，其特征在于，所述升压电路工作过程为：三相交流电源首先经过三个储能电感，然后对三相交流电源进行整流，将电源转换为直流；中线电压为0V，当MOS管开通后输入电感中电流逐渐增大，储存能量，当MOS管关断后电感中的能量通过三相整流桥和输出整流二极管释放到输出端的电容中。
10.基于权利要求1-9中任一项所述的三相输入双极性输出BOOST升压电路在整流升压电路技术领域中的应用。
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