[发明专利]具有电流注入的整流器电路

说明书

技术领域

根据权利要求1的导言，本发明涉及具有整流器阀的三相整流器布置的整流器电路，优选地是二极管的桥式整流器电路，其中所述整流器布置包括三相电源(mains)输入和DC输出，并且电源输入处的三相中至少一相连接到三极(three-pole)电路的第一极连接以供把注入电流转入三极电路。

根据权利要求18的导言，本发明还涉及用于把控制电流施加(impression)到整流器电路的DC输出中的方法，其中整流器电路具有半导体阀的三相整流器布置，优选地是二极管的三极桥式整流器电路，其中注入电流从三相中至少一相转入整流器电路的电源输入。

背景技术

在现代功率电子产品中，大量无源、有源和混合形式的不同实施例，所谓混合整流器电路，是已知的。各种整流器电路基本上从输入处的正弦电源电压在整流器电路的输出提供尽可能恒定的DC电压。经常使用的整流器布置由整流器二极管的三相(六脉冲)桥式整流器布置(B6电路)代表，其在现有技术尤其是功率电子产品中已知。通过二极管的桥式布置，整流后的电压从三相电源系统(整流器电路的所谓交流电流侧)在桥式布置(整流器电路的所谓直流电流侧)之后产生。

为了在整流器的AC输入减少由整流器电路产生的像脉冲的电流并且为了平滑整流器输出电压或整流器输出电流，DC电压侧的电感器(扼流圈(choke))在二极管桥的整流器输出与输出电容器之间频繁地开关。在一般整流器电路的情况下，整流器电流被引导通过连接到与输出并联的输出电容器的扼流圈，以便减小电源电流中的变形(distortion)并且平滑整流器电流流并且在输出或者向输出电容器提供恒定的输出电压。

具有开关元件、电感器和/或电容器并且在操作中还在DC电压侧具有无源(欧姆)负载的其他电子电路的整流器电路的电源电流流按照惯例来说不是正弦的。由于其相对于系统基本振荡的谐波含量和相移，非正弦电流产生不期望的电源电压或电流变形。这种系统扰动不能被忽视，尤其是在较高功率的整流器电路的情况下。有必要相对于基本分量的功率维持所有谐波分量的总计功率的水平(THDi，代表“电流的总谐波变形”)，其中电源电流和电源电压的最大变形是由标准(例如，IEC61000-3-2)预定义的。

从现有技术已知，整流器电路的电流波形会由于添加或转入电流即所谓的注入电流而受影响。电流优选地通过附加布置的开关元件施加到二极管桥电流的无电流相位中。为了改善由整流器电路产生的系统扰动，这个目的所需的电流相对于系统频率基本上具有三频，因此，这种类型的注入在文献中被称为“三次谐波电流注入”。本文参考所谓“Minnesota整流器”作为这种整流器系统及现有技术的最佳已知代表。

现有技术中已知的整流器结构，如Minnesota整流器，使用具有系统频率的三次谐波的电流同时注入整流器电路的DC连接的全部三相当中，以便实现整流器电路的大致正弦电源电流。这填充由于整流器布置在电源输入的阻塞效果而不传导任何电流的这种电流间隙。因此，作为注入电流的适当选择的结果，电源电流的变形可以基本上被阻止并且可以实现更好的THDi。

Minnesota整流器的电路表现出相关的缺点，即，作为具有系统频率的三次谐波的低频加载的结果，这个目的必需的电流需要同时在全部三相中施加并且以低频加载的注入变压器需要在这个过程中使用，其中变压器具有大体积还具有高重量。注入电流的生成在Minnesota整流器的电路中通过布置在DC侧的两个升压转换器来产生。因此，可以提供受控的输出电压，该输出电压由足够大的输出电容器来滤波。但是，升压转换器在整流器DC侧的应用导致两个二极管在整流器电路的一次功率流中的插入，这导致效率的显著降低，尤其是在高功率范围内。所需注入电流的选择性施加只可能进入AC侧在典型六脉冲整流器操作中保持无电流的相位中，但是需要附加的有源开关用于相应相位的选择。为此，有必要调整整流器电路的注入电流。这种操作利用Minnesota整流器的拓扑结构是不可能的。

从现有技术已知的使用三次谐波注入概念的其它整流器电路只能与整流器电路的负载并联地操作并且不使用DC侧的扼流圈或者不使用任何值得注意的输出电容器。在这种现有电路的情况下，需要桥式整流器的脉冲输出电压还有恒定功率负载，即，独立于可用电压而吸收所需功率的负载，以便获得大致正弦电流。因此，不能使用在DC输出具有技术上有利的扼流圈和电容器的整流器电路。输出电压足够好的平滑和支持以及因此足够大的输出电容器对于许多功率电子产品电路的操作是必须的。因此，这种拓扑结构不能在这种应用中使用。