[发明专利]一种单相PWM整流器消除二次纹波电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相PWM整流器消除二次纹波电路。

背景技术

在中小功率场合，单相PWM整流器得到非常广泛的应用。现有应用最广的PWM整流器为图1所示H桥变换器，但当交流侧电压为交流，输入电流为同频率的交流时，直流侧会产生二次纹波，该纹波会对直流侧电能质量，系统的稳定性，以及直流侧设备的使用寿命等都会造成不利的影响。传统的解决方法为在直流侧并联非常大电容C_dc，用来抑制二次纹波，但此方法会导致整个变换器的体积增大，造价上升，系统的功率密度大大降低。并且，该方法只能抑制并不能消除直流侧的二次纹波,当直流侧电压较高或对直流侧电压精度要求较高时，整个变换器的体积和造价更会大幅上升。

对此，文献与发明对上述H桥变换电路提出改进措施，例如，在期刊《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》1997年，第44卷，第4期，第447至455页中刊登“A Unity Power Factor PWM Rectifier with DC Ripple Compensation”一文（作者Toshihisa Shimizu等）提出在H桥变换器直流侧附加一组开关管桥臂，将二次纹波能量存储于交流侧滤波电容；期刊《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS》2000年，第36卷，第5期，第1419至1429页中刊登“DC Ripple Current Reduction on a Single-Phase PWM Voltage-Source Rectifier”一文（作者Toshihisa Shimizu等）提出在H桥变换器直流侧附加一组开关管桥臂，并将二纹波能量存储于附加电感中。专利号为CA02732525的加拿大专利提出一种消减直流侧二次纹波的方法，在H桥变换器直流侧并联双向斩波电路，可以将此二次纹波功率存储于附加电容中；在国际会议《Applied Power Electronics Conference and Exposition2014》的会议论文集中的第96-102页刊登“Decoupling of Fluctuating Power in Single-Phase Systems Through a Symmetrical Half-Bridge Circuit”一文（作者Yi Tang等）提出在H桥变换器直流侧附加一组开关桥臂，一个电感和一个电容桥臂，将二次纹波功率存储于电容桥臂之中，如图2所示。

上述四种方法均为在不改变原有H桥变换电路的基础上，在变换器直流侧附加开关管，并且加入储能设备，通过控制附加开关管从而使二次纹波功率存储于储能设备中，它们均可以减小变换器的直流侧电容C_dc，使系统的功率密度升高，体积降低。但以上四种方法均需要额外附加两个开关管，大大增加了变换器的成本与系统出故障的概率，且由于附加开关管存在开关损耗与导通损耗，从而大大降低了变换器的效率。

在专利号为CN201210545899.6的申请文件中提出一种只使用四个开关管的PWM整流电路二次纹波消除电路，但该电路的直流电压利用率较低，即直流侧电压需要大大高于交流侧电压的峰值，因此大大减小了其可应用的范围，并对变换器的效率也会产生不利影响。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种单相PWM整流器消除二次纹波电路，它具有用电容来吸收二次纹波功率，从而达到消减直流侧二次纹波的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单相PWM整流器消除二次纹波电路，包括交流侧、变换器和直流侧，所述交流侧通过电感与变换器连接，变换器的另一侧与直流侧连接，在交流侧输入端和直流侧负极端连接有电容C₂，在交流侧输入端和直流侧正极端连接有电容C₁。

所述交流侧分为第一交流端和第二交流端，所述变换器包括并联的A相桥臂、B相桥臂和电容桥臂，第一交流端通过电感L2与变换器的A相桥臂连接，第二交流端与电容桥臂连接，电容桥臂通过电感L1与B相桥臂连接。

所述A相桥臂由串联的开关管S1和开关管S2组成，B相桥臂由串联的开关管S3和开关管S4组成，电容桥臂由串联的电容C1和电容C2组成，开关管S1和开关管S2的连接点与电感L2连接，开关管S3和开关管S4的连接点与电感L1连接，电容C1和电容C2的连接点与电感L1和第二交流端的连接点相连。