[发明专利]一种带Z型桥结构的单相三电平功率因数校正电路

权利要求书

1.一种带Z型桥结构的单相三电平功率因数校正电路，其特征在于包括：

开关管S₁～S₃，二极管D₁～D₈，电容C₁、C₂；

交流电源U_s一端分别连接二极管D₄阴极、二极管D₆阴极、二极管D₃阳极、二极管D₅阳极，其连接点构成端点b；

交流电源U_s另一端电感L一端，电感L另一端分别连接二极管D₂阴极、二极管D₁阳极、开关管S₁的漏极，其连接点构成端点a；

开关管S₁的源极连接开关管S₂的漏极；

开关管S₃的漏极分别连接二极管D₅阴极、二极管D₇阴极，其连接点构成端点f；

开关管S₃的源极分别连接二极管D₆阳极、二极管D₈阳极，其连接点构成端点i；

二极管D₇阳极分别连接二极管D₈阴极、电容C₁另一端、电容C₂一端，其连接点构成端点o；

二极管D₁阴极分别连接二极管D₃阴极、电容C₁一端，其连接点构成端点c；

二极管D₂阳极分别连接二极管D₄阳极、电容C₂另一端，其连接点构成端点d；

负载R两端分别连接电容C₁一端、电容C₂另一端。

2.根据权利要求1所述一种带Z型桥结构的单相三电平功率因数校正电路，其特征在于：所述二极管D₂、D₄、开关管S₁、S₂构成Z型桥结构；交流电源U_S与电感L串联再与Z型桥结构连接构成了整流单元。

3.根据权利要求1所述一种带Z型桥结构的单相三电平功率因数校正电路，其特征在于：所述端点c与端点b构成端口一，端点b与端点d构成端口二，电容C₁、C₂串联构成端口三，形成三端口结构。

4.根据权利要求1所述一种带Z型桥结构的单相三电平功率因数校正电路，其特征在于：所述端点b与端点o中插入的是由一个开关管S₃、四个二极管D₅～D₈组成的双向管单元，构成了基于双向管插入式与电容串联的双向三电平三端口单元。

5.根据权利要求1所述一种带Z型桥结构的单相三电平功率因数校正电路，其特征在于：所述电容C₁、电容C₂均为等值电解电容，用于平衡直流侧中点电位。

6.根据权利要求1所述一种带Z型桥结构的单相三电平功率因数校正电路，其特征在于：所述开关管S₁～S₃为绝缘栅型双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、或者电力场效应晶体管MOSFET。

7.根据权利要求1所述一种带Z型桥结构的单相三电平功率因数校正电路，其特征在于：通过控制电路中开关管S₁～S₃的通断状态，电路有以下六种工作模态：

工作模态一：交流电源U_s工作于正半周期，开关管S₁、S₂、S₃全部关断，电流依次通过电感L、二极管D₁、电容C₁、电容C₂、二极管D₄返回电源；此时电容C₁、C₂同时充电，其中充电电流为i_L-i_dc，此时电压U_ab＝+U_dc；

工作模态二：交流电源U_s工作于正半周期，仅有开关管S₃导通，电流依次通过电感L、二极管D₁、电容C₁、二极管D₇、开关管S₃、二极管D₆返回电源；此时电容C₁充电，充电电流为i_L-i_dc，此时电压U_ab＝+U_dc/2；

工作模态三：交流电源U_s工作于正半周期，开关管S₁、S₂导通，其中电源电流也可通过开关管S₂的体二极管再返回电源，实现电感L的储能；电容C₁、C₂同时向负载R放电，放电电流为i_dc，此时电压U_ab＝0；

工作模态四：交流电源U_s工作于负半周期，开关管S₁、S₂导通，其中电源电流也可通过开关管S₁的体二极管再返回电源，实现电感L的储能；此时电压U_ab＝0；

工作模态五：交流电源U_s工作于负半周期，仅有开关管S₃导通，电流一次通过二极管D₅、开关管S₃、二极管D₈、电容C₂、二极管D₂、电感L再返回电源；此时电压U_ab＝-U_dc/2；工作模态六：交流电源U_s工作于负半周期，开关管S₁、S₂、S₃全部关断，电流依次通过二极管D₃、电容C₁、电容C₂、二极管D₂、电感L再返回电源；此时电容C₁、C₂同时充电，其中充电电流为i_L+i_dc；此时电压U_ab＝-U_dc。