一种适用于充电桩的嵌入式T形图腾柱三电平整流器的制作方法

本发明涉及电子电路，具体涉及一种适用于充电桩的嵌入式t形图腾柱三电平整流器。

背景技术：

1、随着电动汽车充电桩、家用充电设备等负荷不断增加，电网电能质量会受到一定程度的影响。由于电动汽车充电桩电路中采用了大量电力电子器件，其工作频率高，向电网引入了大量谐波。而充电桩前级整流电路中，通常采用两电平结构，其电路体积较大，工作频率高，不利于减小输入电流thd且电路工作效率较低。图腾柱无桥pfc电路相对于传统二极管桥式整流电路，具有共模干扰低、导通损耗低、效率较高等优势，大量应用在充电桩前级pfc中。但由于图腾柱无桥pfc电路本质上仍是两电平电路，其开关频率高导致输入电流thd高且功率器件开关损耗大。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是图腾柱无桥pfc电路开关频率高导致输入电流thd高且功率器件开关损耗大，目的在于提供一种适用于充电桩的嵌入式t形图腾柱三电平整流器，通过开关管s1、开关管s2、开关管s3和开关管s4连接构成嵌入式t形三电平桥臂，二极管d1、二极管d2、开关管s1、开关管s2、开关管s4与电感l支路连接构成图腾柱无桥结构，采用多电平整流电路与图腾柱无桥pfc整流电路结合，保留了图腾柱pfc共模干扰小的特点，提高了整流电路效率，降低了输入电流thd，同时，多电平整流电路还具有能产生多电压阶梯、电压应力低、成本低的优势。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明提供一种适用于充电桩的嵌入式t形图腾柱三电平整流器，包括开关管s1、开关管s2、开关管s3、开关管s4、二极管d1、二极管d2、交流电源ug、电感l、电容c1和电容c2；

4、所述开关管s1、开关管s2、开关管s3和开关管s4连接构成嵌入式t形三电平桥臂；

5、所述二极管d1、二极管d2、开关管s1、开关管s2、开关管s4与电感l支路连接构成图腾柱无桥结构；

6、所述交流电源ug与电感l连接进行充放电；

7、所述电容c1和电容c2串联形成直流母线，每个电容承受直流母线电压udc的一半；

8、所述开关管s4连接在电容c1和电容c2之间。

9、进一步的，所述电感l、二极管d1阳极以及二极管d2阴极连接，形成节点a；

10、所述交流电源ug一侧与电感l相连，交流电源ug另一侧与开关管s2源极、开关管s4漏极相连，形成节点b；

11、所述二极管d1阴极、开关管s1漏极、电容c1正极以及直流电源udc正极连接，形成节点p；

12、所述二极管d2阳极、开关管s4源极、电容c2负极以及直流电源udc负极连接，形成节点m；

13、所述开关管s3源极、电容c1和电容c2相连接，形成节点n；

14、所述开关管s1源极、开关管s2漏极和开关管s3漏极相连接，形成节点o；

15、所述节点p和节点m之间还设置有负载rl。

16、进一步的，所述开关管s1、开关管s2、开关管s3和开关管s4均为全控型功率器件。

17、进一步的，所述整流器工作时，在一个工频周期内包括至少六种工作模式。

18、进一步的，工作模式包括：电路工作在交流电源正半周期；

19、节点a与节点b间电压uab＝0；

20、二极管d1导通，开关管s1导通，开关管s2导通，其余有源器件均关断；

21、交流电源ug对电感l充电，电感l储能；

22、电容c1和电容c2放电对负载rl供电。

23、进一步的，工作模式包括：电路工作在交流电源正半周期；

24、节点a与节点b间电压uab＝udc/2；

25、二极管d1导通，开关管s2导通，s3体二极管导通，其余有源器件均关断；

26、电感l放电对电容c1充电，电容c2对负载rl供电；

27、当交流电压ug>udc/2时，电感l充电；

28、当交流电压ug<udc/2时，电感l放电。

29、进一步的，工作模式包括：电路工作在交流电源正半周期；

30、节点a与节点b间电压uab＝udc；

31、二极管d1导通，开关管s4体二极管导通，其余有源器件均关断；

32、电感l放电，一部分电流对电容c1和电容c2充电，另外一部分向负载rl供电。

33、进一步的，工作模式包括：电路工作在交流电源负半周期；

34、节点a与节点b间电压uab＝0；

35、开关管s4导通，二极管d2导通，其余有源器件均关断；

36、交流电源ug对电感l充电，电感l储能；

37、电容c1和电容c2对负载rl供电。

38、进一步的，工作模式包括：电路工作在交流电源负半周期；

39、节点a与节点b间电压uab＝-udc/2；

40、开关管s2体二极管导通，开关管s3导通，二极管d2导通其余有源器件均关断；

41、电感l放电对电容c2充电，电容c1对负载rl供电；

42、当交流电压幅值︱ug︱>udc/2时，电感l充电；

43、当交流电压幅值︱ug︱<udc/2时，电感l放电。

44、进一步的，工作模式包括：电路工作在交流电源负半周期；

45、节点a与节点b间电压uab＝-udc；

46、开关管s1体二极管导通，开关管s2体二极管导通，二极管d2导通，其余有源器件均关断；

47、电感l放电，一部分电流对电容c1和电容c2充电，另外一部分向负载rl供电。

48、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

49、1、通过开关管s1、开关管s2、开关管s3和开关管s4连接构成嵌入式t形三电平桥臂，二极管d1、二极管d2、开关管s1、开关管s2、开关管s4与电感l支路连接构成图腾柱无桥结构，采用多电平整流电路与图腾柱无桥pfc整流电路结合，保留了图腾柱pfc共模干扰小的特点，提高了整流电路效率，降低了输入电流thd，同时，多电平整流电路还具有能产生多电压阶梯、电压应力低、成本低的优势；

50、2、采用双向开关管结构单元，双向开关由开关管s3和开关管s4组成，其主要作用在于实现±0.5udc电压流通路径，拓扑具有升压、整流、三电平功率因数校正的特点；

51、3、本发明在单位功率因数校正拓扑结构中，在变换器拓扑中具有升压电路单元，具有天然的升压特点。另外，拓扑结构中不存在多个半导体元件串联支路，部分器件损坏后依然可以实现对后级的功率输出，一定程度提高了电路工作可靠性；

52、4、本发明提出二极管和全控器件相融合的三电平结构，该结构具有可靠性高、效率高、功率密度高；

53、5、本发明拓扑采用三电平结构，该结构具有部分器件电压应力减半特点，一定程度上延长了开关管的使用寿命及开关管成本；

54、6、本发明所提变换器在一个交流输入周期内存在六个工作模态，该拓扑结构六个模态中最多有一个二极管处于导通状态，一定程度上减小了导通损耗。