一种三相单级全桥软开关整流器及控制方法与流程

1.本发明涉及ac/dc变换器技术领域，尤其涉及一种三相单级全桥软开关整流器及控制方法。


背景技术：

2.目前三相功率变换器主要采用两级结构，如汽车充电桩，前级采用维也纳pfc或六开关pfc等升压型(boost)拓扑实现功率因数校正，后级采用llc或全桥拓扑等实现dc/dc功率变换。三相ac/dc根据是否具有直流侧电感可以分为两大类：电流源型和电压源性ac/dc变换器；根据是否存在高频变压器tr又可以分为隔离型和非隔离型。
3.由三相桥式电路构成的非隔离三相电压源型ac/dc变换器，在整流工作时直流侧呈升压特性，三相380v交流电压经其变换后直流电压通常达600～800v，通常需要通过变压器tr或者在后级加dc/dc变换器进行降压后才能接到低压直流母线上。此外，电压源型ac/dc变换器的整流模式是升压(boost)类型，存在启动冲击问题，需要在功率传输路径中加入启动限流措施，影响变换器效率和功率密度，同时升压型电路在空载或轻载工作时，系统的闭环控制也存在较大的难度，难以兼顾控制的稳定性和快速动态响应特性。隔离型ac/dc变换器通常需要两级式结构，一种是在前级加入工频变压器tr，这会导致变换器整体体积重量大、成本高；另一种是在后级加入高频隔离dc/dc变换器，但是两级式功率变换对系统效率有很大的负面影响，并且现有的高频隔离dc/dc变换器宽电压变化范围条件下的特性较差，这种变换器难以适应宽输入输出电压变化的应用需求。
4.目前有单级三相ac-dc变换器，通常开关器件软开关控制效果不佳。如中国专利申请(公开号：cn112202351a)，其扇区选择开关组(专利cn112202351a中附图1的sya+、sya-、syb+、syb-、syc+、syc-)未实现真正意义上的软开关控制。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种三相单级全桥软开关整流器及控制方法。
6.本发明采用的技术方案是设计一种三相单级全桥软开关整流器，其包括三相电端口、三相整流桥、直流母线、原边变换模块、扇区选择开关组、变压器tr、副边整流模块，以及控制器，其中所述三相整流桥连接在三相电端口与直流母线之间，将三相电端口上的交流电转化为直流电后传输给直流母线；所述原边变换模块连接在直流母线与变压器tr的原边绕组w1之间，所述扇区选择开关组连接在三相电端口与所述原边变换模块的公共端o之间；所述控制器控制扇区选择开关组和原边变换模块中的开关管进行软开关通断动作，在变压器tr原边绕组w1与直流母线和扇区选择开关组之间构建交流电通道；所述副边整流模块连接在所述变压器tr的副边绕组w2与负载之间，将所述副边绕组w2上的交流电转化为直流电后传输给负载。
7.所述扇区选择开关组包括a相开关组、b相开关组和c相开关组，所述三相电端口包
括a相输入端、b相输入端和c相输入端，所述a相开关组串接在所述a相输入端与所述公共端o之间；所述b相开关组串接在所述b相输入端与所述公共端o之间；所述c相开关组串接在所述c相输入端与所述公共端o之间；所述a相开关组包括反向对称串联的a相第一开关swa1和a相第二开关swa2，所述b相开关组包括反向对称串联的b相第一开关swb1和b相第二开关swb2，所述c相开关组包括反向对称串联的c相第一开关swc1和c相第二开关swc2，所述控制器对各开关分别进行控制，所述a相第一开关swa1和a相第二开关swa2的导通信号之间存在a相移相角，所述b相第一开关swb1和b相第二开关swb2的导通信号之间存在b相移相角，所述c相第一开关swc1和c相第二开关swc2的导通信号之间存在c相移相角。
8.所述直流母线包括正直流母线p、负直流母线n，所述原边变换模块包括第一开关支路和第二开关支路，其中所述第一开关支路包括依次串联的第一开关sw1和第三开关sw3，第一开关sw1一端连接正直流母线p，第三开关sw3一端连接负直流母线n；第一开关sw1和第三开关sw3之间为sq连接点；所述第二开关支路包括依次串联的第二开关sw2、第四开关sw4；第二开关sw2一端连接正直流母线p；第四开关sw4一端连接负直流母线n；第二开关sw2和第四开关sw4之间为所述公共端o；所述变压器tr原边绕组w1连接在所述公共端o和sq连接点之间，所述变压器tr副边绕组w2连接所述副边整流模块。
9.所述三相电端口与三相电源之间设有三相emi滤波器，所述副边整流模块采用全桥整流电路、倍流整流电路、全波整流电路中的一种。
10.本发明还设计了一种三相单级全桥软开关整流器的控制方法，所述变换器采用上述的三相单级全桥软开关整流器，所述控制方法包括采集三相电源的电压参数，用扇区选择功能模块控制扇区选择开关组动作，将三相电源的一个工频周期划分为6个扇区：第1扇区、第2扇区、第3扇区、第4扇区、第5扇区和第6扇区，其中的每一个扇区分别包括正扇区和负扇区，所述正扇区中正直流母线p的电压vp的绝对值大于或等于负直流母线n的电压vn的绝对值；所述负扇区中正直流母线p的电压vp的绝对值小于负直流母线n的电压vn的绝对值；所述控制器根据所述电压vp和所述电压vn控制所述原边变换模块，根据三相电源工频周期划分的6个扇区控制所述扇区选择开关组。
11.所述控制器对第二开关sw2、第四开关sw4、a相第一开关swa1、a相第二开关swa2、b相第一开关swb1、b相第二开关swb2、c相第一开关swc1、c相第二开关swc2中的每一个开关都生成独立控制的开关控制信号，所述的开关控制信号分别在正扇区时和负扇区时对对应的开关实施控制；第一开关sw1和第三开关sw3根据第二开关sw2和第四开关sw4的开关控制信号进行控制，并且所述第一开关sw1不与第三开关sw3同时导通；所述第二开关sw2、第四开关sw4和扇区选择开关组这三者，在同一时刻最多只有一个导通，或者同一时刻皆不导通。
12.所述控制器设置扇区选择开关组调节量δd5，以调节所述a相开关组的占空比、b相开关组的占空比和c相开关组的占空比，所述扇区选择开关组调节量δd5的值大于零。
13.以所述副边整流模块的输出电压vout和/或输出电流idc为受控量进行反馈控制，所述控制器根据所述电压vp和所述电压vn、以及所述受控量受控后产生的反馈调整量
△
d生成有效等效占空比dp和有效等效占空比dn；所述控制器根据所述扇区选择开关组调节量δd5、所述有效等效占空比dp和有效等效占空比dn生成负扇区有效等效占空比d2n、负扇区有效等效占空比d4n、正扇区有效等效占空比d2p、正扇区有效等效占空比d4p、有效等效占
空比d5和输出控制量d5_soft；所述控制器根据负扇区有效等效占空比d2n、负扇区有效等效占空比d4n、正扇区有效等效占空比d2p、正扇区有效等效占空比d4p、有效等效占空比d5和扇区输出控制量d5_soft生成用以控制所述第二开关sw2的第二控制信号dr_sw2、用以控制所述第四开关sw4的第四控制信号dr_sw4、用以调整所述扇区选择开关组的占空比调整信号dr_sw5_soft和占空比调整信号dr_sw5；根据所述三相电源的电压参数、占空比调整信号dr_sw5_soft和占空比调整信号dr_sw5生成用以控制所述a相第一开关swa1的a相第一控制信号fa、用以控制所述a相第二开关swa2的a相第二控制信号za、用以控制所述b相第一开关swb1的b相第一控制信号fb、用以控制所述b相第二开关swb2的b相第二控制信号zb、用以控制所述c相第一开关swc1的c相第一控制信号fc、用以控制所述c相第二开关swc2的c相第二控制信号zc。
14.所述控制器对三相电源进行采样，对三相整流桥的输出参数进行采样、对副边整流模块的输出参数进行采样，根据采样到的参数对扇区选择功能模块和原边变换模块进行反馈控制。
15.所述三相整流桥的输出参数为所述正直流母线p的电压vp、负直流母线n的电压vn；将电压vp与控制环路优化参数kin做乘法运算，生成正极输入采样值、并送至第一乘法器j1；将电压vn反向后与控制环路优化参数kin做乘法运算，生成负极输入采样值、并送至第二乘法器j2；将所述受控量输入到受控量控制器，生成所述反馈调整量
△
d；在第一乘法器j1中，将所述正极输入采样值和所述反馈调整量
△
d相乘生成正直流母线p的所述有效等效占空比dp、并送第七减法器j7的减端；在第二乘法器中j2，将所述负极输入采样值和所述反馈调整量
△
d相乘生成负直流母线n的所述有效等效占空比dn、并送第七减法器j7的加端；所述有效等效占空比dp除以2，减去负直流母线n的优化参数δdn，生成负扇区有效等效占空比d2n；所述有效等效占空比dp除以2，加上负直流母线n的优化参数δdn，生成负扇区有效等效占空比d4n；所述有效等效占空比dn除以2，加上正直流母线p的优化参数δdp，生成正扇区有效等效占空比d2p；所述有效等效占空比dn除以2，减去正直流母线p的优化参数δdp，生成正扇区有效等效占空比d4p；在所述第七减法器j7中有效等效占空比dn减去有效等效占空比dp，然后再取绝对值，生成扇区选择开关组的有效等效占空比d5；所述有效等效占空比d5加上所述扇区选择开关组调节量δd5生成所述扇区输出控制量d5_soft；所述正扇区有效等效占空比d2p和负扇区有效等效占空比d2n分别送到第一选择开关q1的第一输入端和第二输入端，正负扇区选择信号连接第一选择开关q1的控制端，在正扇区区间时选择正扇区有效等效占空比d2p送往pwm生成器，生成正扇区的所述第二控制信号dr_sw2；在负扇区区间时选择负扇区有效等效占空比d2n送往pwm生成器，生成负扇区的所述第二控制信号dr_sw2；所述正扇区有效等效占空比d4p和负扇区有效等效占空比d4n分别送到第二选择开关q2的第一输入端和第二输入端，所述正负扇区选择信号连接第二选择开关q2的控制端，在正扇区区间时选择正扇区有效等效占空比d4p送往pwm生成器，生成正扇区的所述第四控制信号dr_sw4；在负扇区区间时选择负扇区有效等效占空比d4n送往pwm生成器，生成负扇区的第四控制信号dr_sw4；所述有效等效占空比d5送pwm生成器，生成所述占空比调整信号dr_sw5；所述扇区输出控制量d5_soft送pwm生成器，生成所述占空比调整信号dr_sw5_soft；所述扇区选择功能模块的a相控制信号ar和占空比调整信号dr_sw5分别连接a相第一与门ma1的两个输入端，a相第一与门ma1的输出端连接a相第一选择开关qa1开关的第一输
入端和a相第二选择开关qa2开关的第二输入端；所述扇区选择功能模块的a相控制信号ar和占空比调整信号dr_sw5_soft分别连接a相第二与门ma2的两个输入端，a相第二与门ma2的输出端连接a相第一选择开关qa1开关的第二输入端和a相第二选择开关qa2开关的第一输入端；所述扇区选择功能模块的b相控制信号br和占空比调整信号dr_sw5分别连接b相第一与门mb1的两个输入端，b相第一与门mb1的输出端连接b相第一选择开关qb1开关的第一输入端和b相第二选择开关qb2开关的第二输入端；所述扇区选择功能模块的b相控制信号br和占空比调整信号dr_sw5_soft分别连接b相第二与门mb2的两个输入端，b相第二与门mb2的输出端连接b相第一选择开关qb1开关的第二输入端和b相第二选择开关qb2开关的第一输入端；所述扇区选择功能模块的c相控制信号cr和占空比调整信号dr_sw5分别连接c相第一与门mc1的两个输入端，c相第一与门mc1的输出端连接c相第一选择开关qc1开关的第一输入端和c相第二选择开关qc2开关的第二输入端；所述扇区选择功能模块的c相控制信号cr和占空比调整信号dr_sw5_soft分别连接c相第二与门mc2的两个输入端，c相第二与门mc2的输出端连接c相第一选择开关qc1开关的第二输入端和c相第二选择开关qc2开关的第一输入端；所述正负扇区选择信号分别连接a相第一选择开关qa1开关、a相第二选择开关qa2开关、b相第一选择开关qb1开关、b相第二选择开关qb2开关、c相第一选择开关qc1开关和c相第二选择开关qc2开关的控制端；所述a相第一选择开关qa1开关的输出端输出所述a相第一控制信号fa，所述a相第二选择开关qa2开关的输出端输出所述a相第二控制信号za，所述b相第一选择开关qb1开关的输出端输出所述b相第一控制信号fb，所述b相第二选择开关qb2开关的输出端输出所述b相第二控制信号zb，所述c相第一选择开关qc1开关的输出端输出所述c相第一控制信号fc，所述c相第二选择开关qc2开关的输出端输出所述c相第二控制信号zc。
16.所述控制环路优化参数kin、优化参数δdp、优化参数δdn为根据电路状态的设定值。
17.所述优化参数δdp和优化参数δdn的取值范围皆为[0,1/2)。
[0018]
所述第一开关sw1的控制信号为第一控制信号dr_sw1，所述第三开关sw3的控制信号为第三控制信号dr_sw3；在正扇区中，所述第三控制信号dr_sw3的导通时长包含所述有效等效占空比d2p的导通时长，所述第一控制信号dr_sw1的导通时长包含所述有效等效占空比d4p的导通时长加上有效等效占空比d5的导通时长；在负扇区中，所述第一控制信号dr_sw1的导通时长包含所述有效等效占空比d4n的导通时长，所述第三控制信号dr_sw3的导通时长包含所述有效等效占空比d2n的导通时长加上有效等效占空比d5的导通时长。
[0019]
本发明提供的技术方案的有益效果是：
[0020]
本发明用扇区选择高频开关组向交流电网补偿谐波，用原边变换模块向变压器tr提供交变电流，避免了以往boost整流模式的启动冲击问题，同时解决现有技术中三相双向ac/dc变换器将三相380v交流电压变换为低压直流电压或者低压直流电压变换为三相380v交流电压时必须采用两级结构的问题，并且仅用单级功率变换电路实现了电气隔离；所有的高频开关管能够在很宽的负载范围内实现多电平软开关，对原边变换模块和扇区选择开关组实施软开关控制，从而减小整流器的损耗，提高整体的效率并且降低材料成本；此外还具有网侧电流正弦度好、网侧功率因数高、电能传输高效的优点。
附图说明
[0021]
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
[0022]
图1是本发明主电路图；
[0023]
图2是扇区选择功能模块电路图；
[0024]
图3是交流电扇区划分以及关键支路与节点的电压电流波形对照图；
[0025]
图4a是直流母线有效等效占空比dp和dn的生成示意图；
[0026]
图4b是受控量控制器以及直流母线有效等效占空比dp和dn的生成示意图；
[0027]
图5是有效等效占空比d2p、d4p、d5、d2n、d4n、d5_soft生成示意图；
[0028]
图6是各pwm控制信号生成示意图；
[0029]
图7是正扇区第一至第四开关、扇区选择开关组(sw4电流超前于lo电流，“sw5电流波形1”即为lo)的一种较佳pwm调制波形图；
[0030]
图8是负扇区第一至第四开关、扇区选择开关组(sw2电流超前于lo电流,“sw5电流波形1”即为lo)的一种较佳pwm调制波形图；
[0031]
图9是正扇区第一至第四开关、扇区选择开关组(lo电流超前于sw4电流,“sw5电流波形1”即为lo)的一种较佳pwm调制波形图；
[0032]
图10是负扇区第一至第四开关、扇区选择开关组(lo电流超前于sw2电流,“sw5电流波形1”即为lo)的一种较佳pwm调制波形图。
具体实施方式
[0033]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034]
本发明公开了一种三相单级全桥软开关整流器，参看图1示出的较佳实施例的电路图，三相单级全桥软开关整流器包括三相电端口、三相整流桥、直流母线、原边变换模块、扇区选择开关组、变压器tr、副边整流模块，以及控制器，其中所述三相整流桥连接在三相电端口与直流母线之间，将三相电端口上的交流电转化为直流电后传输给直流母线；所述原边变换模块连接在直流母线与变压器tr的原边绕组w1之间，所述扇区选择开关组连接在三相电端口与所述原边变换模块的公共端o之间；所述控制器控制扇区选择开关组和原边变换模块中的开关管进行软开关通断动作，在变压器tr原边绕组w1与直流母线和扇区选择开关组之间构建交流电通道；所述副边整流模块连接在所述变压器tr的副边绕组w2与负载之间，将所述副边绕组w2上的交流电转化为直流电后传输给负载。
[0035]
本发明是基于三次谐波注入三相ac/dc整流器，具有宽范围、多电平、软开关、单级式隔离型变压器tr、电压变化比例调整和电气隔离功能。输入的三相380v交流电压通过三相整流桥以及扇区选择高频开关组为高频工作结构提供脉动直流电压，正负母线(p、n)通过原边变换模块中的四个高频开关(sw1、sw2、sw3、sw4)的支路和扇区选择高频开关组构成的多电平提供给变压器tr高频功率脉冲电压，通过变压器tr耦合到次边副边整流模块传输功率到负载。功率传递过程中，调整四个高频开关(sw1、sw2、sw3、sw4)和扇区选择高频开关组的占空比，使正母线流向四个高频开关的串联支路的高频周期平均电流与正母线对交流电中性点电压成比例，和使负母线流过四个高频开关的串联支路的高频周期平均电流与负
母线对交流电中性点电压成比例，并在适当时机选择扇区选择高频开关组的通断，从而实现单级式隔离型三相ac/dc变换。
[0036]
参看图1示出的实施例，所述扇区选择开关组包括a相开关组、b相开关组和c相开关组，所述三相电端口包括a相输入端、b相输入端和c相输入端，所述a相开关组串接在所述a相输入端与所述公共端o之间；所述b相开关组串接在所述b相输入端与所述公共端o之间；所述c相开关组串接在所述c相输入端与所述公共端o之间；所述a相开关组包括反向对称串联的a相第一开关swa1和a相第二开关swa2，所述b相开关组包括反向对称串联的b相第一开关swb1和b相第二开关swb2，所述c相开关组包括反向对称串联的c相第一开关swc1和c相第二开关swc2，所述控制器对各开关分别进行控制，所述a相第一开关swa1和a相第二开关swa2的导通信号之间存在a相移相角，所述b相第一开关swb1和b相第二开关swb2的导通信号之间存在b相移相角，所述c相第一开关swc1和c相第二开关swc2的导通信号之间存在c相移相角。
[0037]
需要指出，a相第一开关swa1和a相第二开关swa2、b相第一开关swb1和b相第二开关swb2、c相第一开关swc1和c相第二开关swc2皆采用两个mos管反向对称串联的连接方式。这是由于mos管内部集成了一个续流二极管，如果采用单个mos管，在不同扇区mos管两端电压大小发生交替转变，续流二极管会不受控导通，故此采用两个mos管反向对称串联的连接方式，这样可以将图1中左侧的交流侧和公共端o彻底隔断，只有在需要的时候，令相应相的开关管导通。
[0038]
参看图1示出的实施例，所述直流母线包括正直流母线p、负直流母线n，所述原边变换模块包括第一开关支路和第二开关支路，其中所述第一开关支路包括依次串联的第一开关sw1和第三开关sw3，第一开关sw1一端连接正直流母线p，第三开关sw3一端连接负直流母线n；第一开关sw1和第三开关sw3之间为sq连接点；所述第二开关支路包括依次串联的第二开关sw2、第四开关sw4；第二开关sw2一端连接正直流母线p；第四开关sw4一端连接负直流母线n；第二开关sw2和第四开关sw4之间为所述公共端o；所述变压器tr原边绕组w1连接在所述公共端o和sq连接点之间，所述变压器tr副边绕组w2连接所述副边整流模块。
[0039]
参看图1示出的实施例，所述三相电端口与三相电源之间设有三相emi滤波器，所述副边整流模块采用全桥整流电路、倍流整流电路、全波整流电路中的一种。
[0040]
本发明还设计了一种三相单级全桥软开关整流器的控制方法，所述变换器采用上述的三相单级全桥软开关整流器，所述控制方法包括采集三相电源的电压参数，用扇区选择功能模块控制扇区选择开关组动作，将三相电源的一个工频周期划分为6个扇区：第1扇区、第2扇区、第3扇区、第4扇区、第5扇区和第6扇区。以a相电压一个时刻正半周幅值最高时为0、负半周幅值最高时为π、正半周幅值再次最高时为2π，b相滞后a相2π/3，c相滞后b相2π/3；第1扇区为0-π/3，仅b相选通开关pwm调制导通；第2扇区为π/3-2π/3，仅a相选通开关pwm调制导通；第3扇区为2π/3-π，仅c相选通开关pwm调制导通；第4扇区为π-4π/3，仅b相选通开关pwm调制导通；第5扇区为4π/3-5π/3，仅a相选通开关pwm调制导通；第6扇区为5π/3-2π，仅c相选通开关pwm调制导通。上述每一个扇区分别包括正扇区和负扇区，所述正扇区中正直流母线p的电压vp的绝对值大于或等于负直流母线n的电压vn的绝对值(|vp|≥|vn|)；所述负扇区中正直流母线p的电压vp的绝对值小于负直流母线n的电压vn的绝对值(|vp|《|vn|)。每工频周期a相开关、b相开关和c相开关各选通两次。所述控制器根据所述电压vp和所
述电压vn控制所述原边变换模块，根据三相电源工频周期划分的6个扇区控制所述扇区选择开关组。
[0041]
在较佳实施例中，所述控制器对第二开关sw2、第四开关sw4、a相第一开关swa1、a相第二开关swa2、b相第一开关swb1、b相第二开关swb2、c相第一开关swc1、c相第二开关swc2中的每一个开关都生成独立控制的开关控制信号，所述的开关控制信号分别在正扇区时和负扇区时对对应的开关实施控制；第一开关sw1和第三开关sw3根据第二开关sw2和第四开关sw4的开关控制信号进行控制，并且所述第一开关sw1不与第三开关sw3同时导通；所述第二开关sw2、第四开关sw4和扇区选择开关组这三者，在同一时刻最多只有一个导通，或者同一时刻皆不导通。
[0042]
在较佳实施例中，所述控制器预先设置扇区选择开关组调节量δd5，以调节所述a相开关组的占空比、b相开关组的占空比和c相开关组的占空比，所述扇区选择开关组调节量δd5的值大于零。
[0043]
在较佳实施例中，以所述副边整流模块的输出电压vout和/或输出电流ldc为受控量进行反馈控制，所述控制器根据所述电压vp和所述电压vn、以及所述受控量受控后产生的反馈调整量
△
d生成有效等效占空比dp和有效等效占空比dn；根据所述扇区选择开关组调节量δd5、所述有效等效占空比dp和有效等效占空比dn生成负扇区有效等效占空比d2n、负扇区有效等效占空比d4n、正扇区有效等效占空比d2p、正扇区有效等效占空比d4p、有效等效占空比d5和输出控制量d5_soft；根据负扇区有效等效占空比d2n、负扇区有效等效占空比d4n、正扇区有效等效占空比d2p、正扇区有效等效占空比d4p、有效等效占空比d5和扇区输出控制量d5_soft生成用以控制所述第二开关sw2的第二控制信号dr_sw2、用以控制所述第四开关sw4的第四控制信号dr_sw4、用以调整所述扇区选择开关组的占空比调整信号dr_sw5_soft和占空比调整信号dr_sw5；根据所述三相电源的电压参数、占空比调整信号dr_sw5_soft和占空比调整信号dr_sw5生成用以控制所述a相第一开关swa1的a相第一控制信号fa、用以控制所述a相第二开关swa2的a相第二控制信号za、用以控制所述b相第一开关swb1的b相第一控制信号fb、用以控制所述b相第二开关swb2的b相第二控制信号zb、用以控制所述c相第一开关swc1的c相第一控制信号fc、用以控制所述c相第二开关swc2的c相第二控制信号zc。
[0044]
参看图1，所述控制器对三相电源进行采样，对三相整流桥的输出参数进行采样、对副边整流模块的输出参数进行采样，根据采样到的参数对扇区选择功能模块和原边变换模块进行反馈控制。
[0045]
所述三相整流桥的输出参数为所述正直流母线p的电压vp、负直流母线n的电压vn。
[0046]
所述正直流母线p流入第一开关sw1电流为isw1(t)，第一开关sw1具有有效等效占空比d1；所述正直流母线p流入第二开关sw2电流isw2(t)，第二开关sw2具有有效等效占空比d2；所述isw1(t)与isw2(t)之和为正直流母线p流出电流ip，使正直流母线p具有有效等效占空比dp。
[0047]
需要指出：“占空比”一般的是指“开关器件的导通时间/开关周期”，在通常的开关电源变换器如dc/dc的buck、boost等拓扑中“占空比”控制受控量如输出电压等，“占空比”与受控量有严格的对应关系，即可通过控制“占空比”达到控制受控量的目的。但有些拓扑
的控制策略如移相全桥的控制策略中就存在“占空比”可能控制不了受控量，因为存在“占空比”变化，而输出的受控量(如输出电压)没有变化。本发明采用的是全桥结构，可以引入移相控制策略，故而不能用传统的“占空比”的概念定义，而引入“有效等效占空比”，其定义不是指开关器件的占空比。本发明所述的某器件的“有效等效占空比”实质是指：因该开关器件导通而产生的施加于变压器tr两端的电压为输入电压，其输入电压的时间除以该开关周期而得到的占空比。这个占空比被本发明称之为“有效等效占空比”。补充说明：所述的“施加于变压器tr两端的电压为输入电压”，是为了便于分析而简化的称谓。因为开关器件有压降，线路有压降，所以变压器tr两端电压一般是略为小于其输入电压。
[0048]
所述负直流母线n流入第三开关sw3电流为isw3(t),第三开关sw3具有有效等效占空比d3；所述负直流母线n流入第四开关sw4电流isw4(t)，第四开关sw4具有有效等效占空比d4；所述isw3(t)与isw4(t)之和为负直流母线n流入电流in,使负直流母线n具有有效等效占空比dn。
[0049]
所述副边整流模块的输出电流反射到原边的电流irefl；所述流入扇区选择开关组的电流io(t),扇区选择开关组具有有效等效占空比d5。
[0050]
下面以图1示出的实施例结合图3示出的波形对照图阐述变换器的工作原理。分析之前，有如下假设：1)所有开关管与二极管为理想器件；2)所有电感、电容、变压器tr为理想元件；3)电网的三相对称理想电网；4)直流侧滤波电感l足够大，可视为理想电流源，idc为直流侧整流输出电流；5)直流侧输出电容c足够大，可视为理想电压源，udc为直流侧整流输出电压。图3给出了本发明中对三相电压的扇区划分示意。定义0角度时刻a相余弦电压ua为最大值，π角度时刻a相正弦电压ua为最小值。b相电压滞后a相电压2π/3，c相电压滞后b相电压4π/3。设定0-π/3为扇区1，后面以此类推。扇区选择高频开关组，只在扇区切换时发生动作，各个扇区切换时开关管的开关状态如表1所示，其中1代表pwm调制，0代表关断。
[0051][0052]
表1
[0053]
下面以第1扇区为例来计算模态的等效导通时间，dp为正母线上的等效斩波占空比，为第一开关sw1有效等效占空比d1和第二开关sw2有效等效占空比d2之和，即dp＝d1+d2，dn为负母线上的等效斩波占空比，为第三开关sw3有效等效占空比d3和第四开关sw4有
效等效占空比d4之和，即dn＝d3+d4,由于副边整流模块的直流侧滤波电感(l)可以视为恒定直流源，正直流母线p电流ip可以视作对直流侧整流输出电流idc反射到原边的斩波电流，类似负直流母线n电流in可以视作对直流侧整流输出电流idc反射到原边的斩波电流。
[0054]
在第1扇区中，正直流母线p电流ip为a相工频电流，直流母线n电流in为c相工频电流，公共端
○
电流io为b相工频电流，根据平均值等效原理，任意开关周期的平均电流ip可以表示为：
[0055]ip
(t)＝d
p
(t)
·idc
·
k其中k为变压器tr次边比原边的变比。同理有：
[0056]
|io(t)|＝|d
p
(t)-dn(t)|
·idc
·k[0057]in
(t)＝dn(t)
·idc
·k[0058]
当任意时刻的电流ip以及in的周期平均值与交流侧电流瞬时值相等时，即实现交流电流正弦度与单位功率因数控制，因此，在第1扇区中两个电流控制宽度的表达式为：
[0059]dp
(t)＝ia/i
dc
·
k，dn(t)＝ic/i
dc
·k[0060]
其他五个扇区可以按照此方法类推。
[0061]
在实施例中，所述正直流母线p流出电流ip的有效等效占空比dp，负直流母线n流入电流in的有效等效有占空比dn；
[0062]
所述第1扇中采用公式1计算正直流母线p流出电流ip的有效等效占空比dp，负直流母线n流入电流in的有效等效有占空比dn，
[0063]dp
(t)＝ia/i
dc
·
k，dn(t)＝ic/i
dc
·kꢀꢀꢀꢀ
(公式1)；
[0064]
所述第2扇中采用公式2计算正直流母线p流出电流ip的有效等效占空比dp，负直流母线n流入电流in的有效等效有占空比dn，
[0065]dp
(t)＝ib/i
dc
·
k，dn(t)＝ic/i
dc
·kꢀꢀꢀ
(公式2)；
[0066]
所述第3扇中采用公式3计算计算正直流母线p流出电流ip的有效等效占空比dp，负直流母线n流入电流in的有效等效有占空比dn，
[0067]dp
(t)＝ib/i
dc
·
k，dn(t)＝ia/i
dc
·kꢀꢀꢀꢀ
(公式3)；
[0068]
所述第4扇中采用公式4计算计算正直流母线p流出电流ip的有效等效占空比dp，负直流母线n流入电流in的有效等效有占空比dn，
[0069]dp
(t)＝ic/i
dc
·
k，dn(t)＝ia/i
dc
·kꢀꢀꢀꢀ
(公式4)；
[0070]
所述第5扇中采用公式5计算正直流母线p流出电流ip的有效等效占空比dp，负直流母线n流入电流in的有效等效有占空比dn，
[0071]dp
(t)＝ic/i
dc
·
k，dn(t)＝ib/i
dc
·kꢀꢀꢀ
(公式5)；
[0072]
所述第6扇中采用公式6计算正直流母线p流出电流ip的有效等效占空比dp，负直流母线n流入电流in的有效等效有占空比dn，
[0073]dp
(t)＝ia/i
dc
·
k，dn(t)＝ib/i
dc
·kꢀꢀꢀꢀ
(公式6)；
[0074]
上述公式中ia为a相电流，ib为b相电流，ic为c相电流，ldc为副边整流模块的输出电流，k为变压器tr次变比原边变比。
[0075]
所述扇区选择高频开关组pwm的等效占空比d5(也称公共端
○
的有效等效占空比d5)等于正直流母线p流出电流ip的有效等效占空比dp减去负直流母线n流入电流in的有效等效有占空比dn的绝对值，即
[0076]
d5＝|dp-dn|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式7)。
[0077]
所述第一开关sw1有效等效占空比d1、第二开关sw2有效等效占空比d2、第三开关sw3有效等效占空比d3、第四开关sw4有效等效占空比d4与dp、dn的关系式按扇区又分两大类，一类在正扇区，另一类在负扇区；
[0078]
参看7和图9，所述正扇区的d1、d2、d3、d4与dp、dn的关系式分别为：
[0079][0080]
d3＝d2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式9)
[0081][0082]
d1＝d4+d5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式11)
[0083]
公式中d1、d2、d3、d4分别对应第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3、第四开关sw4的有效等效占空比，d5为生成扇区选择开关组的有效等效占空比。所述公式8、公式10中δdp为根据变换器运行工况而引入的正直流母线p的优化参数δdp，取值范围为[0，1/2)。
[0084]
参看8和图10，所述负扇区的d1、d2、d3、d4与dp、dn的关系式分别为：
[0085][0086]
d1＝d4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式13)
[0087][0088]
d3＝d2+d5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式15)
[0089]
公式中d1、d2、d3、d4分别对应第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3、第四开关sw4的占空比，d5为生成扇区选择开关组的有效等效占空比。所述公式11、公式14中δdn为根据变换器运行工况而引入的负直流母线n的优化参数δdn，取值范围为[0,1/2)。
[0090]
图4a示出的直流母线有效等效占空比dp和dn的生成示意图，将电压vp与控制环路优化参数kin做乘法运算，生成正极输入采样值、并送至第一乘法器j1；将电压vn反向后与控制环路优化参数kin做乘法运算，生成负极输入采样值、并送至第二乘法器j2；将所述受控量输入到受控量控制器，生成所述反馈调整量
△
d；；在第一乘法器j1中，将所述正极输入采样值和所述反馈调整量
△
d相乘生成正直流母线p的所述有效等效占空比dp、并送第七减法器j7的减端；在第二乘法器中j2，将所述负极输入采样值和所述反馈调整量
△
d相乘生成负直流母线n的所述有效等效占空比dn、并送第七减法器j7的加端。
[0091]
需要指出，生成反馈调整量
△
d的方式有多种，图4b示出了一种较佳的实施方式：将输出电压参考值vout*减去输出电压vout，然后做输出电压环路控制(r(s))，再减去输出电流ldc，然后再做输出电流环路控制(g(s))，生成反馈调整量
△
d。
[0092]
参看图5示出的有效等效占空比d2p、d4p、d5、d2n、d4n、d5_soft生成示意图，所述有效等效占空比dp除以2，减去负直流母线n的优化参数δdn，生成负扇区有效等效占空比d2n；所述有效等效占空比dp除以2，加上负直流母线n的优化参数δdn，生成负扇区有效等效占空比d4n；所述有效等效占空比dn除以2，加上正直流母线p的优化参数δdp，生成正扇区有效等效占空比d2p；所述有效等效占空比dn除以2，减去正直流母线p的优化参数δdp，生成正扇区有效等效占空比d4p；在所述第七减法器j7中有效等效占空比dn减去有效等效
占空比dp，然后再取绝对值，生成扇区选择开关组的有效等效占空比d5。
[0093]
参看图6示出的各pwm控制信号生成示意图，所述有效等效占空比d5加上所述扇区选择开关组调节量δd5生成所述扇区输出控制量d5_soft；所述正扇区有效等效占空比d2p和负扇区有效等效占空比d2n分别送到第一选择开关q1的第一输入端和第二输入端，正负扇区选择信号连接第一选择开关q1的控制端，在正扇区区间时(即|vp|≥|vn|时)第一选择开关q1接通第一输入端，选择正扇区有效等效占空比d2p送往pwm生成器，生成正扇区的所述第二控制信号dr_sw2，用以控制所述第二开关sw2；在负扇区区间时(即|vp|《|vn|时)第一选择开关q1接通第二输入端，选择负扇区有效等效占空比d2n送往pwm生成器，生成负扇区的所述第二控制信号dr_sw2，用以控制所述第二开关sw2；所述正扇区有效等效占空比d4p和负扇区有效等效占空比d4n分别送到第二选择开关q2的第一输入端和第二输入端，所述正负扇区选择信号连接第二选择开关q2的控制端，在正扇区区间时(即|vp|≥|vn|时)第二选择开关q2接通第一输入端，选择正扇区有效等效占空比d4p送往pwm生成器，生成正扇区的所述第四控制信号dr_sw4，用以控制所述第四开关sw4；在负扇区区间时(即|vp|《|vn|时)第二选择开关q2接通第二输入端，选择负扇区有效等效占空比d4n送往pwm生成器，生成负扇区的第四控制信号dr_sw4，用以控制所述第四开关sw4；所述有效等效占空比d5送pwm生成器，生成所述占空比调整信号dr_sw5；所述扇区输出控制量d5_soft送pwm生成器，生成所述占空比调整信号dr_sw5_soft；
[0094]
需要指出：正负扇区选择信号的产生是根据扇区当前是处于正扇区还是负扇区。正扇区时的特征是|vp|≥|vn|，负扇区的特征是|vp|《|vn|。为了对a相开关组、b相开关组和c相开关组中功率管实施软开关控制，不能将a相控制信号ar、b相控制信号br和c相控制信号cr施加到a相开关组、b相开关组和c相开关组的控制端上。需要对a相控制信号ar、b相控制信号br和c相控制信号cr进行调节。
[0095]
参看图2示出的扇区选择功能模块电路图：
[0096]
所述扇区选择功能模块的a相控制信号ar和占空比调整信号dr_sw5分别连接a相第一与门ma1的两个输入端，a相第一与门ma1的输出端连接a相第一选择开关qa1开关的第一输入端和a相第二选择开关qa2开关的第二输入端；所述扇区选择功能模块的a相控制信号ar和占空比调整信号dr_sw5_soft分别连接a相第二与门ma2的两个输入端，a相第二与门ma2的输出端连接a相第一选择开关qa1开关的第二输入端和a相第二选择开关qa2开关的第一输入端。
[0097]
所述扇区选择功能模块的b相控制信号br和占空比调整信号dr_sw5分别连接b相第一与门mb1的两个输入端，b相第一与门mb1的输出端连接b相第一选择开关qb1开关的第一输入端和b相第二选择开关qb2开关的第二输入端；所述扇区选择功能模块的b相控制信号br和占空比调整信号dr_sw5_soft分别连接b相第二与门mb2的两个输入端，b相第二与门mb2的输出端连接b相第一选择开关qb1开关的第二输入端和b相第二选择开关qb2开关的第一输入端。
[0098]
所述扇区选择功能模块的c相控制信号cr和占空比调整信号dr_sw5分别连接c相第一与门mc1的两个输入端，c相第一与门mc1的输出端连接c相第一选择开关qc1开关的第一输入端和c相第二选择开关qc2开关的第二输入端；所述扇区选择功能模块的c相控制信号cr和占空比调整信号dr_sw5_soft分别连接c相第二与门mc2的两个输入端，c相第二与门
mc2的输出端连接c相第一选择开关qc1开关的第二输入端和c相第二选择开关qc2开关的第一输入端。
[0099]
所述正负扇区选择信号分别连接a相第一选择开关qa1开关、a相第二选择开关qa2开关、b相第一选择开关qb1开关、b相第二选择开关qb2开关、c相第一选择开关qc1开关和c相第二选择开关qc2开关的控制端；所述a相第一选择开关qa1开关的输出端输出所述a相第一控制信号fa，所述a相第二选择开关qa2开关的输出端输出所述a相第二控制信号za，所述b相第一选择开关qb1开关的输出端输出所述b相第一控制信号fb，所述b相第二选择开关qb2开关的输出端输出所述b相第二控制信号zb，所述c相第一选择开关qc1开关的输出端输出所述c相第一控制信号fc，所述c相第二选择开关qc2开关的输出端输出所述c相第二控制信号zc。
[0100]
所述控制环路优化参数kin、优化参数δdp、优化参数δdn为根据电路状态的设定值。
[0101]
经过上述设置，扇区选择功能模块在真正意义上实现了软开关控制，扇区选择功能模块中的功率管承受的冲击小，减小了电压应力，减少了开关损耗，延迟了整流器使用寿命。
[0102]
在使用中，正负扇区选择信号代表当前为正扇区区间时(即|vp|≥|vn|时)，a相第一选择开关qa1开关和a相第二选择开关qa2的第一输入端被接通，此时a相第一控制信号fa输出的是a相控制信号ar与占空比调整信号dr_sw5结合后的信号，a相第二控制信号za输出的是a相控制信号ar与占空比调整信号dr_sw5_soft结合后的信号；b相第一选择开关qb1开关和b相第二选择开关qb2的第一输入端被接通，此时b相第一控制信号fb输出的是b相控制信号br与占空比调整信号dr_sw5结合后的信号，b相第二控制信号zb输出的是b相控制信号br与占空比调整信号dr_sw5_soft结合后的信号；c相第一选择开关qc1开关和c相第二选择开关qc2的第一输入端被接通，此时c相第一控制信号fc输出的是c相控制信号cr与占空比调整信号dr_sw5结合后的信号，c相第二控制信号zc输出的是c相控制信号cr与占空比调整信号dr_sw5_soft结合后的信号。
[0103]
在使用中，正负扇区选择信号代表当前为负扇区区间时(即vp|《|vn|时)，a相第一选择开关qa1开关和a相第二选择开关qa2的第二输入端被接通，此时a相第一控制信号fa输出的是a相控制信号ar与占空比调整信号dr_sw5_soft结合后的信号，a相第二控制信号za输出的是a相控制信号ar与占空比调整信号dr_sw5结合后的信号；b相第一选择开关qb1开关和b相第二选择开关qb2的第二输入端被接通，此时b相第一控制信号fb输出的是b相控制信号br与占空比调整信号dr_sw5_soft结合后的信号，b相第二控制信号zb输出的是b相控制信号br与占空比调整信号dr_sw5结合后的信号；c相第一选择开关qc1开关和c相第二选择开关qc2的第二输入端被接通，此时c相第一控制信号fc输出的是c相控制信号cr与占空比调整信号dr_sw5_soft结合后的信号，c相第二控制信号zc输出的是c相控制信号cr与占空比调整信号dr_sw5结合后的信号。
[0104]
在一个可选实施例中，所述控制环路优化参数kin等于2vout
×
n/3um2，其中所述vout为输出电压vout，所述n为变压器tr原边比次边的匝比，所述um为三相交流输入的相电压峰值。
[0105]
在较佳实施例中，所述优化参数δdp和优化参数δdn的取值范围皆为[0,1/2)。
[0106]
所述第一开关sw1的控制信号为第一控制信号dr_sw1，所述第三开关sw3的控制信号为第三控制信号dr_sw3。在正扇区中，所述第三控制信号dr_sw3的导通时长包含所述有效等效占空比d2p的导通时长，所述第一控制信号dr_sw1的导通时长包含所述有效等效占空比d4p的导通时长加上有效等效占空比d5的导通时长；在负扇区中，所述第一控制信号dr_sw1的导通时长包含所述有效等效占空比d4n的导通时长，所述第三控制信号dr_sw3的导通时长包含所述有效等效占空比d2n的导通时长加上有效等效占空比d5的导通时长。需要指出，这里采用“包含”这个词，实质是比较各控制信号在时间横轴上的长短，不是指包括与被包括的关系。
[0107]
所述第一控制信号dr_sw1和第三控制信号dr_sw3产生的方式有多种：可以独立于dr_sw2、dr_sw4、dr_sw5,只要能产生互补的信号即可。总之dr_sw1和dr_sw3只是为实现dr_sw2、dr_sw4、dr_sw5的等效占空比而设置。下面列举4个dr_sw1和dr_sw4的实例。
[0108]
参看图7和图9示出的正扇区波形图(时间为横轴，伏值为竖轴)，所述第三控制信号dr_sw3的导通时长在时间横轴上包含所述有效等效占空比d2p的导通时长，所述第一控制信号dr_sw1的导通时长在时间横轴上包含所述有效等效占空比d4p的导通时长加上有效等效占空比d5的导通时长；参看图8和图10示出的负扇区波形图(时间为横轴，伏值为竖轴)，所述第一控制信号dr_sw1的导通时长在时间横轴上包含所述有效等效占空比d4n的导通时长，所述第三控制信号dr_sw3的导通时长在时间横轴上包含所述有效等效占空比d2n的导通时长加上有效等效占空比d5的导通时长。
[0109]
需要指出，按图7和图8所示，可以完成完整的正、图扇区的控制；那么按图9和图10所示，也可以完成完整的正、图扇区的控制。
[0110]
本技术领域除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0111]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种三相单级全桥软开关整流器，其特征在于，包括三相电端口、三相整流桥、直流母线、原边变换模块、扇区选择开关组、变压器tr、副边整流模块，以及控制器，其中所述三相整流桥连接在三相电端口与直流母线之间，将三相电端口上的交流电转化为直流电后传输给直流母线；所述原边变换模块连接在直流母线与变压器tr的原边绕组w1之间，所述扇区选择开关组连接在三相电端口与所述原边变换模块的公共端o之间；所述控制器控制扇区选择开关组和原边变换模块中的开关管进行软开关通断动作，在变压器tr原边绕组w1与直流母线和扇区选择开关组之间构建交流电通道；所述副边整流模块连接在所述变压器tr的副边绕组w2与负载之间，将所述副边绕组w2上的交流电转化为直流电后传输给负载。2.如权利要求1所述的三相单级全桥软开关整流器，其特征在于，所述扇区选择开关组包括a相开关组、b相开关组和c相开关组，所述三相电端口包括a相输入端、b相输入端和c相输入端；所述a相开关组串接在所述a相输入端与所述公共端o之间；所述b相开关组串接在所述b相输入端与所述公共端o之间；所述c相开关组串接在所述c相输入端与所述公共端o之间；所述a相开关组包括反向对称串联的a相第一开关swa1和a相第二开关swa2，所述b相开关组包括反向对称串联的b相第一开关swb1和b相第二开关swb2，所述c相开关组包括反向对称串联的c相第一开关swc1和c相第二开关swc2，所述控制器对各开关分别进行控制，所述a相第一开关swa1和a相第二开关swa2的导通信号之间存在a相移相角，所述b相第一开关swb1和b相第二开关swb2的导通信号之间存在b相移相角，所述c相第一开关swc1和c相第二开关swc2的导通信号之间存在c相移相角。3.如权利要求2所述的三相单级全桥软开关整流器，其特征在于，所述直流母线包括正直流母线p、负直流母线n，所述原边变换模块包括第一开关支路和第二开关支路，其中所述第一开关支路包括依次串联的第一开关sw1和第三开关sw3，第一开关sw1一端连接正直流母线p，第三开关sw3一端连接负直流母线n；第一开关sw1和第三开关sw3之间为sq连接点；所述第二开关支路包括依次串联的第二开关sw2、第四开关sw4；第二开关sw2一端连接正直流母线p；第四开关sw4一端连接负直流母线n；第二开关sw2和第四开关sw4之间为所述公共端o；所述变压器tr原边绕组w1连接在所述公共端o和sq连接点之间，所述变压器tr副边绕组w2连接所述副边整流模块。4.如权利要求1所述的三相单级全桥软开关整流器，其特征在于，所述三相电端口与三相电源之间设有三相emi滤波器，所述副边整流模块采用全桥整流电路、倍流整流电路、全波整流电路中的一种。5.一种三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述变换器采用权利要求3至4任一项所述的三相单级全桥软开关整流器，所述控制方法包括采集三相电源的电压参数，用扇区选择功能模块控制扇区选择开关组动作，将三相电源的一个工频周期划分为6
个扇区：第1扇区、第2扇区、第3扇区、第4扇区、第5扇区和第6扇区，其中的每一个扇区分别包括正扇区和负扇区，所述正扇区中正直流母线p的电压vp的绝对值大于或等于负直流母线n的电压v
n
的绝对值；所述负扇区中正直流母线p的电压vp的绝对值小于负直流母线n的电压v
n
的绝对值；所述控制器根据所述电压vp和所述电压v
n
控制所述原边变换模块，根据三相电源所述工频周期划分的6个扇区控制所述扇区选择开关组。6.如权利要求5所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述控制器对第二开关sw2、第四开关sw4、a相第一开关swa1、a相第二开关swa2、b相第一开关swb1、b相第二开关swb2、c相第一开关swc1、c相第二开关swc2中的每一个开关都生成独立控制的开关控制信号，所述的开关控制信号分别在正扇区时和负扇区时对对应的开关实施控制；第一开关sw1和第三开关sw3根据第二开关sw2和第四开关sw4的开关控制信号进行控制，并且所述第一开关sw1不与第三开关sw3同时导通；所述第二开关sw2、第四开关sw4和扇区选择开关组这三者，在同一时刻最多只有一个导通，或者同一时刻皆不导通。7.如权利要求6所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述控制器设置扇区选择开关组调节量δd5，以调节所述a相开关组的占空比、b相开关组的占空比和c相开关组的占空比，所述扇区选择开关组调节量δd5的值大于零。8.如权利要求7所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，以所述副边整流模块的输出电压vout和/或输出电流idc为受控量进行反馈控制，所述控制器根据所述电压vp和所述电压v
n
、以及所述受控量受控后产生的反馈调整量
△
d生成有效等效占空比dp和有效等效占空比dn；所述控制器根据所述扇区选择开关组调节量δd5、所述有效等效占空比dp和有效等效占空比dn生成负扇区有效等效占空比d2n、负扇区有效等效占空比d4n、正扇区有效等效占空比d2p、正扇区有效等效占空比d4p、有效等效占空比d5和输出控制量d5_soft；所述控制器根据负扇区有效等效占空比d2n、负扇区有效等效占空比d4n、正扇区有效等效占空比d2p、正扇区有效等效占空比d4p、有效等效占空比d5和扇区输出控制量d5_soft生成用以控制所述第二开关sw2的第二控制信号dr_sw2、用以控制所述第四开关sw4的第四控制信号dr_sw4、用以调整所述扇区选择开关组的占空比调整信号dr_sw5_soft和占空比调整信号dr_sw5；所述控制器根据所述三相电源的电压参数、占空比调整信号dr_sw5_soft和占空比调整信号dr_sw5生成用以控制所述a相第一开关swa1的a相第一控制信号fa、用以控制所述a相第二开关swa2的a相第二控制信号za、用以控制所述b相第一开关swb1的b相第一控制信号fb、用以控制所述b相第二开关swb2的b相第二控制信号zb、用以控制所述c相第一开关swc1的c相第一控制信号fc、用以控制所述c相第二开关swc2的c相第二控制信号zc。9.如权利要求8所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述控制器对三相电源进行采样，对三相整流桥的输出参数进行采样、对副边整流模块的输出参数进行采样，根据采样到的参数对扇区选择功能模块和原边变换模块进行反馈控制。10.如权利要求9所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述三相整流桥的输出参数为所述正直流母线p的电压vp、负直流母线n的电压v
n
；将电压vp与控制环路优化参数kin做乘法运算，生成正极输入采样值、并送至第一乘法
器j1；将电压v
n
反向后与控制环路优化参数kin做乘法运算，生成负极输入采样值、并送至第二乘法器j2；将所述受控量输入到受控量控制器，生成所述反馈调整量
△
d；在第一乘法器j1中，将所述正极输入采样值和所述反馈调整量
△
d相乘生成正直流母线p的所述有效等效占空比dp、并送第七减法器j7的减端；在第二乘法器中j2，将所述负极输入采样值和所述反馈调整量
△
d相乘生成负直流母线n的所述有效等效占空比dn、并送第七减法器j7的加端；所述有效等效占空比dp除以2，减去负直流母线n的优化参数δdn，生成负扇区有效等效占空比d2n；所述有效等效占空比dp除以2，加上负直流母线n的优化参数δdn，生成负扇区有效等效占空比d4n；所述有效等效占空比dn除以2，加上正直流母线p的优化参数δdp，生成正扇区有效等效占空比d2p；所述有效等效占空比dn除以2，减去正直流母线p的优化参数δdp，生成正扇区有效等效占空比d4p；在所述第七减法器j7中有效等效占空比dn减去有效等效占空比dp，然后再取绝对值，生成扇区选择开关组的有效等效占空比d5；所述有效等效占空比d5加上所述扇区选择开关组调节量δd5生成所述扇区输出控制量d5_soft；所述正扇区有效等效占空比d2p和负扇区有效等效占空比d2n分别送到第一选择开关q1的第一输入端和第二输入端，正负扇区选择信号连接第一选择开关q1的控制端，在正扇区区间时选择正扇区有效等效占空比d2p送往pwm生成器，生成正扇区的所述第二控制信号dr_sw2；在负扇区区间时选择负扇区有效等效占空比d2n送往pwm生成器，生成负扇区的所述第二控制信号dr_sw2；所述正扇区有效等效占空比d4p和负扇区有效等效占空比d4n分别送到第二选择开关q2的第一输入端和第二输入端，所述正负扇区选择信号连接第二选择开关q2的控制端，在正扇区区间时选择正扇区有效等效占空比d4p送往pwm生成器，生成正扇区的所述第四控制信号dr_sw4；在负扇区区间时选择负扇区有效等效占空比d4n送往pwm生成器，生成负扇区的第四控制信号dr_sw4；所述有效等效占空比d5送pwm生成器，生成所述占空比调整信号dr_sw5；所述扇区输出控制量d5_soft送pwm生成器，生成所述占空比调整信号dr_sw5_soft；所述扇区选择功能模块的a相控制信号ar和占空比调整信号dr_sw5分别连接a相第一与门ma1的两个输入端，a相第一与门ma1的输出端连接a相第一选择开关qa1开关的第一输入端和a相第二选择开关qa2开关的第二输入端；所述扇区选择功能模块的a相控制信号ar和占空比调整信号dr_sw5_soft分别连接a相第二与门ma2的两个输入端，a相第二与门ma2的输出端连接a相第一选择开关qa1开关的第二输入端和a相第二选择开关qa2开关的第一输入端；所述扇区选择功能模块的b相控制信号br和占空比调整信号dr_sw5分别连接b相第一
与门mb1的两个输入端，b相第一与门mb1的输出端连接b相第一选择开关qb1开关的第一输入端和b相第二选择开关qb2开关的第二输入端；所述扇区选择功能模块的b相控制信号br和占空比调整信号dr_sw5_soft分别连接b相第二与门mb2的两个输入端，b相第二与门mb2的输出端连接b相第一选择开关qb1开关的第二输入端和b相第二选择开关qb2开关的第一输入端；所述扇区选择功能模块的c相控制信号cr和占空比调整信号dr_sw5分别连接c相第一与门mc1的两个输入端，c相第一与门mc1的输出端连接c相第一选择开关qc1开关的第一输入端和c相第二选择开关qc2开关的第二输入端；所述扇区选择功能模块的c相控制信号cr和占空比调整信号dr_sw5_soft分别连接c相第二与门mc2的两个输入端，c相第二与门mc2的输出端连接c相第一选择开关qc1开关的第二输入端和c相第二选择开关qc2开关的第一输入端；所述正负扇区选择信号分别连接a相第一选择开关qa1开关、a相第二选择开关qa2开关、b相第一选择开关qb1开关、b相第二选择开关qb2开关、c相第一选择开关qc1开关和c相第二选择开关qc2开关的控制端；所述a相第一选择开关qa1开关的输出端输出所述a相第一控制信号fa，所述a相第二选择开关qa2开关的输出端输出所述a相第二控制信号za，所述b相第一选择开关qb1开关的输出端输出所述b相第一控制信号fb，所述b相第二选择开关qb2开关的输出端输出所述b相第二控制信号zb，所述c相第一选择开关qc1开关的输出端输出所述c相第一控制信号fc，所述c相第二选择开关qc2开关的输出端输出所述c相第二控制信号zc。所述控制环路优化参数kin、输出电压参考值vout*、优化参数δdp、优化参数δdn为根据电路状态的设定值。11.如权利要求10所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述优化参数δdp和优化参数δdn的取值范围皆为[0,1/2)。12.如权利要求8所述的三相单级全桥软开关整流器的控制方法，其特征在于，所述第一开关sw1的控制信号为第一控制信号dr_sw1，所述第三开关sw3的控制信号为第三控制信号dr_sw3；在正扇区中，所述第三控制信号dr_sw3的导通时长包含所述有效等效占空比d2p的导通时长，所述第一控制信号dr_sw1的导通时长包含所述有效等效占空比d4p的导通时长加上有效等效占空比d5的导通时长；在负扇区中，所述第一控制信号dr_sw1的导通时长包含所述有效等效占空比d4n的导通时长，所述第三控制信号dr_sw3的导通时长包含所述有效等效占空比d2n的导通时长加上有效等效占空比d5的导通时长。

技术总结
本发明公开了一种三相单级全桥软开关整流器及控制方法，其包括三相电端口、三相整流桥、直流母线、原边变换模块、扇区选择开关组、变压器Tr、副边整流模块，以及控制器，所述控制器控制扇区选择开关组和原边变换模块中的开关管进行软开关通断动作，在变压器Tr原边绕组W1与直流母线和扇区选择开关组之间构建交流电通道；副边整流模块连接在所述变压器Tr的副边绕组W2与负载之间，将副边绕组W2上的交流电转化为直流电后传输给负载；本发明实现降压类型的整流模式，对原边变换模块和扇区选择开关组实施软开关控制，从而减小整流器的损耗，提高整体的效率并且降低材料成本。高整体的效率并且降低材料成本。高整体的效率并且降低材料成本。


技术研发人员：刘军 林景俊 蓝州
受保护的技术使用者：深圳市英可瑞数字能源技术有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/10/6