[发明专利]有源整流器电路

说明书

在维也纳型整流器电路中，相脚桥式电路(phase leg bridge circuit)使用共源共栅布置，该共源共栅布置具有由单个栅极驱动器单元驱动的三个串联连接的可控半导体开关。

技术领域

本发明涉及用于在单相或多相AC电压和DC电压之间进行转换的有源整流器电路。

背景技术

典型的并网(grid connected)电力电子设备，例如电池充电器、电机驱动器或AC耦合开关模式电源(Switch mode power supplies，SMPS)，采用有源或无源功率因数校正单元，以满足不同的电网规范。有源功率因数校正单元或有源前端转换器——通常被称为有源整流器——使用可控半导体开关来实现其功能。

一种众所周知的三相功率因数校正拓扑是被称为维也纳(Vienna)整流器的单向三电平整流器，其比传统的六开关桥式拓扑具有优势。维也纳整流器拓扑使用开关布置来提供可控升压连接。这种可控连接必须能够阻断两种极性的电压。在基本的维也纳整流器设置中，这是通过在整流二极管桥中布置单个可控半导体开关来实现的。替代的维也纳型拓扑(NPFC、SPFC、ANPFC)使用一个以上的功率半导体和伴随的栅极驱动器单元。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有降低的复杂性和减少的元件数量的有源整流器电路。

根据本发明的整流器电路包括一个或多个桥式电路。每个桥式电路依次包括：第一串联，包括第一二极管和第二二极管的；第一二极管与第二二极管之间的第一中点，形成整流器电路的AC端子；以及第二串联，包括第一半导体开关布置和第二半导体开关布置。第一串联和第二串联通过在上部节点和下部节点处连接而并联布置。第三二极管连接到上部节点，第四二极管连接到下部节点。

第一半导体开关布置包括第一可控半导体开关和第二可控半导体开关的串联，其中第二可控半导体开关的栅极节点连接到第一可控半导体开关的第一负载端子，并且第一负载端子连接到下部节点。第二半导体开关布置包括第三可控半导体开关，其中第三可控半导体开关的栅极节点连接到下部节点。

整流器电路还包括电容器串联，其包括在第三二级管与第四二极管之间连接的两个电容器，电容器之间的第二中点连接到半导体开关布置之间的第三中点。

有利地，本发明的整流器电路将共源共栅结构(cascode structure)用于第一、第二和第三可控半导体开关。以这种方式，如对称升压PFC中所使用的两个可控半导体开关的传统设置(它们两者都需要自己的栅极驱动器单元)被三个串联连接的可控半导体开关的设置所代替，该三个串联连接的可控半导体开关中仅一个需要栅极驱动器单元。以这种方式，与为整流器电路提供栅极驱动器单元相关联的复杂性和成本得以降低。保留了三电平拓扑相对于传统6-开关桥的优势以及对称升压PFC的优势。

术语“可控半导体开关”用于表示诸如JFET、MOSFET或IGBT的功率半导体元件，其包括两个负载端子和允许控制跨负载端子的导通状态的控制(栅极)端子。

在本发明的示例性实施例中可以单独或一起添加的其他特征包括：

通过具有单个桥式电路，整流器可以适合于以单相AC电压工作。通过提供一个以上的桥式电路，它也可以替代地适合用于以多相AC电压工作。在这种情况下，桥式电路并联连接，每个桥式电路连接到相应的AC电压相位，并且每个桥式电路的第三中点互连。

AC端子可以跨电感元件连接到AC电压，以提供升压功能。

整流器电路可以包括雪崩二极管或齐纳二极管形式的电压控制二极管，或者在第三可控半导体开关的栅极节点和下部节点之间的那些电压控制二极管的串联。该电压控制二极管用于保护第三可控半导体开关的栅极节点免受到其(源极)负载节点的过大电压差的影响。