一种基于复用电感的AC/DC变流器制造技术

本发明专利技术涉及本发明专利技术公开了一种基于复用电感的AC/DC变流器，属于电力电子领域。所述基于复用电感的新型AC/DC变流器主要包括：变流电路、控制电路和检测电路；变流电路包括第一功率开关至第三功率开关、第一二极管至第五二极管、第一电感、滤波电容和平波电容。控制电路根据检测电路采集的变流电路输出的直流电压以及电网交流电源的电网电压，控制第一功率开关至第三功率开关的开和关，以控制所述变流电路工作在升压、降压和升降压的工作模式。根据本发明专利技术，交流侧和直流侧之间采用联合接地结构，且仅需三个功率开关，具有电感利用率高、成本低、直流侧稳压电容小、输出直流电压纹波小等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复用电感的AC/DC变流器
本专利技术涉及一种AC/DC变流器，特别涉及一种基于复用电感的AC/DC变流器。
技术介绍
AC/DC变流器主要用于将交流电网输出的交流电或者分布式发电系统产生的交流电转变成直流微网所需的直流电。在现有技术中，应用于直流微网的AC/DC变流器的接地方式一般可以分为联合接地结构、单边接地结构、虚拟隔离接地结构等等。图1给出了直流微网中AC/DC变流器的联合接地结构。在该结构中，交流高压首先通过裂相变压器T1降为110V的交流低压，再将交流低压接入AC/DC变流器进行交流/直流转换，最后给直流微网提供功率。其中，交流低压系统和直流微网共用地线。联合接地结构的优点是直流微网能够容易地安装到原来的交流低压电网中，从而构成混合电力系统。在混合电力系统中，低压用电设备需要安全可靠的地线。但是，如果没有专门的或者复杂的AC/DC变流器提供地线，大部分低压交流系统不适用于这种结构。同时，要求直流微网必须适用于三端口的双极性电压变换结构。在现有技术中，由于受到低压设备限制，直流微网和低压交流系统共用地线是困难的。故而很多学者考虑到了单边接地结构。图2示出了直流微网中带有双直流母排的单边接地结构。在这种结构中，交流高压通过降压变压器T2转变成适合AC/DC变流器输入的交流低压，再通过AC/DC变流器给直流微网提供功率。这里的降压变压器T2类似于隔离变压器，而且其为直流微网提供的交流电压通常比标准的交流电压低。比如，一个三相降压变压器可能会输出一个200V的线电压，而不是一个标准的380V线电压。此外，根据直流电压输出功率和额定功率的需要，AC/DC变流器可以把交流功率转换成不同要求的直流功率。比如，直流微网可能是一个单直流母排的系统，或者是双直流母排的系统。这种单边接地结构的优点是AC/DC变流器可以用简单结构的变流器，比如两电平的三相变流器，或者三电平的三相变流器，或者是其它的变流器。缺点是降压变压器的输出不能和其它低压交流民用负载直接相连，所以直流微网的适应能力会受到限制。在现有技术中，因为低压设备的存在，要实现混合交流和直流电网系统共地线是不容易的。因此，有学者提出了虚拟隔离接地结构。如图3a-3b所示，根据变压器类型的不同，虚拟隔离接地结构一般可以分为两类。图3a示出的是基于工频变压器T3的虚拟隔离接地结构。该结构和单边接地结构相似，但是此处变压器和低压交流电力系统相接，而不是高压交流系统。图3b示出的是基于高频变压器T4的虚拟隔离接地结构。和图3a所示的方法相比，图3b中用了高频变压器T4和两个变流器。由于其中变流器具有较高的转换效率，所以基于这种方法的高频变压器相对工频变压器系统而言更具有优势。虚拟隔离接地方式虽然可以非常灵活地适应直流微网结构的需要，但其所用的变压器和多个变流器会伴随额外的功率损耗，降低了整个系统的转换效率。在直流微网中，如果利用虚拟隔离接地结构连接交流电力系统，则会降低系统的转换效率。如果利用单边接地结构，直流微网的适应能力会受到限制。所以在现有技术中，给出了一种联合接地结构的AC/DC变流器，如图4所示。该AC/DC变流器具有高效，低成本，安全可靠的优点。但是，该AC/DC变流器也存在缺陷。比如，由于在工频正半周或工频负半周仅有第一变流电路或第二变流电路工作，因此需要在输出直流侧并联一个容量较大的平波电容，以使输出直流电压保持基本稳定。同时，由于第一输出功率和第二输出功率相等，假如接在直流输出端的两个直流负载吸收的功率不同，则第一输出直流电压E1和第二输出直流电压E2的很难保持平衡，进而不能满足直流负载输入电压稳定的要求。请结合参阅图5和图6，分别为该联合接地结构的AC/DC变流器的BUCK(降压)工作状态图和BOOST(升压)工作状态图。如果想要解决上述问题，就必须在图4所示的电路中增加一个直流电压平衡调整电路，从而增加了成本。针对现有技术中图4所示的AC/DC变流器的缺点，有必要提出一种新型AC/DC变流器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种安全、可靠、低成本的AC/DC变流器。本专利技术提供的基于复用电感的AC/DC变流器，包括：变流电路、控制电路和检测电路；所述变流电路至少包括第一功率开关至第三功率开关、第一二极管至第五二极管、第一电感、滤波电容和平波电容；所述第五二极管和第三功率开关串联后连接在变流电路的交流输入端和所述第一电感的第二端之间；所述第一二极管和第一功率开关串联后连接在所述交流输入端和第一电感的第一端之间；所述第四二极管的第一端与所述第一电感的第二端连接，并通过串联的第三二极管和第二功率开关接地；所述第四二极管连接在所述第一电感的第二端与直流输出端之间；所述第一电感的第一端还通过所述第二二极管接地；所述变流电路的交流输入端连接至电网交流电源，所述滤波电容并联在电网交流电源的两端，用于对输入变流电路的交流电进行滤波；所述检测电路用于检测变流电路输出的直流电压以及电网交流电源的电网电压，并反馈给所述控制电路；所述控制电路用于根据检测的所述直流电压和电网电压发送开关控制信号给所述第一功率开关至第三功率开关的受控端，以控制所述变流电路工作在升压、降压和升降压的工作模式。在根据本专利技术所述的基于复用电感的AC/DC变流器中，优选地，所述控制电路：在工频正半周且直流电压高于所述电网电压瞬时值的绝对值时控制所述变流电路工作在升压模式，在工频正半周且直流电压低于所述电网电压瞬时值的绝对值时控制所述变流电路工作在降压模式，在工频负半周时控制所述变流电路工作在升降压模式；或者在工频负半周且直流电压高于所述电网电压瞬时值的绝对值时控制所述变流电路工作在升压模式，在工频负半周且直流电压低于所述电网电压瞬时值的绝对值时控制所述变流电路工作在降压模式，在工频正半周时控制所述变流电路工作在升降压模式。在根据本专利技术所述的基于复用电感的AC/DC变流器中，优选地，所述第一二极管的阳极与交流输入端连接，阴极与第一功率开关连接；所述第二二极管的阴极与第一电感的第一端连接，阳极接地；所述第三二极管的阳极与第二功率开关连接，阴极接地；所述第四二极管的阴极与直流输出端连接，阳极与第一电感的第二端连接；所述第五二极管的阴极与交流输入端连接，阳极与第三功率开关连接。因此，所述控制电路在确定直流电压高于电网电压瞬时值的绝对值时：在工频正半周内，使第一功率开关闭合，第二功率开关高频工作,第三功率开关断开；在工频负半周内，使第三功率开关高频工作,第一和第二功率开关断开；所述控制电路在确定直流电压低于电网电压瞬时值的绝对值时：在工频正半周内，使第一功率开关高频工作,第二和第三功率开关断开；在工频负半周内，使第三功率开关高频工作，第一和第二功率开关断开。在根据本专利技术所述的基于复用电感的AC/DC变流器中，优选地，所述第一二极管的阴极与交流输入端连接，阳极与第一功率开关连接；所述第二二极管的阳极与第一电感的第一端连接，阴极接地；所述第三二极管的阴极与第二功率开关连接，阳极接地；所述第四二极管的阳极与直流输出端连接，阴极与第一电感的第二端连接；所述第五二极管的阳极与交流输入端连接，阴极与第三功率开关连接。因此，所述控制电路在确定直流电压高于电网电压瞬时值的绝对值时：在工频负半周内，使第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于复用电感的AC/DC变流器，其特征在于，所述基于复用电感的AC/DC变流器包括：变流电路、控制电路和检测电路；所述变流电路至少包括第一功率开关至第三功率开关、第一二极管至第五二极管、第一电感、滤波电容和平波电容；所述第五二极管和第三功率开关串联后连接在变流电路的交流输入端和所述第一电感的第二端之间；所述第一二极管和第一功率开关串联后连接在所述交流输入端和第一电感的第一端之间；所述第四二极管的第一端与所述第一电感的第二端连接，并通过串联的第三二极管和第二功率开关接地；所述第四二极管连接在所述第一电感的第二端与直流输出端之间；所述第一电感的第一端还通过所述第二二极管接地；所述变流电路的交流输入端连接至电网交流电源，所述滤波电容并联在电网交流电源的两端，用于对输入变流电路的交流电进行滤波；所述检测电路用于检测变流电路输出的直流电压以及电网交流电源的电网电压，并反馈给所述控制电路；所述控制电路用于根据检测的所述直流电压和电网电压发送开关控制信号给所述第一功率开关至第三功率开关的受控端，以控制所述变流电路工作在升压、降压和升降压的工作模式。

【技术特征摘要】
1.一种基于复用电感的AC/DC变流器，其特征在于，所述基于复用电感的AC/DC变流器包括：变流电路、控制电路和检测电路；所述变流电路至少包括第一功率开关至第三功率开关、第一二极管至第五二极管、第一电感、滤波电容和平波电容；所述第五二极管和第三功率开关串联后连接在变流电路的交流输入端和所述第一电感的第二端之间；所述第一二极管和第一功率开关串联后连接在所述交流输入端和第一电感的第一端之间；所述第四二极管的第一端与所述第一电感的第二端连接，并通过串联的第三二极管和第二功率开关接地；所述第四二极管连接在所述第一电感的第二端与直流输出端之间；所述第一电感的第一端还通过所述第二二极管接地；所述变流电路的交流输入端连接至电网交流电源，所述滤波电容并联在电网交流电源的两端，用于对输入变流电路的交流电进行滤波；所述检测电路用于检测变流电路输出的直流电压以及电网交流电源的电网电压，并反馈给所述控制电路；所述控制电路用于根据检测的所述直流电压和电网电压发送开关控制信号给所述第一功率开关至第三功率开关的受控端，以控制所述变流电路工作在升压、降压和升降压的工作模式。2.根据权利要求1所述的基于复用电感的AC/DC变流器，其特征在于：所述控制电路在工频正半周且直流电压高于所述电网电压瞬时值的绝对值时控制所述变流电路工作在升压模式，在工频正半周且直流电压低于所述电网电压瞬时值的绝对值时控制所述变流电路工作在降压模式，在工频负半周时控制所述变流电路工作在升降压模式；或者所述控制电路在工频负半周且直流电压高于所述电网电压瞬时值的绝对值时控制所述变流电路工作在升压模式，在工频负半周且直流电压低于所述电网电压瞬时值的绝对值时控制所述变流电路工作在降压模式，在工频正半周时控制所述变流电路工作在升降压模式。3.根据权利要求2所述的基于复用电感的AC/DC变流器，其特征在于，所述第一二极管的阳极与交流输入端连接，阴极与第一功率开关连接；所述第二二极管的阴极与第一电感的第一端连接，阳极接地；所述第三二极管的阳极与第二功率开关连接，阴极接地；所述第四二极管的阴极与直流输出端连接，阳极与第一电感的第二端连接；所述第五二极管的阴极与交流输入端连接，阳极与第三功率开关连接。4.根据权利要求3所述的基于复用电感的AC/DC变流器，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴卫民，王侯清，安丽琼，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31