具有三相功率因数校正的集成变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种集成变换装置，包含：一交流／直流变换器，是电连接一三相电源，实现交流电转换成一第一直流电以及功率因素校正的功能；以及一直流／直流变换器，是电连接该交流／直流变换器，实现该第一直流电转换成一第二直流电的功能，在掉电的瞬间，该集成变换装置导通一控制开关使该集成变换装置由交流／直流操作方式切换到直流／直流操作方式，当该三相电源恢复正常时，该集成变换装置截止该控制开关使该集成变换装置由直流／直流工作模式切换到交流／直流的工作模式。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是为一种电源变换器(power converter)，尤指一种利用诸如MOSFET、IGBT等半导体开关元件(semiconductor switching device)实现的电源变换装置。(2)
技术介绍
图1是习知在线式三相输入的不断电电源系统(UPS)的方块图。图中三相交流/直流(AC/DC)变换器101和直流/直流(DC/DC)变换器102一起作为逆变器103的前端输入。当三相电源供电正常时，控制开关104处于截止状态，直流/直流变换器102不工作，仅由三相交流/直流变换器101为逆变器103提供直流电源。而当三相电源供电不正常时，控制开关104处于导通状态，直流/直流变换器102工作，它将较低的电瓶105电压转换为合适的直流电压，为逆变器103提供直流电源。图中标号107代表在线式三相输入不断电电源系统在正常操作下电压或是电流的输出路径。标号108代表在线式三相输入不断电电源系统电压或是电流的旁路(bypass)输出路径。而标号109代表不断电电源系统的输出端。在图1中，逆变器103前端供电需要采用AC/DC和DC/DC共两套功率变换装置，因此成本高，功率密度低。图2是习知三相输入单相输出的UPS的拓扑结构电路图。图中ua，ub，uc代表三相输入电源，N代表中性线，ia，ib，ic代表三相输入电流。其中AC/DC及DC/DC变换器201主要由整流二极管D1至D6组成的整流电路、控制开关S0、电瓶202、电感L1，L2、主开关元件S1，S2、快速恢复二极管D7，D8和电容器C1，C2等组成。逆变器203主要由开关元件S3，S4所组成。Vo代表三相输入单相输出的不断电电源系统的输出电压。本说明书中所述的开关元件可以是MOSFET或IGBT等功率开关，为了表述方便，在说明书正文中均以″开关元件″表示，在说明书附图中均以MOSFET表示。它采用半桥逆变器作为输出级，采用一种具有集成AC/DC和DC/DC功能的功率变换器作为逆变器的前端输入。这种集成了AC/DC和DC/DC功能的功率变换装置，在市电供应正常时，使转换开关S0截止，能完成三相AC/DC功率变换的功能。而在市电供应失败时，使控制开关S0导通，又能完成DC/DC功率变换的功能。在这种集成变换装置中由于运用同一功率元件在不同情况下能分别实现AC/DC和DC/DC变换的功能，提高了功率元件的利用率，降低了不间断电源的成本，并提高其功率密度。但是这种集成变换装置具有明显的缺点，也就是，其中包含的AC/DC变换器几乎没有功率因数校正的功能。因为在采用三相交流电源供电时，输入电流谐波很大，总谐波失真率为30％左右，不能满足各国关于电气装置输入电流谐波的标准，在目前的应用中受到了很大的限制。(3)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有三相功率因数校正的集成变换装置，这类电源变换装置可以用作各类交流不间断电源、交流应急电源等的前端输入，可以实现小的输入电流谐波，满足各类标准的要求，且具有高效率，高密度和低成本的特点。根据本专利技术的构想，该集成变换装置，包含一电感组，该电感的一端是电连接一交流电源；一交流/直流转换装置，是电连接该电感的另一端，实现一交流电转换成一第一直流电；一控制开关串联连接一电能储存装置与一电感；以及一直流/直流转换装置，是电连接该交流/直流转换装置，实现该第一直流电转换成一第二直流电的功能，在该交流电源异常时，该集成变换装置导通该控制开关使该集成变换装置由交流/直流操作方式切换到直流/直流操作方式，当该交流电源恢复正常时，该集成变换装置截止该控制开关使该集成变换装置由直流/直流工作模式切换到交流/直流的工作模式。根据上述的构想，其中该集成变换装置还包含一滤波器，是电连接于该电感组与该交流电源之间。根据上述的构想，其中该交流电源异常是为该交流电源掉电以及故障二者之一。根据上述的构想，其中该交流电源是为一三相交流电源。根据上述的构想，其中该交流/直流转换装置是为一桥式整流器。根据上述的构想，其中该电能储存装置是为一电瓶。根据上述的构想，其中该集成变换装置包含一直流/直流变换器以及一交流/直流变换器。根据上述的构想，其中该直流/直流变换器是包含该直流/直流转换装置，该直流/直流转换装置包含一上半桥，包含一第一开关元件、一第一二极管与一第一电容；以及一下半桥，包含一第二开关元件、一第二二极管与一第二电容；其中该第一开关元件与该第二开关元件串连连接，该第一电容与该第二电容串连连接，且该第一开关元件与该第二开关元件连接的节点与该第一电容与该第二电容连接的节点是直接电连接，并与该三相电源的中性线电连接，又该上半桥与该下半桥并联连接该控制开关与该电能储存装置以及该电感的串联电路，将该电能储存装置的电能先转换输出为该第一直流电，再将该第一直流电经由该上半桥与该下半桥转换输出该第二直流电。根据上述的构想，其中该交流/直流变换器是包含该电感组、该交流/直流转换装置、该直流/直流转换装置。根据上述的构想，其中该集成变换装置还包含一取样电路，该取样电路包含一运算放大器，其负端输入端分别电连接至少一组电阻与二极管的串连电路，该集成变换装置的正端输入端电连接一地端，且该电阻的另一端电连接该交流电源，做为该交流电源的正弦波取样；以及一电阻电连接于该运算放大器的负端输入端与输出端之间。为更清楚理解本专利技术的目的、特点和优点，下面将结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细说明。(4)附图说明图1是习知在线式三相输入的不断电电源系统的方块图；图2是习知三相输入单相输出的UPS的拓扑结构电路图；图3为本专利技术较佳实施例的功率变换器电路图；图4(a)是图3简化的AC/DC变换器电路示意图；图4(b)、(c)是图4(a)所示的拓扑分解为完全独立的上半桥和下半桥电路示意图；图5是图3简化的DC/DC变换器电路示意图；图6是本专利技术控制策略示意图；图7是本专利技术AC/DC变换器的工作原理示意图；图8是本专利技术三相输入电压波形示意图；图9是本专利技术在一个三相输入电压波形示意图；图10是本专利技术三相中的一相输入电流波形图；图11是本专利技术DC/DC变换器的电压以及电流波形图；图12是本专利技术DC/DC变换器的电压以及电流波形图；以及图13是为一正弦波取样电路。(5)具体实施方式图3为本专利技术较佳实施例的功率变换器电路图。在图3中，当三相交流输入电源ua，ub，uc正常时，控制开关S0不导通，该变换器可以简化成如图4(a)所示的AC/DC变换器，其中控制开关S0是为一直流硅控管。而当三相交流电源ua，ub，uc失败时，直流硅控管S0导通，本专利技术的集成变换装置则可以转化成如图5所示的简化的DC/DC变换器。因此，本专利技术的功率变换器集成如图4(a)所示的AC/DC变换器和如图5所示DC/DC变换器两种变换器的功能。由于AC/DC变换器和DC/DC变换器的主要开关功率元件S1，S2(是分别代表权利要求中所述的第一开关元件、第二开关元件)和快速恢复二极管D7，D8(是分别代表权利要求中所述的第一二极管、第二二极管)是共用的。因此，本专利技术的功率变换器具有低成本，高功率密度的优点。图4(a)所示的AC/DC变换器主要由滤波器，电感La，Lb，Lc，整流二极管D1至D6组成的整流电路、主开关元件S1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成变换装置，其特征在于，包含：一电感组，该电感的一端是电连接一交流电源；一交流／直流转换装置，是电连接该电感的另一端，实现一交流电转换成一第一直流电；一控制开关串联连接一电能储存装置与一电感；以及一直流 ／直流转换装置，是电连接该交流／直流转换装置，实现该第一直流电转换成一第二直流电的功能，在该交流电源异常时，该集成变换装置导通该控制开关使该集成变换装置由交流／直流操作方式切换到直流／直流操作方式，当该交流电源恢复正常时，该集成变换装置截止该控制开关使该集成变换装置由直流／直流工作模式切换到交流／直流的工作模式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：李雷鸣，应建平，谭驚涛，陈霖，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]