电源转换电路及控制直流-交流电路的方法
【专利摘要】本发明涉及一种电源转换电路及控制直流-交流电路的方式。该电源转换电路包括：AC-DC电路、直流-交流DC-AC电路及第一滤波电容，所述AC-DC电路，DC-AC电路及第一滤波电容并接在直流母线上；所述AC-DC电路包括：功率因数校正PFC电路，第一桥臂和第二桥臂；所述PFC电路，第一桥臂和第二桥臂并接在直流母线上；所述DC-AC电路包括：第三桥臂，第四桥臂，第一电感，第二电感，第一开关管和第二开关管；第三桥臂和第四桥臂并接在直流母线上，第一电感的第二端与第一开关管的第一端相连，第一开关管的第二端与直流母线相连，第二电感的第一端与第四桥臂包括的两个开关管的连接点相连，第二电感的第二端与第二开关管的第一端相连，第二开关管的第二端与直流母线相连。
【专利说明】电源转换电路及控制直流-交流电路的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电路【技术领域】，尤其涉及一种电源转换电路及控制直流-交流电路的方法。
【背景技术】
[0002]现有的电源转换电路如图1所示，该电源转换电路包括H桥型直流-交流(AC-DC)电路及H桥型DC-AC电路，其中，电感L01、开关管Q01、开关管Q02、开关管Q03和开关管Q04构成AC-DC电路，其中，开关管QOl和开关管Q02构成AC-DC电路的高频切换桥臂，开关管Q03和开关管Q04构成AC-DC电路的50/60Hz低频切换桥臂；开关管Q05、开关管Q06、开关管Q03、开关管Q04和电感L02构成DC-AC电路，其中，开关管Q05和开关管Q06构成DC-AC电路的高频切换桥臂，开关管Q03和开关管Q04构成AC-DC电路的50/60Hz低频切换桥臂，C为直流母线的滤波电容。由此可以看出，该AC-DC电路和DC-AC电路共用低频切换桥臂。
[0003]图1所示的电源转换电路采取了 AC-DC电路和DC-AC电路共用低频开关桥臂方案，所以AC-DC电路和DC-AC电路存在耦合关系，输入和输出的频率和相位需严格同步，因此对开关管的控制复杂。并且，在AC-DC电路和DC-AC电路共用低频开关桥臂的情况下，AC-DC电路通常需要工作在电感电流连续模式，因此开关管QOl和开关管Q02必须采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT),不能使用金属_氧化层_半导体_场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor, MOSFET),导致AC-DC电路的转换效率难低；而DC-AC电路只能采用单极性调制的方式进行控制，在DC-AC电路负载较小的情况下，DC-AC电路输出的波形会产生畸变，同时单极性调制会导致较高的共模干扰。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供了一种电源转换电路和控制DC-AC电路的方法，可有效降低对电源转换电路中的开关管控制的复杂度，提高AC-DC电路的转换率，同时，保证DC-AC电路输出的波形的质量，并避免共模干扰。
[0005]在第一方面，本发明实施例提供一种电源转换电路，该电源转换电路包括:交流-直流AC-DC电路、直流-交流DC-AC电路及第一滤波电容，所述AC-DC电路，DC-AC电路及第一滤波电容并接在直流母线上；
[0006]所述AC-DC电路包括:功率因数校正PFC电路，第一桥臂和第二桥臂；
[0007]所述PFC电路，第一桥臂和第二桥臂并接在直流母线上，其中，所述第一桥臂包括两个同向串联的二极管，所述第二桥臂包括两个同向串联的二极管，所述第一桥臂包括的两个二极管的连接点与交流源的火线相连，所述第二桥臂包括的两个二极管的连接点与交流源的零线相连；
[0008]所述第二桥臂的两端分别与所述第一滤波电容的两端相连；
[0009]所述DC-AC电路包括:第三桥臂，第四桥臂，第一电感，第二电感，第一开关管，第二开关管，第二滤波电容和负载电阻；
[0010]所述第三桥臂和第四桥臂并接在直流母线上，其中，所述第三桥臂包括两个同向串联的开关管，所述第四桥臂包括两个同向串联的开关管，所述第一电感的第一端与所述第三桥臂包括的两个开关管的连接点相连，所述第一电感的第二端与第一开关管的第一端相连，所述第一开关管的第二端与直流母线相连，所述第二电感的第一端与所述第四桥臂包括的两个开关管的连接点相连，所述第二电感的第二端与第二开关管的第一端相连，所述第二开关管的第二端与直流母线相连，所述第一电感的第二端和第二电感的第二端还分别与第二滤波电容的两端相连，所述第二滤波电容的两端还分别与所述负载电阻的两端相连，所述第二滤波电容的一端还与所述交流源的零线相连。
[0011]在第一方面的第一种可能实现的方式中，所述PFC电路具体为采用三角波电流模式TCM控制的交错并联软开关无桥PFC电路。
[0012]在第一方面的第二种可能实现的方式中，所述PFC电路具体为采用三态开关单元连续电流模式TSSC CCM无桥PFC。
[0013]结合第一方面或第一方面的第一种可能实现的方式或第一方面的第二种可能实现的方式，在第三种可能实现的方式中，所述第三桥臂和第四桥臂包括的开关管为集成有二极管的绝缘栅双极型晶体管IGBT。
[0014]结合第一方面或第一方面的第一种可能实现的方式或第一方面的第二种可能实现的方式，在第四种可能实现的方式中，所述第一开关管和第二开关管为金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET。
[0015]在第二方面，本发明实施例提供一种控制DC-AC电路的方法，该控制DC-AC电路的方法应用于第一方面中任一所述的电源转换电路中包括的DC-AC电路；
[0016]所述方法包括:
[0017]当所述DC-AC电路的负载大于预先设定的负载阈值时，采用单极性调制控制所述DC-AC电路；
[0018]当所述DC-AC电路的负载不大于预先设定的负载阈值时，采用双极性调制控制所述DC-AC电路。
[0019]在第二方面的第一种可能实现的方式中，所述采用单极性调制控制所述DC-AC电路具体为:不对所述第三桥臂包括的与直流母线负极相连的开关管和所述第四桥臂包括的直流母线负极相连的开关管进行控制；根据所述DC-AC电路输出工频交流电的周期控制所述第三桥臂包括的与直流母线正极相连的开关管和所述第四桥臂包括的直流母线正极相连的开关管交替处于开通状态；根据所述DC-AC电路输出工频交流电的周期控制所述第一开关管和第二开关管交替处于开通状态。
[0020]在第二方面的第二种可能实现的方式中，采用双极性调制控制所述DC-AC电路具体为:不对所述第一开关管和第二开关管进行控制；控制所述第三桥臂包括的两个开关管和所述第四桥臂包括的两个开关管交替处于开通状态；其中，所述第三桥臂包括的与直流母线正极相连的开关管和所述第四桥臂包括的直流母线负极相连的开关管处于同一状态，所述第三桥臂包括的与直流母线负极相连的开关管和所述第四桥臂包括的直流母线正极相连的开关管。
[0021]通过上述方案，电源转换电路中的AC-DC电路独立使用工频切换桥臂，与DC-AC电路实现解耦，同时电源转换电路的输入和输出与交流源的负极连通，因此，可有效降低对电源转换电路中的开关管控制的复杂度。并且，由于AC-DC电路独立使用工频切换桥臂，因此，AC-DC电路不需要一直工作在电感电流连续模式，因此AC-DC电路中的开关管可全部使用MOSFET，从而提高了 AC-DC电路的转换效率。同时，可对DC-AC电路采用单极性调制和双极性调制的方式进行控制，以保证DC-AC电路输出的波形的质量，并避免共模干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为现有技术中的一种电源转换电路结构图；
[0023]图2为本发明实施例一提供的一种电源转换电路结构图；
[0024]图3为本发明实施例一提供的另一种电源转换电路结构图；
[0025]图4为本发明实施例一提供的又一种电源转换电路结构图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]下面以图2为例详细说明本发明实施例一提供的一种电源转换电路，图2为本发明实施例一提供的一种电源转换电路的结构图。
[0028]如图2所示，该电源转换电路包括:AC_DC电路210、DC_AC电路220及第一滤波电容Cl，该AC-DC电路210，DC-AC电路220及第一滤波电容Cl并接在直流母线上。
[0029]其中，AC-DC电路210包括:第一桥臂211，第二桥臂212和功率因数校正(PowerFactor Correction, PFC)电路213 ;该第一桥臂211，第二桥臂212和FPC电路213并接在直流母线上，其中，第一桥臂211包括两个同向串联的二极管(二极管Dl和二极管D2)，第二桥臂212包括两个同向串联的二极管(二极管D3和二极管D4)，第一桥臂211包括的两个二极管的连接点与交流源的火线L相连，第二桥臂212包括的两个二极管的连接点与交流源的零线N相连。
[0030]第二桥臂212的两端分别与第一滤波电容Cl的两端相连。
[0031]DC-AC电路220包括:第三桥臂221，第四桥臂222，第一电感LI，第二电感L2，第一开关管Q6,第二开关管Q5,第二滤波电容C2和负载电阻R ；
[0032]该第三桥臂221和第四桥臂222并接在直流母线上，其中，第三桥臂221包括两个同向串联的开关管(开关管Ql和开关管Q2)，第四桥臂222包括两个同向串联的开关管(开关管Q3和开关管Q4)，第一电感LI的第一端与第三桥臂221包括的两个开关管的连接点相连，第一电感LI的第二端与第一开关管Q6的第一端相连，第一开关管Q6的第二端与直流母线相连，第二电感L2的第一端与第四桥臂222包括的两个开关管的连接点相连，第二电感L2的第二端与第二开关管Q5的第一端相连，第二开关管Q5的第二端与直流母线相连，第一电感LI的第二端和第二电感L2的第二端还分别与第二滤波电容C2的两端相连，第二滤波电容的两端还分别与负载电阻R的两端相连，第二滤波电容C2的一端还与交流源的零线N相连。[0033]其中，开关管Q1，开关管Q2，开关管Q3和开关管Q4为集成有二极管的IGBT。开关管Q5和开关管Q6为MOSFET。
[0034]可选地，FPC电路213具体为采用三角波电流模式(triangular current mode,TCM)控制的交错并联软开关无桥PFC电路。具体的FPC电路结构如图3所示，FPC电路213包括第五桥臂2131，第六桥臂2132，第三电感Lbl和第四电感Lb2。
[0035]其中，第五桥臂2131和第六桥臂2132并接在直流母线上，其中，该第五桥臂2131包括两个同向串联的开关管(开关管Q7和开关管Q8)，第六桥臂2132包括两个同向串联的开关管(开关管Q9和开关管Q10)，第三电感Lbl的第一端与第五桥臂2131包括的两个开关管的连接点相连，第四电感Lb2的第一端与第六桥臂2132包括的两个开关管的连接点相连，第三电感Lbl的第二端与第四电感Lb2的第二端的连接点与交流源的火线L相连。
[0036]其中，开关管Q7，开关管Q8，开关管Q9和开关管QlO为为MOSFET。
[0037]可选地，FPC电路213具体为采用三态开关单元连续电流模式(threestateswitch cell Current continue mode, TSSC CCM)无桥 PFC 电路。具体的 FPC 电路结构如图4所示，FPC电路213包括:第七桥臂2133，第八桥臂2134，第五电感Lb3，自耦变压器T，第一开关Kl和第二开关K2。
[0038]其中，第七桥臂2133和第八桥臂2134并接在直流母线上，其中，第七桥臂2133包括两个同向串联的二极管(二极管D5和二极管D6)，第八桥臂2134包括两个同向串联的二极管(二极管D7和二极管D8)，第五电感Lb3的第一端与电流源的火线L相连，第五电感Lb3的第二端与自耦变压器T中心抽头连接，自耦变压器T的第一线圈与第七桥臂2133包括的两个二极管的连接点相连，第七桥臂215包括的两个二极管的连接点还与第一开关Kl的第一端相连，第一开关Kl的第二端与第二桥臂212包括的两个二极管的连接点相连，自耦变压器T的第二线圈与第八桥臂2134包括的两个二极管的连接点相连，第八桥臂216包括的两个二极管的连接点还与第二开关K2的第一端相连，第二开关K2的第二端与第二桥臂212包括的两个二极管的连接点相连。
[0039]从图2，图3，图4中可以看出，本发明实施例提供的电源转换电路中的电源转换电路中的AC-DC电路独立使用工频切换桥臂(第二桥臂)，与DC-AC电路实现解耦，同时电源转换电路的输入和输出与交流源的负极连通，因此，可有效降低对电源转换电路中的开关管控制的复杂度。并且，由于AC-DC电路独立使用工频切换桥臂，因此，AC-DC电路不需要一直工作在电感电流连续模式，因此AC-DC电路中的开关管可全部使用M0SFET，从而提高了AC-DC电路的转换效率。同时，可对DC-AC电路采用单极性调制和双极性调制的方式进行控制，以保证DC-AC电路输出的波形的质量，并避免共模干扰。
[0040]本发明实施例二提供一种控制DC-AC电路的方法，该方法应用于本发明实施例一提供的电源转换电路中包括的DC-AC电路。
[0041]该控制DC-AC电路的方法包括:
[0042]当DC-AC电路的负载大于预先设定的负载阈值时，采用单极性调制控制该DC-AC电路。
[0043]具体的，不对开关管Q2和开关管Q4进行控制；根据该DC-AC电路输出工频交流电的周期控制开关管Ql和开关管Q3交替处于开通状态；根据该DC-AC电路输出工频交流电的周期控制开关管Q5和开关管Q6交替处于开通状态。[0044]在DC-AC电路的负载大于预先设定的负载阈值时，采用单极性调制对DC-AC电路进行控制，可以在保证DC-AC电路工作效率高的同时，保证输出的波形的质量。
[0045]当DC-AC电路的负载不大于预先设定的负载阈值时，采用双极性调制控制该DC-AC电路。
[0046]具体的，不对开关管Q5和开关管Q6进行控制；控制开关管Q1，开关管Q2，开关管Q3和开关管Q4交替处于开通状态，其中，开关管Ql和开关管Q4处于同一状态，开关管Q2和开关管Q3处于同一控制。
[0047]在DC-AC电路的负载不大于预先设定的负载阈值时，如果采用单极性调制会导致输出波形产生畸变。因此，在DC-AC电路的负载不大于预先设定的负载阈值时，采用双极性调制对DC-AC电路进行控制，以保证输出的波形的质量。
[0048]通过利用本发明实施例二提供的控制DC-AC电路的方法，当DC-AC电路的负载大于预先设定的负载阈值时，采用单极性调制控制该DC-AC电路；当DC-AC电路的负载不大于预先设定的负载阈值时，采用双极性调制控制该DC-AC电路。可以在保证DC-AC电路工作效率高的同时，保证输出的波形的质量。
[0049]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，并不用于限定本发明的保护范围，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。
【权利要求】
1.一种电源转换电路，所述电源转换电路包括:交流-直流AC-DC电路、直流-交流DC-AC电路及第一滤波电容，所述AC-DC电路，DC-AC电路及第一滤波电容并接在直流母线上，其特征在于， 所述AC-DC电路包括:功率因数校正PFC电路，第一桥臂和第二桥臂； 所述PFC电路，第一桥臂和第二桥臂并接在直流母线上，其中，所述第一桥臂包括两个同向串联的二极管，所述第二桥臂包括两个同向串联的二极管，所述第一桥臂包括的两个二极管的连接点与交流源的火线相连，所述第二桥臂包括的两个二极管的连接点与交流源的零线相连； 所述第二桥臂的两端分别与所述第一滤波电容的两端相连； 所述DC-AC电路包括:第三桥臂，第四桥臂，第一电感，第二电感，第一开关管，第二开关管，第二滤波电容和负载电阻； 所述第三桥臂和第四桥臂并接在直流母线上，其中，所述第三桥臂包括两个同向串联的开关管，所述第四桥臂包括两个同向串联的开关管，所述第一电感的第一端与所述第三桥臂包括的两个开关管的连接点相连，所述第一电感的第二端与第一开关管的第一端相连，所述第一开关管的第二端与直流母线相连，所述第二电感的第一端与所述第四桥臂包括的两个开关管的连接点相连，所述第二电感的第二端与第二开关管的第一端相连，所述第二开关管的第二端与直流母线相连，所述第一电感的第二端和第二电感的第二端还分别与第二滤波电容的两端相连，所述第二滤波电容的两端还分别与所述负载电阻的两端相连，所述第二滤波电容的一端还与所述交流源的零线相连。
2.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，所述PFC电路具体为采用三角波电流模式TCM控制的交错并联软开关无桥PFC电路。
3.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，所述PFC电路具体为采用三态开关单元连续电流模式TSSC CCM无桥PFC。
4.根据权利要求1-3任一所述的电源转换电路，其特征在于，所述第三桥臂和第四桥臂包括的开关管为集成有二极管的绝缘栅双极型晶体管IGBT。
5.根据权利要求1-3任一所述的电源转换电路求，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管为金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET。
6.一种控制DC-AC电路的方法，其特征在于，所述控制DC-AC电路的方法应用于如权利要求1-5任一所述的电源转换电路中包括的DC-AC电路； 所述方法包括: 当所述DC-AC电路的负载大于预先设定的负载阈值时，采用单极性调制控制所述DC-AC电路； 当所述DC-AC电路的负载不大于预先设定的负载阈值时，采用双极性调制控制所述DC-AC电路。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采用单极性调制控制所述DC-AC电路具体为: 不对所述第三桥臂包括的与直流母线负极相连的开关管和所述第四桥臂包括的直流母线负极相连的开关管进行控制； 根据所述DC-AC电路输出工频交流电的周期控制所述第三桥臂包括的与直流母线正极相连的开关管和所述第四桥臂包括的直流母线正极相连的开关管交替处于开通状态； 根据所述DC-AC电路输出工频交流电的周期控制所述第一开关管和第二开关管交替处于开通状态。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，采用双极性调制控制所述DC-AC电路具体为: 不对所述第一开关管和第二开关管进行控制； 控制所述第三桥臂包括的两个开关管和所述第四桥臂包括的两个开关管交替处于开通状态； 其中，所述第三桥臂包括的与直流母线正极相连的开关管和所述第四桥臂包括的直流母线负极相连的开关管处于同一状态，所述第三桥臂包括的与直流母线负极相连的开关管和所述第四桥臂包括的直流母线正极相连的开关管。
【文档编号】H02M5/458GK103580502SQ201310571479
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】潘灯海, 黄伯宁, 邹丽霞 申请人:华为技术有限公司