单级功率变换电路及其应用装置和控制方法与流程

本申请涉及电力电子，特别涉及一种单级功率变换电路及其应用装置和控制方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车的快速发展，电动汽车的市场占有率在不断增加。目前乘用车领域，车载充电机属于电动汽车重要组成部分，其采用单级式拓扑的方案由于器件少，功率密度高，系统成本低，相对于采用传统两级式拓扑的方案具有较高优势。

2、但是，现有的拓扑只能应用于单相或者三相电网接入的其中一种场合，在单相和三相应用场合无法实现复用，因此，如何实现单三相系统兼容，实现不同场合通用，是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种单级功率变换电路及其应用装置和控制方法，以实现对于单相和三相应用场合的复用。

2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请第一方面提供了一种单级功率变换电路，包括：变压器、三相矩阵变换电路、副边电路及切换电路；其中，

4、所述切换电路的一侧作为所述单级功率变换电路的交流端口，用于接入单相交流电或者三相交流电；

5、所述切换电路的另一侧，连接所述三相矩阵变换电路的一侧；所述切换电路用于受控后将接入的交流电传输至所述三相矩阵变换电路；

6、所述三相矩阵变换电路的另一侧，连接所述变压器的原边绕组；

7、所述变压器的副边绕组，连接所述副边电路的一侧；

8、所述副边电路的另一侧用于连接负载设备。

9、可选的，所述切换电路，包括：四个主开关；各主开关的输入侧作为所述单级功率变换电路的交流端口；其中，

10、第一主开关、第二主开关及第三主开关，其输入侧分别用于接入所述三相交流电中的一相，其输出侧一一对应连接所述三相矩阵变换电路各相半桥桥臂的中点；

11、所述第一主开关的输入侧，还用于接入所述单相交流电的其中一根线；

12、第四主开关，其输入侧用于接入所述单相交流电的另外一根线，其输出侧与所述第一主开关的输出侧连接所述三相矩阵变换电路不同相半桥桥臂的中点。

13、可选的，所述切换电路，还包括：至少两个预充支路；

14、所述第一主开关并联连接有一个所述预充支路；

15、所述第二主开关与所述第三主开关中的至少一个，并联连接有一个所述预充支路。

16、可选的，所述预充支路包括：串联连接的开关和电阻。

17、可选的，所述三相矩阵变换电路中的三个半桥桥臂，分别包括：串联连接的双向开关和滤波电容；

18、所述双向开关和所述滤波电容的连接点，作为相应所述半桥桥臂的中点，用于连接所述切换电路；

19、所述双向开关和所述滤波电容串联后的两端，作为相应所述半桥桥臂的两端，与其他所述半桥桥臂并联连接后，用于连接所述原边绕组。

20、可选的，所述三相矩阵变换电路中的三个半桥桥臂，分别包括：两个串联连接的双向开关；

21、两个所述双向开关的连接点，作为相应所述半桥桥臂的中点，用于连接所述切换电路，且通过一个相应的滤波电容连接至电容公共端；

22、两个所述双向开关串联后的两端，作为相应所述半桥桥臂的两端，与其他所述半桥桥臂并联连接后，用于连接所述原边绕组。

23、可选的，还包括：第一开关；

24、所述第一开关连接于所述电容公共端和各所述半桥桥臂并联连接的任一端之间。

25、可选的，还包括：第二开关、第三开关和附加绕组；

26、所述第二开关与所述附加绕组串联连接，串联后的支路与所述第三开关并联连接，并联后的支路与所述原边绕组串联连接。

27、可选的，各开关分别为：机械开关、继电器、接触器或者电力电子开关。

28、可选的，还包括：与所述原边绕组串联连接的第一阻抗。

29、可选的，所述第一阻抗为：电感，或者，电感与电容组合。

30、可选的，所述副边电路，包括：整流变换电路；

31、所述整流变换电路的交流侧，用于连接所述副边绕组；

32、所述整流变换电路的直流侧，用于连接相应的负载设备。

33、可选的，所述副边电路还包括：第二阻抗；所述副边绕组，通过所述第二阻抗，连接所述整流变换电路的交流侧。

34、可选的，所述第二阻抗的阻抗值为零，或者，所述第二阻抗为：电感，电容，或者，电感与电容组合。

35、可选的，所述副边电路的个数大于1，且分别连接相应的所述副边绕组。

36、本申请第二方面提供了一种单级功率变换电路的应用装置，其特征在于，包括：控制器和如上述第一方面任一种所述的单级功率变换电路；

37、所述单级功率变换电路受控于所述控制器。

38、本申请第三方面提供了一种单级功率变换电路的控制方法，应用于上述第二方面所述单级功率变换电路的应用装置中的控制器，所述控制方法包括：

39、确定所述单级功率变换电路的交流端口所接入的交流电类型；

40、若所述交流电类型为三相交流电，则控制所述单级功率变换电路中切换电路内的第一主开关、第二主开关及第三主开关闭合，并保持所述切换电路内的第四主开关断开；

41、若所述交流电类型为单相交流电，则控制所述第一主开关及所述第四主开关闭合，并保持所述第二主开关及所述第三主开关断开。

42、可选的，所述切换电路还包括至少两个预充支路时，所述控制方法中，在控制相应各主开关闭合之前，还包括：

43、对需要控制闭合的各主开关，控制并联连接的所述预充支路导通，并控制未并联有所述预充支路的主开关闭合。

44、可选的，所述单级功率变换电路还包括第一开关时，所述控制方法还包括：

45、若所述交流电类型为三相交流电，则保持所述第一开关断开；

46、若所述交流电类型为单相交流电，则控制所述第一开关闭合。

47、可选的，所述单级功率变换电路还包括第二开关和第三开关时，所述控制方法还包括：

48、若所述交流电类型为三相交流电，则控制所述第二开关闭合，并保持所述第三开关断开；

49、若所述交流电类型为单相交流电，则控制所述第三开关闭合，并保持所述第二开关断开。

50、本申请提供的单级功率变换电路，在三相矩阵变换电路与该单级功率变换电路的交流端口之间增加切换电路，该切换电路在受控后能够将交流端口接入的单相交流电或者三相交流电传输至该三相矩阵变换电路，以使该单级功率变换电路能够在单相电和三相电不同工况下正常工作，实现对于单相和三相应用场合的复用。

技术特征：

1.一种单级功率变换电路，其特征在于，包括：变压器、三相矩阵变换电路、副边电路及切换电路；其中，

2.根据权利要求1所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述切换电路，包括：四个主开关；各主开关的输入侧作为所述单级功率变换电路的交流端口；其中，

3.根据权利要求2所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述切换电路，还包括：至少两个预充支路；

4.根据权利要求3所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述预充支路包括：串联连接的开关和电阻。

5.根据权利要求1所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述三相矩阵变换电路中的三个半桥桥臂，分别包括：串联连接的双向开关和滤波电容；

6.根据权利要求1所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述三相矩阵变换电路中的三个半桥桥臂，分别包括：两个串联连接的双向开关；

7.根据权利要求6所述的单级功率变换电路，其特征在于，还包括：第一开关；

8.根据权利要求1所述的单级功率变换电路，其特征在于，还包括：第二开关、第三开关和附加绕组；

9.根据权利要求6或7所述的单级功率变换电路，其特征在于，各开关分别为：机械开关、继电器、接触器或者电力电子开关。

10.根据权利要求1至8任一项所述的单级功率变换电路，其特征在于，还包括：与所述原边绕组串联连接的第一阻抗。

11.根据权利要求10所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述第一阻抗为：电感，或者，电感与电容组合。

12.根据权利要求1至8任一项所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述副边电路，包括：整流变换电路；

13.根据权利要求12所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述副边电路还包括：第二阻抗；所述副边绕组，通过所述第二阻抗，连接所述整流变换电路的交流侧。

14.根据权利要求13所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述第二阻抗的阻抗值为零，或者，所述第二阻抗为：电感，电容，或者，电感与电容组合。

15.根据权利要求1至8任一项所述的单级功率变换电路，其特征在于，所述副边电路的个数大于1，且分别连接相应的所述副边绕组。

16.一种单级功率变换电路的应用装置，其特征在于，包括：控制器和如权利要求1至15任一项所述的单级功率变换电路；

17.一种单级功率变换电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求16所述单级功率变换电路的应用装置中的控制器，所述控制方法包括：

18.根据权利要求17所述的单级功率变换电路的控制方法，其特征在于，所述切换电路还包括至少两个预充支路时，所述控制方法中，在控制相应各主开关闭合之前，还包括：

19.根据权利要求17或18所述的单级功率变换电路的控制方法，其特征在于，所述单级功率变换电路还包括第一开关时，所述控制方法还包括：

20.根据权利要求17或18所述的单级功率变换电路的控制方法，其特征在于，所述单级功率变换电路还包括第二开关和第三开关时，所述控制方法还包括：

技术总结
本申请提供一种单级功率变换电路及其应用装置和控制方法，该单级功率变换电路，在三相矩阵变换电路与该单级功率变换电路的交流端口之间增加切换电路，该切换电路在受控后能够将交流端口接入的单相交流电或者三相交流电传输至该三相矩阵变换电路，以使该单级功率变换电路能够在单相电和三相电不同工况下正常工作，实现对于单相和三相应用场合的复用；通过控制切换电路中开关的工作状态，可以实现三相与单相电路正常工作；另外，通过设置变压器原边串联连接的附加绕组及相应的开关，还可以实现单三相交流电不同输入电压与输出电压相匹配。

技术研发人员：王腾飞,徐江涛,任天一
受保护的技术使用者：阳光电源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12