单级式三相双向变流器及车载充电设备的制作方法

本发明涉及电力电子，具体涉及一种单级式三相双向变流器。

背景技术：

1、当前,资源短缺和环境污染成为阻碍人类发展的两个重大问题，为了解决能源问题必须研究与开发新能源。三相ac/dc双向变流器成为了当下的热点研究课题,单级式三相双向变流器是一种可以将三相交流电转换为直流电或从直流电转换为三相交流电的变流器。它通常由多个三相桥式逆变器组成，每个逆变器之间通过电容或电感器进行耦合。单级式三相双向变流器的优点是结构简单，成本低，但其缺点是效率低，功率因数低，且需要使用较大的电容器或电感器进行耦合。与背靠背双向变流器相比,三相ac/dc双向变流器拓扑结构只是其一半,但是可以实现同样的功能，即能量的双向流动。三相ac/dc双向变流器由于其能够实现能量的双向传输,在电机控制、汽车电子、新能源发电等领域有广泛的应用。

2、传统全桥电路工作在整流模式时为三相boost型pwm整流器,母线电压只能升不能降,实现与储能系统互动通常需两级电路完成；而矩阵式双向变换器工作在整流模式时为三相buck型pwm整流器,虽然矩阵式变换器能够实现单级充电,但其相比传统全桥型拓扑结构,主桥臂上的开关管数量增加一倍,控制相对复杂。

3、为此，需要一种技术方案，能够实现在保证功率密度的前提下，简化电路。

技术实现思路

1、本技术旨在提供用于一种单级式三相双向变流器，通过本发明的电路方案设计能够实现在保证功率密度的前提下，简化电路，实现单级隔离型三相双向变流。

2、根据本技术的一方面，提供一种单级式三相双向变流器，包括：

3、单级式交流直流转换模块，所述单级式交流直流转换模块具

4、独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或有第一交流输入端口、第二交流输入端口、第三交流输入端口以及第一直流端口和第二直流端口，所述单级式交流直流转换模块包括：

5、第一dc-dc变换器，所述第一dc-dc变换器具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口；

6、第二dc-dc变换器，所述第二dc-dc变换器具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口；

7、第三dc-dc变换器，所述第三dc-dc变换器具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口；

8、其中，所述第一dc-dc变换器的第一极性输入端口电连接至所述第一交流输入端口，所述第二dc-dc变换器的第一极性输入端口电连接至所述第二交流输入端口，所述第三dc-dc变换器的第一极性输入端口电连接至所述第三交流输入端口交流输入；所述第一dc-dc变换器的第二极性输入端口与所述第二dc-dc变换器的第二极性输入端口以及所述第三dc-dc变换器的第二极性输入端口电连接；

9、所述第一dc-dc变换器的第一极性输出端口、所述第二dc-dc变换器的第一极性输出端口以及所述第三dc-dc变换器的第一极性输出端口电连接至所述第一直流端口，所述第一dc-dc变换器的第二极性输出端口、所述第二dc-dc变换器的第二极性输出端口以及所述第三dc-dc变换器的第二极性输出端口电连接至所述第二直流端口。

10、根据一些实施例，所述单级式交流直流转换模块还具有第四交流输入端口，所述单级式交流直流转换模块还包括：

11、第四dc-dc变换器，所述第四dc-dc变换器具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口；

12、所述第四dc-dc变换器的第一极性输入端口电连接至所述第四交流输入端口，所述第四dc-dc变换器的第二极性输入端口与所述第一dc-dc变换器的第二极性输入端口、所述第二dc-dc变换器的第二极性输入端口、所述第三dc-dc变换器的第二极性输入端口电连接；

13、所述第四dc-dc变换器的第一极性输出端口电连接至所述第一直流端口，所述第四dc-dc变换器的第二极性输出端口电连接至所述第二直流端口。

14、根据一些实施例，所述单级式三相双向变流器，还包括：

15、交流侧滤波模块，电连接于交流电源与所述单级式交流直流转换模块之间，其中所述交流侧滤波模块共用所述单级式交流直流转换模块的半桥电容。

16、根据一些实施例，所述单级式三相双向变流器，还包括：

17、直流侧滤波器，电连接于所述第一直流端口与所述第二直流端口之间。

18、根据一些实施例，所述第一dc-dc变换器包括第一隔离变压器；

19、所述第二dc-dc变换器包括第二隔离变压器；

20、所述第三dc-dc变换器包括第三隔离变压器；

21、所述第四dc-dc变换器包括第四隔离变压器；

22、所述第一隔离变压器、所述第二隔离变压器、第三隔离变压器和第四隔离变压器共用副边。

23、根据一些实施例，所述第一隔离变压器、所述第二隔离变压器、所述第三隔离变压器和所述第四隔离变压器为高频隔离变压器。

24、根据一些实施例，当θ＝0时，所述第一dc-dc变换器工作于dc-dc模态，所述第二dc-dc变换器工作于dc-dc模态，所述第三dc-dc变换器处于短接模态，所述第四dc-dc变换器工作于dc-dc模态；

25、当θ＝120°时，所述第一dc-dc变换器处于短接模态，所述第二dc-dc变换器工作于dc-dc模态，所述第三dc-dc变换器工作于dc-dc模态，所述第四dc-dc变换器工作于dc-dc模态；

26、当θ＝240°时，所述第一dc-dc变换器工作于dc-dc模态，所述第二dc-dc变换器处于短接模态，所述第三dc-dc变换器工作于dc-dc模态，所述第四dc-dc变换器工作于dc-dc模态。

27、根据一些实施例，在所述三相交流电压信号周期的0°到120°，所述第三dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口短接；

28、在所述三相交流电压信号周期的120°到240°，所述第一dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口短接；

29、在所述三相交流电压信号周期的240°到360°，所述第二dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口短接。

30、根据一些实施例，所述第一极性输入端口为正极输入端口或负极输入端口，所述第二极性输入端口相应地为负极输入端口或正极输入端口。

31、根据一些实施例，所述第一dc-dc变换器包括第一开关元件、第二开关元件、第一电容器和第二电容器构成的半桥电路以及第一隔离变压器，其中：

32、所述第一开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第一开关元件导通或关闭；

33、所述第二开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第二开关元件导通或关闭；

34、所述第二开关元件与所述第一开关元件串联连接在所述第一dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第一电容器与所述第二电容器串联连接在所述第一dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间；

35、所述第一隔离变压器的原边绕组连接在所述第二开关元件与所述第一开关元件之间的串联节点和所述第一电容器与所述第二电容器的串联节点之间；

36、所述第二dc-dc变换器包括：第三开关元件、第四开关元件、第三电容器和第四电容器构成的半桥电路以及第二隔离变压器，其中：

37、所述第三开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第三开关元件导通或关闭；

38、所述第四开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第四开关元件导通或关闭；

39、所述第三开关元件与所述第四开关元件串联连接在所述第二dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第三电容器与所述第四电容器串联连接在所述第二dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间；

40、所述第二隔离变压器的原边绕组连接在所述第三开关元件与所述第四开关元件之间的串联节点和所述第三电容器与所述第四电容器的串联节点之间；

41、所述第三dc-dc变换器包括：第五开关元件、第六开关元件、第五电容器和第六电容器构成的半桥电路以及第三隔离变压器，其中：

42、所述第五开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第五开关元件导通或关闭；

43、所述第六开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第六开关元件导通或关闭；

44、所述第五开关元件与所述第六开关元件串联连接在所述第三dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第五电容器与所述第六电容器串联连接在所述第三dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间；

45、所述第三隔离变压器的原边绕组连接在所述第五开关元件与所述第六开关元件之间的串联节点和所述第五电容器与所述第六电容器的串联节点之间；

46、所述第四dc-dc变换器包括：第七开关元件、第八开关元件、第七电容器和第八电容器构成的半桥电路以及第四隔离变压器，其中：

47、所述第七开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第七开关元件导通或关闭；

48、所述第八开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第八开关元件导通或关闭；

49、所述第七开关元件与所述第八开关元件串联连接在所述第四dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第七电容器与所述第八电容器串联连接在所述第四dc-dc变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间；

50、所述第四隔离变压器的原边绕组连接在所述第七开关元件与所述第八开关元件之间的串联节点和所述第七电容器与所述第八电容器的串联节点之间；

51、所述第一隔离变压器、所述第二隔离变压器、所述第三隔离变压器和所述第四隔离变压器共用副边绕组。

52、根据本技术的另一方面，提供一种车载充电设备，包括：

53、所述车载充电设备应用上述的单级式三相双向变流器。根据本技术的实施例，通过应用单级式电路结构，以及所述交流滤波器与所述单级式交流直流转换模块共用半桥电容，简化了电路结构，降低了功率损耗。应用高频隔离式变压器不仅提高了电路的安全性，更能够在降噪的同时提高电能质量。更有两种实现电路的连接方式，能够使电路适应不同应用场景。

54、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。