Ac-ac转换器设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种AC-AC转换器设备。
【背景技术】
[0002]AC-DC-AC转换器用于通过将AC输入电源(例如，电源)转换成提供给负载的控制的AC输出电源来进行线路调节。负载通常是需要可靠的AC电压和可靠的频率的负载，例如，用于关键任务应用的IT设备。可以从电池或任何其他类型的储能器中提供DC电压。DC电压可以起源于具有合适的能量转换模块的太阳能面板或风力发电机。AC输入可以是通用AC线路电压，并且输出可以是任何AC负载。
[0003]AC-AC转换器通常由AC-DC转换器和DC-AC转换器构成。这两个转换器由DC电压链接在一起，该DC电压由大量电容或任何规定的储能装置在线路周期内过滤和保持恒定。DC电压需要大于线路电压的正半周期和负半周期的最大峰值。在UPS应用中，可能要求中性线由负载和线路电压以及与线路电压同相的负载电压共同使用。在2000 IEEE的Pinheiro等人的“Space vector Modulat1n for Single Phase On-Line Three-Leg UPS，，中显示了一个实例。实现这个目标的一种流行的技术是在半桥配置中将一对线路频率整流开关连接，在线路电压的正半周期中，该配置使中间DC电压的负分支连接至中性线，并且在线路电压的负半周期中，使中间DC电压的正分支连接至中性线。输入AC/DC转换器用作升压调节器，将线路输入AC电压逐步增大为更高的DC电压，同时将输入电流控制为正弦并且将DC电压控制为恒定。输出DC/AC转换器用作降压调节器，将输出AC电压控制为正弦并且与输入电压同相。在图1中显示了典型的三支路单相UPS配置。支路由虚线框Bin、Bout、Be 表不。
[0004]然而，由于中心半桥Be的中心支路CL由输入/输出整流器单元(方框Bin)和输出逆变器单元(方框Bout)共同使用，所以这种类型的电路具有相当大的缺点。由于不能容忍在线路电压与负载电压之间的任何相移，所以需要非常高精度地执行用于控制与中心支路连接的开关的时序。从 0-7803-4489-8/98 IEEE 的 Tamotsu Ninomiya 等人的 “A studyof the High Performance Single Phase UPS”中，记载了在图 2 中显不的现有技术 AC-AC转换器设备。图2示出了具有完全解耦的输入单元(方框Binl、Bin2)和输出单元(方框Boutl、Bout2)的四支路转换器。
[0005]图3示出了具有连接的线路和负载中性线的四支路AC-DC-AC转换器，即，第二 AC输入端ACin2连接至第二 AC输出端ACout2。这个电路相当复杂，具有4个支路和4个电感器。
[0006]图4示出了一种电路，其中，图3的四个支路减少为3个支路和3个电感器，并且该电路通过一些限制相对于AC输入保持AC输出的独立控制的能力。关于图1，一个半桥支路Be由输入/输出单元共同使用。在此处，一个半桥Bin通过输入电感器Linl连接至第一 AC输入端ACinI，另一个半桥Bout通过输出电感器Lout I连接至第一 AC输出端ACout I，而公共半桥Be通过公共电感器Lc连接至第二 AC输入端ACin2。如图4中所示，第二 AC输入端ACin2直接连接至第二 AC输出端ACout2，因此，公共半桥Be还被视为通过公共电感器Lc连接至第二 AC输入端ACin2。开关需要能够阻止正电压并且传导负电流。因此，由于寄生主体-漏极二极管能够在负方向传导电流，所以MOSFET适于具有期望的性能，见图5。
[0007]在高频开关的半桥配置中具有两个MOSFET开关的组合的缺点在于来自恢复缓慢主体-漏极二极管的过度开关损耗。为了克服这个问题并且允许高频开关，以及从以高效率结合的高频开关中获得所有优点，人们必须防止主体漏极二极管传导和允许电流在另一个分支中流动(通过续流)。
[0008]本发明的一个目标在于，提供一种AC-AC转换器设备，该设备实现高效率，并且依然保持了具有允许在线路输入与负载输出电压之间的相移的电路的优势。本发明的另一个目标在于，提供一种损耗减少并且从而具有更高的效率的AC-AC转换器设备。
【发明内容】
[0009]本发明涉及一种AC-AC转换器设备，包括:
[0010]第一和第二 AC输入端；
[0011]第一和第二 AC输出端；
[0012]输入装置，其在输入节点、公共节点、正DC端与负DC端之间连接，其中，所述输入节点通过第一输入电感器连接至第一 AC输入端；
[0013]输出装置，其在输出节点、正DC端与负DC端之间连接，其中，所述输出节点通过输出电感器连接至第一 AC输出端；
[0014]公共装置，其在公共节点、正DC端与负DC端之间连接，其中，所述公共节点通过公共电感器连接至第二 AC输入端；
[0015]控制装置，用于控制所述输出装置和公共装置的开关；
[0016]DC装置在正DC端与负DC端之间连接；
[0017]其中，所述输出装置包括第一和第二输出开关；
[0018]其中，所述公共装置包括第一和第二公共开关；
[0019]其中，所述第二 AC输入端连接至第二 AC输出端；
[0020]其中，所述输入装置包括第一和第二二极管以及在输入节点与公共节点之间连接的双向开关，其中，所述控制装置还控制所述双向开关。
[0021]一方面，所述第一二极管的阳极连接至输入节点并且其阴极连接至正DC端，所述第二二极管的阳极连接至负DC端并且其阴极连接至输入节点。
[0022]一方面，所述双向开关包括第一 BS开关和开关二极管(DBS1、DBS2、DBS3、DBS4)。在此处，所述第一 BS开关的漏极端连接至第一开关二极管的阳极并且连接至第二开关二极管的阳极；所述第一 BS开关的源极端连接至第三开关二极管的阴极并且连接至第四开关二极管的阴极；所述第一开关二极管的阴极和所述第三开关二极管的阳极连接至第一节点，所述第二开关二极管的阴极和所述第四开关二极管的阳极连接至第二节点；所述第一BS开关的控制端连接至控制电路。
[0023]—方面，所述双向开关包括第一 BS开关和第二 BS开关，每个开关包括连接至控制电路的控制端。
[0024]—方面，所述第一 BS开关的漏极端连接至第一节点，所述第二 BS开关的漏极端连接至第三节点，所述第一 BS开关的源极端连接至所述第二 BS开关的源极端。
[0025]—方面，所述第一 BS开关的源极端连接至第一节点，所述第二 BS开关的源极端连接至第三节点，所述第一 BS开关的漏极端连接至所述第二 BS开关的漏极端。
[0026]—方面，所述DC装置是电容器或电池。此外，所述DC装置可以包括额外的DC源。
[0027]—方面，所述公共开关是具有反平行二极管的MOSFET或IGBT。一方面，所述双向开关的第一 BS开关是MOSFET或IGBT。一方面，所述双向开关的第一和第二 BS开关是MOSFETo
【附图说明】
[0028]现在，参照附图，详细描述本发明的实施方式，其中:
[0029]图1-5示出了现有技术的AC-AC转换器设备；
[0030]图6示出了 AC-AC转换器设备的第一实施方式；
[0031]图7示出了 AC-AC转换器设备的第二实施方式；
[0032]图8a示出了图2b的双向开关的放大图；
[0033]图8b示出了双向开关的一个替换的实施方式的放大图；
[0034]图8c示出了双向开关的又一个替换的实施方式的放大图；
[0035]图9示出了用于模拟图7的电路的在PSPICE中使用的模拟模型；
[0036]图10a)-1Oe)示出了模拟的波形；
[0037]图11示出了通过电路的电感器的模拟电流。
【具体实施方式】
[0038]现在，参照图6，不出了一种AC-AC转换器设备I。AC-AC转换器设备I包括第一和第二 AC输入端ACinl、ACin2以及第一和第二 AC输出端ACoutl、ACout2。
[0039]在图6中，具有三个虚线框，表示输入装置Bin、输出装置Bout以及公共装置Be。
[0040]输入装置Bin在输入节点11、公共节点12、正DC端DCP与负DC端DCN之间连接。所述输入节点11通过第一输入电感器Linl连接至第一 AC输入端ACinl。
[0041]首先，详细描述输出装置Bout和公共装置Be。
[0042]输出装置Bout在输出节点13、正DC端DCP与负DC端DCN之间连接。输出节点13通过输出电感器Loutl连接至第一 AC输出端ACoutl。输出装置Bout包括第一和第二输出开关Soutl、Sout2o第一输出开关Soutl在输出节点13与正DC端DCP之间连接，并且第二输出开关Sout2在负DC端DCN与输出节点13之间连接。在图7中，第一输出开关Soutl的源极端连接至输出节点13，并且第一输出开关Soutl的漏极端连接至正DC端DCP。而且，第二输出开关Sout2的源极端连接至负DC端DCN，并且第二输出开关Sout2的漏极端连接至输出节点13。
[0043]公共装置Be在公共节点12、正DC端DCP与负DC端DCN之间连接。公共节点12通过公共电感器Lc连接至第二 AC输入端ACin2。
[0044]应注意的是，第二 AC输入端ACin2直接连接至第二 AC输出端ACout2。因此，公共节点12也通过公共电感器Lc连接至第二 AC输出端ACout2，从而使得框Be内部的元件由装置I的输入和输出侧共同使用。
[0045]公共装置Be包括第一和第二公共开关Scl、Sc2o第一公共开关Scl在公共节点12与正DC端DCP之间连接，并且第二公共开关Sc2在负DC端DCN与公共节点12之间连接。
[0046]在图7中，第一公共开关Scl的源极端连接至公共节点12，并且第一公共开关Scl的漏极端连接至正DC端DCP。而且，第二公共开关Sc2的源极端连接至负DC端DCN，并且第二公共开关Sc2的漏极端