CN102097957A - 三电平输出的升压整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三电平输出的升压整流电路，包括交流正极、交流负极、直流正极、零极和直流负极，第一滤波电容连接在直流正极和零极之间，第二滤波电容连接在直流负极和零极之间；功率电感的一端与交流正极相连，功率电感的另一端经第一正半波二极管、第二正半波二极管、直流正极和第一滤波电容串联至零极，且同时经第一负半波二极管、第二负半波二极管、直流负极和第二滤波电容串联至零极；第一控制开关连接在第一正半波二极管与第二正半波二极管的连接点和零极之间；第二控制开关连接在第一负半波二极管与第二负半波二极管的连接点和零极之间。本发明提供的电路结构简单，便于维护。

Description

三电平输出的升压整流电路

技术领域

本发明涉及一种交流/直流整流技术，尤其涉及一种三电平输出的升压整流电路。

背景技术

近些年来，我国市电电网供电存在供电不足、电压波动大等问题，而各行业、各领域的快速发展对供电质量提出了越来越高的要求，不间断电源(Uninterruptible Power Supply，简称UPS)作为一种稳压稳频纯净化的绿色电源越来越受到人们的关注。升压整流电路用于将电网的交流电压转换成直流电压，是UPS的重要组成部分，也是公共电网与电力电子装置的接口电路，其性能影响公共电网的运行和用电质量。

三电平输出的升压整流电路是将交流电压进行整流、滤波和升压处理后转换为三种电平，包括正电平、负电平和0。现有技术中的三电平输出的升压整流电路主要有以下两种：

一、图1为现有技术的一种三电平输出的升压整流电路结构原理图，如图1所示，该升压整流电路包括两套完整的升压电路，两套升压电路中各自的第一控制开关Q1和第二控制开关Q2分别由第一控制信号P1和第二控制信号P2进行控制。第一控制信号P1和第二控制信号P2为脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation，简称PWM)信号，通常由控制电路(未示出)产生，使第一控制开关Q1和第二控制开关Q2处于开通或关断状态。

该三电平输出的升压整流电路相当于包括两套完整的升压电路，电路需要两个功率电感L，两个滤波电容C，这些器件占整个电路体积和成本的一半以上，造成电路整体体积大，成本高，且存在因使用器件数量多，导致电路调测复杂、故障点增多的问题。

二、图2为现有技术的另一种三电平输出的升压整流电路结构原理图，如图2所示，包括三个滤波电容C、功率电感L、六个整流二极管D以及控制开关Q，该三电平输出的升压整流电路与图1所示的三电平输出的升压整流电路相比电容、功率电感和控制开关的数量减少，但增加两个整流二极管。当控制信号P控制开关Q导通时，两个整流二极管中必有一个导通，且通过导通的整流二极管的电流与通过控制开关Q电流相等，从而在整流二极管上产生了导通损耗。且由于只有一个控制开关Q，使通过单个器件的电流是有限，并且一个控制开关Q的散热面积较小、热阻较大，使控制开关Q散热问题很难处理。基于控制开关Q的电流和散热问题，限制了整个电路的功率级别，致使无法应用于大功率的场合。

发明内容

本发明提供一种三电平输出的升压整流电路，通过改变电路结构，以提高电路可维护性。

本发明提供一种三电平输出的升压整流电路，包括：

交流输入端，所述交流输入端包括交流正极和交流负极；

直流输出端，所述直流输出端包括直流正极、零极和直流负极；

第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容连接在所述直流正极和所述零极之间，所述第二滤波电容连接在所述直流负极和所述零极之间；

功率电感，所述功率电感的一端与所述交流正极相连，所述功率电感的另一端经第一正半波二极管、第二正半波二极管、所述直流正极和所述第一滤波电容串联至零极，且同时经第一负半波二极管、第二负半波二极管、所述直流负极和所述第二滤波电容串联至零极；

第一控制开关，连接在所述第一正半波二极管与所述第二正半波二极管的连接点和所述零极之间，所述第一控制开关在第一控制信号的控制下导通或关断；

第二控制开关，连接在所述第一负半波二极管与所述第二负半波二极管的连接点和所述零极之间，所述第二控制开关在第二控制信号的控制下导通或关断。

如上所述的三电平输出的升压整流电路，还包括：第三滤波电容，连接在所述交流正极和所述交流负极之间。

如上所述的三电平输出的升压整流电路，还包括控制信号产生电路，所述控制信号产生电路包括：

比较器，所述比较器的第一输入端和第二输入端分别与所述交流正极和所述交流负极相连；

第一与门，与所述比较器的输出端和脉冲信号输入端相连，输出第一控制信号；

第二与门，通过反相器与所述比较器的输出端相连，且与所述脉冲信号输入端相连，输出第二控制信号。

如上所述的三电平输出的升压整流电路，还包括：

分压电阻，所述分压电阻包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联后跨接在所述交流正极和所述交流负极之间，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点与所述比较器的第一输入端连接。

由上述技术方案可知，本发明通过改进三电平输出的升压整流电路的结构，使组成电路的元件数量减少，减小了电路的体积，提高了电路的可维护性。

附图说明

图1为现有技术的一种三电平输出的升压整流电路结构原理图；

图2为现有技术的另一种三电平输出的升压整流电路结构原理图；

图3为本发明实施例一提供的三电平输出的升压整流电路结构原理图；

图4为本发明实施例二提供的控制信号产生电路结构原理图；

图5为三相交流电压的三电平输出的升压整流电路结构原理图。

附图标记：

H-交流正极；     N-交流负极；       L-储能电感；

C-滤波电容；     D-整流二极管；     Q-控制开关；

Q1-第一控制开关；Q2-第二控制开关；  P-控制信号；

P1-第一控制信号；P2-第二控制信号；  +HDC-直流正极；

-HDC-直流负极；  Z-零极；           C1-第一滤波电容；

C2-第二滤波电容；C3-第三滤波电容；  D1-第一正半波二极管；

R1-第一电阻；    R2-第二电阻；      D2-第一负半波二极管；

U-比较器；       AND1-第一与门；    D3-第二正半波二极管；

NOT-反相器；     AND2-第二与门；    D4-第二负半波二极管；

A、B、C-三相。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。

实施例一

图3为本发明实施例一提供的三电平输出的升压整流电路结构原理图，如图3所示，该三电平输出的升压整流电路包括：交流输入端、直流输出端、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、功率电感L、第一正半波二极管D1、第一负半波二极管D2、第一控制开关Q1和第二控制开关Q2。交流输入端包括交流正极H和交流负极N，直流输出端包括直流正极+HDC、零极Z和直流正极-HDC，第一滤波电容C1连接在直流正极+HDC和零极Z之间，第二滤波电容C2连接在直流正极-HDC和零极Z之间，功率电感L的一端与交流正极H相连，功率电感L的另一端经第一正半波二极管D1、第二正半波二极管D3、直流正极+HDC和第一滤波电容C1串联至零极Z，且同时经第一负半波二极管D2、第二负半波二极管D4、直流正极-HDC和第二滤波电容C2串联至零极Z，第一控制开关Q1，连接在第一正半波二极管D1与第二正半波二极管D3的连接点和零极Z之间，第一控制开关Q1在第一控制信号P1的控制下导通或关断，第二控制开关Q2，连接在第一负半波二极管D2与第二负半波二极管D4的连接点和零极Z之间，第二控制开关Q2在第二控制信号P2的控制下导通或关断。

该三电平输出的升压整流电路的具体工作过程为：当输入的交流电压处于交流正半波时，第二控制开关Q2在第二控制信号P2的控制下一直处于关断状态，第一控制开关Q1在第一控制信号P1的控制下在导通和关断状态间变化，当第一控制开关Q1处于导通状态时，电流从交流正极H通过功率电感L、第一正半波二极管D1和零极Z，回到交流负极N，利用功率电感L电流不能突变的特性，功率电感L进行储能。当第一控制开关Q1处于关断状态时，交流正极H、功率电感L、第一正半波二极管D1、第二正半波二极管D3、第一滤波电容C1、零极Z和交流负极N之间的回路连通，功率电感L中储存的能量释放，使输出电压高于输入电压，通过第一滤波电容C1滤波后，输出为直流正电平。通常第一控制信号P1的频率远高于输入的交流电压的频率，通过改变第一控制开关Q1的导通/关断时间比，可以调整输出的直流电压。当输入的交流电压处于交流负半波时，第一控制开关Q1在第一控制信号P1的控制下一直处于关断状态，第二控制开关Q2在第二控制信号P2的控制下处于导通或关断状态，工作原理与输入的交流电压处于交流正半波时相同，输出为直流负电平，此不再赘述。

该三电平输出的升压整流电路结构简单，可以减小电路的整体体积，便于散热，便于维护。且通过两个控制开关的设置，提高了电路的功率级别，扩大了其应用领域。

在本实施例中，该三电平输出的升压整流电路还可以包括第三滤波电容C3，连接在交流正极H和交流负极N之间，通过第三滤波电容C3的设置，可以进一步提高电路的滤波效果，使输出的直流电压波形更加平滑。

实施例二

本发明各实施例中的第一控制信号P1和第二控制信号P2具体通过控制电路来产生，实施例二给出了一种控制信号产生电路的具体实施方式，但并不用于限制本发明。图4为本发明实施例二提供的控制信号产生电路结构原理图，如图4所示，该控制信号产生电路包括比较器U、第一与门AND1、第二与门AND2和反相器NOT。比较器U的第一输入端和第二输入端分别与交流正极H和交流负极N相连，第一与门AND1与比较器U的输出端和脉冲信号输入端相连，输出第一控制信号P1，第二与门AND2通过反相器NOT与比较器U的输出端相连，且与脉冲信号输入端相连，输出第二控制信号P2。

该控制信号产生电路的具体工作过程为：当输入的交流电压处于交流正半波时，比较器U的输出为高电平，该高电平输入至第一与门AND1，使第一与门AND1的输出与脉冲制信号相同，脉冲信号通常由其他的控制电路(未示出)产生。该高电平通过反相器NOT反向为低电平后输入至第二与门AND2，使第二与门AND2的输出为低电平。当输入的交流电压处于交流负半波时，比较器U的输出为低电平，该低电平通过反相器NOT反向为高电平后输入至第二与门AND2，使第二与门AND2的输出与脉冲信号相同，该低电平输入至第一与门AND1，使第一与门AND1的输出为低电平。

脉冲信号通过该控制信号产生电路可以转换成两个不同的控制信号来分别控制第一控制开关Q1和第二控制开关Q2，不需要分别通过不同的控制信号产生电路来实现，使电路结构简化，提高了电路的可维护性。

在本实施例中，控制信号产生电路还可以包括分压电阻，分压电阻包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2串联后跨接在交流正极H和交流负极N之间，第一电阻R1和第二电阻R2的连接点与比较器U的第一输入端连接。通过两个分压电阻的设置，使输入到比较器U的电压降低，提高了对比较器U的保护效果。

本发明上述任意实施例提供的三电平输出的升压整流电路不仅可以用于单相交流电压的三电平输出的升压整流，还可以用于三相交流电压的三电平输出的升压整流。图5所示为将一种三电平输出的升压整流电路应用于三相交流电压的三电平输出的升压整流的电路结构原理图。将三套三电平输出的升压整流电路分别与三相交流电的三相输入端连接，三相分别为A、B和C，各相交流电的三电平输出的升压整流方式与单相交流电的三电平输出的升压整流方式相同，此不再赘述。

本发明提供的三电平输出的升压整流电路，通过优化电路结构，使电路易于实现，便于维护，也提高了电路的稳定性。且通过控制信号产生电路对控制信号进行转换，简化了电路结构，也使电路测试程序得到简化，降低了设备成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种三电平输出的升压整流电路，其特征在于，包括：

交流输入端，所述交流输入端包括交流正极和交流负极；

直流输出端，所述直流输出端包括直流正极、零极和直流负极；

第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容连接在所述直流正极和所述零极之间，所述第二滤波电容连接在所述直流负极和所述零极之间；

功率电感，所述功率电感的一端与所述交流正极相连，所述功率电感的另一端经第一正半波二极管、第二正半波二极管、所述直流正极和所述第一滤波电容串联至零极，且同时经第一负半波二极管、第二负半波二极管、所述直流负极和所述第二滤波电容串联至零极；

第一控制开关，连接在所述第一正半波二极管与所述第二正半波二极管的连接点和所述零极之间，所述第一控制开关在第一控制信号的控制下导通或关断；

第二控制开关，连接在所述第一负半波二极管与所述第二负半波二极管的连接点和所述零极之间，所述第二控制开关在第二控制信号的控制下导通或关断。

2.根据权利要求1所述的三电平输出的升压整流电路，其特征在于，还包括：第三滤波电容，连接在所述交流正极和所述交流负极之间。

3.根据权利要求1所述的三电平输出的升压整流电路，其特征在于，还包括控制信号产生电路，所述控制信号产生电路包括：

比较器，所述比较器的第一输入端和第二输入端分别与所述交流正极和所述交流负极相连；

第一与门，与所述比较器的输出端和脉冲信号输入端相连，输出第一控制信号；

第二与门，通过反相器与所述比较器的输出端相连，且与所述脉冲信号输入端相连，输出第二控制信号。

4.根据权利要求3所述的三电平输出的升压整流电路，其特征在于，还包括：

分压电阻，所述分压电阻包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联后跨接在所述交流正极和所述交流负极之间，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点与所述比较器的第一输入端连接。

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