CN108011507B - 一种软上电系统、设备及其软上电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种软上电系统、设备及其软上电方法，软上电系统包括：基于IGBT的开关单元、不控整流单元、boost升压单元和电解电容。通过把开关单元设置在交流侧或直流侧，利用交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值的变化实现对开关单元的导通和关断的控制，并在导通时，实现对电解电容的充电。本发明电路结构简单，控制方法清晰明了，可用于单相或三相电路中，开关单元的设置方便，几乎能适应所有的电力电子变换器；上电电流超调小，能够实现软上电；上电启动阶段的储能电容电压按照期望曲线上升，电解电容寿命长。

Description

一种软上电系统、设备及其软上电方法

技术领域

本发明涉及电力电子变换器技术领域，特别是涉及一种基于IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的无限流电阻的软上电系统、设备及其软上电方法。

背景技术

电力电子变换装置是由电力半导体器材、导电母线以及仪表等组成的可完成电能性质转换的一个整体控制电路。电力电子技术研究的目的就是利用高性能的电力半导体器件，应用先进的控制理论和手段来对这些电力扳道器器件进行控制，以达到对电能形式转换的要求。目前，单相交流电源供电的电力电子变换装置应用范围十分广泛，其中单相有源功率因数校正器已经广泛地应用到变频家电功率电路交直交变换器的前级电路，实现AC-DC变换和消除谐波污染。有桥单相有源功率因数校正器包括两部分：单相二极管不控整流桥和boost升压电路。单相功率因数校正器输出端与电解电容相连，经过滤波电容滤波后为后级开关电源供电。为使得开关电源获得稳定的电压，必须要减小单相功率因数校正器输出电压的纹波，因此需要使用大容量的电解电容，但是在单相交流电源上电时，大容量的电解电容会造成大的冲击电流，导致电流波形畸变造成谐波污染，更严重的是，大电流可能会破坏电路元件，导致电路不能启动或者电路故障，所以采取上电限流措施对电路的正常启动有十分重要的作用。

通常，在电路中串联限流电阻以限制上电电流，根据是否切除限流电阻可以将其分为两类：

(1)启动结束后利用继电器切除限流电阻；采用此种方法，在切除电阻时，会造成二次电流的冲击；

(2)串联负温度特性的NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)热敏电阻，启动结束后不切除限流电阻，采用此种方法，在大电流的情况下，电阻损耗过大。

经过对现有技术的检索发现，使用限流电阻的软上电电路均存在或多或少的缺陷，因此，本领域的技术人员致力于寻找一种行之有效的软上电系统。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种软上电系统、设备及其软上电方法，用于解决现有技术中的使用限流电阻实现软上电所带来的二次电流冲击或电阻损耗过大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种软上电系统，用于实现位于所述软上电系统的后级开关电源的软上电，所述软上电系统包括：基于IGBT的开关单元、不控整流单元、boost升压单元和电解电容；所述不控整流单元的第一端和第四端分别连接在交流电源的两端；第二端与所述boost升压单元的第一端连接，第三端分别与所述boost升压单元的第二端和所述电解电容的负极连接；所述boost升压单元的第一端与所述不控整流单元的第二端相连；第二端分别与所述不控整流单元的第三端和所述电解电容的负极连接；第三端与所述电解电容的正极相连；所述后级开关电源连接在所述电解电容的两端；所述开关单元连接在所述交流电源和所述不控整流单元的第一端之间，或者所述开关单元连接在所述电解电容和所述boost升压单元的第二端之间；所述开关单元随所述交流电源提供的交流电压的变化而导通或关断，并且，所述交流电源在导通时对所述电解电容充电；在所述电解电容的电压到达最大值时，实现对所述后级开关电源的软上电。

于本发明的一实施例中，所述开关单元是连接在所述交流电源和所述不控整流单元的第一端之间时，所述开关单元由反向串联的IGBT构成。

于本发明的一实施例中，所述开关单元连接在所述电解电容和所述boost升压单元的第二端之间时，所述开关单元采用第一IGBT；所述第一IGBT的集电极与所述电解电容的负极连接；发射极与所述boost升压单元的第三端连接。

于本发明的一实施例中，所述不控整流单元包括：第一功率二极管、第二功率二极管、第三功率二极管和第四功率二极管；其中，所述第一功率二极管的正极作为所述不控整流单元的第一端，分别与所述开关单元的和所述第三功率二极管的负极相连，负极与所述第二功率二极管的负极相连；所述第二功率二极管的负极作为所述不控整流单元的第二端，还与所述boost升压单元的第一端连接；正极分别与所述交流电源的另一端和所述第四功率二极管的负极连接；所述第三功率二极管的正极作为所述不控整流单元的第三端，分别与所述第四功率二极管的正极、所述boost升压单元的第二端以及所述电解电容的负极连接，负极分别与所述开关单元的另一端和所述第一功率二极管的正极相连；所述第四功率二极管的正极分别与所述第三功率二极管的正极、所述boost升压单元的第二端和所述电解电容的负极相连接；负极作为所述不控整流单元的第四端，分别与所述交流电源的另一端和所述第二功率二极管的正极相连；或者所述第一功率二极管的正极作为所述不控整流单元的第一端，分别与所述交流电源的一端和所述第三功率二极管的负极相连；负极与所述第二功率二极管的负极相连；所述第二功率二极管的负极作为所述不控整流单元的第二端，还与所述boost升压单元的第一端连接；正极分别与所述交流电源的另一端和所述第四功率二极管的负极连接；所述第三功率二极管的正极作为所述不控整流单元的第三端，分别与所述开关单元的一端、所述第四功率二极管的正极、所述boost升压单元的第二端以连接；负极分别与所述交流电源的一端和所述第一功率二极管的正极相连；所述第四功率二极管的正极分别与所述第三功率二极管的正极、所述boost升压单元的第二端、所述开关单元的一端相连接；负极作为所述不控整流单元的第四端，分别与所述交流电源的另一端和所述第二功率二极管的正极相连。

于本发明的一实施例中，所述软上电系统还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容连接在所述第一功率二极管的正极和所述第四功率二极管的负极之间。

于本发明的一实施例中，所述boost升压单元包括升压电感、第五功率二极管和第二IGBT；其中，所述升压电感的一端作为所述boost升压单元的第一端与所述不控整流单元的第二端相连，另一端分别与所述第五功率二极管的正极和所述第二IGBT的集电极连接；所述第五功率二极管的正极与所述升压电感的另一端连接，负极作为所述boost升压单元的第三端与所述电解电容的正极相连；所述第二IGBT的集电极分别与所述升压电感的另一端和所述第五功率二极管的正极相连；发射极作为所述boost升压单元的第二端，分别与所述不控整流单元的第三端和所述电解电容的负极相连；或者，所述升压电感的一端作为所述boost升压单元的第一端与所述不控整流单元的第二端相连，另一端分别与所述第五功率二极管的正极和所述第二IGBT的集电极连接；所述第五功率二极管的正极与所述升压电感的另一端连接，负极作为所述boost升压单元的第三端与所述电解电容的正极相连；所述第二IGBT的集电极分别与所述升压电感的另一端和所述第五功率二极管的正极相连；发射极作为所述boost升压单元的第二端，分别与所述不控整流单元的第三端和所述开关单元的一端相连。

于本发明的一实施例中，所述软上电系统还包括下拉电阻、第二滤波电容和第六功率二极管；所述下拉电阻连接在所述boost升压单元的第一端和第二端之间；所述第二滤波电容连接在所述电解电容的两端；或者，所述第二滤波电容的一端与所述电解电容的正极相连，另一端与所述开关单元的一端相连；所述第六功率二极管的正极与所述不控整流单元的第二端连接，负极与所述电解电容的正极连接。

本发明还公开了一种软上电设备，其采用如上所述的软上电系统。

本发明还公开了一种软上电方法，用于实现位于所述软上电系统的后级开关电源的软上电，所述软上电方法包括：接通所述软上电系统的交流电源，所述软上电系统的boost升压单元的第二IGBT关断；对所述软上电系统的电解电容进行充电：在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值小于电压阈值时，所述软上电系统的基于IGBT的开关单元导通，所述软上电系统的所述开关单元、不控整流单元、所述电解电容和所述boost升压电路的升压电感、第五功率二极管构成回路，对所述电解电容进行充电状态，所述电解电容的电压升高；在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值大于所述电压阈值时，所述开关单元关断，不对所述电解电容进行充电，所述电解电容的电压保存不变；当所述电解电容的电压达到最大值，所述第二IGBT导通，对所述后级开关电源实现软上电；其中，所述电压阈值与所述电解电容的电压成正比，且所述开关单元的导通时间随着所述电解电容的电压的升高而变长，在所述电解电容的电压达到最大值时，所述开关单元保持导通状态。

本发明公开了一种软上电方法，用于实现位于所述软上电系统的后级开关电源的软上电，所述软上电方法包括：接通所述软上电系统的交流电源，所述软上电系统的boost升压单元的第二IGBT关断；对所述软上电系统的电解电容进行充电：在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值小于电压阈值时，所述软上电系统的基于IGBT的开关单元导通，所述软上电系统的所述开关单元、不控整流单元、所述电解电容和所述第六功能二极管构成回路，对所述电解电容进行充电状态，所述电解电容的电压升高；在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值大于所述电压阈值时，所述开关单元关断，不对所述电解电容进行充电，所述电解电容的电压保存不变；当所述电解电容的电压达到最大值时，所述第二IGBT导通，对所述后级开关电源实现软上电；其中，所述电压阈值与所述电解电容的电压成正比，且所述开关单元的导通时间随着所述电解电容的电压的升高而变长，在所述电解电容的电压达到最大值时，所述开关单元保持导通状态。

如上所述，本发明的一种软上电系统、设备及其软上电方法，在现有的有桥单相有源功率因数校正器的基础上增加了基于IGBT的开关单元，利用交流电源的电压变化调节基于IGBT的开关单元的导通和关断时间，从而控制电解电容的充电，使得电解电容的电压能够按照期望曲线逐渐上升，有效延长了电解电容的使用寿命；并且，通过IGBT的导通和关断控制电解电容的分次充电，使得上电电流超调小，实现软上电。本发明的电路结构简单，控制方法清晰明了，可用于单相或三相电路中，作为开关单元使用的IGBT或既可放置在交流侧，也可放置在直流侧，几乎能够适用于所有的电力电子变换器中，适用范围广泛。

附图说明

图1显示为本发明实施例公开的一种软上电系统的电路原理结构示意图。

图2显示为本发明另一实施例公开的一种软上电系统的电路原理结构示意图。

图3显示为本发明实施例公开的一种软上电方法的结构示意图。

图4显示为本发明实施例公开的一种软上电方法中，开关单元的状态以及电解电容的电压的随交流电源的交流电压的幅值变化的曲线示意图。

元件标号说明

110 不控整流单元

120 Boost升压单元

200 后级开关电源

S31～S33 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅附图，需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的一种软上电系统、设备及其软上电方法，在现有的有桥单相有源功率因数校正器的基础上增加了基于IGBT的开关单元，基于IGBT的开关单元依据交流电源的电压变化而导通或关断，并导通时间内，对电解电容进行充电，使得上电电流可调，在不增加限流电阻的情况下，实现了软上电。

实施例1

本实施例提供了一种基于IGBT的无限流电阻的软上电系统，如图1所示，包括：作为开关单元的反向串联的IGBT S0、不控整流单元110、boost升压单元120和电解电容EC1。

其中，反向串联的IGBT S0的一端与交流电源的一端相连，另一端与不控整流单元120的第一端相连。

不控整流单元110为不控整流桥，其第一端与反向串联的IGBT S0相连，第二端与boost升压单元120的第一端相连；第三端分别与boost升压单元的第二端和电解电容EC1的负极相连。

不控整流桥包括第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3和第四功率二极管D4。其中，

第一功率二极管D1的正极作为不控整流单元110的第一端，与反向串联的IGBT S0的另一端相连；负极分别与第二功率二极管的负极和boost升压单元的第一端连接；

第二功率二极管D2的正极分别与交流电源和第四功率二极管D4的负极连接，负极作为不控整流单元110的第二端，分别与第一功率二极管D1的负极和boost升压单元120的第一端连接；

第三功率二极管D3的正极作为不控整流单元110的第三端，分别与第四功率二极管D4的正极、boost升压单元的第二端和电解电容EC1的负极连接；负极分别与反向串联的IGBT S0的另一端和第一功率二极管D1的正极连接；

第四功率二极管D4的正极分别与第三功率二极管D3的正极、boost升压单元120的第二端和电解电容的负极相连；负极作为不控整流单元110的第四端，分别与交流电源的另一端和第二功率二极管D2的正极相连。

并且，第三功率二极管D3的正极和第四功率二极管D4的正极接地。

Boost升压单元采用boost升压电路(the boost converter)，其是一种常见的开关直流升压电路，用于使输出电压高于输入电压。优选地boost升压电路包括升压电感L1、第五功率二极管D5和第二IGBT S1。并且，

升压电感L1的一端作为boost升压单元120的第一端，与不控整流单元110的第二端相连，即与不控整流桥的第二功率二极管D2的负极相连，另一端分别与第五功率二极管D5的正极和第二IGBT S1的集电极相连；

第五功率二极管D5的正极分别与升压电感L1的另一端和第二IGBT S1的集电极相连，负极作为boost升压单元120的第三端，与电解电容EC1的正极相连；

第二IGBT S1的集电极分别与升压电感L1的另一端和第五功率二极管D5的正极相连；发射极作为boost升压单元120的第二端，与电解电容EC1的负极相连。

软上电系统的后级开关电源200并联在电解电容EC1的两端。

反向串联的IGBT S0、不控整流单元110的4个功率二极管D1-D4、升压电感L1、第五功率二极管D5和电解电容EC1构成软上电回路。反向串联的IGBT S0依据交流电源的交流电压u_i的变化而导通或关断，并在反向串联的IGBT S0处于导通状态时，交流电源对电解电容EC1进行充电。在电解电容EC1的电压u_o达到最大值时，对后级开关电源200进行软上电。

进一步地，在本实施例中，交流电源优选为220V的单相交流电源；5个功率二极管(D1-D5)优选600V/25A/100℃的功率二极管；升压电感优选采用500μH；电解电容EC1优选采用400V/3300μF的储能电解电容；反向串联的IGBT S0优选为控制上电电流的600V/25A/100℃的IGBT；第二IGBT S1优选为用于控制流过升压电感L1的电流，使得功率因数为1的600V/25A/100℃的IGBT。

软上电系统还包括第一滤波电容C1、第二滤波电容C2和下拉电阻R1。第一滤波电容C1连接在不控整流单元110的第一功率二极管D1的正极和第四功率二极管D4的负极之间；第二滤波电容C2连接在电解电容EC1的两端；下拉电阻R1连接在升压电感和第二IGBTS1的发射极之间。其中，第一滤波电容C1和第二滤波电容优选采用2.0μF/400V的电容；下拉电阻R1采用100kΩ/100℃，10W的电阻。

此外，软上电系统还包括第六功率二极管D6，第六功率二极管D6的正极分别与不控整流单元110的第二端(即第二功率二极管D2的负极)和boost升压单元120的第一端(即升压电感L1的一端)连接；负极分别与boost升压单元120的第三端(即第五功率二极管の的负极)和电解电容EC1的正极相连。反向串联的IGBT S0、不控整流单元110的4个功率二极管D1-D4、第六功率二极管D6和电解电容EC1构成软上电回路，用于为电解电容EC1充电。并且，第六功率二极管D6优选600V/25A/100℃的功率二极管。

此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

实施例2，

本实施例提供了一种基于IGBT的无限流电阻的软上电系统，如图2所示，包括：作为开关单元的第一IGBT S2、不控整流单元110、boost升压单元120和电解电容EC1。

其中，不控整流单元110为不控整流桥，其第一端与交流电源的一端相连，第二端与boost升压单元120的第一端相连；第三端分别与boost升压单元的第二端和第一IGBT S2的发射极相连。

不控整流桥包括第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3和第四功率二极管D4。其中，

第一功率二极管D1的正极作为不控整流单元110的第一端，与交流电源的一端相连；负极分别与第二功率二极管的负极和boost升压单元的第一端连接；

第二功率二极管D2的正极分别与交流电源和第四功率二极管D4的负极连接，负极作为不控整流单元110的第二端，分别与第一功率二极管D1的负极和boost升压单元120的第一端连接；

第三功率二极管D3的正极作为不控整流单元110的第三端，分别与第四功率二极管D4的正极、boost升压单元的第二端和第一IGBT S2的发射极连接；负极分别与交流电源的一端和第一功率二极管D1的正极连接；

第四功率二极管D4的正极分别与第三功率二极管D3的正极、boost升压单元120的第二端和第一IGBT S2的发射极相连；负极作为不控整流单元110的第四端，分别与交流电源的另一端和第二功率二极管D2的正极相连。

并且，第三功率二极管D3的正极和第四功率二极管D4的正极接地。

Boost升压单元采用boost升压电路(the boost converter)，其是一种常见的开关直流升压电路，用于使输出电压高于输入电压。优选地boost升压电路包括升压电感L1、第五功率二极管D5和第二IGBT S1。并且，

升压电感L1的一端作为boost升压单元120的第一端，与不控整流单元110的第二端相连，即与不控整流桥的第二功率二极管D2的负极相连，另一端分别与第五功率二极管D5的正极和第二IGBT S1的集电极相连；

第五功率二极管D5的正极分别与升压电感L1的另一端和第二IGBT S1的集电极相连，负极作为boost升压单元120的第三端，与电解电容EC1的正极相连；

第二IGBT S1的集电极分别与升压电感L1的另一端和第五功率二极管D5的正极相连；发射极作为boost升压单元120的第二端，与第一IGBT S2的发射极相连。

第一IGBT S2的发射极分别与第三功率二极管D3的正极、第四功率二极管D4的正极以及第二IGBT S1的发射极相连，集电极与电解电容EC1的负极相连。

软上电系统的后级开关电源200并联在电解电容EC1的两端。

第一IGBT S2、不控整流单元110的4个功率二极管D1-D4、升压电感L1、第五功率二极管D5和电解电容EC1构成软上电回路。第一IGBT S2依据交流电源的交流电压u_i的幅值变化而导通或关断，并在第一IGBT S2处于导通状态时，交流电源对电解电容EC1进行充电。在电解电容EC1的电压u_o达到最大值时，对后级开关电源200进行软上电。

进一步地，在本实施例中，交流电源优选为220V的单相交流电源；5个功率二极管(D1-D5)优选600V/25A/100℃的功率二极管；升压电感优选采用500μH；电解电容EC1优选采用400V/3300μF的储能电解电容；第一IGBT S2优选为控制上电电流的600V/25A/100℃的IGBT；第二IGBT S1优选为用于控制流过升压电感L1的电流，使得功率因数为1的600V/25A/100℃的IGBT。

软上电系统还包括第一滤波电容C1、第二滤波电容C2和下拉电阻R1。第一滤波电容C1连接在不控整流单元110的第一功率二极管D1的正极和第四功率二极管D4的负极之间；第二滤波电容C2的一端与电解电容EC1的正极连接，另一端与第一IGBT S2的发射极相连；下拉电阻R1连接在升压电感和第二IGBT S1的发射极之间。其中，第一滤波电容C1和第二滤波电容优选采用2.0μF/400V的电容；下拉电阻R1采用100kΩ/100℃，10W的电阻。

此外，软上电系统还包括第六功率二极管D6，第六功率二极管D6的正极分别与不控整流单元110的第二端(即第二功率二极管D2的负极)和boost升压单元120的第一端(即升压电感L1的一端)连接；负极分别与boost升压单元120的第三端(即第五功率二极管の的负极)和电解电容EC1的正极相连。第一IGBT S2、不控整流单元110的4个功率二极管D1-D4、第六功率二极管D6和电解电容EC1构成软上电回路，用于为电解电容EC1充电。并且，第六功率二极管D6优选600V/25A/100℃的功率二极管

此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

实施例3

本实施例公开了一种采用实施例1所公开的软上电系统进行软上电的方法，如图3所示，具体包括：

步骤S31，接通所述软上电系统的交流电源，所述软上电系统的boost升压单元的第二IGBT关断；

步骤S32，对所述软上电系统的电解电容进行充电：

本实施例对电解电容的充电过程参见图4，图4中的第一条曲线为交流电源的电压的幅值的绝对值的波形图；第二条柱状波为开关单元的导通关断状态图；第三条是交流电源的电压波形图；第四条是电解电容的电压变换曲线图。

交流电源提供的电流随时间作周期性变化。如图4所示，本实施例采用的交流电源提供的交流电压是呈正弦变化的：

所述交流电源提供的交流电压u_i的幅值的绝对值小于电压阈值，该电压阈值受电解电容的电压的幅值影响，最初接通交流电源时，由于电解电容的电压为0，因此电压阈值也接近0，此时所述软上电系统中基于IGBT的开关单元导通，软上电系统的开关单元、不控整流单元、电解电容和boost升压电路的升压电感、第五功率二极管构成回路，交流电源为电解电容充电，电解电容的电压u_o升高；升压电感能够起到抑制电流突变的作用；

在交流电源提供的交流电压u_i的幅值的绝对值大于电压阈值时，开关单元关断，不对电解电容进行充电，电解电容的电压u_o保持不变；

当交流电源提供的交流电压u_i的幅值的绝对值再次小于电压阈值，此时，由于电解电容已经有了一定的电压，具备一定的幅值，因此对应的电压阈值也会变大，也就是说，当交流电压的幅值的绝对值再次小于电压阈值时，开关单元自然导通，且导通时间有所增加，交流电源再次为电解电容充电，电解电容的电压u_o升高；

当交流电源的电压u_i的幅值的绝对值再次大于电压阈值，再次关断开关单元，不对电解电容进行充电，电解电容的电压u_o再次保持不变；该过程不断进行，直至电解电容电压u_o上升至最大值。在电解电容的电压达到最大值时，开关单元保持导通。

步骤S33，当所述电解电容的电压达到最大值，所述第二IGBT导通，对所述后级开关电源实现软上电；第二IGBT S1按照功率因数矫正的要求正常通断。

在采用反向串联的IGBT作为开关单元时，反向串联的IGBT采用三角载波或线性的调制波，当调制波幅值大于载波时，输出脉冲电压，从而满足反向串联的IGBT的导通时间不断增加的要求。

实施例4

本实施例公开了一种采用实施例1或2所公开的软上电系统进行软上电的方法，其与实施例3所公开的软上电方法相似，只是在对电解电容进行充电时，其软上电回路有所差异。本实施例的采用的软上电回路为开关单元、不控整流单元的4个功率二极管(D1-D4)、第六功率二极管和电解电容。

综上所述，本发明的一种软上电系统、设备及其软上电方法，在现有的有桥单相有源功率因数校正器的基础上增加了基于IGBT的开关单元，利用交流电源的电压变化调节基于IGBT的开关单元的导通和关断时间，从而控制电解电容的充电，使得电解电容的电压能够按照期望曲线逐渐上升，有效延长了电解电容的使用寿命；并且，通过IGBT的导通和关断控制电解电容的分次充电，使得上电电流超调小，实现软上电。本发明的电路结构简单，控制方法清晰明了，可用于单相或三相电路中，作为开关单元使用的IGBT或既可放置在交流侧，也可放置在直流侧，几乎能够适用于所有的电力电子变换器中，适用范围广泛。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种软上电系统，其特征在于，用于实现位于所述软上电系统后的后级开关电源的软上电，所述软上电系统包括：基于IGBT的开关单元、不控整流单元、boost升压单元和电解电容；

所述不控整流单元的第一端和第四端分别连接在交流电源的两端；所述不控整流单元的第二端与所述boost升压单元的第一端连接，所述不控整流单元的第三端分别与所述boost升压单元的第二端和所述电解电容的负极连接；

所述boost升压单元的第一端与所述不控整流单元的第二端相连；所述boost升压单元的第二端分别与所述不控整流单元的第三端和所述电解电容的负极连接；所述boost升压单元的第三端与所述电解电容的正极相连；

所述后级开关电源连接在所述电解电容的两端；

所述开关单元连接在所述交流电源和所述不控整流单元的第一端之间，或者所述开关单元连接在所述电解电容和所述boost升压单元的第二端之间；

所述开关单元随所述交流电源提供的交流电压的变化而导通或关断，在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值小于电压阈值时，所述开关单元导通；在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值大于所述电压阈值时，所述开关单元关断，所述电压阈值与所述电解电容的电压成正比；并且，所述交流电源在导通时对所述电解电容充电；在所述电解电容的电压到达最大值时，实现对所述后级开关电源的软上电。

2.根据权利要求1所述的软上电系统，其特征在于：所述开关单元是连接在所述交流电源和所述不控整流单元的第一端之间时，所述开关单元由反向串联的IGBT构成。

3.根据权利要求1所述的软上电系统，其特征在于：所述开关单元连接在所述电解电容和所述boost升压单元的第二端之间时，所述开关单元采用第一IGBT；所述第一IGBT的集电极与所述电解电容的负极连接；所述第一IGBT的发射极与所述boost升压单元的第三端连接。

4.根据权利要求1所述的软上电系统，其特征在于：所述不控整流单元包括：第一功率二极管、第二功率二极管、第三功率二极管和第四功率二极管；其中，

所述第一功率二极管的正极作为所述不控整流单元的第一端，分别与所述开关单元的另一端和所述第三功率二极管的负极相连，所述第一功率二极管的负极与所述第二功率二极管的负极相连；

所述第二功率二极管的负极作为所述不控整流单元的第二端，还与所述boost升压单元的第一端连接；所述第二功率二极管的正极分别与所述交流电源的另一端和所述第四功率二极管的负极连接；

所述第三功率二极管的正极作为所述不控整流单元的第三端，分别与所述第四功率二极管的正极、所述boost升压单元的第二端以及所述电解电容的负极连接，所述第三功率二极管的负极分别与所述开关单元的另一端和所述第一功率二极管的正极相连；

所述第四功率二极管的正极分别与所述第三功率二极管的正极、所述boost升压单元的第二端和所述电解电容的负极相连接；所述第四功率二极管的负极作为所述不控整流单元的第四端，分别与所述交流电源的另一端和所述第二功率二极管的正极相连；或者

所述第一功率二极管的正极作为所述不控整流单元的第一端，分别与所述交流电源的一端和所述第三功率二极管的负极相连；所述第一功率二极管的负极与所述第二功率二极管的负极相连；

所述第二功率二极管的负极作为所述不控整流单元的第二端，还与所述boost升压单元的第一端连接；所述第二功率二极管的正极分别与所述交流电源的另一端和所述第四功率二极管的负极连接；

所述第三功率二极管的正极作为所述不控整流单元的第三端，分别与所述开关单元的一端、所述第四功率二极管的正极、所述boost升压单元的第二端连接；所述第三功率二极管的负极分别与所述交流电源的一端和所述第一功率二极管的正极相连；

所述第四功率二极管的正极分别与所述第三功率二极管的正极、所述boost升压单元的第二端、所述开关单元的一端相连接；所述第四功率二极管的负极作为所述不控整流单元的第四端，分别与所述交流电源的另一端和所述第二功率二极管的正极相连。

5.根据权利要求4所述的软上电系统，其特征在于：所述软上电系统还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容连接在所述第一功率二极管的正极和所述第四功率二极管的负极之间。

6.根据权利要求1所述的软上电系统，其特征在于：所述boost升压单元包括升压电感、第五功率二极管和第二IGBT；其中，

所述升压电感的一端作为所述boost升压单元的第一端与所述不控整流单元的第二端相连，所述升压电感的另一端分别与所述第五功率二极管的正极和所述第二IGBT的集电极连接；

所述第五功率二极管的正极与所述升压电感的另一端连接，所述第五功率二极管的负极作为所述boost升压单元的第三端与所述电解电容的正极相连；

所述第二IGBT的集电极分别与所述升压电感的另一端和所述第五功率二极管的正极相连；所述第二IGBT的发射极作为所述boost升压单元的第二端，分别与所述不控整流单元的第三端和所述电解电容的负极相连；或者，

所述升压电感的一端作为所述boost升压单元的第一端与所述不控整流单元的第二端相连，所述升压电感的另一端分别与所述第五功率二极管的正极和所述第二IGBT的集电极连接；

所述第五功率二极管的正极与所述升压电感的另一端连接，所述第五功率二极管的负极作为所述boost升压单元的第三端与所述电解电容的正极相连；

所述第二IGBT的集电极分别与所述升压电感的另一端和所述第五功率二极管的正极相连；所述第二IGBT的发射极作为所述boost升压单元的第二端，分别与所述不控整流单元的第三端和所述开关单元的一端相连。

7.根据权利要求1所述的软上电系统，其特征在于：所述软上电系统还包括下拉电阻、第二滤波电容和第六功率二极管；

所述下拉电阻连接在所述boost升压单元的第一端和第二端之间；

所述第二滤波电容连接在所述电解电容的两端；或者，所述第二滤波电容的一端与所述电解电容的正极相连，所述第二滤波电容的另一端与所述开关单元的一端相连；

所述第六功率二极管的正极与所述不控整流单元的第二端连接，所述第六功率二极管的负极与所述电解电容的正极连接。

8.一种软上电设备，其特征在于：所述软上电设备包括如权利要求1-7中任一项所述的软上电系统。

9.一种软上电方法，其特征在于，用于实现位于软上电系统后的后级开关电源的软上电，所述软上电方法包括：

接通所述软上电系统的交流电源，所述软上电系统的boost升压单元的第二IGBT关断；

对所述软上电系统的电解电容进行充电：在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值小于电压阈值时，所述软上电系统的基于IGBT的开关单元导通，所述软上电系统的所述开关单元、不控整流单元、所述电解电容和所述boost升压电路的升压电感、第五功率二极管构成回路，对所述电解电容进行充电状态，所述电解电容的电压升高；在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值大于所述电压阈值时，所述开关单元关断，不对所述电解电容进行充电，所述电解电容的电压保存不变；

当所述电解电容的电压达到最大值，所述第二IGBT导通，对所述后级开关电源实现软上电；

其中，所述电压阈值与所述电解电容的电压成正比，且所述开关单元的导通时间随着所述电解电容的电压的升高而变长，在所述电解电容的电压达到最大值时，所述开关单元保持导通状态。

10.一种软上电方法，其特征在于，用于实现位于软上电系统后的后级开关电源的软上电，所述软上电方法包括：

接通所述软上电系统的交流电源，所述软上电系统的boost升压单元的第二IGBT关断；

对所述软上电系统的电解电容进行充电：在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值小于电压阈值时，所述软上电系统的基于IGBT的开关单元导通，所述软上电系统的所述开关单元、不控整流单元、所述电解电容和所述软上电系统的第六功率二极管构成回路，对所述电解电容进行充电状态，所述电解电容的电压升高；在所述交流电源提供的交流电压的幅值的绝对值大于所述电压阈值时，所述开关单元关断，不对所述电解电容进行充电，所述电解电容的电压保存不变；

当所述电解电容的电压达到最大值时，所述第二IGBT导通，对所述后级开关电源实现软上电；

其中，所述电压阈值与所述电解电容的电压成正比，且所述开关单元的导通时间随着所述电解电容的电压的升高而变长，在所述电解电容的电压达到最大值时，所述开关单元保持导通状态。

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