CN110768551A - 一种ac-dc及dc-dc变换复用线路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种AC‑DC及DC‑DC变换复用线路及方法，其中，该复用线路包括交流输入端、直流输入端、两个功率变换桥臂电路及两个输出电容，两个所述功率变换桥臂电路分别通过开关K1和K1’连接交流输入端，同时分别通过开关K2和K3连接直流输入端的正负两极。本发明减少设计成本；通过功率变换桥臂数量的扩展，可同时兼容交流单相、三相四线、三相三线等配置及单直流源、双直流源配置应用；另外还可以根据负载情况，控制电路部件，使AC‑DC的每相中两个桥臂休眠一个或者在三相系统中使DC‑DC的三个桥臂休眠一个或两个，实现全负载范围内高效功率变换。

Description

一种AC-DC及DC-DC变换复用线路及方法
技术领域
本发明涉及AC-DC及DC-DC变换技术领域，特别涉及一种AC-DC及DC-DC变换复用线路及方法。
背景技术
在储能系统及不间断电源等能源应用领域，存在AC-DC及DC-DC功率变换，且两者在不同时间互补工作。由于现场应用的广泛性，针对交流输入，往往存在单相、三相四线、三相三线等配置；针对直流输入，往往存在单直流源及双直流源的配置。另外，随着绿色节能的需求越来越迫切，对功率变换的效率要求越来越高，由于用户负荷存在从轻载到满载的较广分布，且甚至轻载应用更常见的特点，需要功率变换线路全负载范围的高效性。本发明给出了一种AC-DC及DC-DC变换复用线路，以减少设计成本；同时兼容交流单相、三相四线、三相三线等配置及单直流源、双直流源配置应用；另外还可以根据负载情况，控制电路部件，实现全负载范围内高效功率变换。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种AC-DC及DC-DC变换复用线路及方法。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种AC-DC及DC-DC变换复用线路，包括交流输入端、直流输入端、两个功率变换桥臂电路及两个输出电容，两个所述功率变换桥臂电路分别通过开关K1和K1’连接交流输入端，同时分别通过开关K2和K3连接直流输入端的正负两极。
优选地，每一所述功率变换桥臂电路均包括第一至第三桥臂，所述第一/第三桥臂包括第一/第四功率半导体开关，或所述第一/第三桥臂包括第一/第四二极管，或所述第一/第三桥臂包括第一功率半导体开关和与之反向并联的第一二极管/第四功率半导体开关和与之反向并联的第四二极管，所述第二桥臂包括第二和第三功率半导体开关，所述第一至第三桥臂的公共连接点通过电感连接交流输入端。
优选地，所述第二和第三功率半导体开关反向并联。
优选地，所述第二和第三功率半导体开关串联。
优选地，所述第二桥臂还包括第二和第三二极管，所述第二和第三二极管分别与第二和第三功率半导体开关反向并联。
优选地，所述交流输入端包括零线、火线、第一过流保护器件和第一电容，所述零线接两个输出电容的中点，同时通过第一电容与火线连接，所述第一过流保护器件串联于第一电容与火线之间或串联于第一电容与K1/K1’公共点之间。
优选地，所述直流输入端包括串联的第一和第二直流电源、第二和第三过流保护器件和第四、第五电容，所述第一和第二直流电源的公共端连接开关K6、第四电容和第五电容的公共端，同时第四电容、第五电容的另一端分别连接第一和第二直流电源的另一端，所述开关K6的另外一端连接至两输出电容的中点，所述所述第二过流保护器件串联于第一直流电源与第四电容/K2公共点之间或串联于第四电容/第一直流电源公共点与K2之间，所述第三过流保护器件串联于第二直流电源与第五电容/K3公共点之间或串联于第五电容/第二直流电源公共点与K3之间。
优选地，所述开关K1、K1’、K2、K3、K6为半导体器件开关或可控机械开关，所述第一和第二直流电源为电池或电力电子电源，所述第一至第三过流保护器件为熔断器或固态保险装置，所述第一至第四功率半导体开关为硅器件、宽禁带器件或其组合。
优选地，该线路通过功率变换桥臂数量的扩展，兼容三相三线、三相四线、单直流源、双直流源配置应用。
本发明还提供一种AC-DC及DC-DC变换方法，通过切换开关K1、K1’、K2、K3、K6以及扩展功率变换桥臂数量，使该变换复用线路兼容单相、三相四线、三相三线中任意一项，单直流源、双直流源中任意一项，以及AC-DC、DC-DC中任意一项的任意组合配置的应用，其中，在单相或三相AC-DC工作模式下，每相中两功率变换桥臂PWM呈一定角度交错并联，负载小于半载时，仅有一个功率变换桥臂工作，另一个功率变换桥臂休眠；在三相DC-DC工作模式下，每相中三个功率变换桥臂PWM呈一定角度交错并联，负载小于半载时，使一个或两个功率变换桥臂休眠。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
1、在AC-DC模式，当电感储能时，工作电流仅流经1个600/650V二极管及1个600/650V半导体开关，当电感释放能量时，工作电流仅流经1个1200V半导体二极管，导通损耗很小；
2、在AC-DC模式，两个桥臂180度交错并联，总输入电流的高频纹波频率翻倍甚至幅值减少，从而输入滤波电容可以减少；另外为了减少输入同源时的高频纹波环流，往往输入端需要加差模电感，交错并联也可使此差模电感减少，降低成本；
3、在AC-DC模式并工作在较轻负载时，可以使AC-DC的每相中两个桥臂休眠一个，以提高效率；在三相系统中，DC-DC模式并工作在较轻负载时，可以使DC-DC的三个桥臂休眠一个或两个以提高效率；如此可以使系统全负载范围内高效率且效率曲线平坦，绿色节能；
4、线路支持双直流源、单直流源以及单相、三相四线及三相三线交流输入系统，仅仅通过软件设置即可，直流源不局限于特定形式，可以为电池及电力电子电源等；支持能量双向流动，在某些成本敏感且不需要能量双向流动的场合，可以对特定的主动半导体开关器件更换为二极管；通过一个线路复用实现AC-DC及DC-DC功能，成本较低，使用范围广，实用性强。
附图说明
图1为本发明单相线路图；
图2为本发明单相双直流源AC-DC工作模式的线路图；
图3至图10为本发明单相双直流源AC-DC工作模式下的电流路径图；
图11为本发明单相双直流源DC-DC工作模式的线路图；
图12至图13为本发明单相双直流源DC-DC工作模式下的电流路径图；
图14为本发明单相单直流源AC-DC工作模式的线路图；
图15为本发明单相单直流源DC-DC工作模式的线路图；
图16至图21为本发明单相单直流源DC-DC工作模式下的电流路径图；
图22为本发明三相四线的线路图；
图23为本发明三相三线的线路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。
参照图1，本发明提供一种AC-DC及DC-DC变换复用线路，包括交流输入端、直流输入端、两个功率变换桥臂电路及两个输出电容C2、C3，两个所述功率变换桥臂电路分别通过开关K1和K1’连接交流输入端，同时分别通过开关K2和K3连接直流输入端的正负两极。
每一所述功率变换桥臂电路均包括第一至第三桥臂，所述第一和第三桥臂的连接方式有如下三种：
1、所述第一/第三桥臂包括第一/第四功率半导体开关T1/T4；
2、所述第一/第三桥臂包括第一/第四二极管D1/D4；
3、所述第一/第三桥臂包括第一功率半导体开关和与之反向并联的第一二极管/第四功率半导体开关T1/T4和与之反向并联的第四二极管D1/D4；
所述第二桥臂包括第二和第三功率半导体开关T2、T3，其连接方式有如下三种：
1、第二和第三功率半导体开关T2、T3反向并联；
2、第二和第三功率半导体开关T2、T3串联；
3、第二和第三功率半导体开关T2、T3串联，且第二和第三功率半导体开关T2、T3分别与第二和第三二极管D2、D3反向并联；
所述第一/第三桥臂的三种连接方式与第二桥臂的三种连接方式可以任意组合。
所述交流输入端包括零线、火线、第一过流保护器件F1和第一电容C1，所述零线接两个输出电容C2、C3的中点，同时通过第一电容C1与火线连接，所述第一过流保护器件F1串联于第一电容C1与火线之间或串联于第一电容C1与K1/K1’公共点之间。
所述直流输入端包括串联的第一和第二直流电源、第二和第三过流保护器件F2、F3和第四、第五电容C4、C5，所述第一和第二直流电源的公共端连接开关K6、第四电容C4和第五电容C5的公共端，同时第四电容C4、第五电容C5的另一端分别连接第一和第二直流电源的另一端，所述开关K6的另外一端连接至两输出电容C2、C3的中点，所述所述第二过流保护器件F2串联于第一直流电源与第四电容C4/K2公共点之间或串联于第四电容C4/第一直流电源公共点与K2之间，所述第三过流保护器件F3串联于第二直流电源与第五电容C5/K3公共点之间或串联于第五电容C5/第二直流电源公共点与K3之间。
所述开关K1、K1’、K2、K3、K6为半导体器件开关或可控机械开关，所述第一和第二直流电源为电池或电力电子电源，所述第一至第三过流保护器件F1-F3为熔断器或固态保险装置，所述第一至第四功率半导体开关T1-T4为硅器件、宽禁带器件或其组合。该线路通过功率变换桥臂数量的扩展，兼容三相三线、三相四线、单直流源、双直流源配置应用。
本发明还提供一种AC-DC及DC-DC变换方法，通过切换开关K1、K1’、K2、K3、K6以及扩展功率变换桥臂数量，使该变换复用线路兼容单相、三相四线、三相三线中任意一项，单直流源、双直流源中任意一项，以及AC-DC、DC-DC中任意一项的任意组合配置的应用，其中，在单相或三相AC-DC工作模式下，每相中两功率变换桥臂PWM呈一定角度交错并联，例如180°，负载小于半载时，仅有一个功率变换桥臂工作，另一个功率变换桥臂休眠；在三相DC-DC工作模式下，每相中三个功率变换桥臂PWM呈一定角度交错并联，例如120°，负载小于半载时，使一个或两个功率变换桥臂休眠。
以下以第一至第三桥臂的第三种连接方式为例，对本发明的工作原理进行解释说明。
实施例一：单相
参照图1，虚线的左边L，N，DC_in+，DC_in-及直流源中点为客户接线端，根据客户的应用情况接线。
参照图2，当线路双直流源配置及AC-DC工作模式时，客户端L，N，DC_in+，DC_in-及直流源中点均需接入线路，K1和K1’闭合，K2和K3断开，K6闭合。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过AC-DC转换从交流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC及给电池充电的充电器等。
对于AC-DC工作模式，在负载大于一定负载量时，如半载，有两个桥臂180度交错并联工作，这两个桥臂的线路及工作机理相似，仅仅是PWM错位。因此仅描述其中一个桥臂的工作情况。
当输入交流在正半周时，T2始终导通，T4始终断开，T1和T3互补打PWM。参照图3，当T3导通时，电感L1储能，电流路径为L->L1->D2->T3->N；参照图4，当T3断开时，电感L1释放能量，电流路径为L->L1->D1->C2->N；参照图5至图6，基于PWM控制，AC-DC可以能量双向工作。
当输入交流在负半周时，T3始终导通，T1始终断开，T2和T4互补打PWM。参照图7，当T2导通时，电感L1储能，电流路径为N->D3->T2->L1->L；参照图8，当T2断开时，电感L1释放能量，电流路径为N->C3->D4->L1->L；参照图9至图10，基于PWM控制，AC-DC可以能量双向工作。
在负载小于一定负载量时，如半载，仅有一个桥臂工作，另一个桥臂休眠，这样可以提高线路变换效率，使系统全负载范围内效率曲线平坦。
参照图11，当线路双直流源配置及DC-DC工作模式时，客户端L，N，DC_in+，DC_in-及直流源中点均需接入线路。K1和K1’断开，K2和K3闭合，K6闭合。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过DC-DC转换从双直流源获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC等。
针对DC-DC，其线路及工作机理如下：
参照图12，T1，T2及T4始终断开，T1’，T2’及T4’始终断开，T3和T2’打PWM。当T3导通，电感L1储能，电流路径为DC_in+->L1->D2->T3->N。当T2’导通，电感L1’储能，电流路径为N->D3’->T2’->L1’->DC_in-。
参照图13，当T3断开，电感L1释放能量，电流路径为DC_in+->L1->D1->C2->N。当T2’断开，电感L1’释放能量，电流路径为N->C3->D4’->L1’->DC_in-。
T3和T2’的占空比可以独立控制以平衡正负输出母线电压，支持不平衡负载。
参照图14，当线路单直流源配置及AC-DC工作模式时，客户端L，N，DC_in+，DC_in-均需接入线路，直流源中点无需接入。K1和K1’闭合，K2和K3断开，K6断开。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过AC-DC转换从交流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC及给电池充电的充电器等。
对于AC-DC工作模式，其工作原理和机制与单直流源配置时完全相同，如上面陈述。
参照图15，当线路单直流源配置及DC-DC工作模式时，客户端L，N，DC_in+，DC_in-均需接入线路，直流源中点无需接入。K1和K1’断开，K2和K3闭合，K6断开。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过AC-DC转换从交流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC等。
针对单直流源配置，在DC-DC工作模式下，T1，T2和T4始终断开，T1’，T2’和T4’始终断开，T3和T2’打PWM。
参照图16，当T3和T2’导通，电感L1和L1’储能，电流路径为DC_in+->L1->D2->T3->N->D3’->T2’->L1’->DC_in-；
参照图17，当T3和T2’断开，电感L1和L1’释放能量，电流路径为DC_in+->L1->D1->C2->C3->D4’->L1’->DC_in-。
如果直流电源电压大于DC+或DC-直流输出母线电压，DC-DC变换没有平衡直流母线的能力。如果需要平衡输出正负母线电压，需要在DC+和DC-母线上增加外部平衡电路。
如果直流电源电压小于DC+或DC-直流输出母线电压设定值，DC-DC变换具备平衡直流母线的能力。参照图18至图19，如果T3的占空比小于T2’，C2(DC+)将被充的更多；参照图20至图21；如果T3的占空比大于T2’，C3(DC-)将被充的更多。
实施例二：三相四线
参照图22，虚线的左边L1，L2，L3，N，DC_in+，DC_in-及直流源中点为客户接线端，根据客户的应用情况接线。
当系统为三相四线，线路双直流源配置及AC-DC工作模式时，客户端L1，L2，L3，N，DC_in+，DC_in-及直流源中点均需接入线路。三相交流输入开关，如L1相的K1和K1’等全部闭合，三相对应的直流输入开关，如L1相的K2和K3等全部断开，K6闭合。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过AC-DC转换从交流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC及给电池充电的充电器等。
当系统为三相四线，线路双直流源配置及DC-DC工作模式时，客户端L1，L2，L3，N，DC_in+，DC_in-及直流源中点均需接入线路。三相交流输入开关，如L1相的K1和K1’等全部断开，三相对应的直流输入开关，如L1相的K2和K3等全部闭合，K6闭合。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过DC-DC转换从直流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC等。
当系统为三相四线，线路单直流源配置及AC-DC工作模式时，客户端L1，L2，L3，N，DC_in+，DC_in-需接入线路，直流源中点无需接入。三相交流输入开关，如L1相的K1和K1’等全部闭合，三相对应的直流输入开关，如L1相的K2和K3等全部断开，K6断开。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过AC-DC转换从交流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC及给电池充电的充电器等。
当系统为三相四线，线路单直流源配置及DC-DC工作模式时，客户端L1，L2，L3，N，DC_in+，DC_in-需接入线路，直流源中点无需接入。三相交流输入开关，如L1相的K1和K1’等全部断开，三相对应的直流输入开关，如L1相的K2和K3等全部闭合，K6断开。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过DC-DC转换从直流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC等。
AC-DC及DC-DC的具体工作机理与上述描述的单相系统类似，此处不再累述。
在三相四线系统中，DC-DC工作模式时，三个桥臂可以120度交错并联工作，以减少纹波或减少电感所需感量。
在负载小于一定负载量时，可以使1个或2个桥臂休眠，这样可以提高线路变换效率，使系统全负载范围内效率曲线平坦。
实施例三：三相三线
参照图23，虚线的左边L1，L2，L3，DC_in+，DC_in-及直流源中点为客户接线端，根据客户的应用情况接线。
当系统为三相三线，线路双直流源配置及AC-DC工作模式时，客户端L1，L2，L3，DC_in+，DC_in-及直流源中点均需接入线路。三相交流输入开关，如L1相的K1和K1’等全部闭合，三相对应的直流输入开关，如L1相的K2和K3等全部断开，K6闭合。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过AC-DC转换从交流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC及给电池充电的充电器等。
由于直流输出母线DC+和DC-在拓扑中有额外的电流路径，可以通过增加正负母线电压差外环控制，从而在三相输入电流中增加零序电流来平衡正负母线电压。
当系统为三相三线，线路双直流源配置及DC-DC工作模式时，客户端L1，L2，L3，DC_in+，DC_in-及直流源中点均需接入线路。三相交流输入开关，如L1相的K1和K1’等全部断开，三相对应的直流输入开关，如L1相的K2和K3等全部闭合，K6闭合。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过DC-DC转换从直流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC等。
当系统为三相三线，线路单直流源配置及AC-DC工作模式时，客户端L1，L2，L3，DC_in+，DC_in-需接入线路，直流源中点无需接入。三相交流输入开关，如L1相的K1和K1’等全部闭合，三相对应的直流输入开关，如L1相的K2和K3等全部断开，K6断开。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过AC-DC转换从交流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC及给电池充电的充电器等。
由于直流输出母线DC+和DC-在拓扑中有额外的电流路径，可以通过增加正负母线电压差外环控制，从而在三相输入电流中增加零序电流来平衡正负母线电压。
当系统为三相三线，线路单直流源配置及DC-DC工作模式时，客户端L1，L2，L3，DC_in+，DC_in-需接入线路，直流源中点无需接入。三相交流输入开关，如L1相的K1和K1’等全部断开，三相对应的直流输入开关，如L1相的K2和K3等全部闭合，K6断开。这些开关由控制单元发出的控制信号控制开合，这些开关不局限于特定形式，可以是半导体器件开关(如SCR，MOS等)，也可以是机械开关(接触器，继电器等)。直流输出母线通过DC-DC转换从直流输入端获得能量，直流母线可以提供能量给负载，负载不局限于特定形式，可以是逆变器、DC-DC等。
AC-DC及DC-DC的具体工作机理与上述描述的单相系统类似，再次不做累述。
在三相三线系统中，DC-DC工作模式时，三个桥臂可以120度交错并联工作，以减少纹波或减少电感所需感量。
在负载小于一定负载量时，可以使1个或2个桥臂休眠，这样可以提高线路变换效率，使系统全负载范围内效率曲线平坦。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，包括交流输入端、直流输入端、两个功率变换桥臂电路及两个输出电容，两个所述功率变换桥臂电路分别通过开关K1和K1’连接交流输入端，同时分别通过开关K2和K3连接直流输入端的正负两极。
2.根据权利要求1所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，每一所述功率变换桥臂电路均包括第一至第三桥臂，所述第一/第三桥臂包括第一/第四功率半导体开关，或所述第一/第三桥臂包括第一/第四二极管，或所述第一/第三桥臂包括第一功率半导体开关和与之反向并联的第一二极管/第四功率半导体开关和与之反向并联的第四二极管，所述第二桥臂包括第二和第三功率半导体开关，所述第一至第三桥臂的公共连接点通过电感连接交流输入端。
3.根据权利要求2所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，所述第二和第三功率半导体开关反向并联。
4.根据权利要求2所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，所述第二和第三功率半导体开关串联。
5.根据权利要求4所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，所述第二桥臂还包括第二和第三二极管，所述第二和第三二极管分别与第二和第三功率半导体开关反向并联。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，所述交流输入端包括零线、火线、第一过流保护器件和第一电容，所述零线接两个输出电容的中点，同时通过第一电容与火线连接，所述第一过流保护器件串联于第一电容与火线之间或串联于第一电容与K1/K1’公共点之间。
7.根据权利要求6所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，所述直流输入端包括串联的第一和第二直流电源、第二和第三过流保护器件和第四、第五电容，所述第一和第二直流电源的公共端连接开关K6、第四电容和第五电容的公共端，同时第四电容、第五电容的另一端分别连接第一和第二直流电源的另一端，所述开关K6的另外一端连接至两输出电容的中点，所述所述第二过流保护器件串联于第一直流电源与第四电容/K2公共点之间或串联于第四电容/第一直流电源公共点与K2之间，所述第三过流保护器件串联于第二直流电源与第五电容/K3公共点之间或串联于第五电容/第二直流电源公共点与K3之间。
8.根据权利要求7所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，所述开关K1、K1’、K2、K3、K6为半导体器件开关或可控机械开关，所述第一和第二直流电源为电池或电力电子电源，所述第一至第三过流保护器件为熔断器或固态保险装置，所述第一至第四功率半导体开关为硅器件、宽禁带器件或其组合。
9.根据权利要求8所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，该线路通过功率变换桥臂数量的扩展，兼容三相三线、三相四线、单直流源、双直流源配置应用。
10.一种AC-DC及DC-DC变换方法，其特征在于，通过切换开关K1、K1’、K2、K3、K6以及扩展功率变换桥臂数量，使该变换复用线路兼容单相、三相四线、三相三线中任意一项，单直流源、双直流源中任意一项，以及AC-DC、DC-DC中任意一项的任意组合配置的应用，其中，在单相或三相AC-DC工作模式下，每相中两功率变换桥臂PWM呈一定角度交错并联，负载小于半载时，仅有一个功率变换桥臂工作，另一个功率变换桥臂休眠；在三相DC-DC工作模式下，每相中三个功率变换桥臂PWM呈一定角度交错并联，负载小于半载时，使一个或两个功率变换桥臂休眠。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112039348A (zh) * 2020-09-07 2020-12-04 山特电子（深圳）有限公司 Ac/dc整流器、dc/ac逆变器、dc/dc变换器和不间断电源
CN112421944A (zh) * 2020-11-04 2021-02-26 杭州富特科技股份有限公司 兼容单相交流电和三相交流电的电源变换器及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103475248A (zh) * 2013-08-30 2013-12-25 华为技术有限公司 功率变换电路和功率变换系统
JP2017135803A (ja) * 2016-01-26 2017-08-03 田淵電機株式会社 Ｕｐｓ機能を有する蓄電装置及びｕｐｓ機能を有する蓄電装置の制御方法
CN207021747U (zh) * 2017-07-11 2018-02-16 深圳市宝安任达电器实业有限公司 高效ups电源及其充电电路
CN207251299U (zh) * 2017-07-21 2018-04-17 佛山市金广源电源科技有限公司 一种燃料电池备用电源系统
CN110995001A (zh) * 2019-10-12 2020-04-10 山特电子（深圳）有限公司 多输入功率变换器及其控制方法和包括其的不间断电源

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103475248A (zh) * 2013-08-30 2013-12-25 华为技术有限公司 功率变换电路和功率变换系统
JP2017135803A (ja) * 2016-01-26 2017-08-03 田淵電機株式会社 Ｕｐｓ機能を有する蓄電装置及びｕｐｓ機能を有する蓄電装置の制御方法
CN207021747U (zh) * 2017-07-11 2018-02-16 深圳市宝安任达电器实业有限公司 高效ups电源及其充电电路
CN207251299U (zh) * 2017-07-21 2018-04-17 佛山市金广源电源科技有限公司 一种燃料电池备用电源系统
CN110995001A (zh) * 2019-10-12 2020-04-10 山特电子（深圳）有限公司 多输入功率变换器及其控制方法和包括其的不间断电源

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112039348A (zh) * 2020-09-07 2020-12-04 山特电子（深圳）有限公司 Ac/dc整流器、dc/ac逆变器、dc/dc变换器和不间断电源
CN112421944A (zh) * 2020-11-04 2021-02-26 杭州富特科技股份有限公司 兼容单相交流电和三相交流电的电源变换器及其控制方法

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