CN113708648A - 一种双向逆变电路、双向逆变电路板及逆变电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向逆变电路、双向逆变电路板及逆变电源，包括双向隔离直流模块、有源功率因素校正模块、储能模块和直流交流变换电路，输入模块通过整流电路模块与有源功率因素校正模块相连，有源功率因素校正模块的输出端与功率母线相连，储能模块通过双向隔离直流模块与功率母线相连，直流交流变换电路与功率母线相连，且直流交流变换电路的输出端通过滤波电路与供电输出模块相连；本发明实施例中逆变/充电共用同一电路实现的，只需要一个APFC/逆变和双向隔离DC_DC,且充电、逆变解耦，同时工作，不需要切换。

Description

一种双向逆变电路、双向逆变电路板及逆变电源
技术领域
本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种双向逆变电路、双向逆变电路板及逆变电源。
背景技术
储能产品发展迅猛，但是储能产品的充电一直维持在通过DC(Direct Current，直流电)输入慢速充电状态，已无法满足日益变快的生活节奏、双向储能AC(AlternatingCurrent，交流电)快充呼之欲出。
现在市场双向逆变器产品同一时间仅能实现单向输入或单向输出，或需要通过两套电路实现，例如，可以进行AC快充的多为后备式UPS的派生，AC作为旁路，有AC在时切换到AC，AC不在时切换到逆变，切换时间一般在10ms左右，充电和逆变实际上是不共存的，充电功率一般较低于输出功率，在AC供电环境恶劣或产品需要AC供电非常稳定时，可能导致AC频繁切换或输出带重载时无法及时保护，有可能供电不稳定或烧机损坏。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种双向逆变电路、双向逆变电路板及逆变电源。
本发明的第一方面提供一种双向逆变电路，包括双向隔离直流模块、有源功率因素校正模块、储能模块和直流交流变换电路，输入模块通过整流电路模块与所述有源功率因素校正模块相连，所述有源功率因素校正模块的输出端与功率母线相连，所述储能模块通过所述双向隔离直流模块与所述功率母线相连，所述直流交流变换电路与所述功率母线相连，且所述直流交流变换电路的输出端通过滤波电路与供电输出模块相连；
所述双向隔离直流模块用于将所述储能模块的直流电压进行转换后，通过所述功率母线将转换后的电压输出到所述供电输出模块；还用于将输入模块输入的交流电压对所述储能模块进行充电；
所述直流交流变换电路用于将所述输入模块输入的交流电压或所述储能模块的直流电压进行转换，得到交流电压，输出到所述供电输出模块；
所述有源功率因素校正模块用于对所述输入模块输入的交流电压进行功率因素校正。
可选地，所述双向逆变电路还包括电磁兼容模块，所述电磁兼容模块位于所述输入模块和所述有源功率因素校正模块之间。
可选地，所述电磁兼容电路包括：
所述输入模块的第一输出端与第一电容的第一端相连，并与第一滤波器的第一端相连，所述第一滤波器的第二端与第二电容的第一端相连，得到第二电容的第一端与第二滤波器的第一端相连，所述第二滤波器的第二端与第三电容的第一端相连，且与整流电路模块的第一输入端相连；
所述输入模块的第二输出端与所述第一电容的第二端相连，并与所述第一滤波器的第三端相连，所述第一滤波器的第四端与所述第二电容的第二端相连，所述第二电容的第二端与所述第二滤波器的第三端相连，所述第二滤波器的第四端与所述整流电路模块的第二输入端相连。
可选地，所述有源功率因素校正模块包括：
所述整流电路模块的第一输出端与第一二极管的第一端相连；
所述整流电路模块的第二输出端与第二滤波器的第一端相连，所述第二滤波器的第二端与第四电容的第二端相连，所述第四电容的第一端与所述第一二极管的第一端相连，且与预设电压值相连，所述第四电容的第二端通过第一电阻与地相连；
所述第四电容的第一端还与滤波电阻的第一端相连，所述滤波电阻的第二端与第二二极管的第一端相连，所述第二二极管的第二端与所述第一二极管的第二端相连，且与第一电解电容的第一端相连；
所述滤波电阻的第二端与三极管的第一端相连，所述三极管的第二端与第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端连接有源功率因素的控制信号，且与第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与第三二极管的第一端相连，所述第三二极管的第二端与所述第二电阻的第一端相连，且通过第四电阻与地相连；所述三极管的第三端与所述电解电容的第二端相连，所述电解电容的第一端和所述电解电容的第二端分别与所述功率母线相连。
可选地，所述双向隔离直流模块包括：第一直流单元、变压器单元、第二直流单元和驱动单元，其中，所述第一直流单元与所述储能模块相连，所述变压器单元分别与所述第一直流单元和所述第二直流单元相连，所述第二直流单元的输出端与所述功率母线相连。
可选地，所述第一直流单元为半桥整流电路或全桥整流电路，所述第二直流单元为半桥整流电流电路或全桥整流电路。
可选地，所述整流电路模块为半桥整流电流电路或全桥整流电路。
可选地，所述输入模块为220V电压。
本发明第二方面还提供一种双向逆变电路板，包括第一方面的双向逆变电路。
本发明第三方面还提供一种逆变电源，包括第二方面的双向逆变电路板。
本发明实施例提供一种双向逆变电路、双向逆变电路板及逆变电源，包括双向隔离直流模块、有源功率因素校正模块、储能模块和直流交流变换电路，输入模块通过整流电路模块与有源功率因素校正模块相连，有源功率因素校正模块的输出端与功率母线相连，储能模块通过双向隔离直流模块与功率母线相连，直流交流变换电路与功率母线相连，且直流交流变换电路的输出端通过滤波电路与供电输出模块相连；双向隔离直流模块用于将储能模块的直流电压进行转换后，通过功率母线将转换后的电压输出到供电输出模块；还用于将输入模块输入的交流电压对储能模块进行充电；直流交流变换电路用于将输入模块输入的交流电压或储能模块的直流电压进行转换，得到交流电压，输出到供电输出模块；有源功率因素校正模块用于对输入模块输入的交流电压进行功率因素校正，本发明实施例中逆变/充电共用同一电路实现的，只需要一个APFC/逆变和双向隔离DC_DC,且充电、逆变解耦，同时工作，不需要切换。
附图说明
图1为本发明实施例中双向逆变电路连接的示意图；
图2为本发明实施例中又一双向逆变电路连接的示意图；
图3为本发明实施例中电磁兼容模块连接的示意图；
图4为本发明实施例中有源功率因素校正模块连接的示意图；
图5为本发明实施例中双向隔离直流模块连接的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种双向逆变，包括：双向隔离直流模块108、有源功率因素校正模块104、储能模块109和直流交流变换电路105，输入模块101通过整流电路模块103与有源功率因素校正模块104相连，有源功率因素校正模块的输出端与功率母线相连，储能模块109通过双向隔离直流模块108与功率母线相连，直流交流变换电路105与功率母线相连，且直流交流变换电路105的输出端通过滤波电路106与供电输出模块107相连；
双向隔离直流模块108用于将储能模块109的直流电压进行转换后，通过功率母线将转换后的电压输出到供电输出模块107；还用于将输入模块101输入的交流电压对储能模块109进行充电；
直流交流变换电路105用于将输入模块101输入的交流电压或储能模块109的直流电压进行转换，得到交流电压，输出到供电输出模块107；
有源功率因素校正模块104用于对输入模块101输入的交流电压进行功率因素校正。
其中，输入模块101为市电输入电压，可以是220V，也可以是380V。
供电输出模块107用于为其他设备提供电压。
可选地，双向逆变电路还包括电磁兼容模块102，电磁兼容模块102位于输入模块101和整流电路模块105之间。
在本发明实施例中，可以通过输入模块输入的市电为供电输出模块提供输出电压，也可以采用储能模块通过逆变将直流电转换成交流电为供电输出模块提供交流电，同时，输入模块输入的交流电，通过整流电路模块，将交流电转换成直流电为储能模块进行充电，这样，同一套电路实现输入充电和逆变输出功能。具有降低产品成本、提高产品使用便利性特点。
图2为本发明实施例中又一双向逆变电路连接的示意图，如图2所示，
可选地，输入模块为市电输入，可以是220V交流电，也可以是380V交流电。
电磁兼容模块102即EMC(Electro MagneTIc CompaTIbility，电磁兼容)电路；
整流电路模块103可以全波整流，也可以是半波整流。
有源功率因素校正模块104为可控APFC(Active Power Factor Correction，有源功率因数校正)，用于对输入的交流电调整功率因素；
直流交流变换电路105即为Dc to AC电路，用于将直流电转换成交流电。
滤波电路106用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。在本发明实施例中不做具体限定。
供电输出模块107即为其他设备提供交流电压。
双向隔离直流模块108即为隔离双向DctoDC电路。
储能模块109即为电池或BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)，该电池可以是蓄电池等。
在本发明实施例中，通过将输入的交流电进行功率因校正，同时合入电压电流的控制，使APFC(有源功率因数校正，Active Power Factor Correction)软性地接入功率母线，并实时调整。
通过逆变将功率母线的能量输出到AC，并实时调整。
通过隔离双向DC-DC将功率母线的能量与电池的能量进行转换，实时控制电压及电流的方向，实现母线电压的平衡。
现有技术中，部分储能产品可能在逆变器上增加充电器，也可能完成逆变和充电一体且逆变/充电独立运行，或使用后备式UPS进行充电/逆变的切换，但本发明实施例是逆变/充电共用同一电路实现的，只需要一个APFC/逆变和双向隔离DC_DC，且充电、逆变解耦，同时工作，不需要切换，逆变输出和AC输入可以同频同相也可以不同频率不同相位，充电与逆变二合一、实现零时间切换。
本发明实施例使充电和逆变在共用逆变功率电路的同时，实现充电-逆变的完全解耦，充电逆变一起同步工作但又不会相互影响，且允许充电功率叠加到逆变功率，实现更大的逆变功率输出(比如逆变500W，充电1000W，此时AC可以输出1500W)。实现逆变输出、AC充电实时在线，不管AC输入多恶劣的情况下都能稳定输出AC。且任一端口出现故障时，都不影响其它端口的正常使用。产品极具稳定性，科技性。
图3为本发明实施例中电磁兼容模块连接的示意图，如图3所示，该电磁兼容电路包括：
输入模块的第一输出端(火线)与第一电容CX6的第一端相连，并与第一滤波器LF5的第一端相连，第一滤波器LF5的第二端与第二电容CX2的第一端相连，得到第二电容CX2的第一端与第二滤波器LF3的第一端相连，第二滤波器LF3的第二端与第三电容CX3的第一端相连，且与整流电路模块的第一输入端相连；
输入模块的第二输出端(零线)与第一电容CX6的第二端相连，并与第一滤波器LF5的第三端相连，第一滤波器LF5的第四端与第二电容CX6的第二端相连，第二电容CX6的第二端与第二滤波器LF3的第三端相连，第二滤波器LF3的第四端与整流电路模块的第二输入端相连。
图4为本发明实施例中有源功率因素校正模块连接的示意图，如图4所示，该有源功率因素校正模块包括：
整流电路模块的第一输出端IN_L_Y与第一二极管D7的第一端相连；
整流电路模块的第二输出端IN_N_Y与第二滤波器LF3的第一端相连，第二滤波器LF3的第二端与第四电容CX4的第二端相连，第四电容CX4的第一端与第一二极管D7的第一端相连，且与预设电压值300V相连，第四电容CX4的第二端通过第一电阻RS6与地相连；
第四电容CX4的第一端还与滤波电阻L2的第一端相连，滤波电阻L2的第二端与第二二极管D8的第一端相连，第二二极管D8的第二端与第一二极管D7的第二端相连，且与第一电解电容CK1的第一端相连；
滤波电阻L2的第二端与三极管的第一端漏极相连，三极管的第二端栅极与第二电阻R67的第一端相连，第二电阻R67的第二端连接有源功率因素的控制信号APFC_PWM，且与第三电阻R27的第一端相连，第三电阻R27的第二端与第三二极管D6的第一端相连，第三二极管D6的第二端与第二电阻R67的第一端相连，且通过第四电阻R75与地相连；三极管的第三端源极与电解电容CK1的第二端相连，电解电容CK1的第一端和电解电容CK1的第二端分别与功率母线相连。
其中，三极管Q3为mos管。
图5为本发明实施例中双向隔离直流模块连接的示意图。双向隔离直流模块包括：第一直流单元、变压器单元、第二直流单元和驱动单元，其中，第一直流单元与储能模块相连，变压器单元分别与第一直流单元和第二直流单元相连，第二直流单元的输出端与功率母线相连。
第一直流单元为半桥整流电路或全桥整流电路，第二直流单元为半桥整流电流电路或全桥整流电路。
可选地，整流电路模块为半桥整流电流电路或全桥整流电路。
本发明还提供一种双向逆变电路板，包括上述的双向逆变电路。
本发明实施例提供一种双向逆变电源，包括上述的双向逆变电路板。
本发明实施例提供一种双向逆变电路、双向逆变电路板及逆变电源，包括双向隔离直流模块、有源功率因素校正模块、储能模块和直流交流变换电路，输入模块通过整流电路模块与有源功率因素校正模块相连，有源功率因素校正模块的输出端与功率母线相连，储能模块通过双向隔离直流模块与功率母线相连，直流交流变换电路与功率母线相连，且直流交流变换电路的输出端通过滤波电路与供电输出模块相连；
双向隔离直流模块用于将储能模块的直流电压进行转换后，通过功率母线将转换后的电压输出到供电输出模块；还用于将输入模块输入的交流电压对储能模块进行充电；
直流交流变换电路用于将输入模块输入的交流电压或储能模块的直流电压进行转换，得到交流电压，输出到供电输出模块；
有源功率因素校正模块用于对输入模块输入的交流电压进行功率因素校正，本发明实施例中逆变/充电共用同一电路实现的，只需要一个APFC/逆变和双向隔离DC_DC，且充电、逆变解耦，同时工作，不需要切换。
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：其依然可以对前述各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 (10)

1.一种双向逆变电路，其特征在于，包括：双向隔离直流模块、有源功率因素校正模块、储能模块和直流交流变换电路，输入模块通过整流电路模块与所述有源功率因素校正模块相连，所述有源功率因素校正模块的输出端与功率母线相连，所述储能模块通过所述双向隔离直流模块与所述功率母线相连，所述直流交流变换电路与所述功率母线相连，且所述直流交流变换电路的输出端通过滤波电路与供电输出模块相连；
所述双向隔离直流模块用于将所述储能模块的直流电压进行转换后，通过所述功率母线将转换后的电压输出到所述供电输出模块；还用于将输入模块输入的交流电压对所述储能模块进行充电；
所述直流交流变换电路用于将所述输入模块输入的交流电压或所述储能模块的直流电压进行转换，得到交流电压，输出到所述供电输出模块；
所述有源功率因素校正模块用于对所述输入模块输入的交流电压进行功率因素校正。
2.根据权利要求1所述的双向逆变电路，其特征在于，所述双向逆变电路还包括电磁兼容模块，所述电磁兼容模块位于所述输入模块和所述有源功率因素校正模块之间。
3.根据权利要求2所述的双向逆变电路，其特征在于，所述电磁兼容电路包括：
所述输入模块的第一输出端与第一电容的第一端相连，并与第一滤波器的第一端相连，所述第一滤波器的第二端与第二电容的第一端相连，得到第二电容的第一端与第二滤波器的第一端相连，所述第二滤波器的第二端与第三电容的第一端相连，且与整流电路模块的第一输入端相连；
所述输入模块的第二输出端与所述第一电容的第二端相连，并与所述第一滤波器的第三端相连，所述第一滤波器的第四端与所述第二电容的第二端相连，所述第二电容的第二端与所述第二滤波器的第三端相连，所述第二滤波器的第四端与所述整流电路模块的第二输入端相连。
4.根据权利要求3所述的双向逆变电路，其特征在于，所述有源功率因素校正模块包括：
所述整流电路模块的第一输出端与第一二极管的第一端相连；
所述整流电路模块的第二输出端与第二滤波器的第一端相连，所述第二滤波器的第二端与第四电容的第二端相连，所述第四电容的第一端与所述第一二极管的第一端相连，且与预设电压值相连，所述第四电容的第二端通过第一电阻与地相连；
所述第四电容的第一端还与滤波电阻的第一端相连，所述滤波电阻的第二端与第二二极管的第一端相连，所述第二二极管的第二端与所述第一二极管的第二端相连，且与第一电解电容的第一端相连；
所述滤波电阻的第二端与三极管的第一端相连，所述三极管的第二端与第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端连接有源功率因素的控制信号，且与第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与第三二极管的第一端相连，所述第三二极管的第二端与所述第二电阻的第一端相连，且通过第四电阻与地相连；所述三极管的第三端与所述电解电容的第二端相连，所述电解电容的第一端和所述电解电容的第二端分别与所述功率母线相连。
5.根据权利要求1所述的双向逆变电路，其特征在于，所述双向隔离直流模块包括：第一直流单元、变压器单元、第二直流单元和驱动单元，其中，所述第一直流单元与所述储能模块相连，所述变压器单元分别与所述第一直流单元和所述第二直流单元相连，所述第二直流单元的输出端与所述功率母线相连。
6.根据权利要求5所述的双向逆变电路，其特征在于，所述第一直流单元为半桥整流电路或全桥整流电路，所述第二直流单元为半桥整流电流电路或全桥整流电路。
7.根据权利要求3所述的双向逆变电路，其特征在于，所述整流电路模块为半桥整流电流电路或全桥整流电路。
8.根据权利要求1所述的双向逆变电路，其特征在于，所述输入模块为220V电压。
9.一种双向逆变电路板，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的双向逆变电路。
10.一种逆变电源，其特征在于，包括权利要求8所述的双向逆变电路板。
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