CN114977824A - 一种用于民机的分时复用三端口变换器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种分时复用三端口变换器和方法。该分时复用三端口变换器将蓄电池充电器和静止变流器这两个单独的模块通过分时复用集成为一个模块，从而实现用一个三端口变换器代替单独的蓄电池充电器和静止变流器。

Description

一种用于民机的分时复用三端口变换器和方法

技术领域

本发明属于电能变换技术领域，特别涉及一种分时复用三端口变换器和方法。

背景技术

目前的民机电源系统中，蓄电池充电器和静止变流器为两个单独的模块。蓄电池充电器由交流汇流条供电，将115V三相交流电转换为28V直流电给蓄电池充电；静止变流器由蓄电池供电，将28V直流电转换为115V单相交流电给单相交流汇流条供电。

考虑到蓄电池充电器和静止变流器在民机电源系统中不会同时使用，且拓扑结构存在一定重合度，为了实现电源系统集成度的进一步提高，需要能够改进现有技术中的缺陷的系统和方法。

发明内容

提供本发明内容来以简化形式介绍将在以下具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

本发明提出一种用于民机的分时复用三端口变换器，将蓄电池充电器和静止变流器这两个单独的模块通过分时复用集成为一个模块，以实现蓄电池充电器和静止变流器的集成，减小了系统模块数量和控制难度，从而减少了系统的体积重量和成本，提升了系统稳定性。

在本发明的一个实施例中，所提出的三端口变换器由两组变换装置集合而成，第一组装置包括自耦变压整流器、三相桥式整流电路、LC滤波电路、变换器电路、以及形成单相桥式DC/DC变换器的一部分的第一电路，第二组装置包括三相桥式整流电路中的两相桥臂、LC滤波电路、变换器电路、形成单相桥式DC/AC变换器的一部分的第二电路、以及形成推挽正激电路的一部分的第三电路。其中，对三相桥式整流电路中的两相桥臂、LC滤波电路、变换器电路进行分时复用。

该三端口变换器还包括四个接触器KM1～KM4和开关S，接触器状态和开关状态由控制电路进行控制。

在蓄电池充电模式下(三相交流汇流条正常供电)，接触器KM1～KM4与触点1相连，开关S闭合，变换器电路被用来形成单相桥式DC/DC变换器的一部分，并且此时三端口变换器将三相交流汇流条提供的115V三相交流电转换为28V直流电，给蓄电池供电。

在蓄电池放电模式下(三相交流汇流条丧失)，接触器KM1～KM4与触点2相连，开关S断开，变换器电路被用来形成单相桥式DC/AC变换器的一部分，此时三端口变换器将蓄电池提供的28V直流电转换为115V单相交流电，给单相交流汇流条供电。

具体而言，根据本发明的上述实施例，公开了一种分时复用三端口变换器，所述分时复用三端口变换器包括：

三相桥式整流电路，所述三相桥式整流电路中的两相桥臂分别与第一接触器和第二接触器相连且剩余的单相桥臂与开关相连；

LC滤波电路，所述LC滤波电路与所述三相桥式整流电路相连；以及

变换器电路，所述变换器电路与所述LC滤波电路以及第三接触器和第四接触器相连，

其中当所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器均与第一触点相连且所述开关闭合时，所述变换器电路被用来形成单相桥式DC/DC变换器的一部分且所述分时复用三端口变换器被用作蓄电池充电器，并且

其中当所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器均与第二触点相连且所述开关断开时，所述变换器电路被用来形成单相桥式DC/AC变换器的一部分且所述分时复用三端口变换器被用作静止变流器。

在本发明的一个实施例中，所述分时复用三端口变换器进一步包括：

与三相交流汇流条相连的自耦变压整流器；以及

用于形成所述单相桥式DC/DC变换器的一部分的第一电路，

其中所述变换器电路与所述第一电路共同形成所述单相桥式DC/DC变换器，并且所述自耦变压整流器、所述三相桥式整流电路、所述LC滤波电路、以及所述单相桥式DC/DC变换器共同形成用于所述蓄电池充电器的电路。

在本发明的一个实施例中，所述分时复用三端口变换器进一步包括：

用于形成所述单相桥式DC/AC变换器的一部分的第二电路；以及

用于形成推挽正激电路的一部分的第三电路，

其中所述变换器电路与所述第二电路共同形成所述单相桥式DC/AC变换器，所述两相桥臂和所述LC滤波电路与所述第三电路共同形成所述推挽正激电路，并且所述推挽正激电路和所述单相桥式DC/AC变换器共同形成用于所述静止变流器的电路。

在本发明的一个实施例中，所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器、所述第四接触器、以及所述开关的状态由控制器来进行控制。

在本发明的该实施例中，当三相交流汇流条正常工作时，所述控制器控制所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器均与所述第一触点相连且所述开关闭合；并且当所述三相交流汇流条故障失效时，所述控制器控制所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器均与所述第二触点相连且所述开关断开。

在本发明的该实施例中，当三相交流汇流条正常工作时，所述分时复用三端口变换器处于蓄电池充电模式并且将所述三相交流汇流条提供的115V三相交流电转换为28V直流电以便给蓄电池供电；并且当所述三相交流汇流条故障失效时，所述分时复用三端口变换器处于蓄电池放电模式并且将所述蓄电池提供的28V直流电转换为115V单相交流电以便给单相交流汇流条供电。

在本发明的另一个实施例中，公开了一种用于三端口变换器的方法，所述三端口变换器包括四个接触器和一个开关，所述方法包括：

判断三相交流汇流条是否正常工作；

如果是，则使所述四个接触器中的每一者与第一触点相连并闭合所述开关以使得所述三端口变换器被用作蓄电池充电器；

如果否，则使所述四个接触器中的每一者与第二触点相连并断开所述开关以使得所述三端口变换器被用作静止变流器。

在本发明的一个实施例中，所述四个接触器和所述开关的状态由控制器来控制，以使得：

当三相交流汇流条正常工作时，所述三端口变换器进入蓄电池充电模式，并且所述蓄电池充电器被配置成将所述三相交流汇流条提供的115V三相交流电转换成28V直流电以便给蓄电池供电；并且

当所述三相交流汇流条未正常工作时，所述分时复用三端口变换器进入蓄电池放电模式，并且所述静止变流器被配置成将所述蓄电池提供的28V直流电转换成115V单相交流电以便给单相交流汇流条供电。

在本发明的一个实施例中，所述分时复用三端口变换器包括：

三相桥式整流电路，所述三相桥式整流电路中的两相桥臂分别与所述四个接触器中的第一接触器和第二接触器相连且剩余的单相桥臂与所述开关相连；

LC滤波电路，所述LC滤波电路与所述三相桥式整流电路相连；以及

变换器电路，所述变换器电路与所述LC滤波电路以及与所述四个接触器中的第三接触器和第四接触器相连。

在本发明的上述实施例中，所述方法进一步包括：

在所述三相交流汇流条正常工作的情况下使用所述变换器电路来形成单相桥式DC/DC变换器以使得所述三端口变换器被用作所述蓄电池充电器；以及

在所述三相交流汇流条未正常工作的情况下使用所述变换器电路来形成单相桥式DC/AC变换器以使得所述三端口变换器被用作所述静止变流器。

在结合附图研读了下文对本发明的具体示例性实施例的描述之后，本发明的其他方面、特征和实施例对于本领域普通技术人员将是明显的。尽管本发明的特征在以下可能是针对某些实施例和附图来讨论的，但本发明的全部实施例可包括本文所讨论的有利特征中的一个或多个。换言之，尽管可能讨论了一个或多个实施例具有某些有利特征，但也可以根据本文讨论的本发明的各种实施例使用此类特征中的一个或多个特征。以类似方式，尽管示例性实施例在下文可能是作为设备、系统或方法实施例进行讨论的，但是应当领会，此类示例性实施例可以在各种设备、系统、和方法中实现。

附图说明

为了能详细理解本公开的以上陈述的特征所用的方式，可参照各方面来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中阐示。然而应该注意，附图仅阐示了本公开的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为本描述可允许有其他等同有效的方面。

图1示出了根据本发明的一个实施例的三端口变换器结构的框图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的蓄电池充电器结构的框图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的静止变流器结构的框图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于三端口变换器的方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考形成本发明一部分并示出各具体示例性实施例的附图更详尽地描述各个实施例。然而，各实施例可以以许多不同的形式来实现，并且不应将其解释为限制此处所阐述的各实施例；相反地，提供这些实施例以使得本公开变得透彻和完整，并且将这些实施例的范围完全传达给本领域普通技术人员。各实施例可按照方法、系统或设备来实施。因此，这些实施例可采用硬件实现形式、全软件实现形式或者结合软件和硬件方面的实现形式。因此，以下具体实施方式并非是局限性的。

各流程图中的步骤可通过硬件(例如，处理器、引擎、存储器、电路)、软件(例如，操作系统、应用、驱动器、机器/处理器可执行指令)或其组合来执行。如本领域普通技术人员将理解的，各实施例中所涉及的方法可以包括比示出的更多或更少的步骤。

考虑到蓄电池充电器和静止变流器在民机电源系统中不会同时使用，且拓扑结构存在一定重合度，为了实现电源系统集成度的进一步提高，本发明的技术方案包括在不影响电源系统架构的基础上集成的蓄电池充电器和静止变流器以及针对蓄电池充电器与静止变流器的分时复用方法。

以下将详细描述本发明的各方面。

图1示出了根据本发明的一个实施例的三端口变换器结构的框图。如图1所示，该三端口变换器结构包括以下电路和组件。

三相交流汇流条提供的115V三相交流电经过该三端口变换器中的自耦变压整流器(ATRU)102。该三端口变换器还包括虚线框106中示出的第一接触器KM1和第二接触器KM2以及开关S，该第一接触器和第二接触器与该三端口变换器所包括的三相桥式整流电路108中的两相桥臂相连并且开关S与剩余的单相桥臂相连。

图1进一步示出三端口变换器包括LC滤波电路110，该LC滤波电路110与该三相桥式整流电路108相连，并且进一步与变换器电路112相连。该变换器电路112可以在图1所示的三端口变换器处于蓄电池充电模式和蓄电池放电模式下被分别用于形成相应的单相桥式DC/DC变换器和单相桥式DC/AC变换器的一部分，这将在下文中更详细地描述。

该三端口变换器还包括虚线框114中示出的第三接触器KM3和第四接触器KM4，这两个接触器以及上述第一和第二接触器各自具有第一触点(触点1)和第二触点(触点2)并且该第三接触器和第四接触器分别与变换器电路112相连。

在本发明的一个实施例中，图1所示的三端口变换器进一步包括第一电路118。

当图1所示的四个接触器KM1-4全部与第一触点相连且开关S闭合时(即，当三相交流汇流条正常工作且三端口变换器处于蓄电池充电模式下时)，该第一电路118与变换器电路112共同形成单相桥式DC/DC变换器并且该三端口变换器被用作蓄电池充电器。此时，该三端口变换器中的自耦变压整流器(ATRU)102、三相桥式整流电路108、LC滤波电路110、以及所形成的单相桥式DC/DC变换器共同形成用于该蓄电池充电器的电路。这将在图2中更详细地示出。

在本发明的一个实施例中，图1所示的三端口变换器进一步包括第二电路120和第三电路116。

当图1所示的四个接触器KM1-4全部与第二触点相连且开关S断开时(即，当三相交流汇流条未正常工作(例如，故障失效)且三端口变换器处于蓄电池放电模式下时)，该第二电路120与变换器112共同形成单相桥式DC/AC变换器，该第三电路116与三相桥式整流电路108中的与第一和第二接触器相连的两相桥臂和所述LC滤波电路共同形成推挽正激电路，并且该三端口变换器被用作静止变流器。此时，所形成的推挽正激电路和单相桥式DC/AC变换器共同形成用于该静止变流器的电路。这将在图3中更详细地示出。

在本发明的一个实施例中，图1所示的四个接触器KM1-4和开关S的状态可由控制器104来控制。

具体而言，在一方面，该控制器可以在三相交流汇流条正常工作时使得这四个接触器KM1-4全部与第一触点相连且开关S闭合，以使得三端口变换器能处于蓄电池充电模式下，此时该三端口变换器可被用作蓄电池充电器。该三端口变换器将三相交流汇流条提供的115V三相交流电转换为28V直流电，给蓄电池供电。即，115V三相交流电经过自耦变压整流器(ATRU)102、三相桥式整流电路108、LC滤波电路110、单相桥式DC/DC变换器(由变换器电路112与第一电路118共同形成)，最终转换为28V直流电，以便给蓄电池供电。

在另一方面，该控制器可以在三相交流汇流条未正常工作时使得这四个接触器KM1-4全部与第二触点相连且开关S断开，以使得三端口变换器能处于蓄电池放电模式下，此时该三端口变换器可被用作静止变流器。该三端口变换器将蓄电池提供的28V直流电转换为115V单相交流电，给单相交流汇流条供电。即，28V直流电经过推挽正激电路(由第三电路116、三相桥式整流电路108中的与第一和第二接触器相连的两相桥臂、以及LC滤波电路110共同形成)、单相桥式DC/AC变换器(由变换器电路112与第二电路里120共同形成)，最终转换为115V单相交流电，以便给单相交流汇流条供电。

由此，图1所示的三端口变换器包括自耦变压整流器(ATRU)102、三相桥式整流电路108、LC滤波电路110、变换器电路112、单相桥式DC/DC变换器、推挽正激电路、以及单相桥式DC/AC变换器。其中，对三相桥式整流电路108中的两相桥臂、LC滤波电路110、以变换器电路112进行分时复用，从而减小了系统模块数量和控制难度，从而减少了系统的体积重量和成本，提升了系统稳定性。

图2示出了根据本发明的一个实施例的蓄电池充电器结构的框图。

在本发明的一个实施例中，在蓄电池充电模式下(三相交流汇流条正常供电)，接触器KM1～KM4与触点1相连，开关S闭合。如图2所示，115V三相交流电经过自耦变压整流器(ATRU)、三相桥式整流电路、LC滤波电路、以及单相桥式DC/DC变换器，最终转换为28V直流电，给蓄电池供电。与之相对应地，如图1所示，28V直流电经过推挽正激电路(由第三电路116、三相桥式整流电路108中的与第一和第二接触器相连的两相桥臂、以及LC滤波电路110共同形成)、单相桥式DC/AC变换器(由变换器电路112与第二电路里120共同形成)，最终转换为115V单相交流电，以便给单相交流汇流条供电。

图3示出了根据本发明的一个实施例的静止变流器结构的框图。

在本发明的一个实施例中，在蓄电池放电模式(仅由蓄电池供电)下(三相交流汇流条丧失)，接触器KM1～KM4与触点2相连，开关S断开。如图3所示，28V直流电经过推挽正激电路以及单相桥式DC/AC变换器，最终转换为115V单相交流电，给单相交流汇流条供电。与之相对应地，如图1所示，28V直流电经过推挽正激电路(由第三电路116、三相桥式整流电路108中的与第一和第二接触器相连的两相桥臂、以及LC滤波电路110共同形成)、单相桥式DC/AC变换器(由变换器电路112与第二电路里120共同形成)，最终转换为115V单相交流电，以便给单相交流汇流条供电。

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于三端口变换器的方法的流程图。

该方法开始后，首先判断三相交流汇流条是否正常工作。

如果是，则三端口变换器进入正常工作模式(即，蓄电池充电模式)，并且接触器KM1～KM4与触点1相连，开关S闭合，以使得该三端口变换器被用作蓄电池充电器，并且三相交流汇流条提供的三相115VAC转换为28VDC，给蓄电池供电。

如果否(例如，当三相交流汇流条故障失效时)，则三端口变换器进入蓄电池供电模式(即，蓄电池放电模式)，并且接触器KM1～KM4与触点2相连，开关S断开，以使得该三端口变换器被用作静止变流器，并且蓄电池提供的28VDC转换为单相115VAC，给单相交流汇流条供电。

以上参考根据本发明的实施例的方法、系统和计算机程序产品的框图和/或操作说明描述了本发明的实施例。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

此外，实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分时复用三端口变换器，包括：

三相桥式整流电路，所述三相桥式整流电路中的两相桥臂分别与第一接触器和第二接触器相连且剩余的单相桥臂与开关相连；

LC滤波电路，所述LC滤波电路与所述三相桥式整流电路相连；以及

变换器电路，所述变换器电路与所述LC滤波电路以及第三接触器和第四接触器相连，

其中当所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器均与第一触点相连且所述开关闭合时，所述变换器电路被用来形成单相桥式DC/DC变换器的一部分且所述分时复用三端口变换器被用作蓄电池充电器，并且

其中当所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器均与第二触点相连且所述开关断开时，所述变换器电路被用来形成单相桥式DC/AC变换器的一部分且所述分时复用三端口变换器被用作静止变流器。

2.如权利要求1所述的分时复用三端口变换器，进一步包括：

与三相交流汇流条相连的自耦变压整流器；以及

用于形成所述单相桥式DC/DC变换器的一部分的第一电路，

其中所述变换器电路与所述第一电路共同形成所述单相桥式DC/DC变换器，并且所述自耦变压整流器、所述三相桥式整流电路、所述LC滤波电路、以及所述单相桥式DC/DC变换器共同形成用于所述蓄电池充电器的电路。

3.如权利要求1所述的分时复用三端口变换器，进一步包括：

用于形成所述单相桥式DC/AC变换器的一部分的第二电路；以及

用于形成推挽正激电路的一部分的第三电路，

其中所述变换器电路与所述第二电路共同形成所述单相桥式DC/AC变换器，所述两相桥臂和所述LC滤波电路与所述第三电路共同形成所述推挽正激电路，并且所述推挽正激电路和所述单相桥式DC/AC变换器共同形成用于所述静止变流器的电路。

4.如权利要求1所述的分时复用三端口变换器，其中所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器、所述第四接触器、以及所述开关的状态由控制器来进行控制。

5.如权利要求4所述的分时复用三端口变换器，其中：

当三相交流汇流条正常工作时，所述控制器控制所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器均与所述第一触点相连且所述开关闭合；并且

当所述三相交流汇流条故障失效时，所述控制器控制所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器均与所述第二触点相连且所述开关断开。

6.如权利要求5所述的分时复用三端口变换器，其中：

当三相交流汇流条正常工作时，所述分时复用三端口变换器处于蓄电池充电模式并且将所述三相交流汇流条提供的115V三相交流电转换为28V直流电以便给蓄电池供电；并且

当所述三相交流汇流条故障失效时，所述分时复用三端口变换器处于蓄电池放电模式并且将所述蓄电池提供的28V直流电转换为115V单相交流电以便给单相交流汇流条供电。

7.一种用于三端口变换器的方法，所述三端口变换器包括四个接触器和一个开关，所述方法包括：

判断三相交流汇流条是否正常工作；

如果是，则使所述四个接触器中的每一者与第一触点相连并闭合所述开关以使得所述三端口变换器被用作蓄电池充电器；

如果否，则使所述四个接触器中的每一者与第二触点相连并断开所述开关以使得所述三端口变换器被用作静止变流器。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述四个接触器和所述开关的状态由控制器来控制，以使得：

当三相交流汇流条正常工作时，所述三端口变换器进入蓄电池充电模式，并且所述蓄电池充电器被配置成将所述三相交流汇流条提供的115V三相交流电转换成28V直流电以便给蓄电池供电；并且

当所述三相交流汇流条未正常工作时，所述分时复用三端口变换器进入蓄电池放电模式，并且所述静止变流器被配置成将所述蓄电池提供的28V直流电转换成115V单相交流电以便给单相交流汇流条供电。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述分时复用三端口变换器包括：

三相桥式整流电路，所述三相桥式整流电路中的两相桥臂分别与所述四个接触器中的第一接触器和第二接触器相连且剩余的单相桥臂与所述开关相连；

LC滤波电路，所述LC滤波电路与所述三相桥式整流电路相连；以及

变换器电路，所述变换器电路与所述LC滤波电路以及与所述四个接触器中的第三接触器和第四接触器相连。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

在所述三相交流汇流条正常工作的情况下使用所述变换器电路来形成单相桥式DC/DC变换器以使得所述三端口变换器被用作所述蓄电池充电器；以及

在所述三相交流汇流条未正常工作的情况下使用所述变换器电路来形成单相桥式DC/AC变换器以使得所述三端口变换器被用作所述静止变流器。

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