CN115776243A

CN115776243A - 一种新型有源整流电路及电源装置

Info

Publication number: CN115776243A
Application number: CN202111047626.4A
Authority: CN
Inventors: 韩永清; 张凯; 帅旭东
Original assignee: Tianjin Noer Electric Co ltd
Current assignee: Tianjin Noer Electric Co ltd
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2023-03-10

Abstract

本发明公提供一种新型有源整流电路及电源装置。新型有源整流电路为三相有源整流电路，用于将三相交流电源输出的三相交流电流转换为母线正极与母线负极之间的母线直流电压信号，三相整流模块的三对桥臂的每对桥臂的上桥臂包括一个上桥臂二极管、下桥臂包括一个下桥臂二极管，上桥臂二极管的阴极与母线正极连接、阳极与其所在桥臂的桥臂输入端连接，下桥臂二极管的阴极与其所在桥臂的桥臂输入端连接、阳极与母线负极连接；三个上桥臂二极管各自与一个开关管反向连接，或，三个下桥臂二极管各自与一个开关管反向连接。本发明采用三只开关管、六只二极管，同样能实现有源整流功能，大大简化电路和降低三相有源整流器成本，提高三相有源整流器性价比。

Description

一种新型有源整流电路及电源装置

技术领域

本发明涉及变流技术领域，特别是涉及一种新型有源整流电路及电源装置。

背景技术

图1所示是当前使用的三相有源整流器，它采用六只开关管和六只二极管反向并联，有四大功能：1、输出直流电压可控，输入电压波动输出电压不受影响；2、它能有效抑制输入测电流畸变率；3、能够实现电流与电压的相位调节做无功补偿；4、电能双向流动实现四象限运行。但是在实际应用中90％以上的工况不需要电能双向流动(四象限运行)，此功能浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种新型有源整流电路及电源装置，其可以降低电源端口电流畸变率或电源端口所需要的电流波形，提高电网的电能质量和电网输电效率同时提高电网安全运行系数。

本发明第一方面，提供一种新型有源整流电路，其为三相有源整流电路，用于将三相交流电源输出的三相交流电流转换为母线正极与母线负极之间的母线直流电压信号，包括三相电抗模块、三相整流模块以及滤波模块：所述三相电抗模块的输入端与三相交流电源连接；所述三相整流模块的输入端与三相电抗模块的输出端连接，所述三相整流模块的正相输出端与母线正极连接、负相输出端与母线负极连接；所述滤波模块的一端与母线正极连接、另一端与母线负极连接；

所述三相整流模块包括三对桥臂，每对所述桥臂包括上桥臂与下桥臂，每个所述上桥臂的第一端与母线正极连接，每个所述下桥臂的第二端与母线负极连接；所述三相电抗模块具有三个电抗输出端，每对所述桥臂具有一个桥臂输入端，每个所述桥臂输入端与一个所述电抗输出端相连接；每对所述桥臂的上桥臂的第二端、下桥臂的第一端与其桥臂输入端连接；

每对桥臂的上桥臂包括一个上桥臂二极管、下桥臂包括一个下桥臂二极管，上桥臂二极管的阴极与母线正极连接、阳极与其所在桥臂的桥臂输入端连接，下桥臂二极管阴极与其所在桥臂的桥臂输入端连接、阳极与母线负极连接；三个上桥臂二极管各自与一个开关管反向连接，或，三个下桥臂二极管各自与一个开关管反向连接。

本发明第二方面，提供一种电源装置，包括本发明第一方面的所述新型有源整流电路。

本发明新型有源整流电路，采用三只开关管和六只二极管，同样能够现有技术中的图1所示有源整流器的整流功能，实现有源整流，完全满足市场需求，大大简化电路和降低三相有源整流器的成本，提高三相有源整流器的性价比，能让三相有源整流技术得到广泛的应用。

当三相交流电源电压极不稳定时，很难保证设备正常运行，而本发明能够在电源电压在一定的范围内波动保持输出电压不变，确保用电设备正常运行。

附图说明

图1是现有技术中当前使用的三相有源整流器路拓朴图。

图2为本发明的新型有源整流电路拓朴图。

图3为三相交流电源的电流波形图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，本发明实施例的本发明第一方面，提供一种新型有源整流电路，其为三相有源整流电路，用于将三相交流电源输出的三相交流电流转换为母线正极与母线负极之间的母线直流电压信号，包括三相电抗模块、三相整流模块以及滤波模块：所述三相电抗模块的输入端与三相交流电源连接；所述三相整流模块的输入端与三相电抗模块的输出端连接，所述三相整流模块的正相输出端与母线正极连接，所述三相整流模块的负相输出端与母线负极连接；所述滤波模块的一端与母线正极连接，所述滤波模块的另一端与母线负极连接；

所述三相整流模块包括三对桥臂，每对所述桥臂包括上桥臂与下桥臂，每个所述上桥臂的第一端与母线正极连接，每个所述下桥臂的第二端与母线负极连接；所述三相电抗模块具有三个电抗输出端，每对所述桥臂具有一个桥臂输入端，每个所述桥臂输入端与一个对应的所述电抗输出端连接；每对所述桥臂的上桥臂的第二端、下桥臂的第一端与其桥臂输入端连接；

每对桥臂的上桥臂包括一个上桥臂二极管、下桥臂包括一个下桥臂二极管，上桥臂二极管的阴极与母线正极连接、阳极与其所在桥臂的桥臂输入端连接，下桥臂二极管阴极与其所在桥臂的桥臂输入端连接、阳极与母线负极连接，其中，三个下桥臂二极管各自与一个开关管反向连接；

具体的，新型有源整流电路，包括六个二极管D1-D6,三个开关管S1-S3,二极管D1、D2形成第一对桥臂，二极管D3、D4形成第二对桥臂，二极管D5、D6形成第三对桥臂，二极管D1、D3、D5作为上桥臂二极管，二极管D2、D4、D6作为下桥臂二极管，二极管D2、D4、D6各自对应反向连接开关管S1、S2、S3，即二极管D2、D4、D6的阳极各自对应与开关管S1、S2、S3的发射极连接，二极管D2、D4、D6的阴极各自对应与开关管S1、S2、S3的集电极连接，开关管S1、S2、S3的基极连接控制电路的脉宽调制信号实现导通与关断，从而实现控制直流侧的输出电压稳定在恒定的范围内，与设定电压Ugd相一致。

作为上述的实施例的变形，图2所示电路拓朴结构，也可以是三个上桥臂二极管D1、D3、D5各自反向连接一个开关管，三个下桥臂二极管D2、D4、D6不再连接开关管S1、S2、S3，电路图不再示出，同样可以实现本发明实施例的有源整流的功能。

其中，所述三相电抗模块包括有三个电感L，每个电感L的第一端与三相交流电源相接，第二端与对应的电抗输出端相接。

作为一个可选的实施例，所述滤波模块包括至少一个电容器C，电容器C的一端母线正极连接、另一端与母线负极连接；该电容器C可对输出的电压进行滤波后输出到负载给负载提供直流电压供电。

本发明实施例，可以通过采集电容器C所输出直流电压Uo，与设定电压Ugd进行比较，由控制电路调节脉宽调制占空比在保持原有电流波形不变的前提下进行大小调节，来实现控制给电感L充电量的大小，与输出的直流电压Uo形成闭环PI调节，从而满足电感释放到电容器C的电能大小，能够供给负荷使用的情况下维持输出直流电压满足要求。

进一步的，所述控制电路连接电压采样电路，用于对三相交流电源的输入电压信号进行采样。所述控制电路可以通过采集三相交流电源的输入电压及相位和输入电流及相位，实现任意调节电流和电压的相位差控制，实现功率因素补偿功能。

可选的，所述控制电路可以连接电流采样电路，电流采样电路分两路，用于对三相交流电源的任意两相的输入电流信号采样，两路采样点对应布置在所述三相电抗模块的任意两个电抗输出端，当然可以是布置所述的所述三相电抗模块的任意两个电感的输入端，与所述三相电抗模块的电感的第一端连接。

上述的电流采样可以是采用电流传感器采样，或是通过采样电阻来采样，或是通过电感或电抗器来采样，具体不限，只要三相交流电源的采样点能够反应电流的实际特征或通过计算能够反映电流的实际特征即可。

当然，也可以不设置电流采样电路，通过采集的三相交流电源的电压波形和负荷大小来计算三相交流电源流经电感的电流值。

本发明实施例，所述控制电路可以是包括DSP数字信号处理器或是MCU控制器等，具体不限。

本发明实施例的所述有源整流电路，所述控制电路通过采集电容器两端电压与给定电压比较，控制脉宽调制信号占空比大小使电容器两端电压满足需要。

本发明实施例的所述有源整流电路，通过控制电路采集三相交流电源的电压和相位，控制三个所述开关管的开关顺序，控制电路通过对输入三相整流模块的两个输入电流的信号处理，对所述开关管进行脉宽调制闭环控制，控制开关管的导通、关断时间，控制给三相电抗模块的电感充电时间，从而实现控制所述滤波模块的输出电压：当所述开关管打开时，给电感充电，当所述开关管关断时，电感释放电能，通过三相整流模块施加到所述电容器中并输出到负载，以使所述滤波模块的输出电压在给定电压的范围内。

作为一个可选的实施例，所述控制电路可以是采集滤波模块的两端输出电压与给定电压比较，当输出电压低于给定电压时，根据所述输出电压与给定电压的差值、输入三相整流模块的两个输入电流的电流信号以及三相电抗模块的电感的电感值三者之间的关系，计算出三个电感的充电时间，根据充电时间控制三个开关管的导通时间和关断时间。

其中，给所述电感的充电周期的长短决定电源电流的波形，因此，为了让电流波形达到所需的形状，就要按所需形状对每一个调制脉冲的占空比调节，如采用电流闭环PI调节，通过采样电源输入电压及相位来调制电流波形，保证输入电流的波形符合要求，同时也可以实现电流与电压的相位符合需要。

如，参见图2-3所示，在0秒时刻：当U_c高于U_a时，开关管S3打开，Ua高于U_b时，开关管S1打开，B相电源电压最低，对应的开关管S2打不打开都不会流过电流，这时C相电源电流从开关管S3经过二极管D2流向A相电源、经过二极管D4流向B相电源；A相电源电流从开关管S1经过二极管D4流向B相电源。以此类推，电压最高和次高的两相电源的对应的开关打开有效，电压最低一相对应的开关管电压反向开不开都一样，不会流过电流，该相的电流会经过反向二极管流过，如此向电感充电，当充电到一定程度时开关管关闭。开关管关闭后电感的电能会在di/dt的作用下释放电能，电能通过二极管向电容器C充电，电容器C供给负荷使用。当电能释放完毕后在重复下一个周期的充放电，如此周而复始的工作实现整流功能。

本发明实施例的新型有源整流电路在改变开关管的顺序就会产生不同整流效果，改变电流内环占空比的算法就会改变输入电流波形，因此本发明实施例有源整流电路，能任意控制电流波形，也可控制电流与电压的相位超前或错后。

本发明实施例新型有源整流电路，采用三只开关管(可采用IGBT器件)和六只二极管，同样能够现有技术中的图1所示有源整流器的整流功能，实现有源整流，完全满足市场需求，大大简化电路和降低三相有源整流器的成本，提高三相有源整流器的性价比，能让三相有源整流技术得到广泛的应用。

本发明实施例第二方面，提供一种电源装置，包括本发明实施例第一方面的所述新型有源整流电路。

本发明实施例的电源装置，由于包括本发明实施例第一方面的所述新型有源整流电路，因此具有该新型有源整流电路的功能与技术效果，具体请参见本发明实施例第一方面的所述新型有源整流电路的上述的说明，对此不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种新型有源整流电路，其为三相有源整流电路，用于将三相交流电源输出的三相交流电流转换为母线正极与母线负极之间的母线直流电压信号，包括三相电抗模块、三相整流模块以及滤波模块：所述三相电抗模块的输入端与三相交流电源连接；所述三相整流模块的输入端与三相电抗模块的输出端连接，所述三相整流模块的正相输出端与母线正极连接、负相输出端与母线负极连接；所述滤波模块的一端与母线正极连接、另一端与母线负极连接；

所述三相整流模块包括三对桥臂，每对所述桥臂包括上桥臂与下桥臂，每个所述上桥臂的第一端与母线正极连接，每个所述下桥臂的第二端与母线负极连接；所述三相电抗模块具有三个电抗输出端，每对所述桥臂具有一个桥臂输入端，每个所述桥臂输入端与一个所述电抗输出端连接；每对所述桥臂的上桥臂的第二端、下桥臂的第一端与其桥臂输入端连接；其特征在于，

每对桥臂的上桥臂包括一个上桥臂二极管、下桥臂包括一个下桥臂二极管，上桥臂二极管的阴极与母线正极连接、阳极与其所在桥臂的桥臂输入端连接，下桥臂二极管的阴极与其所在桥臂的桥臂输入端连接、阳极与母线负极连接；三个上桥臂二极管各自与一个开关管反向连接，或，三个下桥臂二极管各自与一个开关管反向连接。

2.根据权利要求1所述的有源整流电路，其特征在于，所述三相电抗模块包括三个电感，每个电感的第一端与三相交流电源相接，第二端与对应的一个电抗输出端相接。

3.根据权利要求1或2所述的有源整流电路，其特征在于，所述滤波模块包括至少一个电容器，所述电容器的一端与母线正极连接、另一端与母线负极连接。

4.根据权利要求3所述的有源整流电路，其特征在于，包括有控制电路，所述控制电路连接电流采样电路，用于检测输入所述三相整流模块的两个交流输入电流信号。

5.根据权利要求4所述的有源整流电路，其特征在于，所述控制电路的脉宽调制信号输出端与所述开关管的基极连接，用于对输入所述三相整流模块的两个交流输入电流信号以及所述母线电压信号处理，得到携带占空比信息的脉宽调制信号，并将该脉宽调制信号传送至所述开关管的基极。

6.根据权利要求4或5所述的有源整流电路，其特征在于，所述控制电路连接电压采样电路，用于检测交流输入电压信号，所述控制电路通过采集三相交流电源的电压信号进行处理，通过脉宽调制信号控制所述开关管的开关顺序。

7.根据权利要求6所述的有源整流电路，其特征在于，所述控制电路采集电容器两端电压与给定电压比较，控制脉宽调制信号占空比大小使电容器两端电压满足需要。

8.根据权利要求7所述的有源整流电路，其特征在于，所述控制电路包括DSP数字信号处理器或是MCU控制器。

9.一种电源装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述新型有源整流电路。