CN115864886A - 一种基于双向移相全桥变换器的三端口变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双向移相全桥变换器的三端口变换器。该变换器集成了蓄电池充电器和静止变流器，实现了分时复用功能，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

一种基于双向移相全桥变换器的三端口变换器

技术领域

本发明属于电能变换技术领域，特别涉及一种基于双向移相全桥变换器的三端口变换器。

背景技术

目前的民机电源系统中，通常存在蓄电池充电器和静止变流器这两个单独的模块。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；当发电机失效时，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。

考虑到由于蓄电池不会同时充放电，因此蓄电池充电器和静止变流器在民机电源系统中不会同时工作，且这两者的拓扑结构存在一定重合度。所以，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基于双向移相全桥变换器的三端口变换器，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，本发明中的基于双向移相全桥变换器的三端口变换器由两级变换装置集合而成，包括三相全桥整流电路及移相全桥变换器。这两级变换装置中的开关器件均为可控器件，通过控制电路控制开关通断。

在蓄电池充电模式下(三相交流汇流条正常供电)，三相全桥整流电路将三相115V交流电转换为直流电，再通过移相全桥变换器得到28V直流电，给蓄电池供电。其电压值可通过控制电路调节占空比来调节。

在蓄电池放电模式下(三相交流汇流条丧失)，通过控制电路改变移相全桥变换器的输入输出端，再经由三相桥式逆变，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，根据本发明的一个实施例，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：

LC滤波器，所述LC滤波器与第一接触器、第二接触器和第三接触器相连，所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器中的每一者具有第一触点和第二触点；

三相全桥整流电路，所述三相全桥整流电路与所述LC滤波器相连；以及

双向移相全桥变换器，所述双向移相全桥变换器与所述三相全桥整流电路相连，

其中当所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器均与所述第一触点相连时，所述三相全桥整流电路将由三相交流汇流条提供的三相交流电转换为直流电，并且经由所述双向移相全桥变换器将所述直流电转换成具有预定电压的直流电以便给蓄电池供电，并且

其中当所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器均与所述第二触点相连时，所述双向移相全桥变换器将所述蓄电池提供的具有所述预定电压的直流电转换成单相交流电并经由所述三相全桥整流电路的三相桥式逆变来给单相交流汇流条供电。

在本发明的一个实施例中，所述三相全桥整流电路和所述双向移相全桥变换器中的开关器件均为可控器件并通过控制电路来控制开关通断。

在本发明的上述实施例中，所述预定电压由所述控制电路通过调节占空比来调整。

在本发明的一个实施例中，当所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器均与所述第一触点相连时，所述蓄电池处于充电模式，并且所述三相全桥整流电路被进一步配置成通过控制三相桥臂开关管来将所述三相交流电转换为直流电，并且所述双向移相全桥变换器被配置成右侧开关管常开且反并二极管工作。

在本发明的一个实施例中，当所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器均与所述第二触点相连时，所述蓄电池处于放电模式，并且所述双向移相全桥变换器被进一步配置成通过左侧开关管常开且反并二极管工作来改变输入输出端。

在本发明的一个实施例中，进一步包括控制器单元，所述控制器单元被配置成在所述三相全桥整流电路中的一相桥臂开关管出现故障的情况下使用另两相桥臂中的任一相来进行逆变。

在本发明的一个实施例中，提供给所述蓄电池的直流电的所述预定电压是28V，并且所述三相交流电和所述单相交流电均为115V。

在本发明的另一个实施例中，公开了一种基于三端口变换器的方法，所述三端口变换器包括三相全桥整流电路、双向移相全桥变换器以及三个接触器，所述方法包括：

判断三相交流汇流条是否正常工作；

如果是，则使所述三个接触器中的每一者与第一触点相连，经由所述三相全桥整流电路将由所述三相交流汇流条提供的三相交流电转换为直流电，并经由所述双向移相全桥变换器将所述直流电转换成具有预定电压的直流电以便给蓄电池供电；

如果否，则使所述三个接触器中的每一者与第二触点相连，经由所述双向移相全桥变换器将所述蓄电池提供的具有所述预定电压的直流电转换成单相交流电并经由所述三相全桥整流电路的三相桥式逆变来给单相交流汇流条供电。

在本发明的一个实施例中，该方法进一步包括通过控制所述三相全桥整流电路的三相桥臂开关管来将所述三相交流电转换为直流电，并且通过使所述双向移相全桥变换器的右侧开关管常开且反并二极管工作来将所述直流电转换成具有预定电压的直流电。

在本发明的一个实施例中，该方法进一步包括通过使所述双向移相全桥变换器的左侧开关管常开且反并二极管工作来改变所述双向移相全桥变换器的输入输出端，并且在所述三相全桥整流电路中的一相桥臂开关管出现故障的情况下使用另两相桥臂中的任一相来进行逆变。

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基于双向移相全桥变换器的三端口变换器结构在蓄电池充电模式下的示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的基于双向移相全桥变换器的三端口变换器结构在蓄电池放电模式下的示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的一种基于三端口变换器的分时复用方法的流程图。

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基于双向移相全桥变换器的三端口变换器结构在蓄电池充电模式下的示意图。

如图1所示，本发明中的基于双向移相全桥变换器的三端口变换器结构包括与三个接触器KM1、KM2和KM3相连的LC滤波器102、与LC滤波器102相连的三相全桥整流电路104、与三相全桥整流电路104相连的双向移相全桥变换器106、以及与三个接触器KM1、KM2和KM3相连的控制器单元110。

当三相交流汇流条工作正常时，本发明中的基于双向移相全桥变换器的三端口变换器被用作蓄电池充电器，即处于蓄电池充电模式。在该充电模式下，三个接触器KM1、KM2和KM3均与第一触点(如附图标记‘1’所示)相连，此时三相全桥整流电路104将三相交流汇流条提供的三相115V交流电转换为直流电，再通过移相全桥变换器得到28V直流电，以便给蓄电池供电。如本领域技术人员可以理解的，本文中的115V和28V电压都是示例性而非限制性的。

具体而言，在本发明的一个实施例中，三相全桥整流电路104和双向移相全桥变换器106中的开关器件均为可控器件并且可通过控制电路控制开关通断。由此，在蓄电池充电模式下(三相交流汇流条正常供电)，即在接触器KM1～KM3接通1触点的情况下，三相全桥整流电路104通过控制桥臂开关管来将三相115V交流电转换为直流电，并且通过使双向移相全桥变换器106的右侧开关管108常开且反并二极管工作来将三相全桥整流电路104提供的直流电转换成具有预定电压(诸如28V)的直流电，以便给蓄电池供电。

在本发明的一个实施例中，诸如28V之类的预定电压可由控制电路通过调节占空比来调整。

在本发明的另一实施例中，控制器单元110可用于备份功能，这在下文中参照图2更详细地描述。

图2示出了根据本发明的一个实施例的基于双向移相全桥变换器的三端口变换器结构在蓄电池放电模式下的示意图。

如图2所示，本发明中的基于双向移相全桥变换器的三端口变换器结构包括与三个接触器KM1、KM2和KM3相连的LC滤波器202、与LC滤波器202相连的三相全桥整流电路204、与三相全桥整流电路204相连的双向移相全桥变换器206、以及与三个接触器KM1、KM2和KM3相连的控制器单元210。

当三相交流汇流条丧失时，本发明中的基于双向移相全桥变换器的三端口变换器被用作静止变流器，即处于蓄电池放电模式。在该放电模式下，三个接触器KM1、KM2和KM3均与第二触点(如附图标记‘2’所示)相连，此时改变双向移相全桥变换器206的输入输出端并经由三相全桥整流电路204的三相桥式逆变来将蓄电池提供的具有预定电压(诸如28V)的直流电转换成单相交流电(诸如115V)，以便给单相交流汇流条供电。如本领域技术人员可以理解的，本文中的115V和28V电压都是示例性而非限制性的。

具体而言，在本发明的一个实施例中，三相全桥整流电路204和双向移相全桥变换器206中的开关器件均为可控器件并且可通过控制电路控制开关通断。由此，在蓄电池放电模式下(三相交流汇流条丧失)，即在接触器KM1～KM3接通2触点的情况下，通过使双向移相全桥变换器206的左侧开关管208常开且反并二极管工作来改变该双向移相全桥变换器206的输入输出端，并经由三相全桥整流电路204的三相桥式逆变来给单相交流汇流条供电。

在本发明的一个实施例中，控制器单元210可实现备份功能，该控制器单元210可被配置成在三相全桥整流电路204中的一相桥臂开关管出现故障的情况下使用另两相桥臂中的任一相来进行逆变，以提高单相交流汇流条的可靠性。

图3示出了根据本发明的一个实施例的一种基于三端口变换器的分时复用方法300的流程图。在本发明的一个实施例中，该三端口变换器包括三相全桥整流电路、双向移相全桥变换器以及三个接触器。

如图3所示，方法300开始于判定步骤302，在步骤302，判断三相交流汇流条是否正常工作。在本发明的一个实施例中，如果三相交流汇流条正常工作(正常供电)，则本发明中的基于双向移相全桥变换器的三端口变换器处于蓄电池充电模式。

在该充电模式下，方法300从判定步骤302继续至步骤304，使三个接触器中的每一者与第一触点相连。

接着，方法300继续至步骤306，经由三相全桥整流电路将由三相交流汇流条提供的三相交流电转换为直流电。在本发明的一个实施例中，步骤306进一步包括通过控制该三相全桥整流电路的三相桥臂开关管来将三相交流电转换为直流电。

随后，方法300继续至步骤308，经由双向移相全桥变换器将该直流电转换成具有预定电压的直流电。在本发明的一个实施例中，步骤308进一步包括通过使双向移相全桥变换器的右侧开关管常开且反并二极管工作来将该直流电转换成具有预定电压的直流电。

在本发明的一个实施例中，如果三相交流汇流条丧失，则本发明中的基于双向移相全桥变换器的三端口变换器处于蓄电池放电模式。

在该放电模式下，方法300从判定步骤302继续至步骤310，使三个接触器中的每一者与第二触点相连。

接着，方法300继续至步骤312，经由双向移相全桥变换器将蓄电池提供的具有预定电压的直流电转换成单相交流电。在本发明的一个实施例中，步骤312进一步包括通过使双向移相全桥变换器的左侧开关管常开且反并二极管工作来改变该双向移相全桥变换器的输入输出端。

随后，方法300继续至步骤314，经由三相全桥整流电路的三相桥式逆变来给单相交流汇流条供电。

在本发明的另一个实施例中，方法300进一步包括在三相全桥整流电路中的一相桥臂开关管出现故障的情况下使用另两相桥臂中的任一相来进行逆变。

由此，本发明通过使用三端口变换器替代蓄电池充电器和静止变流器，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。而且，本发明通过一种适用于民机的分时复用方法解决了蓄电池充电功能和逆变功能不同时使用的问题。

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，所述分时复用三端口变换器包括：

LC滤波器，所述LC滤波器与第一接触器、第二接触器和第三接触器相连，所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器中的每一者具有第一触点和第二触点；

三相全桥整流电路，所述三相全桥整流电路与所述LC滤波器相连；以及

双向移相全桥变换器，所述双向移相全桥变换器与所述三相全桥整流电路相连，

其中当所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器均与所述第一触点相连时，所述三相全桥整流电路将由三相交流汇流条提供的三相交流电转换为直流电，并且经由所述双向移相全桥变换器将所述直流电转换成具有预定电压的直流电以便给蓄电池供电，并且

其中当所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器均与所述第二触点相连时，所述双向移相全桥变换器将所述蓄电池提供的具有所述预定电压的直流电转换成单相交流电，并经由所述三相全桥整流电路的三相桥式逆变来给单相交流汇流条供电。

2.如权利要求1所述的分时复用三端口变换器，其中所述三相全桥整流电路和所述双向移相全桥变换器中的开关器件均为可控器件并通过控制电路来控制开关通断。

3.如权利要求2所述的分时复用三端口变换器，其中所述预定电压由所述控制电路通过调节占空比来调整。

4.如权利要求1所述的分时复用三端口变换器，其中当所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器均与所述第一触点相连时，所述蓄电池处于充电模式，并且其中所述三相全桥整流电路被进一步配置成通过控制三相桥臂开关管来将所述三相交流电转换为直流电，并且所述双向移相全桥变换器被配置成右侧开关管常开且反并二极管工作。

5.如权利要求1所述的分时复用三端口变换器，其中当所述第一接触器、所述第二接触器和所述第三接触器均与所述第二触点相连时，所述蓄电池处于放电模式，并且其中所述双向移相全桥变换器被进一步配置成通过左侧开关管常开且反并二极管工作来改变输入输出端。

6.如权利要求1所述的分时复用三端口变换器，进一步包括控制器单元，所述控制器单元被配置成在所述三相全桥整流电路中的一相桥臂开关管出现故障的情况下使用另两相桥臂中的任一相来进行逆变。

7.如权利要求1所述的分时复用三端口变换器，其中提供给所述蓄电池的直流电的所述预定电压是28V，并且所述三相交流电和所述单相交流电均为115V。

8.一种基于三端口变换器的方法，所述三端口变换器包括三相全桥整流电路、双向移相全桥变换器以及三个接触器，所述方法包括：

判断三相交流汇流条是否正常工作；

如果是，则使所述三个接触器中的每一者与第一触点相连，经由所述三相全桥整流电路将由所述三相交流汇流条提供的三相交流电转换为直流电，并经由所述双向移相全桥变换器将所述直流电转换成具有预定电压的直流电以便给蓄电池供电；

如果否，则使所述三个接触器中的每一者与第二触点相连，经由所述双向移相全桥变换器将所述蓄电池提供的具有所述预定电压的直流电转换成单相交流电，并经由所述三相全桥整流电路的三相桥式逆变来给单相交流汇流条供电。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

通过控制所述三相全桥整流电路的三相桥臂开关管来将所述三相交流电转换为直流电；以及

通过使所述双向移相全桥变换器的右侧开关管常开且反并二极管工作来将所述直流电转换成具有所述预定电压的直流电。

10.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

通过使所述双向移相全桥变换器的左侧开关管常开且反并二极管工作来改变所述双向移相全桥变换器的输入输出端；以及

在所述三相全桥整流电路中的一相桥臂开关管出现故障的情况下使用另两相桥臂中的任一相来进行逆变。

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