CN116488500B - 交错并联拓扑结构、控制方法及ac/dc电源 - Google Patents

交错并联拓扑结构、控制方法及ac/dc电源 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种交错并联拓扑结构、控制方法及AC/DC电源，实现主管的软开通且实现二极管无反向恢复的特点，并实现电感电流的波纹减小，电流频率增加。包括：第一桥臂电路包括至少两条通路，第二桥臂电路包括至少一条通路，至少两条通路的中间节点通过至少两个换流电感进行连接，至少两条通路中的每条通路均包括至少两个快速功率开关管串联，至少一条通路的每条通路中均包括至少两个慢速功率开关管串联，第二桥臂电路的中间节点连接至输入电源的第二端；主电感的第一端连接至输入电源的第一端，主电感的第二端连接至换流电感的第一端；换流电感的第二端连接至第一桥臂电路的中间节点；第二桥臂电路连接至输出电容。

Description

交错并联拓扑结构、控制方法及AC/DC电源
技术领域
本申请属于电路领域，特别涉及一种交错并联拓扑结构、控制方法及AC/DC电源。
背景技术
传统的双向AC/DC电路拓扑存在二极管的反向恢复严重的问题，一般会使用IGBT或SIC/GaN宽禁带器件；但IGBT的体积大，效率低；SIC/GaN宽禁带器件价格昂贵，可靠性不高。
因此需要一种更优的应用于双向AC/DC的电路拓扑解决方案。
发明内容
本申请提供一种软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构、控制方法及AC/DC电源，一方面可以实现主管的软开通并且实现二极管无反向恢复的特点，另一方面可以在不增加主电感数量的前提下，实现电感电流的波纹减小，电流频率增加的效果。
本申请第一方面提供了一种交错并联拓扑结构，包括：
主电路和控制器；
所述主电路包括输入电源、主电感、至少两个换流电感、第一桥臂电路、第二桥臂电路以及输出电容；
所述第一桥臂电路包括至少两条通路，所述第二桥臂电路包括至少一条通路，所述至少两条通路的中间节点通过所述至少两个换流电感进行连接，所述至少两条通路中的每条通路均包括至少两个快速功率开关管串联，所述至少一条通路的每条通路中均包括至少两个慢速功率开关管串联，所述第二桥臂电路的中间节点连接至所述输入电源的第二端；
所述主电感的第一端连接至所述输入电源的第一端，所述主电感的第二端连接至所述换流电感的第一端；
所述换流电感的第二端连接至所述第一桥臂电路的中间节点；
所述第二桥臂电路连接至所述输出电容。
本申请第二方面提供了一种交错并联拓扑结构的控制方法，应用于本申请第一方面所述的交错并联拓扑结构，包括：
确定所述输入电源的交流输入电压的状态；
根据所述交流输入电压的状态控制所述至少两个慢速功率开关管交替导通；
在所述至少两个慢速功率开关管交替导通过程中，根据预设开关周期依次控制所述至少两个快速功率开关管交替导通。
本申请第三方面提供了一种AC/DC电源，包括：上述第一方面所述的交错并联拓扑结构。
本申请实施例第四方面提供了一种计算机设备，其包括至少一个连接的处理器、存储器和收发器，其中，所述存储器用于存储程序代码，所述处理器用于调用所述存储器中的程序代码来执行上述第一方面所述的交错并联拓扑结构的控制方法的步骤。
本申请实施例第五方面提供了一种计算机存储介质，其包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一方面所述的交错并联拓扑结构的控制方法的步骤。
相对于传统的交错式的拓扑，本申请提供的实施例中，单个功率开关管的开关频率是相同的，主电感的数量减小，电感电流的纹波频率翻倍，由此，可以在不增加主电感数量的前提下，实现电感电流的波纹减小，电流频率增加的效果；另外，第二快速功率开关管Q2与第四快速功率开关管Q4是零电流开通，开通损耗很小；第三快速功率开关管Q3与第一快速功率开关管Q1的体二积管的电流是自然到0，无反向恢复。
附图说明
图1为本申请实施例提供的软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构的控制方法的流程示意图；
图3A为本申请实施例提供的充电状态下，输入电压为正半周的控制及电流流向的一个示意图；
图3B为本申请实施例提供的充电状态下，输入电压为正半周的控制及电流流向的一个示意图；
图3C为本申请实施例提供的充电状态下，输入电压为正半周的控制及电流流向的另一示意图；
图3D为本申请实施例提供的充电状态下，输入电压为正半周的控制及电流流向的另一示意图；
图3E为本申请实施例提供的充电状态下，输入电压为正半周的控制及电流流向的另一示意图；
图3F为本申请实施例提供的充电状态下，输入电压为正半周的控制及电流流向的另一示意图
图4为本申请实施例提供充电状态下，各功率开关管的开通状态及各电感电流的波形示意图；
图5A为本申请实施例提供的放电状态下，输入电压为正半周时的电感电流流向的一个示意图；
图5B为本申请实施例提供的放电状态下，输入电压为正半周时的电感电流流向的另一示意图；
图5C为本申请实施例提供的放电状态下，输入电压为正半周时的电感电流流向的另一示意图；
图5D为本申请实施例提供的放电状态下，输入电压为正半周时的电感电流流向的另一示意图；
图5E为本申请实施例提供的放电状态下，输入电压为正半周时的电感电流流向的另一示意图；
图5F为本申请实施例提供的放电状态下，输入电压为正半周时的电感电流流向的另一示意图；
图6为本申请实施例提供的放电状态下，各功率开关管的开通状态及各电感电流的波形示意图；
图7为本申请实施例提供的服务器的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构的结构示意图，包括：
主电路和控制器；
主电路包括输入电源、主电感、至少两个换流电感、第一桥臂电路、第二桥臂电路以及输出电容；
第一桥臂电路包括至少两条通路，第二桥臂电路包括至少一条通路，至少两条通路的中间节点通过至少两个换流电感进行连接，至少两条通路中的每条通路均包括至少两个快速功率开关管，且至少两个快速功率开关管串联，该至少一条通路中每条通路中均包括至少两个慢速功率开关管，且至少两个慢速功率开关管串联，该第二桥臂电路的中间节点连接至输入电源的第二端；
主电感的第一端连接至输入电源的第一端，主电感的第二端连接至换流电感的第一端；
换流电感的第二端连接至第一桥臂电路的中间节点；
第二桥臂电路连接至输出电容。
下面结合图1以换流电感的数量为两个，第一桥臂电路包括第一通路以及第二通路，第二桥臂电路包括第三通路，第一通路、第二通路以及第三通路中均包括两个功率开关管为例对该软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构进行说明：
输入电源AC的L端连接至主电感L的第一端，主电感L的第二端连接至第一换流电感L1的第一端，且通过连接点连接至第二电感L2的第一端，该第一换流电感L1连接至第一通路的第一快速功率开关管Q1的源极，且通过中间节点1连接至第二快速功率开关管Q2的漏极，第二电感L2的第二端连接第三快速功率开关管第三快速功率开关管Q3源极，且通过中间节点2连接至第四快速功率开关管的漏极；其中，快速功率开关管和慢速功率开关管均为MOSFET、三极管、IGBT管、GAN以及SIC中的任意一种；
输入电源AC的N端连接至第一慢速功率开关管S1的源极，并通过中间节点3连接至第二慢速开关管的漏极；
第一开快速开关管第一快速功率开关管Q1的漏极、第三快速功率开关管第三快速功率开关管Q3的漏极以及第一慢速功率开关管S1的漏极连接至输出电容的第一端；
第二快速功率开关管Q2的源极、第四快速功率开关管第三快速功率开关管Q3的源极以及第二慢速功率开关管S2的源极连接输出电容C的第二端；
输出电容C与电阻RL并联，控制器分别连接至第一开快速功率开关管第一快速功率开关管Q1、第二开快速功率开关管第二快速功率开关管Q2、第三开快速功率开关管第三快速功率开关管Q3、第四快速功率开关管第四快速功率开关管Q4、第一慢速功率开关管S1以及第二慢速功率开关管S2的栅极；
输入电源AC与主电感L之间设置有输入滤波器。
一个实施例中，软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构包括双向图腾柱PFC拓扑、三相维也纳PFC拓扑、三相三电平T型拓扑和三相三电平I型拓扑中的任一种结构。也即，本申请中，该软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构还包括：单相的图腾柱PFC拓扑，双向、单向和无桥的交错；单相PFC；三相的维也纳三电平，三相I型三电平，三相T型三电平，三相两电平等拓扑结构。
上面从软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构对本申请进行说明，下面从软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构的控制方法的角度对本申请进行说明。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构的控制方法的流程示意图，包括：
201、确定输入电源的交流输入电压的状态。
本实施例中，控制器可以确定输入电源的交流输入电压的状态，其中，该交流输入电压的状态包括正半周和负半周，同时，无论交流输入电压的状态是正半周还是负半周，电感均包括充电状态和放电状态两种状态。
202、根据交流输入电压的状态控制至少两个慢速功率开关管交替导通。
本实施例中，控制器在确定输入电流的交流输入电压的状态之后，可以根据交流输入电压的状态控制至少两个慢速功率开关管交替导通。下面结合图1，以第二桥臂电路中包括一条通路，该条通路中包括两个慢速功率开关管为例进行说明，该第二桥臂电路包括第一慢速功率开关管以及第二慢速功率开关管，若该交流输入电压的状态为正半周，则该控制该第一慢速功率开关管关闭，并控制第二慢速功率开关管导通；若该交流输入电压的状态为负半周，则控制该第一慢速功率开关管导通，并控制第二慢速功率开关管关闭。
203、在至少两个慢速功率开关管交替导通过程中，根据预设开关周期依次控制至少两个快速功率开关管交替导通。
本实施例中，控制器可以在至少两个慢速功率开关管交替导通过程中，根据预设开关周期依次控制至少两个快速功率开关管交替导通。具体的，可以将预设开关周期划分为多个子周期，其中，该多个子周期与第一桥臂电路中通路的数量相对应，例如该第一桥臂电路中包括两条通路，则该预设开关周期划分为2个子周期，若该第一桥臂电路中包括3条通路，则将该预设开关周期划分为3个子周期；并在目标子周期内控制目标通路中的各个快速功率开关管交替导通，其中，该目标子周期为多个子周期中的任意一个子周期，该目标通路为至少两个通路中的任意一个通路。
需要说明的是，控制器还可以确定当前时刻快速功率开关管的第一导通状态和慢速功率开关管的第二导通状态，并根据该第一导通状态和第二导通状态确定主电感的第一状态和至少两个换流电感中每个换流电感的第二状态，其中，该第一状态和第二状态均包括充电状态，下面结合图1以及图3A-图3F，以第一桥臂电路包括第一通路和第二通路，该第一通路和第二通路均包括两个快速功率开关管，预设开关周期包括第一子周期和第二子周期，第二桥臂电路包括第一慢速功率开关管和第二慢速功率开关管，输入电压为正半周为例进行说明：
在第一子周期内，控制第一通路中的两个快速开关管交替导通，且控制第二通路中的两个快速功率开关管均关断；
在第二子周期内，控制第二通路中的两个快速开关管交替导通，且控制第一通路中的两个快速功率开关管均关断。
充电状态下，图3A至图3F中所示的为输入电压为正半周时的发波与电感电路的流向，其中，在输入电源AC的输入电压为正半周时，第二慢速功率开关管S2为常开，第一慢速功率开关管S1常闭；第一开关周期内，将电流划分为6个阶段，其中，电流划分的阶段数量与软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构中包含的快速功率开关管的数量相关联，下面分别对6个阶段中，快速开关管的导通以及电感的电流进行说明：
阶段1：请参阅图3A，控制第二快速功率开关管Q2开通，并控制第一快速功率开关管Q1、第三快速功率开关管Q3以及第四快速功率开关管Q4关闭，当第二电感L2的电流为0时，电流经主电感L、第一换流电感L1、第二快速功率开关管Q2以及第二慢速功率开关管S2，此时主电感L与第一换流电感L1处于充电状态，电感电流增加；
阶段2：请参阅图3B，控制第一快速功率开关管Q1开通，此时第二快速功率开关管Q2、第三快速功率开关管Q3以及第四快速功率开关管Q4关闭，电流经第一快速功率开关管Q1、输出电容C和第二慢速功率开关管S2，此时主电感L以及第一换流电感L1处于放电状态，电感电流减小；
阶段3：请参阅图3C，控制第四快速功率开关管Q4开通，此时第一快速功率开关管Q1、第二快速功率开关管Q2以及第三快速功率开关管Q3关闭，由于第一换流电感L1的电感电流不能突变，电流会继续流经第一快速功率开关管Q1的体二极管、输出电容C以及第二慢速功率开关管S2，此时，第一换流电感L1的电感电流会继续减小；由于第四快速功率开关管Q4开通前，第二换流电感L2的电流为0，所以第四快速功率开关管Q4是零电流开通，开关损耗很小；第四快速功率开关管Q4导通后，第二换流电感L2的电感电流会增加，第二换流电感L2的电流经第四快速功率开关管Q4与第二慢速功率开关管S2；在这一阶段，第一换流电感L1与第二换流电感L2两端的电压之和为母线电压，第一换流电感L1的电流减小，第二换流电感L2的电流增加；当第一换流电感L1的电流继续减小到0时，第一快速功率开关管Q1的体二极管反向截止，因为电流是自然到零的，所以第一快速功率开关管Q1的体二极管没有反向恢复，会进一步降低损耗；
阶段4：参阅图3D，当第一换流电感L1的电感电流为0时，主电感L与第二换流电感L2的电流相等，经第四快速功率开关管Q4以及第二慢速功率S2给主电感L与第二换流L2充电，主电感L以及第二换流电感L2的电流增加；
阶段5：参阅图3E，控制第三快速功率开关管Q3导通，控制第一快速功率开关管Q1、第二快速功率开关管Q2以及第四快速功率开关管Q4关闭，主电感L与第二换流电感L2的电流流经第三快速功率开关管Q3与第二慢速功率开关管S2，主电感L与第二换流电感L2处于放电状态；
阶段6：参阅图3F，第一换流电感L1的电流为0，第二快速功率开关管Q2是零电流开通；由于第二换流电感L2的电流不能突变，当第三快速功率开关管Q3关闭后，会继续流向第三快速功率开关管Q3的体二极管，输出电容C与第二慢速功率开关管S2，第二换流电感L2处于放电状态；同时第二快速功率开关管Q2导通后，第一换流电感L1的电流增加处于充电状态，第一换流电感L1与第二换流电感L2上的电压之和为交流输入电压；第一换流电感L1的电流增加，第二换流电感L2的电流减小，当第二换流电感L2的电流为0时，第三快速功率开关管Q3的二极管反向截止，由于第二换流电感L2的电流为0，第三快速功率开关管Q3的体二极管没有反向恢复，进一步降低损耗。
请参阅图4，图4为本申请实施例提供的输入电压在正半周的发波时序与各个电感电流的波形示意图，第一子周期T1与第二子周期T2的时间相同，第一子周期T1与第二子周期T2的时长之和为一个开关周期的时间，令T=T1=T2。在交流输入电压处于正半周时，第二慢速开关管S2为导通状态，第二慢速功率开关管S1为关断状态，此时，第二快速功率开关管Q2和第四快速功率开关管Q4为快速的主开关管，第一快速功率开关管Q1与第三快速功率开关管Q3为快速的续流开关管。
在第一子周期T1内，控制第一快速功率开关管Q1与第二快速功率开关管Q2交替导通，并控制第三快速功率开关管Q3与第四快速功率开关管Q4关闭；在第二子周期内T2内，控制第三快速功率开关管Q3与第四快速功率开关管Q4交替导通，并控制第一快速功率开关管Q1与第二快速功率开关管Q2关闭。在一个开关周期(T1 + T2)的时间内，主电感L的电流纹波频率是1/T，而单个功率开关管的开关频率为1/(2*T)，主电感的电流纹波频率为开关频率的2倍。相对于传统的交错式的拓扑，单个功率开关管的开关频率是相同的，主电感的数量减小，电感电流的纹波频率翻倍，其效果与传统交错拓扑相同；另外，第二快速功率开关管Q2与第四快速功率开关管Q4是零电流开通，开通损耗很小；第一快速功率开关管Q1与第三快速功率开关管Q3的体二积管的电流是自然到0，无反向恢复。
需要说明的是，充电状态下，输入电压为负半周时，发波方式及电流波形与正半周类似，只是快速开关管的主管与续流管之间关断与开启的交换，第一慢速功率开关管和第二慢速功率开关管开启与关断的交换，这里不再赘述。
下面对放电状态下，输入电压为正半周时的发波与电感电路的流向进行说明，其中，放电状态与充电状态发波类似，只是电流的流向有差异，主管与续流管需要交换：
图5A至图5F为本申请实施例提供的放电状态下，输入电压在正半周时的发波与电感电流的流向示意图，与充电状态类似，在输入电压为正半周时，第二慢速功率开关管S2为导通状态，第一慢速功率开关管的S1为关闭状态；第一子周期T1内，电流有6个阶段，下面进行详细说明：
阶段1：参阅图5A，控制第一快速功率开关管Q1导通，第二快速功率开关管Q2、第三快速功率开关管Q3以及第四快速功率开关管Q4关断，当第二换流电感L2的电流为0时，电流经主电感L、第一换流电感L1、第二慢速功率开关管S2、输出电容C以及第一快速功率开关管Q1，此时主电感L与第一换流电感L1处于充电状态，电感在负向电流增加；
阶段2：参阅图5B，控制第二快速功率开关管Q2导通，第一快速功率开关管Q1、第三快速功率开关管Q3以及第四快速功率开关管Q4关闭，电流经第二快速功率开关管Q2和第二慢速功率开关管S2，此时主电感L和第一电感L1处于放电状态；
阶段3：参阅图5C，控制第三快速功率开关管Q3开通，第一快速功率开关管Q1、第二快速功率开关管Q2以及第四快速功率开关管Q4关闭，由于第一换流电感L1的电感电流不能突变，电流会继续流经第二快速功率开关管Q2的体二极管与第二慢速功率开关管S2，第一换流电感L1的电感电流会继续减小；由于第三快速功率开关管Q3开通前，第二换流电感L2的电流为0，所以第三快速功率开关管Q3是零电流开通，开关损耗很小；第三快速功率开关管Q3导通后，第二换流电感L2的电感电流会增加，第二换流电感L2的电流经第三快速功率开关管Q3、输出电容C与第二慢速功率开关管S2；在这一阶段，第一换流电感L1与第二换流电感L2两端的电压之和为母线电压，第一换流电感L1的电流减小，第二换流电感L2的电流增加；当第一换流电感L1的电流继续减小到0时，第二快速功率开关管Q2的体二极管反向截止，因为电流是自然到零的，所以第二快速功率开关管Q2的体二极管没有反向恢复，会进一步降低损耗；
阶段4：参阅图5D，第一换流电感L1的电感电流为0时，主电感L与第二换流电感L2的电流相等，经第三快速功率开关管Q3、输出电容与第二慢速功率开关管S2向主电感L与第二换流电感L2充电，主电感L与第二换流电感L2的电流负向增加；
阶段5：参阅图5E，控制第四快速功率开关管Q4开通，第一快速功率开关管Q1、第二快速功率开关管Q2以及第三快速功率开关管Q3关闭，主电感L与第二换流电感L2的电流流经第四快速功率开关管Q4与第二慢速功率开关管S2，处于放电状态；
阶段6：参阅图5F，控制第一快速功率开关管Q1开通，第二快速功率开关管Q2、第三快速功率开关管Q3以及第四快速功率开关管Q4关闭，第一快速功率开关管Q1开通前，第一换流电感L1的电流为0，第一快速功率开关管Q1是零电流开通；由于第二换流电感L2的电流不能突变，当第四快速功率开关管Q4关闭后，第二换流电感L2中的电流会继续流在第四快速功率开关管Q4的体二极管与第二慢速功率开关管S2；同时第一快速功率开关管Q1导通后，第一换流电感L1的电流增加处于充电状态，第一换流电感L1与第二换流电感L2上的电压之和为交流输入电压；第一换流电感L1的电流增加，第二换流电感L2的电流减小，当第二换流电感L2的电流为0时，第四快速功率开关管Q4的二极管反向截止，由于电流为0，第四快速功率开关管Q4的体二极管没有反向恢复，进一步降低损耗。
下面结合图6对放电状态下，输入电压在正半周的发波时序与各个电感电流的波形进行说明，请参阅图6，图6为本申请实施例提供的放电状态下，输入电压在正半周的发波时序与各个电感电流的波形示意图：
如图6所示，第一子周期T1与第二子周期T2的时长相同，第一子周期T1与第二子周期T2的时长和为一个开关周期的时长，令T=T1=T2。当交流输入电压为正半周时，第二慢速开关管S2为导通状态，第一慢速开关管S1为关断状态；其中，第一快速功率开关管Q1与第三快速功率开关管Q3为快速主开关管，第二快速功率开关管Q2与第四快速功率开关管Q4为快速的续流开关管。在第一子周期T1内，第一快速功率开关管Q1与第二快速功率开关管Q2交替导通，第三快速功率开关管Q3与第四快速功率开关管Q4关闭；在第二子周期T2内，第三快速功率开关管Q3与第四快速功率开关管Q4交替导通，第一快速功率开关管Q1与第二快速功率开关管Q2关闭。在一个开关周期(T1 + T2)的时间内，主电感L的电流纹波频率是1/T，而单个功率开关管的开关频率为1/(2*T)，主电感的电流纹波频率为开关频率的2倍。相对于传统的交错式的拓扑，单个管子的开关频率是相同的，主电感的数量减小，电感电流的纹波频率翻倍，其效果与传统交错拓扑相同；另外，第一快速功率开关管Q1与第三快速功率开关管Q3是零电流开通，开通损耗很小；第二快速功率开关管Q2与第四快速功率开关管Q4的体二积管的电流是自然到零，无反向恢复。
上面对充电状态，输入电压为正半周的发波方式及电流波形进行说明，在放电状态下，输入电压在负半周时，发波方式及电流波形与正半周类似，只是快速开关管的主管与续流管交换，慢速开关管的交换，具体不再赘述。
图7为本申请服务器的结构示意图，如图7所示，本实施例的服务器700包括至少一个处理器701，至少一个网络接口704或者其他用户接口703，存储器705，和至少一通信总线702。该服务器700可选的包含用户接口703，包括显示器，键盘或者点击设备。存储器705可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器705存储执行指令，当服务器700运行时，处理器701与存储器705之间通信，处理器701调用存储器705中存储的指令，以执行上述软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构的控制方法。操作系统706，包含各种程序，用于实现各种基础业务以及处理根据硬件的任务。
本申请实施例提供的服务器，可以执行上述的软开关的双向AC/DC交错并联拓扑结构的控制方法的实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机执行时实现上述任一方法实施例中与控制器相关的方法流程。
本申请实施例还提供了一种计算机程序或包括计算机程序的一种计算机程序产品，该计算机程序在某一计算机上执行时，将会使所述计算机实现上述任一方法实施例中与控制器相关的方法流程。对应的，该计算机可以为上述的控制器。
在上述图2对应的实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种交错并联拓扑结构，其特征在于，包括：
主电路和控制器；
所述主电路包括输入电源、主电感、至少两个换流电感、第一桥臂电路、第二桥臂电路以及输出电容；
所述第一桥臂电路包括至少两条通路，所述第二桥臂电路包括至少一条通路，所述至少两条通路的中间节点通过所述至少两个换流电感进行连接，所述至少两个换流电感与所述至少两条通路中的通路一一对应，所述至少两条通路中的每条通路均包括至少两个快速功率开关管串联，所述至少一条通路的每条通路中均包括至少两个慢速功率开关管串联，所述第二桥臂电路的中间节点连接至所述输入电源的第二端，所述至少两个快速功率开关管根据预设开关周期交替导通设置，所述至少两个换流电感交替工作，所述预设开关周期划分为多个子周期，该多个子周期与所述第一桥臂电路中通路的数量相对应，每一个所述子周期与所述至少两条通路中的每条通路一一对应；所述主电感的第一端连接至所述输入电源的第一端，所述主电感的第二端连接至所述换流电感的第一端；
所述换流电感的第二端连接至所述第一桥臂电路的中间节点；
所述第二桥臂电路连接至所述输出电容。
2.根据权利要求1所述的交错并联拓扑结构，其特征在于，包括双向图腾柱PFC拓扑、三相维也纳PFC拓扑、三相三电平T型拓扑和三相三电平I型拓扑中的任一种结构。
3.根据权利要求1所述的交错并联拓扑结构，其特征在于，所述快速功率开关管和所述慢速功率开关管均为MOSFET、三极管、IGBT管、GAN以及SIC中的任意一种。
4.一种交错并联拓扑结构的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至3中任一项所述的交错并联拓扑结构，包括：
确定所述输入电源的交流输入电压的状态；
根据所述交流输入电压的状态控制所述至少两个慢速功率开关管交替导通；
在所述至少两个慢速功率开关管交替导通过程中，根据所述预设开关周期依次控制所述至少两个快速功率开关管交替导通。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定当前时刻快速功率开关管的第一导通状态以及慢速功率开关管的第二导通状态；
根据所述第一导通状态和所述第二导通状态确定所述主电感的第一状态以及所述至少两个换流电感中每个换流电感的第二状态，其中，所述第一状态和所述第二状态均包括充电状态和放电状态。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第二桥臂电路包括第一慢速功率开关管以及第二慢速功率开关管，所述控制方法包括：
若所述交流输入电压的状态为正半周，则控制所述第二慢速功率开关管导通，并控制所述第一慢速功率开关管关断；
若所述交流输入电压的状态为负半周，则控制所述第一慢速功率开关管导通，并控制所述第二慢速功率开关管关断。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述在所述至少两个慢速功率开关管交替导通过程中，根据预设开关周期依次控制所述至少两个快速功率开关管交替导通包括：
将所述预设开关周期划分为多个所述子周期；
在目标子周期内控制目标通路中的各个快速功率开关管交替导通，其中，所述目标子周期为所述多个子周期中的任意一个子周期，所述目标通路为所述至少两条通路中的任意一个通路；
在所述目标子周期内控制其他通路中的快速功率开关管关断，其中，所述其他通路为所述至少两条通路中除所述目标通路之外的其他通路。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述第一桥臂电路包括第一通路和第二通路，所述第一通路和所述第二通路均包括两个快速功率开关管，所述预设开关周期包括第一子周期和第二子周期，所述在目标子周期内控制目标通路中的各个快速功率开关管交替导通包括：
在所述第一子周期内，控制所述第一通路中的两个快速功率开关管交替导通，且控制所述第二通路中的两个快速功率开关管均关断；
在所述第二子周期内，控制所述第二通路中的两个快速功率开关管交替导通，且控制所述第一通路中的两个快速功率开关管均关断。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述预设开关周期为T，所述主电感L的电流纹波频率是1/T，所述快速功率开关管的开关频率为1/(2*T)，所述主电感L的电流纹波频率为所述开关频率的2倍。
10.一种AC/DC电源，其特征在于，包括：
权利要求1至3中任一项所述的交错并联拓扑结构。
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