CN205453524U - 有源前端变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有源前端变换器。该有源前端变换器包括主电路、辅助电源以及控制单元，所述主电路包括主电路输入端和主电路输出端；所述辅助电源包括隔离变压器、整流单元、至少一电容、一开关电源以及至少一二极管，其中：所述隔离变压器电性连接在所述主电路输入端与所述整流单元输入端之间；所述至少一电容并联在所述整流单元的输出端与所述开关电源的输入端之间；所述开关电源的输入端还与所述主电路输出端电性连接；所述开关电源的输出端电性连接于所述控制单元；所述至少一二极管串联在所述整流单元输出端和所述主电路输出端之间。本申请的有源前端变换器可以完全阻断主电路与辅助电源之间的环流，且电路设计简单。

Description

有源前端变换器

技术领域

本实用新型总体涉及一种有源前端变换器，具体而言，涉及一种辅助电源为隔离式的有源前端变换器。

背景技术

有源前端(ActiveFrontEnd，缩写为AFE)在设计时，要求AFE的输入(交流电)或输出(直流电)端至少一端有电时，辅助电源都必须正常工作，为控制单元提供电源；故将辅助电源的输入端分别并联在AFE的输入端和输出端取电。但是，其至少存在如下问题，如图1所示，当AFE的功率变换单元100工作时，主电路和并联的辅助电源之间会产生环流，导致环流路径中的各元器件功耗增加，并且会造成辅助电源交流端取电整流后滤波电容电压升高，造成过压损坏的风险。

因此，需要一种新的有源前端变换器解决其主电路与辅助电源并联时的环流问题。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本实用新型提供一种能够阻断AFE主电路流经辅助电源环流路径的有源前端变换器。

本实用新型的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本实用新型的一方面，一种有源前端变换器，包括：主电路、辅助电源以及控制单元，所述辅助电源向所述控制单元供电，所述控制单元与所述主电路电性连接以控制所述主电路，

所述主电路包括主电路输入端和主电路输出端；

所述辅助电源包括隔离变压器、整流单元、至少一电容、一开关电源以及至少一二极管，其中：

所述隔离变压器电性连接在所述主电路输入端与所述整流单元输入端之间；

所述至少一电容并联在所述整流单元的输出端与所述开关电源的输入端之间；

所述开关电源的输入端还与所述主电路输出端电性连接；

所述开关电源的输出端电性连接于所述控制单元；

所述至少一二极管串联在所述整流单元输出端和所述主电路输出端之间。

根据本实用新型的一实施方式，所述开关电源包括反激式隔离变换器、半桥式隔离变换器或者全桥式隔离变换器。

根据本实用新型的一实施方式，所述开关电源的数量为一个。

根据本实用新型的一实施方式，所述整流单元包括二极管或者晶闸管。

根据本实用新型的一实施方式，所述主电路中包括一滤波器。

根据本实用新型的一实施方式，所述滤波器包括至少一个电感。

根据本实用新型的一实施方式，所述主电路中包括一功率变换单元。

根据本实用新型的一实施方式，所述功率变换单元包括绝缘栅双极晶体管、晶闸管或者金属氧化物半导体场效应晶体管。

根据本实用新型的一实施方式，所述主电路包括一输出滤波电容。

本实用新型的至少一个实施方式有如下优点至少其中之一：

1、辅助电源只需设计1个开关电源，架构、电路设计简单，可以节约多个开关电源的材料和设计成本，提高效率，减少PCB使用面积。

2、与采用共模扼流圈的方案相比，共模扼流圈方案只可抑制环流大小，不能阻断环流路径，而本实用新型可以完全阻断环流。

3、与采用共模扼流圈的方案相比，共模扼流圈设计难度大，稳定性差，而本实用新型采用的隔离变压器选用市售普通的隔离变压器即可，设计简单，稳定性高。

本实用新型的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本实用新型的实践而习得。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本实用新型的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1为现有技术中AFE的主电路与辅助电源并联的环流路径示意图。

图2为根据本实用新型一实施例采用隔离型开关电源的AFE电路示意图。

图3为根据本实用新型一实施例采用共模扼流圈的AFE电路示意图。

图4为根据本实用新型一实施例采用隔离变压器的AFE电路示意图。

其中，附图标记说明如下：

Vin：主电路输入端

10：主电路

F1：滤波器

100：功率变换单元

C1：输出滤波电容

Vout：主电路输出端

20：辅助电源

Rec：整流单元

C2：整流滤波电容

SPS1：第一开关电源

SPS2：第二开关电源

SPS3：第三开关电源

200：控制单元

30：辅助电源

Lcm：共模扼流圈

SPS：开关电源

40：辅助电源

TR：隔离变压器

D1：二极管

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本实用新型的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免喧宾夺主而使得本实用新型的各方面变得模糊。

图2为根据本实用新型一实施例采用隔离型开关电源的AFE电路示意图。

如图2所示，本实施例采用隔离型开关电源(SPS:SwitchingPowerSupply)的方式，包括：主电路10，辅助电源20以及控制单元200。辅助电源20向控制单元200供电。控制单元200与主电路10电性连接以控制主电路10。

主电路10包括主电路输入端Vin，主电路输出端Vout。主电路10可包括LCL型滤波器F1、功率变换单元100及输出滤波电容C1，但本公开不限于此。

辅助电源20包括整流单元Rec，整流滤波电容C2，第一开关电源SPS1，第二开关电源SPS2，第三开关电源SPS3，以及二极管D1。整流单元Rec电性连接在主电路输入端Vin与整流滤波电容C2之间，可利用二极管或晶闸管，但本公开不限于此。整流滤波电容C2并联在整流单元Rec的输出端与第一开关电源SPS1之间。第一开关电源SPS1的输出端与第二开关电源SPS2、第三开关电源SPS3电性连接。第二开关电源SPS2的输入端电性连接于主电路输出端Vout。二极管D1电性连接在第一开关电源SPS1和第二开关电源SPS2之间以防止第一开关电源SPS1的输出影响第二开关电源SPS2输出。第三开关电源SPS3的输出端电性连接于控制单元200。

本实施例辅助电源20的交流取电端和直流取电端分别设计输出电压相等的隔離型开关电源第一开关电源SPS1和第二开关电源SPS2，再将两个电源的输出并联后与一个为控制单元200提供电源的第三开关电源SPS3相连，该方案可以阻断环流路径，解决环流问题，但电源数量较多，成本高，效率低。

图3为根据本实用新型一实施例采用共模扼流圈的电路示意图。

如图3所示，本实施例采用共模扼流圈Lcm的方式，包括：主电路10，辅助电源30以及控制单元200。辅助电源30向控制单元200供电，控制单元200与主电路10电性连接以控制主电路10。

主电路10包括主电路输入端Vin，主电路输出端Vout。主电路10可包括LCL型滤波器F1、功率变换单元100及输出滤波电容C1，但本公开不限于此。

辅助电源30包括整流单元Rec，整流滤波电容C2，共模扼流圈Lcm，开关电源SPS，以及二极管D1。

整流单元Rec电性连接在主电路输入端Vin与整流滤波电容C2之间，可利用二极管或晶闸管，但本公开不限于此。整流滤波电容C2并联在整流单元Rec的输出端与共模扼流圈Lcm之间。共模扼流圈Lcm的输出端还与开关电源SPS的输入端电性连接。二极管D1串联在整流滤波电容C2和共模扼流圈Lcm之间，以防止整流单元Rec的输出影响主电路输出。共模扼流圈Lcm的输入端电性连接于主电路输出端Vout。开关电源SPS的输出端电性连接于控制单元200。

本实施例在主电路输出端Vout增加共模扼流圈Lcm抑制环流，可以有效减小环流，但不能彻底阻断环流路径，且共模扼流圈Lcm设计难度大。

图4为根据本实用新型一实施例采用隔离变压器电路示意图。

如图4所示，本实施例采用隔离变压器电路的方式，包括：主电路10，辅助电源40以及控制单元200。辅助电源40向控制单元200供电。控制单元200与主电路10电性连接以控制主电路10。

主电路10包括主电路输入端Vin，主电路输出端Vout。主电路10可包括滤波器F1、功率变换单元100及输出滤波电容C1，但本公开不限于此。

滤波器F1的输入端与主电路输入端Vin电性连接，对输入端的交流信号进行滤波。功率变换单元100电性连接在滤波器F1和主电路输出端之间。功率变换单元100可利用绝缘栅双极型晶体管IGBT(InsulatedGateBipolarTranslator)、晶闸管或场效应晶体管MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor)对滤波后的信号进行功率变换，但本公开不限于此。输出滤波电容C1对功率变换后的信号进行滤波，提供信号给主电路输出端Vout输出。

辅助电源40包括隔离变压器TR，整流单元Rec，整流滤波电容C2，开关电源SPS，以及二极管D1。

隔离变压器TR电性连接在主电路输入端Vin与整流单元Rec之间。整流滤波电容C2并联在整流单元Rec的输出端与开关电源SPS的输入端之间。开关电源SPS的输入端还与主电路输出端Vout电性连接。开关电源SPS的输出端电性连接于控制单元200。二极管D1串联在整流单元Rec输出端和主电路输出端Vout之间，以防止整流单元Rec的输出影响主电路输出。整流单元Rec可利用二极管或晶闸管，但本公开不以此为限。

本实施例的有源前端变换器，增加了一个隔离变压器TR在主电路输入端Vin与整流单元Rec输入端之间。辅助电源40从交流侧取电时，交流电可以正常通过隔离变压器TR，再经过整流单元Rec整流后提供给开关电源SPS正常工作；从直流侧取电时，直流电经过二极管D1，提供给开关电源SPS正常工作；而隔离变压器TR可以阻断主电路流经辅助电源40的环流路径，使环流消失。本实施例的辅助电源40电路部分，只设置了1个开关电源SPS，电路结构和设计简单，可以节约使用多个SPS的材料和设计成本，提高效率，同时减少印制电路板的使用面积，有利于缩小器件尺寸。隔离变压器TR选用市售普通的隔离变压器即可，设计简单，稳定性高。并且，本实施例的电路结构能够完全阻断环流，消除环流的干扰。

上述实施例中采用的部件只是示例性的说明，本公开不以此为限，开关电源可以采用反激式隔离变换器、半桥式隔离变换器或者全桥式隔离变换器。整流单元Rec可以利用二极管或者晶闸管。主电路10中的功率变换单元100可以利用绝缘栅双极晶体管IGBT、晶闸管或者场效应晶体管MOSFET。

以上具体地示出和描述了本实用新型的示例性实施方式。应该理解，本实用新型不限于所公开的实施方式，相反，本实用新型意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。

Claims (9)

1.一种有源前端变换器，包括主电路、辅助电源以及控制单元，所述辅助电源向所述控制单元供电，所述控制单元与所述主电路电性连接以控制所述主电路，其特征在于：

所述主电路包括主电路输入端和主电路输出端；

所述辅助电源包括隔离变压器、整流单元、至少一电容、一开关电源以及至少一二极管，其中：

所述隔离变压器电性连接在所述主电路输入端与所述整流单元输入端之间；

所述至少一电容并联在所述整流单元的输出端与所述开关电源的输入端之间；

所述开关电源的输入端还与所述主电路输出端电性连接；

所述开关电源的输出端电性连接于所述控制单元；

所述至少一二极管串联在所述整流单元输出端和所述主电路输出端之间。

2.如权利要求1所述的有源前端变换器，其特征在于，所述开关电源包括反激式隔离变换器、半桥式隔离变换器或者全桥式隔离变换器。

3.如权利要求1所述的有源前端变换器，其特征在于，所述开关电源的数量为一个。

4.如权利要求1所述的有源前端变换器，其特征在于，所述整流单元包括二极管或者晶闸管。

5.如权利要求1所述的有源前端变换器，其特征在于，所述主电路中包括一滤波器。

6.如权利要求5所述的有源前端变换器，其特征在于，所述滤波器包括至少一个电感。

7.如权利要求1所述的有源前端变换器，其特征在于，所述主电路中包括一功率变换单元。

8.如权利要求7所述的有源前端变换器，其特征在于，所述功率变换单元包括绝缘栅双极晶体管、晶闸管或者金属氧化物半导体场效应晶体管。

9.如权利要求1所述的有源前端变换器，其特征在于，所述主电路包括一输出滤波电容。