CN210898972U - 一种整流逆变电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种整流逆变电路，包括交流电源、电感、四个开关元件、两个电流采样单元和至少一个电容；所述四个开关元件中，其中，两个开关元件串联，另外两个开关元件串联，两个串联的开关元件与另外两个串联的开关元件并联；所述电感的一端与该交流电源连接，该电感的另一端连接到第一对两个串联开关元件中点，所述交流电源的另外一端连接到第二对两个串联开关单元的中点，两对串联的开关元件的两端分别同时连接到该电容的两端，所述两个采样单元分别串联到与电感相连的一对开关元件。本实用新型在于提供一种减小开关元件的反向恢复电流引起的损耗，实现开关元件的零电压导通，维护成本低，延长使用寿命的一种整流逆变电路。

Description

一种整流逆变电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种整流逆变电路。

背景技术

传统的单相AC/DC双向电路中，开关管处于硬开通状态，并且开关管的续流二极管在关断时产生反向恢复损耗，导致开关管发热严重，随着市场高效率需求的增加，软开关技术取代硬开关技术成为主流。

中国专利申请号为：201910276780.5，申请日是:2019年04月08日，公开日是：2019年06月14日，专利名称为：单相和三相兼容的AC/DC电路及充放电装置，该实用新型公开了一种单相和三相兼容的AC/DC电路及充放电装置，AC/DC电路包括：电源端、第一桥臂、第一开关、第二桥臂、开关组、第三桥臂、第四开关、串联连接的二个母线电容及第五开关，电源端用于接收或提供一交流电，当交流电为单相交流电时，第一开关及所述第五开关闭合且所述开关组的第一端与所述开关组的第三端电性连接，其中第三电感、第三桥臂及二个母线电容形成一半桥有源滤波电路；调节装置电性连接于二个母线电容及第三桥臂，调节装置根据二个母线电容上的电压控制第三桥臂动作，对二个母线电容的电压进行均压控制。

上述专利文献公开了一种AC/DC电路，但是该AC/DC电路能够产生反向恢复损耗，维护成本高，使用寿命短。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型在于提供一种减小开关元件的反向恢复电流引起的损耗，实现开关元件的零电压导通，维护成本低，延长使用寿命的一种整流逆变电路。

为了实现本实用新型目的，可以采取以下技术方案：

一种整流逆变电路，包括交流电源、电感、四个开关元件、两个电流采样单元和至少一个电容；所述四个开关元件中，其中，两个开关元件串联，另外两个开关元件串联，两个串联的开关元件与另外两个串联的开关元件并联；

所述电感的一端与该交流电源连接，该电感的另一端连接到第一对两个串联开关元件中点，所述交流电源的另外一端连接到第二对两个串联开关单元的中点，两对串联的开关元件的两端分别同时连接到该电容的两端，所述两个采样单元分别串联到与电感相连的一对开关元件。

所述电路还包括一个控制单元，该控制单元分别与四个开关元件、两个电流采用单元同时连接；所述控制单元用于控制所述四个开关元件。

所述开关元件为二极管或者是MOSFET管或者是IGBT元件。

所述电流采样单元包括电阻或者包括电流互感器。

为了实现本实用新型目的，还可以采取另一种技术方案：

一种整流逆变电路，包括交流电源、电感、四个开关元件、两个电流采样单元、至少一个电容、控制单元；所述电感包括两个绕组，所述两个采样单元分别与所述电感的两个绕组并联；所述四个开关元件中，其中，两个开关元件串联，另外两个开关元件串联，两个串联的开关元件与另外两个串联的开关元件并联；

所述电感的一端与该交流电源连接，该电感的另一端连接到第一对两个串联开关元件中点，所述交流电源的另外一端连接到第二对两个串联开关单元的中点，两对串联的开关元件的两端分别同时连接到该电容的两端；所述控制单元分别与四个开关元件、电感的两个绕组同时连接。

所述开关元件为二极管或者是MOSFET管或者是IGBT元件。

所述电流采样单元包括电阻或者包括电流互感器。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是:1)本实用新型采用不同于传统的AC/DC双向的控制电路，在电路中消除了不可控的反向恢复电流，从而减小开关元件的反向恢复电流引起的损耗，利用负电流去拉通开关元件，从而实现开关元件的零电压导通；2)本实用新型功耗低，大大节省了成本，延长了控制电路的使用寿命；3)本实用新型大大提高了AC/DC双向的控制电路技术等级，达到了升级换代的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种整流逆变电路现有技术的电路图；

图2为本实用新型实施例一种整流逆变电路图；

图3为本实用新型实施例一种整流逆变电路另一实施例电路图；

图4为本实用新型实施例一种整流逆变电路另一技术方案实施例电路图；

图5为本实用新型实施例一种整流逆变电路的另一实施例电路图。

具体实施方式

下面结合附图及本实用新型的实施例对实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

参看图1，现有的单相AC/DC双向电路通常采用电流连续模式控制如图1所示：

在附图1所示的电路中，电感电流工作在连续模式，以正向整流，电网正半周为例，交流电源V1与电感L1串联，该电感L1与电流采样单元1串联，当开关元件Q4导通，电流通过电感L1、开关元件Q2、开关元件Q4、电网，给电感L1储能，当开关元件Q4关断后，电流通过电感L1、开关元件Q3、开关元件Q2给电容C1充电，并回到电网，L1释放能量；

当开关元件Q3关断后，通过开关元件Q3的反并联二极管续流，死区时间结束后，开关元件Q4硬导通，开关元件Q3反并联二极管强迫关断，产生大的开关损耗。

逆变过程也以电网正半周为例，开关元件Q3导通后，电流通过电容C1、开关元件Q3、电感L1、开关元件Q2回到电网，此时电容C1给电感L1储能；开关元件Q3关断后，电感电流通过开关元件Q4、开关元件Q2回到电网，电感L1释放能量，当开关元件Q4关断后，续流二极管工作，死区结束后，开关元件Q3重新硬开通，开关元件Q4续流管同样产生大的反向回复损耗。

整流和逆变在电网的负半周工作过程类似，综上所述，传统的双向AC/DC变换器存在开关管硬开通和反并联二极管反向恢复损耗大的问题。

实施例2

参看图2，为了解决上述问题，本实用新型实际上是提供了一种双向全桥电路，本实用新型一种整流逆变电路，包括交流电源V1、电感L1、四个开关元件包括开关元件Q1、开关元件Q2、开关元件Q3、开关元件Q4；两个电流采样单元包括和电流采样单元11和电流采样单元12，还包括至少一个电容C1；所述四个开关元件中，其中，开关元件Q1和开关元件Q2串联，开关元件Q3和开关元件Q4串联，所述的串联的开关元件Q1和开关元件Q2与串联的开关元件Q3和开关元件Q4并联；

所述电感L1的一端与该交流电源V1连接，该电感L1的另一端连接到串联的开关元件Q1和开关元件Q2中点，所述交流电源V1的另外一端连接到所述串联开关元件Q3和开关元件Q4的中点，所述的串联的开关元件Q1和开关元件Q2与串联的开关元件Q3和开关元件Q4的两端分别同时连接到该电容C1的两端，即所述的串联的开关元件Q1和开关元件Q2与串联的开关元件Q3和开关元件Q4并联后再与所述电容C1并联；

所述电流采样单元11与开关元件Q3串联，所述电流采样单元12与开关元件Q4串联，所述电流采样单元11和电流采样单元12相串联。该电流采样单元11和电流采样单元12用于检测开关原件的电流。

本实施例中，所述开关元件可以是二极管或者是MOSFET管或者是IGBT元件。

本实施例中，所述电流采样单元包括电阻或者包括电流互感器。

实施例3

参看图3，与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，所述电路还包括一个控制单元2，该控制单元2分别与开关元件Q1、开关元件Q2、开关元件Q3、开关元件Q4、电流采样单元11、电流采样单元12同时连接；所述控制单元2用于分别控制该开关元件Q1、开关元件Q2、开关元件Q3、开关元件Q4。

参看图3，本实施例中，所述交流电源V1、电感L1、开关元件Q1、开关元件Q2、开关元件Q3、开关元件Q4、电流采样单元11、电流采样单元12、电容C1连接方式与上述实施例2中的连接方式相同。

本实施例中，所述控制单元2还包括所述电流采样单元13。

本实施例中，双向AC/DC电路包括交流电源V1、电感L1、Q1/Q2桥臂、Q3/Q4桥臂、电容C1、两个电流采样单元和控制单元,控制单元根据采样单元提供的中Ql和Q2的电流，并关断其中流经负电流的开关元件，因而避免了开关元件的体二极管中的反向恢复电流。

以下具体说明双向AC/DC控制本实施例实现原理。如图3所示：

首先，检测2个MOSFET管即开关元件Q3、开关元件Q4中流过的电流，并将检测结果作为电流采样信息送控制单元；然后控制单元根据电流采样信息中电流的方向和大小来控制4个MOSFET管即开关元件Ql、开关元件Q2、开关元件Q3、开关元件Q4的导通与关断；最终实现2个MOSFET管即开关元件Q3、开关元件Q4的软开关。

正向(整流)以交流输入的正半周、电感L1连接的桥臂为例介绍控制方法的原理。在交流输入的正半周期内，工频开关管Q2导通、Q1关断，定义高频开关管开关元件Q3为辅管，开关元件Q4为主管，在开关元件Q4的导通时间Ton内，电流回路经过电感L1、开关元件Q4和开关元件Q2，电感L1电流线性上升；在MOSFET管即开关元件Q4的关断时间Toff内，电流回路经过电感L1、Q3、电容C1及开关元件Q2，此时开关元件Q3充当同步整流管，在关断时间Toff时间内会一直导通，从而电感L1的电流会线性下降。

在电感L1的电流下降到负电流的时候，当控制单元检测到电感电流下降到一定的负电流的时候(此负电流可以通过控制单元2进行设置)，此时控制单元2再关断开关元件Q3，这样电流就不会流过开关元件Q3即MOSFET管的体二极管，从而减小MOSFET管的体二极管的反向恢复电流引起的损耗，利用这个负电流去拉通开关元件Q4MOSFET管的体二极管，从而实现开关元件Q4的零电压导通。在交流负半周，工频开关管开关元件Q1导通、开关元件Q2关断，定义高频开关管开关元件Q4为辅管，开关元件Q3为主管，具体工作过程类似，不在赘述。

反向(逆变)也以交流输入的正半周期内为例，工频开关管开关元件Q2导通、开关元件Q1关断，定义高频开关管开关元件Q4为辅管，开关元件Q3为主管，在开关元件Q3的导通时间Ton内，电流回路经过电感L1、开关元件Q3和开关元件Q2，电感L1电流线性上升；在MOSFETG管即开关元件Q3的关断时间Toff内，电流回路经过电感L1、开关元件Q4、电容C1及开关元件Q2，此时开关元件Q4充当同步整流管，在关断时间Toff时间内会一直导通，从而电感L1的电流会线性下降。

在电感L1的电流下降到负电流的时候，当控制单元2检测到电感L1电流下降到一定的负电流的时候(此负电流可以通过控制单元2进行设置)，此时控制单元2再关断开关元件Q4，这样电流就不会流过开关元件Q4即MOSFETG管的体二极管，从而减小MOSFET管的体二极管的反向恢复电流引起的损耗，利用这个负电流去拉通开关元件Q3的体二极管，从而实现开关元件Q3的零电压导通。在交流负半周，工频开关管开关元件Q2导通、开关元件Q1关断，定义高频开关管开关元件Q4为辅管，开关元件Q3为主管，具体工作过程类似，不在赘述。

本实用新型还提供了一种电路的控制方法，该方法特征在于：所述控制单元2检测流经该每个开关元件的电流，当检测到该电流达到预设电流时，该控制单元2根据正负半周，选择性的关断其中流经该预设电流的开关元件。

本实施例中，所述整流逆变电路由于采用不同于传统的AC/DC双向的控制方法，从而在电路中消除了不可控的反向恢复电流，从而减小开关元件的体二极管的反向恢复电流引起的损耗，利用这个负电流去拉通开关元件的体二极管，从而实现开关元件的零电压导通。

实施例4

参看图4，与上述实施例的不同之处在于，为了实现本实用新型目的，还可以采取另一种技术方案：

一种整流逆变电路，包括交流电源V1、电感L1、四个开关元件包括开关元件Q1、开关元件Q2、开关元件Q3、开关元件Q4；电流采样单元11、电流采样单元12，还包括至少一个电容C1、控制单元2；所述电感L1包括两个绕组，该绕组为绕组S1和绕组S2；

所述四个开关元件中，其中，开关元件Q1和开关元件Q2串联，开关元件Q3和开关元件Q4串联，所述的串联的开关元件Q1和开关元件Q2与串联的开关元件Q3和开关元件Q4并联；

所述电感L1的一端与该交流电源V1连接，该电感L1的另一端连接到串联的开关元件Q1和开关元件Q2中点，所述交流电源V1的另外一端连接到所述串联开关元件Q3和开关元件Q4的中点，所述的串联的开关元件Q1和开关元件Q2与串联的开关元件Q3和开关元件Q4的两端分别同时连接到该电容C1的两端，即所述的串联的开关元件Q1和开关元件Q2与串联的开关元件Q3和开关元件Q4并联后再与所述电容C1并联；

所述电流采样单元11与电感L1的绕组S1并联；所述电流采样单元12电感L1的绕组S2并联；所述控制单元2分别与开关元件Q1、开关元件Q2、开关元件Q3、开关元件Q4、电感L1的绕组S1、电感L1的绕组S2同时连接。

本实施例中，所述开关元件可以是二极管或者是MOSFET管或者是IGBT元件。

本实施例中，所述电流采样单元包括电阻或者包括电流互感器。

本实施例中，所述控制单元2还包括所述电流采样单元13。

本实施例中，采用在电感L1增加两个辅助绕组S1和辅助绕组S2，分别在正负半周交错检测辅助续流管的电流，替代实施例3中的电流检测单元，同样可以实现实施例3中的等效控制策略。

参看图4，说明本实施例实现的原理：

以正半周期为例，在交流输入的正半周期内，工频开关管开关元件Q2导通、开关元件Q1关断，定义高频开关管开关元件Q3为辅管，开关元件Q4为主管，在开关元件Q4的导通时间Ton内，电流回路经过电感L1、开关元件Q4和开关元件Q2，电感L1电流线性上升；在开关元件Q4的关断时间To ff内，电流回路经过电感L1、开关元件Q3、电容C1及开关元件Q2，此时开关元件Q3充当同步整流管，在关断时间To ff时间内会一直导通，从而电感L1的电流会线性下降。

在电感L1的电流下降到负电流的时候，控制单元2检测到电感L1辅助绕组S1电压极性反转后，加入一小段延时时间Δt，(此Δt可以通过控制单元进行设置)，此时控制单元再关断Q3，这样电流就不会流过开关元件Q3的体二极管，从而减小MOSFET的体二极管的反向恢复电流引起的损耗，利用这个负电流去拉通开关元件Q4的体二极管，从而实现开关元件Q4的零电压导通。

在交流负半周，工频开关管开关元件Q1导通、开关元件Q2关断，定义高频开关管开关元件Q4为辅管，开关元件Q3为主管，选择电流采样单元12，具体工作过程类似，不在赘述。

反向(逆变)也以交流输入的正半周期内为例，工频开关管开关元件Q2导通、开关元件Q1关断，定义高频开关管开关元件Q4为辅管，开关元件Q3为主管，在开关元件Q3的导通时间Ton内，电流回路经过电感L1、开关元件Q3和开关元件Q2，电感L1电流线性上升；在MOSFET Q3的关断时间Toff内，电流回路经过电感L1、开关元件Q4、电容C及开关元件Q2，此时开关元件Q4充当同步整流管，在关断时间Toff时间内会一直导通，从而电感L1的电流会线性下降。

在电感L1的电流下降到负电流的时候，控制单元2检测到电感L1辅助绕组S2电压极性反转后，加入一小段延时时间Δt，(此Δt可以通过控制单元进行设置)，此时控制单元再关断开关元件Q4，这样电流就不会流过开关元件Q4的体二极管，从而减小MOSFET的体二极管的反向恢复电流引起的损耗，利用这个负电流去拉通开关元件Q3的体二极管，从而实现开关元件Q3的零电压导通。在交流负半周，工频开关管Q2导通、开关元件Q1关断，定义高频开关管Q4为辅管，开关元件Q3为主管，具体工作过程类似，不在赘述。

实施例5

参看图5，与上述实施例的不同之处在于，为根据本实用新型实施例的具有2路交错双向AC/DC电路，应理解图5的交错双向AC/DC电路的工作原理与上述实施例的单路双向AC/DC电路的工作原理相同，推广至任意n路的交错结论亦然成立。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及分析步骤，实施本实用新型时能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简沽，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件

实施本实用新型可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的稠合或直接稠合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接稠合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种整流逆变电路，其特征在于：包括交流电源、电感、四个开关元件、两个电流采样单元和至少一个电容；所述四个开关元件中，其中，两个开关元件串联，另外两个开关元件串联，两个串联的开关元件与另外两个串联的开关元件并联；

所述电感的一端与该交流电源连接，该电感的另一端连接到第一对两个串联开关元件中点，所述交流电源的另外一端连接到第二对两个串联开关单元的中点，两对串联的开关元件的两端分别同时连接到该电容的两端，所述两个采样单元分别串联到与电感相连的一对开关元件。

2.根据权利要求1所述一种整流逆变电路，其特征在于：所述电路还包括一个控制单元，该控制单元分别与四个开关元件、两个电流采用单元同时连接；所述控制单元用于控制所述四个开关元件。

3.根据权利要求1或2所述一种整流逆变电路，其特征在于：所述开关元件为二极管或者是MOSFET管或者是IGBT元件。

4.根据权利要求1或2所述一种整流逆变电路，其特征在于：所述电流采样单元包括电阻或者包括电流互感器。

5.一种整流逆变电路，其特征在于：包括交流电源、电感、四个开关元件、两个电流采样单元、至少一个电容、控制单元；所述电感包括两个绕组，所述两个采样单元分别与所述电感的两个绕组并联；所述四个开关元件中，其中，两个开关元件串联，另外两个开关元件串联，两个串联的开关元件与另外两个串联的开关元件并联；

所述电感的一端与该交流电源连接，该电感的另一端连接到第一对两个串联开关元件中点，所述交流电源的另外一端连接到第二对两个串联开关单元的中点，两对串联的开关元件的两端分别同时连接到该电容的两端；所述控制单元分别与四个开关元件、电感的两个绕组同时连接。

6.根据权利要求5所述一种整流逆变电路，其特征在于：所述开关元件为二极管或者是MOSFET管或者是IGBT元件。

7.根据权利要求5所述一种整流逆变电路，其特征在于：所述电流采样单元包括电阻或者包括电流互感器。

Images