CN211151834U - 电流源型单有源桥功率电路及其应用电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电流源型单有源桥功率电路及其应用电路，包括：滤波模块、整流模块、逆变模块；所述滤波模块的输入端连接交流电源，所述滤波模块的输出端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出端与所述逆变模块的输入端相连；其中：所述滤波模块实现滤波功能，所述整流模块将交流电变换为直流电，得到的正弦半波电压传输给所述逆变模块，所述逆变模块将接收到的直流电转换为高频交流电。本实用新型整体结构简单，与电压源型单有源桥功率电路之间采用强耦合变压器或松耦合变压器后，可应用于固态变压器和无线输电领域，能够实现单向交交功率变换，具有控制简单、调压范围广、功率密度高等优点。

Description

电流源型单有源桥功率电路及其应用电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体地，涉及电流源型单有源桥功率电路及其应用电路。

背景技术

传统的有线接触充电方式灵活性差、使用不便、安全隐患高，基于上述问题而无线输电方式正在成为一个新的研究热点，并已经出现许多无线输电式产品，如无线充电式手机、电动汽车等。无线输电技术通过逆变器产生高频电压作为激励，利用磁场进行传播能量，随着该技术的大规模的应用，亟需一种通用性强、高效率、高功率密度的功率模块。

无线输电系统中通常包括前级交流/直流(AC/DC)电路，原边直流/交流(DC/AC)逆变电路，谐振网络，副边交流直流(AC/DC)电路，副边直流/交流(DC/AC)电路。电动汽车最终的负载是电机，因此其副边还需要直流/交流(DC/AC)电路。在无线输电系统中，对于原边电力电子功率装置而言，输入是工频交流，输出是高频交流；对于副边电力电子功率装置而言，输入是高频交流，输出是低频交流。因此，原副边都需要进行交交功率变换。同样地，固态变压器需要相似的电路实现交交功率变换，区别在于固态变压器采用强耦合变压器而无线输电系统采用松耦合变压器。

采用矩阵变换器可实现交交功率变换，但是单体单相矩阵变换器，其结构复杂，很难产品化。目前的无线输电方案中，大多也是采用多个单体功率器件拼接的方式构成一个交交功率变换电路，该方法对系统设计要求高，不易实现快速系统搭建。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种电流源型单有源桥功率电路及其应用电路。

第一方面，本实用新型提供的一种电流源型单有源桥功率电路，包括：滤波模块、整流模块、逆变模块；所述滤波模块的输入端连接交流电源，所述滤波模块的输出端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出端与所述逆变模块的输入端相连；其中：

所述滤波模块，用于对输入的交流电进行滤波处理后传输给整流模块；

所述整流模块，用于将交流电变换为直流电后传输给所述逆变模块；

所述逆变模块将接收到的直流电转换为交流电。

可选地，所述滤波模块包括：输入电感、输入电容；所述输入电感一端连接交流电源一端，所述输入电感的另一端与所述输入电容的一端相连，并作为所述滤波模块输出端的一端；所述输入电容的另一端连接交流电源另一端，并作为所述滤波模块输出端的另一端。

可选地，所述整流模块包括：第一功率二极管、第二功率二极管、第三功率二极管、第四功率二极管、第一电容；所述第一功率二极管的正极连接第二功率二极管的负极，并与所述滤波模块的输出端的一端相连；所述第一功率二极管的负极分别连接所述第三功率二极管的负极、第一电容的一端，并构成所述整流模块的输出端的一端；所述第三功率二极管的正极分别连接滤波模块输出的另一端、第四功率二极管的负极；所述第二功率二极管的正极分别连接所述第四功率二极管的正极、第一电容的另一端，并构成所述整流模块的输出端的另一端。

可选地，所述逆变模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管；所述第一开关管的集电极与所述第三开关管的集电极连接，并构成所述逆变模块的输入端的一端；所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极连接，并构成所述逆变模块的输出端的一端；所述第二开关管的发射极与所述第四开关管的发射极连接，并构成所述逆变模块的输入端的另一端；所述第四开关管的集电极与所述第三开关管的发射极连接，并构成所述逆变模块的输出端的另一端。

第二方面，本实用新型提供一种电流源型单有源桥功率电路的应用电路，包括：如第一方面中任一项所述的电流源型单有源桥功率电路、变压器、电压源型单有源桥功率电路；所述电流源型单有源桥功率电路的滤波模块的输入端连接交流电源，所述电流源型单有源桥功率电路的逆变模块的输出端连接所述变压器的原边，所述变压器的副边与所述电压源型单有源桥功率电路的输入端相连，所述电压源型单有源桥功率电路的输出端与负载相连；其中：

所述电流源型单有源桥功率电路将低频交流电变换为高频交流电，所述变压器将用于对所述高频交流电进行电压变换，所述电压源型单有源桥功率电路用于将高频交流电变换为低频交流电后输送给负载。

可选地，所述的电压源型单有源桥功率电路包括：整流单元、BOOST电路单元、逆变单元、滤波单元；所述整流单元的输入端作为所述电压源型单有源桥功率电路的输入端，并与所述变压器副边相连，所述整流单元的输出端连接所述BOOST电路单元的输入端；所述BOOST电路单元的输出端连接所述逆变单元的输入端；所述逆变单元的输出端连接所述滤波单元；所述滤波单元的输出端作为所述电压源型单有源桥功率电路的输出端，连接至负载；其中：

所述整流单元将交流电变换为直流电；所述BOOST电路单元用于调节所述整流单元输出的直流电，实现纯阻性的阻抗变换，进而实现输入端的单位功率因数的校正；所述逆变单元将接收到的直流电转换为交流电；所述滤波单元用于对所述逆变单元输出的交流电进行滤波处理。

可选地，所述整流单元包括：第五功率二极管、第六功率二极管、第七功率二极管、第八功率二极管、第二电容；所述第五功率二极管的正极连接第六功率二极管的负极，作为所述整流单元输入端的一端；所述第五功率二极管的负极分别连接所述第七功率二极管的负极、第二电容的一端，并构成所述整流单元的输出端的一端；所述第七功率二极管的正极连接第八功率二极管的负极，作为所述整流单元输入端的另一端；所述第六功率二极管的正极分别连接所述第八功率二极管的正极、第二电容的另一端，并构成所述整流单元的输出端的另一端。

可选地，所述BOOST电路单元包括：第一电感、第五开关管、第九功率二极管、第三电容，所述第一电感的一端构成所述BOOST电路单元的输入端的一端，所述第一电感的另一端分别连接所述第五开关管的集电极、第九功率二极管的正极；所述第九功率二极管的负极与所述第三电容的正极连接，并构成所述BOOST电路单元的输出端的一端；所述第五开关管的发射极、第三电容的负极相连；且所述第五开关管的发射极构成所述BOOST电路单元的输入端的另一端，以及所述BOOST 电路单元的输出端的另一端。

可选地，所述逆变单元包括：第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管；所述第六开关管的集电极与所述第八开关管的集电极连接，并构成所述逆变单元的输入端的一端；所述第六开关管的发射极与所述第七开关管的集电极连接，并构成所述逆变单元的输出端的一端；所述第七开关管的发射极与所述第九开关管的发射极连接，并构成所述逆变单元的输入端的另一端；所述第九开关管的集电极与所述第八开关管的发射极连接，并构成所述逆变单元的输出端的另一端。

可选地，所述滤波单元包括：输出电感、输出电容；所述输出电感的一端作为所述滤波单元输入端的一端，所述输出电感的另一端与所述输出电容的一端相连，并作为所述滤波单元输出端的一端；所述输出电容的另一端作为所述滤波单元输出端的另一端。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型提供的电流源型单有源桥功率电路包括：滤波模块、整流模块、逆变模块；所述滤波模块的输入端连接交流电源，所述滤波模块的输出端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出端与所述逆变模块的输入端相连；其中：所述滤波模块实现滤波功能，所述整流模块将交流电变换为直流电，得到的正弦半波电压传输给所述逆变模块，所述逆变模块将接收到的直流电转换为高频交流电。本实用新型整体结构简单，与电压源型单有源桥功率电路之间采用强耦合变压器或松耦合变压器后，可应用于固态变压器和无线输电领域，能够实现单向交交功率变换，具有控制简单、调压范围广、功率密度高等优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例一提供的电流源型单有源桥功率电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的电流源型单有源桥功率电路的应用电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

本实用新型实施例一提供一种电流源型单有源桥功率电路，包括：滤波模块、整流模块、逆变模块；所述滤波模块的输入端连接交流电源，所述滤波模块的输出端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出端与所述逆变模块的输入端相连；其中：

所述滤波模块实现滤波功能，所述整流模块将交流电变换为直流电，得到的正弦半波电压传输给所述逆变模块，所述逆变模块将接收到的直流电转换为高频交流电。

图1为本实用新型实施例一提供的电流源型单有源桥功率电路的结构示意图。

如图1所示，本实施例中的滤波模块包括：输入电感Li、输入电容Ci；所述输入电感Li一端连接交流电源一端ACL1，所述输入电感Li的另一端与所述输入电容Ci的一端相连，并作为所述滤波模块输出端的一端；所述输入电容Ci的另一端连接交流电源另一端ACN1，并作为所述滤波模块输出端的另一端；

如图1所示，本实施例中的整流模块包括：第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第一电容C1；所述第一功率二极管D1的正极连接第二功率二极管D2的负极，并与滤波模块的输出端的一端相连；所述第一功率二极管D1的负极分别连接所述第三功率二极管D3的负极、第一电容 C1的一端，并构成所述整流模块的输出端的一端；所述第三功率二极管D3的正极分别连接滤波模块输出的另一端ACN1、第四功率二极管D4的负极；所述第二功率二极管D2的正极分别连接所述第四功率二极管D4的正极、第一电容C1的另一端，并构成所述整流模块的输出端的另一端。

本实施例中的逆变模块包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4；所述第一开关管S1的集电极与所述第三开关管S3的集电极连接，并构成所述逆变模块的输入端的一端；所述第一开关管S1的发射极与所述第二开关管S2的集电极连接，并构成所述逆变模块的输出端的一端ACL2；所述第二开关管S2的发射极与所述第四开关管S4的发射极连接，并构成所述逆变模块的输入端的另一端；所述第四开关管S4的集电极与所述第三开关管S3的发射极连接，并构成所述逆变模块的输出端的另一端ACN2。

具体地，参见图1，本实施例的整流模块中的四个功率二极管(D1～D4)构成整流桥，用于将交流电转换为直流电后给第一电容C1进行充电。并通过控制逆变模块中四个开关管S1～S4的导通或截止，实现将第一电容C1释放的直流电逆变为交流电，从而实现交交功率变换。图1中的电流源型单有源桥功率电路可以将工频交流电逆变成高频交流电，作为松耦合无线输电变压器或强耦合固态变压器的激励源。

实施例2

本实用新型实施例二提供一种电流源型单有源桥功率电路的应用电路，结构示意图如图2所示。本实施例包括：电流源型单有源桥功率电路、变压器、电压源型单有源桥功率电路，所述电流源型单有源桥功率电路整流模块的输入端连接交流电源两端 ACL1、ACN1，所述电流源型单有源桥功率电路逆变模块的输出端连接所述变压器T1 原边，所述变压器T1副边与所述电压源型单有源桥功率电路的输入端相连，所述电压源型单有源桥功率电路的输出端连接至负载；其中：

所述电流源型单有源桥功率电路将低频交流电变换为高频交流电，所述变压器实现电压变换，所述电压源型单有源桥功率电路将高频交流电变换为低频交流电输出至负载。

本实施例中的电压源型单有源桥功率电路包括：整流单元、BOOST电路单元、逆变单元、滤波单元；所述整流单元的输入端作为所述电压源型单有源桥功率电路的输入端，与所述变压器T1副边相连，所述整流单元的输出端连接所述BOOST电路单元的输入端；所述BOOST电路单元的输出端连接所述逆变单元的输入端；所述逆变单元的输出端连接所述滤波单元；所述滤波单元的输出端ACL2、ACN2作为所述电压源型单有源桥功率电路的输出端，连接至负载；其中：

所述整流单元将交流电变换为直流电；所述BOOST电路单元用于调节所述整流单元输出的直流电，实现纯阻性的阻抗变换，进而实现输入端的单位功率因数的校正；所述逆变单元将接收到的直流电转换为交流电；所述滤波单元实现滤波功能。

本实施例中的整流单元包括：第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第一电容C1；所述第一功率二极管D1的正极连接第二功率二极管D2的负极，作为所述整流单元输入端的一端；所述第一功率二极管D1的负极分别连接所述第三功率二极管D3的负极、第一电容C1的一端，并构成所述整流单元的输出端的一端；所述第三功率二极管D3的正极连接第四功率二极管D4的负极，作为所述整流单元输入端的另一端；所述第二功率二极管D2的正极分别连接所述第四功率二极管D4的正极、第一电容C1的另一端，并构成所述整流单元的输出端的另一端。

本实施例中的BOOST电路单元包括：第一电感L1、第一开关管S1、第五功率二极管D5、第二电容C2，所述第一电感L1的一端构成所述BOOST电路单元的输入端的一端，所述第一电感L1的另一端分别连接所述第一开关管S1的集电极、第五功率二极管D5的正极；所述第五功率二极管D5的负极与所述第二电容C2的正极连接，并构成所述BOOST电路单元的输出端的一端；所述第一开关管S1的发射极、第一电容C1的负极相连；且所述第一开关管S1的发射极构成所述BOOST电路单元的输入端的另一端，以及所述BOOST电路单元的输出端的另一端。

本实施例中的逆变单元包括：第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5；所述第二开关管S2的集电极与所述第四开关管S4的集电极连接，并构成所述逆变单元的输入端的一端；所述第二开关管S2的发射极与所述第三开关管S3的集电极连接，并构成所述逆变单元的输出端的一端；所述第三开关管S3 的发射极与所述第五开关管S5的发射极连接，并构成所述逆变单元的输入端的另一端；所述第五开关管S5的集电极与所述第四开关管S4的发射极连接，并构成所述逆变单元的输出端的另一端。

本实施例中的滤波单元包括：输出电感Lo、输出电容Co；所述输出电感Lo的一端作为所述滤波单元输入端的一端，所述输出电感Lo的另一端与所述输出电容Co 的一端相连，并作为所述滤波单元输出端的一端ACL2；所述输出电容Co的另一端作为所述滤波单元输出端的另一端ACN2。

具体地，参见图2，电流源型单有源桥功率电路将输入交流电进行滤波，将工频交流电变换为高频交流电，作为松耦合无线输电变压器或强耦合固态变压器的激励源；变压器后侧的电压源型单有源桥功率电路能够将高频交流电变换为所需要频率的交流输出供给负载使用。进一步地，图2中的电压源型单有源桥功率电路功率变化电路还能够实现副边单位功率因数，并能够将其反射至原边，实现输入侧的单位功率因数。因此，本实用新型可应用于无线输电系统中，并能够同时实现功率因数校正和交交功率变换。

图1所示实施例中，逆变单元中的第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管 S3、第四开关管S4可以采用逆阻型绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)器件。

图2所示实施例中，BOOST电路单元的第一开关管S1，以及逆变单元中的第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5可以采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)器件。

需要说明的是，本实用新型不限定上述开关管的具体类型，所有可以实现可控开关的器件均可以实现本实用新型中的功能。

本实用新型可以应用于固态变压器和无线输电领域，能够同时实现单向交交功率变换和无线电能传输，以及网侧单位功率因数，具备控制简单、调压范围广、结构紧凑、功率密度高等优点。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种电流源型单有源桥功率电路，其特征在于，包括：滤波模块、整流模块、逆变模块；所述滤波模块的输入端连接交流电源，所述滤波模块的输出端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出端与所述逆变模块的输入端相连；其中：

所述滤波模块，用于对输入的交流电进行滤波处理后传输给整流模块；所述滤波模块包括：输入电感、输入电容；所述输入电感一端连接交流电源一端，所述输入电感的另一端与所述输入电容的一端相连，并作为所述滤波模块输出端的一端；所述输入电容的另一端连接交流电源另一端，并作为所述滤波模块输出端的另一端；

所述整流模块，用于将交流电变换为直流电后传输给所述逆变模块；所述整流模块包括：第一功率二极管、第二功率二极管、第三功率二极管、第四功率二极管、第一电容；所述第一功率二极管的正极连接第二功率二极管的负极，并与所述滤波模块的输出端的一端相连；所述第一功率二极管的负极分别连接所述第三功率二极管的负极、第一电容的一端，并构成所述整流模块的输出端的一端；所述第三功率二极管的正极分别连接滤波模块输出的另一端、第四功率二极管的负极；所述第二功率二极管的正极分别连接所述第四功率二极管的正极、第一电容的另一端，并构成所述整流模块的输出端的另一端；

所述逆变模块将接收到的直流电转换为交流电；所述逆变模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管；所述第一开关管的集电极与所述第三开关管的集电极连接，并构成所述逆变模块的输入端的一端；所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极连接，并构成所述逆变模块的输出端的一端；所述第二开关管的发射极与所述第四开关管的发射极连接，并构成所述逆变模块的输入端的另一端；所述第四开关管的集电极与所述第三开关管的发射极连接，并构成所述逆变模块的输出端的另一端。

2.一种电流源型单有源桥功率电路的应用电路，包括：如权利要求1所述的电流源型单有源桥功率电路、变压器、电压源型单有源桥功率电路；所述电流源型单有源桥功率电路的滤波模块的输入端连接交流电源，所述电流源型单有源桥功率电路的逆变模块的输出端连接所述变压器的原边，所述变压器的副边与所述电压源型单有源桥功率电路的输入端相连，所述电压源型单有源桥功率电路的输出端与负载相连；其中：

所述电流源型单有源桥功率电路将低频交流电变换为高频交流电，所述变压器将用于对所述高频交流电进行电压变换，所述电压源型单有源桥功率电路用于将高频交流电变换为低频交流电后输送给负载；

所述的电压源型单有源桥功率电路包括：整流单元、BOOST电路单元、逆变单元、滤波单元；所述整流单元的输入端作为所述电压源型单有源桥功率电路的输入端，并与所述变压器副边相连，所述整流单元的输出端连接所述BOOST电路单元的输入端；所述BOOST电路单元的输出端连接所述逆变单元的输入端；所述逆变单元的输出端连接所述滤波单元；所述滤波单元的输出端作为所述电压源型单有源桥功率电路的输出端，连接至负载；其中：所述整流单元将交流电变换为直流电；所述BOOST电路单元用于调节所述整流单元输出的直流电，实现纯阻性的阻抗变换，进而实现输入端的单位功率因数的校正；所述逆变单元将接收到的直流电转换为交流电；所述滤波单元用于对所述逆变单元输出的交流电进行滤波处理；

所述BOOST电路单元包括：第一电感、第五开关管、第九功率二极管、第三电容，所述第一电感的一端构成所述BOOST电路单元的输入端的一端，所述第一电感的另一端分别连接所述第五开关管的集电极、第九功率二极管的正极；所述第九功率二极管的负极与所述第三电容的正极连接，并构成所述BOOST电路单元的输出端的一端；所述第五开关管的发射极、第三电容的负极相连；且所述第五开关管的发射极构成所述BOOST电路单元的输入端的另一端，以及所述BOOST电路单元的输出端的另一端。

3.根据权利要求2所述的电流源型单有源桥功率电路的应用电路，其特征在于，所述整流单元包括：第五功率二极管、第六功率二极管、第七功率二极管、第八功率二极管、第二电容；所述第五功率二极管的正极连接第六功率二极管的负极，作为所述整流单元输入端的一端；所述第五功率二极管的负极分别连接所述第七功率二极管的负极、第二电容的一端，并构成所述整流单元的输出端的一端；所述第七功率二极管的正极连接第八功率二极管的负极，作为所述整流单元输入端的另一端；所述第六功率二极管的正极分别连接所述第八功率二极管的正极、第二电容的另一端，并构成所述整流单元的输出端的另一端。

4.根据权利要求2所述的电流源型单有源桥功率电路的应用电路，其特征在于，所述逆变单元包括：第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管；所述第六开关管的集电极与所述第八开关管的集电极连接，并构成所述逆变单元的输入端的一端；所述第六开关管的发射极与所述第七开关管的集电极连接，并构成所述逆变单元的输出端的一端；所述第七开关管的发射极与所述第九开关管的发射极连接，并构成所述逆变单元的输入端的另一端；所述第九开关管的集电极与所述第八开关管的发射极连接，并构成所述逆变单元的输出端的另一端。

5.根据权利要求2所述的电流源型单有源桥功率电路的应用电路，其特征在于，所述滤波单元包括：输出电感、输出电容；所述输出电感的一端作为所述滤波单元输入端的一端，所述输出电感的另一端与所述输出电容的一端相连，并作为所述滤波单元输出端的一端；所述输出电容的另一端作为所述滤波单元输出端的另一端。

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