CN214412581U - 一种降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路，包括：整流电路、纹波补偿电路和负载电路，所述整流电路用于连接交流电源或整流变压器，所述整流电路的一输出端与纹波补偿电路的一输出端串联，所述整流电路的另一输出端和纹波补偿电路的另一输出端连接所述负载电路；所述纹波补偿电路用于产生与所述直流母线电压中的交流分量的相位相反或错相的交流补偿分量，并通过所述交流补偿分量对所述直流母线电压进行调节，以利用调节后的电压向所述负载电路供电。本申请的方案可以降低负载电路输入端的电压纹波，相比传统的整流电路，可在整流电路的直流输出侧去掉或只使用较小容量的母线电容，改善了输入电流的畸变等。

Description

一种降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路

技术领域

本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路。

背景技术

传统的整流应用电路结构中，由整流电路、大容量的直流母线电容、负载电路等组成，如图1所示，该电路大量广泛应用于各类电源装置的交流输入侧。针对不同的应用场合，例如，后级的负载电路可为各种功率等级的直流-直流(DC-DC)或直流-交流(DC-AC)变换器等电路。

由于整流电路的输出直流侧电压含有较大的交流电压分量，为保证后级负载或各种变换器等负载电路具有平稳的输入直流母线电压，通常会在直流母线上增加大容量的电解电容进行滤波，然而，大容量的直流母线电容往往会引起整流电路的交流侧输入电流严重畸变，导致输入电流的谐波含量较大，因此需要利用较大容量的有源滤波器进行谐波与无功补偿。而若适当减小母线电容虽然会改善交流侧输入电流畸变程度，但整流后的母线电压纹波比例会增加，即在传统的桥式整流电路应用中，整流后的直流母线的纹波电压大小与输入侧的电流畸变程度通常成相互制约关系。

实用新型内容

有鉴于此，本申请为了克服现有技术中的不足，提供一种降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路。

本申请实施例提供了一种降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路，包括：整流电路、纹波补偿电路和负载电路，所述整流电路用于连接交流电源或整流变压器，所述整流电路的一输出端与所述纹波补偿电路的一输出端串联，所述整流电路的另一输出端和所述纹波补偿电路的另一输出端连接所述负载电路；

所述整流电路用于将所述交流电源或将所述整流变压器连接的交流电源转换为直流电源后通过母线输出至所述纹波补偿电路，所述母线上的电压为直流母线电压；

所述纹波补偿电路包括隔离型变换器，所述隔离型变换器采用前馈式输入或回馈式输入方式连接至所述整流电路的输出端；所述纹波补偿电路用于产生与所述直流母线电压中的交流分量的相位相反或错相的交流补偿分量，并通过所述交流补偿分量对所述直流母线电压进行调节，以利用调节后的电压向所述负载电路供电。

在一些实施方式中，所述整流电路为单相桥式整流电路、三相桥式整流电路或多脉波整流电路。

在上述实施方式中，所述整流电路为由二极管构成的不可控型整流电路或由可控开关器件构成的可控型整流电路。

在一些实施方式中，所述隔离型变换器为直流-交流变换器、直流-直流变换器、交流-直流变换器或交流-交流变换器。

在一种实施方式中，若所述隔离型变换器为直流-直流变换器，所述隔离型变换器采用前馈式输入的连接方式，包括：

所述直流-直流变换器的正极输入端和负极输入端分别连接所述整流电路的正极输出端和负极输出端；

所述直流-直流变换器的负极输出端连接所述整流电路的正极输出端，所述直流-直流变换器的正极输出端连接所述负载电路的正极输入端；

所述整流电路的负极输出端连接所述负载电路的负极输入端。

在一种实施方式中，若所述隔离型变换器为直流-直流变换器，所述隔离型变换器采用回馈式输入的连接方式，包括：

所述直流-直流变换器的正极输入端和负极输入端分别连接所述负载电路的正极输入端和负极输入端；

所述直流-直流变换器的正极输出端连接所述负载电路的正极输入端，负极输出端连接所述整流电路的正极输出端；

所述整流电路的负极输出端连接所述负载电路的负极输入端。

在上述的实施方式中，该电路还包括：滤波电容，所述滤波电容并联至所述直流-直流变换器的正极输入端和负极输入端之间。

在一种实施方式中，若所述隔离型变换器为直流-交流变换器，所述隔离型变换器采用前馈式输入的连接方式，包括：

所述直流-交流变换器的正极输入端和负极输入端分别用于连接有源滤波器电路中的直流母线的正极和负极；

所述直流-交流变换器的一输出端连接所述整流电路的正极输出端，另一输出端连接所述负载电路的一端，所述整流电路的负极输出端连接至所述负载电路的另一端。

在一种实施方式中，若所述隔离型变换器为交流-交流变换器，所述隔离型变换器采用前馈式输入的连接方式，包括：

所述交流-交流变换器的输入端连接所述整流电路的输入端；

所述交流-交流变换器的一输出端连接所述整流电路的正极输出端，另一输出端用于连接所述负载电路的一端；

所述整流电路的负极输出端连接所述负载电路的另一端。

本申请的实施例具有如下有益效果：

本申请的电路包括整流电路、纹波补偿电路和负载电路，所述整流电路用于连接交流电源或整流变压器，所述整流电路的一输出端与纹波补偿电路的一输出端串联，所述整流电路的另一输出端和纹波补偿电路的另一输出端连接所述负载电路，其中，所述纹波补偿电路用于产生与所述直流母线电压中的交流分量的相位相反或错相的交流补偿分量，并通过所述交流补偿分量对所述直流母线电压进行调节，以利用调节后的电压向所述负载电路供电。本申请提出的上述新型整流电路结构可以在保证直流母线的纹波电压较小的同时，还能大大减少直流母线上的滤波电容(简称直流母线电容)的使用量，进而大大降低整流侧输入电流的畸变程度等。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了现有技术中的通用整流结构示意图；

图2示出了本申请实施例的电路结构示意图；

图3a和图3b分别示出了本申请实施例的电路中的母线电压的纹波补偿效果示意图；

图4示出了本申请实施例的电路中的整流电路的交流侧输入电流的示意图；

图5示出了本申请实施例的电路的DC-DC变换器的一种拓扑结构图；

图6示出了本申请实施例的电路的第一种电路结构示意图；

图7示出了本申请实施例的电路的第二种电路结构示意图；

图8示出了本申请实施例的电路的第三种电路结构示意图；

图9示出了本申请实施例的电路的第四种电路结构示意图。

主要元件符号说明：

100-降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路；110-整流电路；120-纹波补偿电路；130-负载电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，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。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

请参照图2，本申请实施例提出一种降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路100，该新型的整流电路结构具有输入谐波电流低，母线电容使用量较小，效率高等的特点。下面对该电路进行详细说明。

本实施例中，该降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路100可应用于单相、三相、或多脉波整流电路中，示范性地，该电路包括整流电路110、纹波补偿电路120和负载电路130；其中，整流电路110用于连接交流电源或整流变压器，整流电路110的一输出端与纹波补偿电路120的一输出端串联，整流电路110的另一输出端和纹波补偿电路120的另一输出端连接负载电路130，从而为后级的负载电路130供电。

整流电路110用于将接入的交流电源或将由整流变压器接入的交流电源转换为直流电源后，通过母线输出至纹波补偿电路120，其中，母线上的电压也称直流母线电压。在一些实施方式中，该整流电路110可包括由分立的二极管或集成的整流桥所构成的不可控型整流电路，也可以由如IGBT或晶闸管等可控开关器件构成的可控型整流电路。

进一步地，上述的交流电源可以是单相/三相市电；而该整流变压器可以是单相整流变压器，也可以是多相整流变压器，用于将其连接的单相/多相电经变压器变换为不同电压等级的交流电。对应地，该整流电路110可为单相桥式整流电路、三相桥式整流电路或多脉波整流电路等。

纹波补偿电路120用于产生与直流母线电压中的交流分量的相位相反或错相的交流补偿分量，并通过该交流补偿分量对直流母线电压进行调节，以利用调节后的电压向负载电路130供电。

在一些实施方式中，纹波补偿电路120主要通过隔离型变换器来实现，例如，该隔离型变换器可包括但不限于为DC-DC(直流-直流)变换器，DC-AC(直流-交流)变换器，AC-DC(交流-直流)变换器或AC-AC(交流-交流)变换器等。

可以理解，在没有或只含小容量的直流母线电容情况下，交流电经过整流电路110后得到的直流母线电压中含有与输入交流电压频率成整数倍的纹波电压，通过由DC-DC变换器或AC-DC变换器构成的纹波补偿电路120可以输出含直流分量与交流分量的可调节电压，其中，该交流分量则可与整流电路110输出的直流母线电压中的交流分量的相位相反或存在错相，这样可抵消或消减交流分量。同理，通过DC-AC变换器或AC-AC变换器构成的纹波补偿电路120可以输出可调节的交流电压，该交流电压则可与整流电路110输出的直流母线电压中的交流分量的相位相反或有错相。

本实施例中，通过将纹波补偿电路120的输出电压与整流电路110的输出电压串联，共同作用降低负载输入端的纹波电压，如图3a和3b分别为DC输出型和AC输出型的纹波补偿电路120应用于三相桥式整流电路中的纹波电压补偿效果示意图。同时，由于电路结构中不含或只有少量的直流母线电容，交流侧输入电流畸变程度大大降低，如图4所示为交流侧(单相或三相中某一相)电流的示意图，只需在交流侧增加较小容量的谐波补偿电路，即可获得更低的输入电流的总谐波失真(THD)值。

通常地，该隔离型变换器可采用前馈式输入或回馈式输入方式等连接至整流电路110的输出端。可以理解，所述的前馈式输入主要是指隔离型变换器的输入量直接来源于串联连接的整流电路110的输出量，而回馈式输入则是隔离型变换器的输入量来源于后级的负载电路130，其通过反馈的方式来得到输入量。下面结合具体的隔离型变换器的连接结构对该前馈式输入或回馈式输入的连接方式进行说明。

图5示出了DC-DC变换器的一种结构示意图。示范性地，该DC-DC变换器主要由四个MOS管构成的两个桥臂，高频隔离变压器，两个整流二极管和LC滤波单元组成。可以理解，图5所示的DC-DC变换器仅仅是一种示例，该DC-DC变换器并不仅限于为图5所示的结构。

进一步地，对于如图5所示的DC-DC变换器，其与整流电路110的连接可采用如图6的前馈式输入的连接方式。示范性地，以三相市电为例，此时的整流电路110可为三相桥式整流电路。而对于该DC-DC变换器采用前馈式输入的连接方式，包括：

DC-DC变换器的正极输入端和负极输入端分别连接整流电路110的正极输出端和负极输出端；DC-DC变换器的负极输出端连接整流电路110的正极输出端，DC-DC变换器的正极输出端连接负载电路130的正极输入端；而整流电路110的负极输出端则连接负载电路130的负极输入端。

作为另一种实施方式，对于如图5所示的DC-DC变换器，其与整流电路110的连接还可采用如图7所示的回馈式输入的连接方式。示范性地，对于该DC-DC变换器采用回馈式输入的连接方式，包括：

DC-DC变换器的正极输入端和负极输入端分别连接负载电路130的正极输入端和负极输入端；DC-DC变换器的正极输出端连接负载电路130的正极输入端，负极输出端连接整流电路110的正极输出端；整流电路110的负极输出端连接负载电路130的负极输入端。

其中，该回馈式的输入方式的工作原理为：在DC-DC未开始工作时，电流通过DC-DC变换器的副边的整流二极管连接到负载(二极管正向导通，相当于短路)。当DC-DC变换器正常工作时，控制其输出电压如图3a所示的波形(即DC-DC输出的电压波形为第2种电压波形)，其交流分量和整流电路输出的直流母线电压方向相反，串联后可抵消交流分量。

进一步可选地，如图6或图7所示，对于采用DC-DC变换器的纹波补偿电路120，该电路还可以包括并联于DC-DC变换器的正极输入端和负极输入端之间的滤波电容Cr。例如，该滤波电容Cr可为但不限于为薄膜电容等，用于滤除DC-DC变换器中由开关管产生的高频纹波分量等。

可以理解，该隔离型的DC-DC变换器通过采集整流电路110的直流母线电压，并提取其交流分量，进而输出含有与整流电路110输出的交流分量相位相反或错相的电压，通过与整流电路110输出的直流母线电压串联共同叠加，从而达到降低负载输入端的纹波电压目的。同时，由于电路结构中只有少量的直流母线电容，交流侧输入电流畸变程度大大降低，输入电流谐波可得到大大的改善。

此外，对于其他类型的隔离型变换器，同样可实现降低整流电路110输入电流谐波与母线电压纹波的作用。例如，以DC-AC变换器为例，如图8所示，若该DC-AC变换器采用前馈式输入的连接方式，该电路具体如下：

DC-AC变换器的正极输入端和负极输入端分别用于连接有源滤波器电路中的直流母线的正极和负极；DC-AC变换器的一输出端连接整流电路110的正极输出端，另一输出端连接负载电路130的一端，整流电路110的负极输出端连接至负载电路130的另一端。

其中，上述的有源滤波器中的直流母线电压可通过其输出端设置的输出电容输出，并且该有源滤波器的输入端通常用于连接交流电。可以理解，DC-AC变换器通过输出与整流电路110输出的交流电压分量相位相反的电压，进而与整流电路110输出的直流母线电压串联共同叠加，可降低负载电路130的输入端的纹波电压，还可改善交流输入电流的畸变程度等。

图9示出一种基于AC-AC变换器的电路结构示意图。示范性地，该AC-AC变换器的输入端连接整流电路110的输入端；AC-AC变换器的一输出端连接整流电路110的正极输出端，另一输出端连接负载电路130的一端；整流电路110的负极输出端连接负载电路130的另一端。

可以理解，该隔离型AC-AC变换器构成的纹波补偿电路120通过采集整流电路110输出的直流母线电压并从中提取出交流分量电压，输出与该交流分量电压的相位相反且幅值相同的交流补偿量，进而与整流电路110输出的直流母线电压串联为负载电路130供电，降低负载输入端的电压纹波。由于该电路结构中无需使用直流母线电容，交流侧输入电流畸变程度大大降低，输入电流谐波可得到大大改善。

针对传统的整流电路输出的直流母线需要增加大容量滤波电容以获得较平稳的母线电压，而直流母线电容会引起整流电路的交流侧输入电流的严重畸变的矛盾问题，本申请实施例的上述电路可以在保证直流母线的纹波电压在较低值的同时，还能大大减少直流母线电容的使用量，例如，包括根据实际情况直接去掉或者是使用容量较小的直流母线电容等。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种降低整流电路输入电流谐波与母线电压纹波的电路，其特征在于，包括：整流电路、纹波补偿电路和负载电路，所述整流电路用于连接交流电源或整流变压器，所述整流电路的一输出端与所述纹波补偿电路的一输出端串联，所述整流电路的另一输出端和所述纹波补偿电路的另一输出端连接所述负载电路；

所述整流电路用于将所述交流电源或将所述整流变压器连接的交流电源转换为直流电源后通过母线输出至所述纹波补偿电路，所述母线上的电压为直流母线电压；

所述纹波补偿电路包括隔离型变换器，所述隔离型变换器采用前馈式输入或回馈式输入方式连接至所述整流电路的输出端；所述纹波补偿电路用于产生与所述直流母线电压中的交流分量的相位相反或错相的交流补偿分量，并通过所述交流补偿分量对所述直流母线电压进行调节，以利用调节后的电压向所述负载电路供电。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流电路为单相桥式整流电路、三相桥式整流电路或多脉波整流电路；

所述整流电路为由二极管构成的不可控型整流电路或由可控开关器件构成的可控型整流电路。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述隔离型变换器为直流-交流变换器、直流-直流变换器、交流-直流变换器或交流-交流变换器。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，若所述隔离型变换器为直流-直流变换器，所述隔离型变换器采用前馈式输入的连接方式，包括：

所述直流-直流变换器的正极输入端和负极输入端分别连接所述整流电路的正极输出端和负极输出端；

所述直流-直流变换器的负极输出端连接所述整流电路的正极输出端，所述直流-直流变换器的正极输出端连接所述负载电路的正极输入端；

所述整流电路的负极输出端连接所述负载电路的负极输入端。

5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，若所述隔离型变换器为直流-直流变换器，所述隔离型变换器采用回馈式输入的连接方式，包括：

所述直流-直流变换器的正极输入端和负极输入端分别连接所述负载电路的正极输入端和负极输入端；

所述直流-直流变换器的正极输出端连接所述负载电路的正极输入端，负极输出端连接所述整流电路的正极输出端；

所述整流电路的负极输出端用于连接所述负载电路的负极输入端。

6.根据权利要求4或5所述的电路，其特征在于，还包括：滤波电容，所述滤波电容并联至所述直流-直流变换器的正极输入端和负极输入端之间。

7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，若所述隔离型变换器为直流-交流变换器，所述隔离型变换器采用前馈式输入的连接方式，包括：

所述直流-交流变换器的正极输入端和负极输入端分别用于连接有源滤波器电路中的直流母线的正极和负极；

所述直流-交流变换器的一输出端连接所述整流电路的正极输出端，另一输出端连接所述负载电路的一端，所述整流电路的负极输出端连接至所述负载电路的另一端。

8.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，若所述隔离型变换器为交流-交流变换器，所述隔离型变换器采用前馈式输入的连接方式，包括：

所述交流-交流变换器的输入端连接所述整流电路的输入端；

所述交流-交流变换器的一输出端连接所述整流电路的正极输出端，另一输出端连接所述负载电路的一端；

所述整流电路的负极输出端连接所述负载电路的另一端。

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