CN220629200U - 交流测试电源模块和交流测试电源装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种交流测试电源模块和交流测试电源装置，属于电力电子技术领域。该模块包括：单相逆变模块包括第一对角开关元件组、第二对角开关元件组、滤波器件和续流电路，续流电路包括串联的两个开关器件；第一对角开关元件组和第二对角开关元件组连接于第一连接点和第二连接点，续流电路的一端连接第一连接点，续流电路的另一端连接第二连接点，续流电路的一个开关管的通断状态与第一对角开关元件组的开关管的通断状态相反，续流电路的另一个开关管的通断状态与第二对角开关元件组的开关管的通断状态相反。该模块可以提高电源功率密度，减小工作噪声和产品重量。

Description

交流测试电源模块和交流测试电源装置

技术领域

本申请属于电力电子技术领域，尤其涉及一种交流测试电源模块和交流测试电源装置。

背景技术

随着光伏逆变器的装机量逐年上升，专门测试光伏逆变器的测试电源市场也在同步逐年发展。市面上的交流测试电源大多采用高频隔离方案，三相电网电压输入通过交流/直流(AC/DC)模块变换成直流电压，再通过直流/直流(DC/DC)模块高频进行电气隔离，最后通过直流/交流(DC/AC)逆变拓扑电路输出三相交流电压，供给测试设备进行测试。

目前，逆变拓扑电路大多采用H桥拓扑双极性调试方式输出交流电压，这类电路工作时，每个开关管都在高频工作，开关损耗高，功率密度低，散热风扇的噪音也会较大；且为确保输出侧的交流电流的纹波足够小，需要加大输出滤波电感的感量，导致产品的尺寸和重量都很大。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种交流测试电源模块和交流测试电源装置，可以提高交流测试电源的功率密度，减小工作噪声和产品重量。

第一方面，本申请提供了一种交流测试电源模块，包括：

至少一个单相逆变模块，所述单相逆变模块的两端分别为第一直流输入端和第一交流输出端，所述单相逆变模块包括第一对角开关元件组、第二对角开关元件组、滤波器件和续流电路，所述滤波器件设置于所述第一交流输出端，所述续流电路包括串联的两个开关器件，所述开关器件包括开关管及其对应的反并联二极管；

所述第一对角开关元件组和所述第二对角开关元件组连接于第一连接点和第二连接点，所述续流电路的一端连接所述第一连接点，所述续流电路的另一端连接所述第二连接点，所述续流电路的一个开关管的通断状态与所述第一对角开关元件组的开关管的通断状态相反，所述续流电路的另一个开关管的通断状态与所述第二对角开关元件组的开关管的通断状态相反。

根据本申请的交流测试电源模块，通过在第一对角开关元件组和第二对角开关元件组连接的第一连接点和第二连接点之间设置串联的两个开关器件，等效开关频率低，输出电流纹波小，可以提高交流测试电源的功率密度，减小工作噪声和产品重量。

根据本申请的一个实施例，所述第一对角开关元件组包括对角设置的第一开关管和第四开关管，所述第一开关管与所述第一直流输入端的正极连接，所述第四开关管与所述第一直流输入端的负极连接；

所述第二对角开关元件组包括对角设置的第二开关管和第三开关管，所述第三开关管与所述第一直流输入端的正极连接，所述第二开关管与所述第一直流输入端的负极连接；

所述第一开关管和所述第二开关管连接于所述第一连接点，所述第三开关管和所述第四开关管连接于所述第二连接点。

根据本申请的一个实施例，所述续流电路包括串联的第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件包括第五开关管和所述第五开关管对应的反并联二极管，所述第二开关器件包括第六开关管和所述第六开关管对应的反并联二极管，所述第五开关管连接所述第一连接点，所述第六开关管连接所述第二连接点；

所述第五开关管的通断状态与所述第一开关管和所述第四开关管的通断状态相反，所述第六开关管的通断状态与所述第二开关管和所述第三开关管的通断状态相反。

根据本申请的一个实施例，所述单相逆变模块处于正半周期，所述第一开关管和所述第四开关管开关动作，所述第五开关管的通断状态与所述第一开关管和所述第四开关管的通断状态相反。

根据本申请的一个实施例，所述单相逆变模块处于负半周期，所述第二开关管和所述第三开关管开关动作，所述第六开关管的通断状态与所述第二开关管和所述第三开关管的通断状态相反。

根据本申请的一个实施例，包括三个所述单相逆变模块，三个所述单相逆变模块分别对应A相交流输出端、B相交流输出端和C相交流输出端。

根据本申请的一个实施例，还包括：

直流变换模块，所述直流变换模块的两端分别为第二直流输入端和第一直流输出端，所述第一直流输出端与所述第一直流输入端连接。

根据本申请的一个实施例，还包括：

整流模块，所述整流模块的两端分别为第一交流输入端和第二直流输出端，所述第二直流输出端与所述第二直流输入端连接。

第二方面，本申请提供了一种交流测试电源装置，该交流测试电源装置包括：

一个或多个如上述第一方面所述的交流测试电源模块。

根据本申请的交流测试电源装置，通过在第一对角开关元件组和第二对角开关元件组连接的第一连接点和第二连接点之间设置串联的两个开关器件，等效开关频率低，输出电流纹波小，可以提高交流测试电源的功率密度，减小工作噪声和产品重量。

根据本申请的一个实施例，多个所述交流测试电源模块并联。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的交流测试电源模块的结构示意图之一；

图2是本申请实施例提供的交流测试电源模块的结构示意图之二。

附图标记：

整流模块110，直流变换模块120，单相逆变模块130，测试设备200。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

相关技术中，交流测试电源的单相逆变模块采用H桥拓扑双极性调试方式输出交流电压，这类电路工作时，每个开关管都在高频工作，开关损耗太高，在同等输出功率的前提下，开关频率越高，开关损耗就越高，开关管产生的热量也越多，就需要更大的散热器给开关管散热，同时风扇的转速就越高，系统效率很难提高，在同等尺寸的条件下，产品的功率等级很难提高，同时风扇的噪音也会超标。

为确保输出侧的交流电流的纹波足够小，就需要加大输出滤波电感的感量，同等输出功率的前提下，感量越大，电感的尺寸越大，产品的尺寸与重量难以做小。

下面参考图1-图2描述根据本申请实施例的交流测试电源模块。

本申请实施例的交流测试电源模块包括至少一个单相逆变模块130。

单相逆变模块130是用于将直流电转换为交流电输出的模块，可以根据实际测试需求，在交流测试电源模块设置一个或多个单相逆变模块130。

在该实施例中，单相逆变模块130的两端分别为第一直流输入端和第一交流输出端，单相逆变模块130通过第一直流输入端输入直流电，单相逆变模块130通过第一交流输出端输出交流电，第一交流输出端用于与测试设备200连接，为测试设备200提供交流电。

单相逆变模块130包括第一对角开关元件组、第二对角开关元件组、滤波器件和续流电路。

其中，对角开关元件组包括呈对角设置的两个开关管，对角开关元件组中的两个开关管的栅极脉冲相同，这两个开关管同开同关。

在该实施例中，滤波器件设置于第一交流输出端，对第一交流输出端的输入或输出进行滤波。

在实际执行中，滤波器件可以为电感，第一交流输出端可以设置至少一个用于滤波的电感。

例如，滤波器件包括第一电感和第二电感，第一电感的一端与第一交流输出端的相线连接，第二电感的一端与第一交流输出端的中性线连接。

需要说明的是，第一对角开关元件组用于实现单相逆变模块130的逆变电压正半周期的电压变换，第二对角开关元件组用于实现单相逆变模块130的逆变电压负半周期的电压变换。

在该实施例中，第一对角开关元件组和第二对角开关元件组连接于第一连接点和第二连接点，第一对角开关元件组和第二对角开关元件组形成全桥电路。

在实际执行中，第一连接点可以与第一电感的另一端连接，第二连接点可以与第二电感的另一端连接。

在该实施例中，续流电路包括串联的两个开关器件，开关器件包括开关管及其对应的反并联二极管。

续流电路的一端连接第一连接点，续流电路的另一端连接第二连接点，续流电路的一个开关管的通断状态与第一对角开关元件组的开关管的通断状态相反，续流电路的另一个开关管的通断状态与第二对角开关元件组的开关管的通断状态相反。

可以理解的是，续流电路的某一个开关管的通断状态与第一对角开关元件组的开关管的通断状态相反，该开关管导通时，第一对角开关元件组的开关管关断，该开关管关断时，第一对角开关元件组的开关管导通，即续流电路的该开关管与第一对角开关元件组互补输出。

在该实施例中，续流电路的一端连接第一连接点，续流电路的一个开关管与第一对角开关元件组互补输出，单相逆变模块130处于逆变电压正半周期，续流电路中与第一对角开关元件组互补输出的开关管配合第一对角开关元件组的开关管高频开关动作，有半个工频周期的开关损耗，此时，第二对角开关元件组的一直保持关断，没有开关损耗。

续流电路的另一端连接第二连接点，续流电路的另一个开关管与第二对角开关元件组互补输出，单相逆变模块130处于逆变电压负半周期，续流电路中与第二对角开关元件组互补输出的开关管配合第二对角开关元件组的开关管高频开关动作，有半个工频周期的开关损耗，此时，第一对角开关元件组的一直保持关断，没有开关损耗。

本申请实施例中，交流测试电源模块的单相逆变模块130通过在第一对角开关元件组和第二对角开关元件组连接的第一连接点和第二连接点之间设置串联的两个开关器件，第一对角开关元件组和第二对角开关元件组的开关损耗降低一半，功率密度有效提高，由于损耗较低，功率器件发热少，散热风扇可以在低速工况下运转，大大降低了噪音，在尺寸不变的情况下，可以减小滤波电感的感量，有助于减小交流测试电源模块的体积和重量，便于集成化，易于集成维护。

根据本申请实施例提供的交流测试电源模块，通过在第一对角开关元件组和第二对角开关元件组连接的第一连接点和第二连接点之间设置串联的两个开关器件，等效开关频率低，输出电流纹波小，可以提高交流测试电源的功率密度，减小工作噪声和产品重量。

在一些实施例中，第一对角开关元件组包括对角设置的第一开关管和第四开关管，第一开关管与第一直流输入端的正极连接，第四开关管与第一直流输入端的负极连接；

第二对角开关元件组包括对角设置的第二开关管和第三开关管，第三开关管与第一直流输入端的正极连接，第二开关管与第一直流输入端的负极连接；

第一开关管和第二开关管连接于第一连接点，第三开关管和第四开关管连接于第二连接点。

可以理解的是，第一对角开关元件组的第一开关管和第四开关管是同步动作的，第二对角开关元件组的第二开关管和第三开关管是同步动作的，当第一开关管和第四开关管动作时，第二开关管和第三开关管是关断的。

在实际执行中，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管可以为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器或绝缘栅双极晶体管等种类的开关管。

在一些实施例中，续流电路包括串联的第一开关器件和第二开关器件，第一开关器件包括第五开关管和第五开关管对应的反并联二极管，第二开关器件包括第六开关管和第六开关管对应的反并联二极管，第五开关管连接第一连接点，第六开关管连接第二连接点；第五开关管的通断状态与第一开关管和第四开关管的通断状态相反，第六开关管的通断状态与第二开关管和第三开关管的通断状态相反。

在实际执行中，第五开关管和第六开关管可以为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器或绝缘栅双极晶体管等种类的开关管。

在该实施例中，第五开关管与第一对角开关元件组的第一开关管和第四开关管互补输出，第六开关管与第二对角开关元件组的第二开关管和第三开关管互补输出，单相逆变模块130的开关管开关损耗可以降低一半，可以提高交流测试电源的功率密度，减小工作噪声和产品重量。

在一些实施例中，单相逆变模块130处于正半周期，第一开关管和第四开关管开关动作，第五开关管的通断状态与第一开关管和第四开关管的通断状态相反。

在该实施例中，单相逆变模块130处于逆变交流电压的正半周期，第一开关管和第四开关管开关动作，第五开关管与第一开关管和第四开关管互补输出，第二开关管和第三开关管保持常关状态，第六开关管保持常开状态。

当第一开关管和第四开关管开通时，逆变电流经第一开关管、第一电感、第一交流输出端、第二电感和第四开关管返回第一直流输入端；当第一开关管和第四开关管关断时，第五开关管开通，电流续流的回路为第二电感、第六开关管、第五开关管、第一电感和第一交流输出端。

在逆变电压正半周期，第一开关管、第四开关管和第五开关管、高频开关动作，有半个工频周期的开关损耗，第二开关管和第三开关管一直保持关断，没有开关损耗。

在一些实施例中，单相逆变模块130处于负半周期，第二开关管和第三开关管开关动作，第六开关管的通断状态与第二开关管和第三开关管的通断状态相反。

在该实施例中，单相逆变模块130处于逆变交流电压的负半周期，第二开关管和第三开关管开关动作，第六开关管与第二开关管和第三开关管互补输出，第一开关管和第四开关管保持常关状态，第五开关管保持常开状态。

当第二开关管和第三开关管开通时，逆变电流经第三开关管、第二电感、第一交流输出端、第一电感和第二开关管返回第一直流输入端；当第二开关管和第三开关管关断时，第六开关管开通，电流续流的回路为第二电感、第一交流输出端、第一电感、第五开关管和第六开关管。

在逆变电压负半周期，第二开关管、第三开关管和第六开关管、高频开关动作，有半个工频周期的开关损耗，第一开关管和第四开关管一直保持关断，没有开关损耗。

以单相逆变模块130对应输出A相交流电为例。

如图1所示，单相逆变模块130的两端分别为第一直流输入端DC和第一交流输出端AN。

第一对角开关元件组包括第一开关管Q1和第四开关管Q4，第一开关管Q1与第一直流输入端的正极DC+连接，第四开关管Q4与第一直流输入端的负极DC-连接。

第二对角开关元件组包括第二开关管Q2和第三开关管Q3，第三开关管Q3与第一直流输入端的正极DC+连接，第二开关管Q2与第一直流输入端的负极DC-连接。

第一开关管Q1和第二开关管Q2连接于第一连接点A1，第三开关管Q3和第四开关管Q4连接于第二连接点N1。

续流电路包括串联的第五开关管Q5和第六开关管Q6，第五开关管Q5连接第一连接点A1，第六开关管Q6连接第二连接点N1。

第五开关管Q5与第一开关管Q1和第四开关管Q4互补输出，第六开关管Q6与第二开关管Q2和第三开关管Q3。

第一电感L1的一端与第一交流输出端的相线A连接，第一电感L1的另一端与第一连接点A1连接，第二电感L2的一端与第一交流输出端的中性线N连接，第二电感L2的另一端与第二连接点N1连接。

在逆变电压正半周期，第一开关管Q1和第四开关管Q4开关动作，第五开关管Q5与第一开关管Q1和第四开关管Q4互补输出，此时，第二开关管Q2和第三开关管Q3常关，第六开关管Q6常开。

当第一开关管Q1和第四开关管Q4开通时，逆变电流经Q1-L1-AN-L2-Q4返回第一直流输入端；当第一开关管Q1和第四开关管Q4关断时，第五开关管Q5开通，电流续流的回路为L2-Q6-Q5-L1-AN。

在逆变电压正半周期，第一开关管Q1、第四开关管Q4和第五开关管Q5高频开关动作，有半个工频周期的开关损耗，同时，第二开关管Q2和第三开关管Q3一直保持关断，没有开关损耗。

在逆变电压负半周期，第二开关管Q2和第三开关管Q3开关动作，第六开关管Q6与第二开关管Q2和第三开关管Q3互补输出，此时，第一开关管Q1和第四开关管Q4常关，第五开关管Q5常开。

当第二开关管Q2和第三开关管Q3开通时，逆变电流经Q3-L2-NA-L1-Q2返回第一直流输入端；当第二开关管Q2和第三开关管Q3关断时，第六开关管Q6开通，电流续流的回路为L2-NA-L1-Q5-Q6。

在逆变电压负半周期，第二开关管Q2、第三开关管Q3和第六开关管Q6高频开关动作，有半个工频周期的开关损耗，同时，第一开关管Q1和第四开关管Q4一直保持关断，没有开关损耗。

该单相逆变模块130在正半周期，桥臂侧电压A1N1在(DC+,0V)中跳变，在负半周期，桥臂侧电压在(-DC+,0V)，同等功率输出下，输出电流的纹波降低。

在该实施例中，单相逆变模块130主功率开关管的开关损耗降低一半，功率密度提高，使用同种型号的开关管，可以把每相输出的功率等级提高；由于损耗较低，功率器件发热少，模块内部的风扇可以在低速工况下运转，大大降低了对外的噪音。

大功率的交流测试电源一般采用多个交流测试电源模块并联集成，集成方案为了方便安装维护，单个交流测试电源模块的重量有严格限制，上述单相逆变模块130输出滤波电感的体积与尺寸可以做小，交流测试电源在尺寸一样的情况下模块重量可以降低，便于集成化，易于集成维护。

在一些实施例中，包括三个单相逆变模块130，三个单相逆变模块130分别对应A相交流输出端、B相交流输出端和C相交流输出端。

在该实施例中，A相交流输出端、B相交流输出端和C相交流输出端分别对应N1相、N2相、N3相。

在一些实施例中，交流测试电源模块还可以包括：直流变换模块120，直流变换模块120是将直流电转换为直流电的装置。

直流变换模块120的两端分别为第二直流输入端和第一直流输出端，第一直流输出端与第一直流输入端连接。

在一些实施例中，交流测试电源模块还可以包括：整流模块110，整流模块110是将交流电转换为直流电的模块。

整流模块110的两端分别为第一交流输入端和第二直流输出端，第二直流输出端与第二直流输入端连接。

如图2所示，交流测试电源模块包括：整流模块110、直流变换模块120和单相逆变模块130，整流模块110将U,V,W三相交流电转换为直流电输入直流变换模块120，直流变换模块120将直流电转换为不同电压的直流电输入至单相逆变模块130，三个单相逆变模块130将输入的直流电转换为A,B,C三相交流电提供给测试设备200进行测试。

本申请实施例还提供一种交流测试电源装置。

该交流测试电源装置包括：一个或多个如上述的交流测试电源模块。

根据本申请实施例提供的交流测试电源装置，通过在第一对角开关元件组和第二对角开关元件组连接的第一连接点和第二连接点之间设置串联的两个开关器件，等效开关频率低，输出电流纹波小，可以提高交流测试电源的功率密度，减小工作噪声和产品重量。

在一些实施例中，多个交流测试电源模块并联。

在该实施例中，将多个交流测试电源模块并联，集成得到大功率的交流测试电源。

例如，可以将10个20kW交流测试电源模块并联，集成得到200kW的交流测试电源。

交流测试电源模块的输出滤波电感的滤波器件的体积与尺寸可以做小，交流测试电源在尺寸一样的情况下模块重量可以降低，便于集成化，易于集成维护。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种交流测试电源模块，其特征在于，包括：

至少一个单相逆变模块，所述单相逆变模块的两端分别为第一直流输入端和第一交流输出端，所述单相逆变模块包括第一对角开关元件组、第二对角开关元件组、滤波器件和续流电路，所述滤波器件设置于所述第一交流输出端，所述续流电路包括串联的两个开关器件，所述开关器件包括开关管及其对应的反并联二极管；

所述第一对角开关元件组和所述第二对角开关元件组连接于第一连接点和第二连接点，所述续流电路的一端连接所述第一连接点，所述续流电路的另一端连接所述第二连接点；

所述续流电路的一个开关管的通断状态与所述第一对角开关元件组的开关管的通断状态相反，所述续流电路的另一个开关管的通断状态与所述第二对角开关元件组的开关管的通断状态相反。

2.根据权利要求1所述的交流测试电源模块，其特征在于，所述第一对角开关元件组包括对角设置的第一开关管和第四开关管，所述第一开关管与所述第一直流输入端的正极连接，所述第四开关管与所述第一直流输入端的负极连接；

所述第二对角开关元件组包括对角设置的第二开关管和第三开关管，所述第三开关管与所述第一直流输入端的正极连接，所述第二开关管与所述第一直流输入端的负极连接；

所述第一开关管和所述第二开关管连接于所述第一连接点，所述第三开关管和所述第四开关管连接于所述第二连接点。

3.根据权利要求2所述的交流测试电源模块，其特征在于，所述续流电路包括串联的第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件包括第五开关管和所述第五开关管对应的反并联二极管，所述第二开关器件包括第六开关管和所述第六开关管对应的反并联二极管，所述第五开关管连接所述第一连接点，所述第六开关管连接所述第二连接点；

所述第五开关管的通断状态与所述第一开关管和所述第四开关管的通断状态相反，所述第六开关管的通断状态与所述第二开关管和所述第三开关管的通断状态相反。

4.根据权利要求3所述的交流测试电源模块，其特征在于，所述单相逆变模块处于正半周期，所述第一开关管和所述第四开关管开关动作，所述第五开关管的通断状态与所述第一开关管和所述第四开关管的通断状态相反。

5.根据权利要求3所述的交流测试电源模块，其特征在于，所述单相逆变模块处于负半周期，所述第二开关管和所述第三开关管开关动作，所述第六开关管的通断状态与所述第二开关管和所述第三开关管的通断状态相反。

6.根据权利要求1-5任一项所述的交流测试电源模块，其特征在于，包括三个所述单相逆变模块，三个所述单相逆变模块分别对应A相交流输出端、B相交流输出端和C相交流输出端。

7.根据权利要求1-5任一项所述的交流测试电源模块，其特征在于，还包括：

直流变换模块，所述直流变换模块的两端分别为第二直流输入端和第一直流输出端，所述第一直流输出端与所述第一直流输入端连接。

8.根据权利要求7所述的交流测试电源模块，其特征在于，还包括：

整流模块，所述整流模块的两端分别为第一交流输入端和第二直流输出端，所述第二直流输出端与所述第二直流输入端连接。

9.一种交流测试电源装置，其特征在于，包括：

一个或多个如权利要求1-8任一项所述的交流测试电源模块。

10.根据权利要求9所述的交流测试电源装置，其特征在于，多个所述交流测试电源模块并联。