RU2645726C2 - Преобразователь переменного напряжения в переменное - Google Patents
Преобразователь переменного напряжения в переменное Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645726C2 RU2645726C2 RU2015131559A RU2015131559A RU2645726C2 RU 2645726 C2 RU2645726 C2 RU 2645726C2 RU 2015131559 A RU2015131559 A RU 2015131559A RU 2015131559 A RU2015131559 A RU 2015131559A RU 2645726 C2 RU2645726 C2 RU 2645726C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminal
- node
- output
- common
- input
- Prior art date
Links
- 101100063435 Caenorhabditis elegans din-1 gene Proteins 0.000 claims abstract description 6
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims abstract 6
- 101100510299 Oryza sativa subsp. japonica KIN7A gene Proteins 0.000 claims description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 101150040844 Bin1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
- H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
- H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
- H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Настоящее изобретение относится к преобразователю (1) переменного напряжения в переменное, содержащему первый и второй входной вывод (ACin1, ACin2) переменного тока, а также первый и второй выходной вывод (ACout1, ACout2) переменного тока. Входное устройство (Bin) подсоединено между входным узлом (11), общим узлом (12), положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока, при этом входной узел (11) соединен с первым входным выводом (ACin1) переменного тока через первую входную индуктивность (Lin1). Выходное устройство (Bout) подсоединено между выходным узлом (13), положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока, при этом выходной узел (13) соединен с первым выходным выводом (ACout1) переменного тока через выходную индуктивность (Lout1). Общее устройство (Вс) подсоединено между общим узлом (12), положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока, при этом общий узел (12) соединен со вторым входным выводом (ACin2) переменного тока через общую индуктивность (Lc). Предусмотрено управляющее устройство для управления переключателями выходного устройства (Bout) и общего устройства (Вс). Выходное устройство (Bout) содержит первый и второй выходные переключатели (Sout1, Sout2). Общее устройство (Вс) содержит первый и второй общие переключатели (Sc1, Sc2). Второй входной вывод (ACin2) переменного тока соединен со вторым выходным выводом (ACout2) переменного тока. Входное устройство (Bin) содержит первый и второй диоды (Din1, Din2) и двунаправленный переключатель (BS), подсоединенный между входным узлом (11) и общим узлом (12), при этом управляющее устройство также управляет двунаправленным переключателем (BS). 10 з.п. ф-лы, 11 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к преобразователю переменного напряжения в переменное.
Уровень техники
Преобразователи переменного напряжения в переменное используются для согласования линии передачи путем преобразования входной мощности переменного тока, например из магистральной линии, в регулируемую выходную мощность переменного тока, подаваемую к нагрузке. Нагрузка обычно представляет собой нагрузку, требующую надежности по обеспечению напряжения переменного тока и его частоты, например, IT-оборудование для критически важных задач. Напряжение постоянного тока может быть обеспечено аккумулятором или любым другим типом устройств хранения энергии. Напряжение постоянного тока также может обеспечиваться солнечной панелью или ветровым генератором, снабженным подходящим модулем преобразования энергии. Вход переменного тока может быть сетевым напряжением линии переменного тока, а выход может соответствовать любой нагрузке, потребляющей переменный ток.
Преобразователь переменного напряжения в переменное обычно состоит из выпрямителя (преобразователя переменного напряжения в постоянное) и инвертора (преобразователя постоянного напряжения в переменное). Эти два преобразователя связаны напряжением постоянного тока, которое фильтруется и поддерживается постоянным в период линии с использованием емкости большой величины или иного заданного устройства хранения энергии. Напряжение постоянного тока должно быть больше максимального пикового значения положительного и отрицательного полупериода напряжения линии. В контексте источника бесперебойного питания (ИБП, UPS) вероятно необходимо, чтобы линия нейтрали была общей для нагрузки и напряжения линии, а напряжение нагрузки совпадало по фазе с напряжением линии. Один из примеров показан в источнике «Модуляции пространственного вектора однофазного онлайнового трехучасткового источника бесперебойного питания ИБП (UPS)», Пинхейро и др., 2000 IEEE. Одна из наиболее распространенных техник для достижения этого состоит в обеспечении пары частотно-коммутируемых переключателей тока, соединенных в полумост, соединяющих либо отрицательную ветвь промежуточного напряжения постоянного тока с нейтралью во время положительного полупериода напряжения линии, либо положительную ветвь промежуточного напряжения постоянного тока с нейтралью во время отрицательного полупериода напряжения линии. Входной выпрямитель работает в качестве повышающего регулятора, трансформирующего входное напряжение переменного тока из сети в более высокое напряжение постоянного тока, в то же время обеспечивая синусоидальность входящего тока и постоянство напряжения постоянного тока. Выходной инвертор работает в качестве понижающего регулятора, обеспечивая синусоидальность выходного напряжения переменного тока и совпадение по фазе со входным напряжением. Конфигурация типичного трехучасткового однофазного ИБП показана на фиг. 1. Участки обозначены прерывистой линией как Bin, Bout, Bc.
Однако в таком типе цепи имеется существенный недостаток, так как центральный участок CL центрального полумоста Вс является общим для входного/выходного выпрямительного каскада (прямоугольник Bin) и выходного инверторного каскада (прямоугольник Bout). Управление синхронизацией для переключателей, соединенных с центральным участком, необходимо осуществлять с чрезвычайно высокой точностью, так как недопустимо смещение фазы между напряжением линии и напряжением нагрузки.
Преобразователь переменного напряжения в переменное из предшествующего уровня техники, показанный на фиг. 2, известен из источника «Исследования высокоэффективного однофазного ИБП», Тамоцу Ниномия и др, 0-7803-4489-8/98 IEEE. На фиг. 2 показан четырехучастковый преобразователь, в котором входной каскад (прямоугольники Bin1, Bin2) и выходной каскад (прямоугольные участки Ввых1, Ввых2) полностью развязаны.
На фиг. 3 показан четырехучастковый преобразователь переменное-постоянное-переменное напряжение с соединенными нейтралями линии и нагрузки, т.е. второй входной вывод ACin2 переменного тока соединен со вторым выходным выводом ACout2 переменного тока. Такая цепь достаточно сложна, поскольку имеет 4 участка и 4 индуктивности.
На фиг. 4 показана цепь, в которой четыре участка по фиг. 3 сокращены до трех участков и трех индуктивностей, и которая сохраняет способность независимого управления выходом переменного тока относительно входа переменного тока с некоторыми ограничениями. Что касается фиг. 1, участок Вс полумоста является общим для входного/выходного каскада. Здесь полумост Bin соединен с первым входным выводом ACin1 переменного тока через входную индуктивность Lin1, другой полумост Bout соединен с первым выходным выводом ACout1 переменного тока через выходную индуктивность Lout1, в то время как общий полумост Вс соединен со вторым входным выводом ACin2 переменного тока через общую индуктивностх Lc. Как показано на фиг. 4, второй входной вывод ACin2 переменного тока соединен непосредственно со вторым выходным выводом ACout2 переменного тока, и, следовательно, общий полумост Вс также можно полагать соединенным со вторым входным выводом ACin2 переменного тока через общую индуктивность Lc. Переключатели должны блокировать положительное напряжение и проводить отрицательный ток. В этой связи подходят полевые МОП-транзисторы (MOSFET), которые имеют желаемые свойства, так как в этом случае паразитный внутренний диод подложка-сток способен проводить ток в отрицательном направлении, см. фиг. 5.
Недостатком комбинации, состоящей из двух переключателей MOSFET в конфигурации полумоста, переключающегося с высокой частотой, являются существенные потери при переключении, возникающие при восстановлении в медленных внутренних диодах подложка-сток. Для преодоления этой проблемы и обеспечения высокочастотного переключения, а также получения всех преимуществ высокочастотного переключения в комбинации с высокой эффективностью, необходимо предотвратить проведение тока, текущего в другую ветвь, внутренними диодами подложка-сток (свободный ход).
Одной из целей настоящего изобретения является обеспечение преобразователя переменного напряжения в переменное, имеющего высокую эффективность и сохраняющего преимущества цепи, допускающей сдвиг фаз между входным напряжением сети и выходным напряжением нагрузки. Другой целью настоящего изобретения является обеспечение преобразователя переменного напряжение в переменное с уменьшенными потерями и тем самым более высокой эффективностью.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к преобразователю переменного напряжения в переменное, содержащему
- первый и второй входной вывод переменного тока;
- первый и второй выходной вывод переменного тока;
- входное устройство, подсоединенное между входным узлом, общим узлом, положительным выводом постоянного тока и отрицательным выводом постоянного тока, при этом входной узел соединен с первым входным выводом переменного тока через первую входную индуктивность;
- выходное устройство, подсоединенное между выходным узлом, положительным выводом постоянного тока и отрицательным выводом постоянного тока, при этом выходной узел соединен с первым выходным выводом переменного тока через выходную индуктивность;
- общее устройство, подсоединенное между общим узлом, положительным выводом постоянного тока и отрицательным выводом постоянного тока, при этом общий узел соединен со вторым входным выводом переменного тока через общую индуктивность;
- управляющее устройство для управления переключателями выходного устройства и общего устройства;
- устройство постоянного тока, подсоединенное между положительным выводом постоянного тока и отрицательным выводом постоянного тока; причем
выходное устройство содержит первый и второй выходные переключатели;
общее устройство содержит первый и второй общие переключатели;
второй входной вывод переменного тока соединен со вторым выходным выводом переменного тока;
а входное устройство содержит первый и второй диоды и двунаправленный переключатель, подсоединенный между входным узлом и общим узлом, при этом управляющее устройство также управляет двунаправленным переключателем.
В одном аспекте изобретения первый диод соединен анодом со входным узлом и соединен катодом с положительным выводом постоянного тока, второй диод соединен анодом с отрицательным выводом постоянного тока и соединен катодом со входным узлом.
В одном аспекте двунаправленный переключатель содержит первый двунаправленный переключатель и переключающие диоды (DBS1, DBS2, DBS3, DBS4). Здесь вывод стока первого двунаправленного переключателя соединен с анодом первого переключающего диода и с анодом второго переключающего диода; вывод истока первого двунаправленного переключателя соединен с катодом третьего переключающего диода и с катодом четвертого переключающего диода; катод первого переключающего диода и анод третьего переключающего диода соединены с первым узлом; катод второго переключающего диода и анод четвертого переключающего диода соединены со вторым узлом; управляющий вывод первого двунаправленного переключателя соединен с управляющей цепью.
В одном аспекте настоящего изобретения двунаправленный переключатель содержит первый двунаправленный переключатель и второй двунаправленный переключатель, каждый из которых содержит управляющий вывод, соединенный с управляющей цепью.
В одном аспекте настоящего изобретения вывод стока первого двунаправленного переключателя соединен с первым узлом, вывод стока второго двунаправленного переключателя соединен с третьим узлом, вывод истока первого двунаправленного переключателя соединен с выводом истока второго двунаправленного переключателя.
В одном аспекте настоящего изобретения вывод истока первого двунаправленного переключателя соединен с первым узлом, вывод истока второго двунаправленного переключателя соединен с третьим узлом, вывод стока первого двунаправленного переключателя соединен с выводом стока второго двунаправленного переключателя.
В одном аспекте настоящего изобретения устройство постоянного тока является конденсатором или аккумулятором. Кроме того, устройство постоянного тока может содержать дополнительный источник постоянного тока.
В одном аспекте настоящего изобретения общие переключатели представляют собой металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) и биполярные транзисторы с изолированными затворами (IGBT) с антипараллельным диодом. В одном аспекте настоящего изобретения первый двунаправленный переключатель двунаправленного переключателя представляет собой транзистор MOSFET или IGBT. В одном аспекте настоящего изобретения первый и второй двунаправленные переключатели двунаправленного переключателя представляют собой транзисторы MOSFET.
Краткое описание графических материалов
Варианты осуществления настоящего изобретения будут раскрыты подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1-5 проиллюстрированы преобразователи переменного напряжения в переменное предшествующего уровня техники.
На фиг. 6 проиллюстрирован первый вариант осуществления преобразователя переменного напряжения в переменное.
На фиг. 7 проиллюстрирован второй вариант осуществления преобразователя переменного напряжения в переменное.
На фиг. 8а проиллюстрирован в увеличенном масштабе двунаправленный переключатель по фиг. 2b.
На фиг. 8b проиллюстрирован в увеличенном масштабе альтернативный вариант осуществления двунаправленного переключателя.
На фиг. 8с проиллюстрирован в увеличенном масштабе другой вариант осуществления двунаправленных переключателей.
На фиг. 9 показана имитационная модель, использованная в PSPICE для воспроизведения цепи с фиг. 7.
На фиг. 10а)-10е) проиллюстрированы волновые формы по результатам имитаций.
На фиг. 11 проиллюстрированы имитируемые токи, текущие через индуктивности в цепи.
Осуществление изобретения
На фиг. 6 проиллюстрирован преобразователь 1 переменного напряжения в переменное. Преобразователь 1 переменного напряжения в переменное содержит первый и второй входной вывод ACin1, ACin2 переменного тока и первый и второй выходной вывод ACout1, ACout2 переменного тока.
На фиг. 6 прерывистой линией отмечены три прямоугольника, обозначающие входное устройство Bin, выходное устройство Bout и общее устройство Вс.
Входное устройство Bin подсоединено между входным узлом 11, общим узлом 12, положительным выводом DCP постоянного тока и отрицательным выводом DCN постоянного тока. Входной узел 11 соединен с первым входным выводом ACin1 переменного тока через входную индуктивность Lin1.
В первую очередь подробно будет раскрыто выходное устройство Bout и общее устройство Вс.
Выходное устройство Bout подсоединено между выходным узлом 13, положительным выводом DCP постоянного тока и отрицательным выводом DCN постоянного тока. Выходной узел 13 соединен с первым выходным выводом ACout1 переменного тока через выходную индуктивность Lout1. Выходное устройство Bout содержит первый и второй выходные переключатели Sout1, Sout2. Первый выходной переключатель Sout1 подсоединен между выходным узлом 13 и положительным выводом DCP переменного тока, а второй выходной переключатель Sout2 подсоединен между отрицательным выводом DCN постоянного тока и выходным узлом 13. На фиг. 7 вывод истока первого выходного переключателя Sout1 соединен с выходным узлом 13, а вывод стока первого выходного переключателя Sout1 соединен с положительным выводом DCP постоянного тока. Более того, вывод истока второго выходного переключателя Sout2 соединен с отрицательным выводом DCN постоянного тока, а вывод стока второго выходного переключателя Sout2 соединен с выходным узлом 13.
Общее устройство Вс подсоединено между общим узлом 12, положительным выводом DCP постоянного тока и отрицательным выводом DCN постоянного тока. Общий узел 12 соединен со вторым входным выводом ACin2 переменного тока через общую индуктивность Lc.
Следует отметить, что второй входной вывод ACin2 переменного тока соединен непосредственно со вторым выходным выводом ACout2 переменного тока. Следовательно, общий узел 12 также соединен со вторым выходным выводом ACout2 переменного тока через общую индуктивность Lc, тем самым обеспечивая, что компоненты внутри прямоугольника Вс являются «общими» как для входной, так и для выходной стороны преобразователя 1.
Общее устройство Вс содержит первый и второй общие переключатели Sc1, Sc2. Первый общий переключатель Sc1 подсоединен между общим узлом 12 и положительным выводом DCP постоянного тока, а второй общий переключатель Sc2 подсоединен между отрицательным выводом DCN постоянного тока и общим узлом 12.
На фиг. 7 вывод истока первого общего переключателя Sc1 соединен с общим узлом 12, а вывод стока первого общего переключателя Sc1 соединен с положительным выводом DCP постоянного тока. Более того, вывод истока второго общего переключателя Sc2 соединен с отрицательным выводом DCN постоянного тока, а вывод стока второго общего переключателя Sc2 соединен с общим узлом 12.
Далее подробно будет раскрыто входное устройство Bin. Входное устройство Bin содержит первый и второй диоды Din1, Din2 и двунаправленный переключатель BS. Двунаправленный переключатель BS подсоединен между входным узлом 11 и общим узлом 12. Первый диод Din1 соединен анодом со входным узлом 11 и соединен катодом с положительным выводом DCP постоянного тока. Второй диод Din2 соединен анодом с отрицательным выводом DCN постоянного тока и соединен катодом со входным узлом 11. Предпочтительно, первый и второй диоды Din1, Din2 являются быстровосстанавливающимися диодами, например диодами из карбида кремния.
Преобразователь 1 также содержит управляющее устройство для управления переключателями выходного устройства Bout и общего устройства Вс. Следовательно, выводы затвора первого и второго выходных переключателей Sout1, Sout2 соединены с управляющим устройством, и выводы затвора первого и второго общих переключателей Sc1, Sc2 соединены с управляющим устройством. Управляющее устройство также управляет двунаправленным переключателем BS.
Преобразователь 1 также содержит устройство CDC постоянного тока, которое подсоединено между положительным выводом DCP постоянного тока и отрицательным выводом постоянного тока. Устройство CDC постоянного тока может быть конденсатором или аккумулятором. Устройство постоянного тока также может содержать дополнительный источник постоянного тока.
Далее будут раскрыты альтернативные варианты двунаправленного переключателя BS. В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 7 и на фиг. 8а, двунаправленный переключатель BS содержит первый двунаправленный переключатель S1 и второй двунаправленный переключатель S2, каждый из которых содержит управляющие выводы GS1, GS2, соединенные с управляющей цепью. Вывод DS1 стока первого двунаправленного переключателя S1 соединен с первым узлом 11, вывод DS2 стока второго двунаправленного переключателя S2 соединен с третьим узлом 22, а вывод SS1 истока первого двунаправленного переключателя S1 соединен с выводом SS2 истока второго двунаправленного переключателя S2.
Во втором варианте осуществления, показанном на фиг. 8b, двунаправленный переключатель BS также содержит первый двунаправленный переключатель S1 и второй двунаправленный переключатель S2. Здесь вывод SS1 истока первого двунаправленного переключателя S1 соединен с первым узлом 11, вывод SS2 истока второго двунаправленного переключателя S2 соединен с третьим узлом 22, а вывод DS1 стока первого двунаправленного переключателя S1 соединен с выводом DS2 стока второго двунаправленного переключателя S2.
В третьем варианте осуществления, показанном на фиг. 8с, двунаправленный переключатель BS содержит первый двунаправленный переключатель S1 и переключающие диоды DBS1, DBS2, DBS3, DBS4. Здесь вывод DS1 стока первого двунаправленного переключателя S1 соединен с анодом первого переключающего диода DBS1 и с анодом второго переключающего диода DBS2. Вывод SS1 истока первого двунаправленного переключателя S1 соединен с катодом третьего переключающего диода DBS3 и катодом четвертого переключающего диода DBS4. Катод первого переключающего диода DBS1 и анод третьего переключающего диода DBS3 соединены с первым узлом 11. Катод второго переключающего диода DBS2 и анод четвертого переключающего диода DBS4 соединены со вторым узлом 22. Управляющий вывод GS1 первого двунаправленного переключателя S1 соединен с управляющей цепью.
В приведенном выше описании общие переключатели Sc1, Sc2 и выходные переключатели Sout1, Sout2 представляют собой переключатели на транзисторах MOSFET или переключатели на транзисторах IGBT с антипараллельным диодом. Предпочтительно, переключатели представляют собой транзисторы MOSFET из карбида кремния или нитрида галлия. На фиг. 8с первый двунаправленный переключатель S1 двунаправленного переключателя BS также является транзистором MOSFET или IGBT. На фиг. 8а и 8b первый и второй двунаправленный переключатель S1, S2 двунаправленного переключателя BS также представляют собой переключатели на транзисторах MOSFET.
Преобразователь переменного напряжения в переменное по фиг. 6 и фиг. 7 показывает, что можно заменить один из трех участков полумостов преобразователя по фиг. 5 на двунаправленный переключатель и два диода. Так как входной повышающий преобразователь Bin использует дискретные диоды D1 и D2 для свободного хода тока при выключении двунаправленного переключателя BS, внутренние диоды подложка-сток в транзисторе MOSFET не используются, тем самым решая проблему потерь на обратное восстановление в медленных внутренних диодах подложка-сток. Вместо этого можно использовать быстровосстанавливающиеся диоды или диоды из карбида кремния, т.е. первый и второй диоды D1 и D2, которые имеют очень низкие потери на обратное восстановление, если вообще таковые имеют место. Поэтому можно поднять частоту переключения входного повышающего преобразователя Bin без существенной потери эффективности. Тем самым реализуется эффективное устройство преобразования при сохранении всех преимуществ более высокой частоты переключения, например уменьшение фильтрующих компонент, уменьшение пульсаций во входной индуктивности L1 и т.д.
На фиг. 10а-с показаны управляющие сигналы для переключателей с фиг. 9. На фиг. 10d показаны токи пульсаций в индуктивностях Lin1 и Lout1, на фиг. 10е показаны токи пульсаций в общей индуктивности Lc. Токи пульсаций обнаруживают вдвое большую частоту по сравнению с частотой управляющих сигналов. Показано, что токи пульсаций уменьшаются путем синхронизации управляющих сигналов, так что индуктивности показывают вдвое большие пульсации переключения.
На фиг. 11 показано, что общая индуктивность Lc обеспечивает погашение компоненты частоты линии.
Claims (28)
1. Преобразователь (1) переменного напряжения в переменное, содержащий
- первый и второй входной вывод (ACin1, ACin2) переменного тока;
- первый и второй выходной вывод (ACout1, ACout2) переменного тока;
- входное устройство (Bin), подсоединенное между входным узлом (11), общим узлом (12), положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока, при этом входной узел (11) соединен с первым входным выводом (ACin1) переменного тока через первую входную индуктивность (Lin1);
- выходное устройство (Bout), подсоединенное между выходным узлом (13), положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока, при этом выходной узел (13) соединен с первым выходным выводом (ACout1) переменного тока через выходную индуктивность (Lout1);
- общее устройство (Вс), подсоединенное между общим узлом (12), положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока, при этом общий узел (12) соединен со вторым входным выводом (ACin2) переменного тока через общую индуктивность (Lc);
- управляющее устройство для управления переключателями выходного устройства (Bout) и общего устройства (Вс);
- устройство (Cdc) постоянного тока, подсоединенное между положительным выводом (DCP) постоянного тока и отрицательным выводом (DCN) постоянного тока; причем
выходное устройство (Bout) содержит первый и второй выходные переключатели (Sout1, Sout2); при этом первый выходной переключатель (Sout1) подсоединен между выходным узлом (13) и положительным выводом (DCP) постоянного тока, а второй выходной переключатель (Sout2) подсоединен между отрицательным выводом (DCN) постоянного тока и выходным узлом (13);
общее устройство (Вс) содержит первый и второй общие переключатели (Sc1, Sc2); при этом первый общий переключатель (Sc1) подсоединен между общим узлом (12) и положительным выводом (DCP) постоянного тока, а второй общий переключатель (Sc2) подсоединен между отрицательным выводом (DCP) постоянного тока и общим узлом (12);
второй входной вывод (ACin2) переменного тока соединен со вторым выходным выводом (ACout2) переменного тока;
отличающийся тем, что входное устройство (Bin) содержит первый и второй диоды (Din1, Din2) и двунаправленный переключатель (BS), подсоединенный между входным узлом (11) и общим узлом (12), при этом управляющее устройство также управляет двунаправленным переключателем (BS);
первый диод (Din1) соединен анодом со входным узлом (11) и соединен катодом с положительным выводом (DCP) постоянного тока, а второй диод (Din2) соединен анодом с отрицательным выводом (DCN) постоянного тока и соединен катодом со входным узлом (11).
2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что двунаправленный переключатель (BS) содержит первый двунаправленный переключатель (S1) и переключающие диоды (DBS1, DBS2, DBS3, DBS4).
3. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что
- вывод ()(DS1) стока первого двунаправленного переключателя (S1) соединен с анодом первого переключающего диода (DBS1) и с анодом второго переключающего диода (DBS2);
- вывод (SS1) истока первого двунаправленного переключателя (S1) соединен с катодом третьего переключающего диода (DBS3) и с катодом четвертого переключающего диода (DBS4);
- катод первого переключающего диода (DBS1) и анод третьего переключающего диода (DBS3) соединены с первым узлом (11);
- катод второго переключающего диода (DBS2) и анод четвертого переключающего диода (DBS4) соединены со вторым узлом (22);
- управляющий вывод (GS1) первого двунаправленного переключателя (S1) соединен с управляющей цепью.
4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что двунаправленный переключатель (BS) содержит первый двунаправленный переключатель (S1) и второй двунаправленный переключатель (S2), каждый из которых содержит управляющий вывод (GS1, GS2), соединенный с управляющей цепью.
5. Преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что вывод (DS1) стока первого двунаправленного переключателя (S1) соединен с первым узлом (11), вывод (DS2) стока второго двунаправленного переключателя (S2) соединен с третьим узлом (22), вывод (SS1) истока первого двунаправленного переключателя (S1) соединен с выводом (SS2) истока второго двунаправленного переключателя (S2).
6. Преобразователь по п. 5, отличающийся тем, что вывод (SS1) истока первого двунаправленного переключателя (S1) соединен с первым узлом (11), вывод (SS2) истока второго двунаправленного переключателя (S2) соединен с третьим узлом (22), вывод (DS1) стока первого двунаправленного переключателя (S1) соединен с выводом (DS2) стока второго двунаправленного переключателя (S2).
7. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что устройство (Cdc) постоянного тока является конденсатором или аккумулятором.
8. Преобразователь по п. 7, отличающийся тем, что устройство постоянного тока содержит дополнительный источник постоянного тока.
9. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что общие переключатели (Sc1, Sc2) представляют собой металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) или биполярные транзисторы с изолированными затворами (IGBT) с антипараллельным диодом.
10. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что первый двунаправленный переключатель (S1) двунаправленного переключателя (BS) представляет собой транзистор MOSFET или IGBT.
11. Преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что первый и второй двунаправленные переключатели (S1, S2) двунаправленного переключателя (BS) представляют собой транзисторы MOSFET.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201361755791P | 2013-01-23 | 2013-01-23 | |
| GB1301189.5 | 2013-01-23 | ||
| GBGB1301189.5A GB201301189D0 (en) | 2013-01-23 | 2013-01-23 | AC-AC converter device |
| US61/755,791 | 2013-01-23 | ||
| PCT/EP2014/050129 WO2014114481A1 (en) | 2013-01-23 | 2014-01-07 | Ac-ac converter device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015131559A RU2015131559A (ru) | 2017-03-02 |
| RU2645726C2 true RU2645726C2 (ru) | 2018-02-28 |
Family
ID=47843756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015131559A RU2645726C2 (ru) | 2013-01-23 | 2014-01-07 | Преобразователь переменного напряжения в переменное |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9692315B2 (ru) |
| EP (1) | EP2949035B1 (ru) |
| JP (1) | JP6263202B2 (ru) |
| KR (1) | KR20150111965A (ru) |
| CN (1) | CN104956582B (ru) |
| AU (1) | AU2014210197C1 (ru) |
| BR (1) | BR112015017471A2 (ru) |
| CA (1) | CA2895286A1 (ru) |
| GB (1) | GB201301189D0 (ru) |
| PH (1) | PH12015501228A1 (ru) |
| RU (1) | RU2645726C2 (ru) |
| SG (1) | SG11201505340PA (ru) |
| WO (1) | WO2014114481A1 (ru) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201301189D0 (en) * | 2013-01-23 | 2013-03-06 | Eltek As | AC-AC converter device |
| GB2524992A (en) | 2014-04-08 | 2015-10-14 | Eltek As | Electic multi-mode power converter module and power system |
| US10793226B2 (en) * | 2015-05-22 | 2020-10-06 | Polaris Industries Inc. | Power boost regulator |
| US10870465B2 (en) * | 2015-05-22 | 2020-12-22 | Polaris Industries Inc. | Power boost regulator |
| JP6286399B2 (ja) * | 2015-09-18 | 2018-02-28 | 東芝テック株式会社 | 電力変換装置 |
| JP6120116B2 (ja) * | 2015-10-02 | 2017-04-26 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 無線電力伝送システム |
| US10250120B2 (en) * | 2016-05-18 | 2019-04-02 | Northeastern University | Power conversion devices and control methods therefor |
| US9768705B1 (en) * | 2016-10-07 | 2017-09-19 | TSi Power Corp. | Multibridge power converter for AC mains |
| EP3672054B1 (en) | 2018-12-21 | 2021-06-16 | Eltek AS | Power converter and method of controlling a power converter |
| WO2021086951A1 (en) | 2019-10-28 | 2021-05-06 | Vertiv Corporation | Uninterruptible power supply system having stranded power recovery |
| CN111509992B (zh) * | 2020-04-30 | 2021-09-07 | 华为技术有限公司 | 交流电源电路、其控制方法及交流电源 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1450476A2 (en) * | 2003-02-18 | 2004-08-25 | Fuji Electric FA Components & Systems Co., Ltd. | Power converter circuit |
| US20060072353A1 (en) * | 2004-09-30 | 2006-04-06 | Mhaskar Uday P | System and method for power conversion |
| RU2008123228A (ru) * | 2005-11-11 | 2009-12-27 | Конвертим Лтд. (Gb) | Силовой преобразователь |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2521345B2 (ja) * | 1989-03-01 | 1996-08-07 | 勲 高橋 | 定電圧・定周波数電源装置 |
| JP4370965B2 (ja) * | 2004-03-30 | 2009-11-25 | 富士電機システムズ株式会社 | 電力変換装置 |
| JP4882266B2 (ja) * | 2005-04-12 | 2012-02-22 | 富士電機株式会社 | 交流−交流変換装置 |
| CN104300771B (zh) * | 2006-06-06 | 2018-10-30 | 威廉·亚历山大 | 通用功率变换器 |
| US9276489B2 (en) * | 2009-06-04 | 2016-03-01 | Daikin Industries, Ltd. | Power converter having clamp circuit with capacitor and component for limiting current flowing into capacitor |
| JP5282855B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2013-09-04 | 富士電機株式会社 | 交流−交流変換装置 |
| EP2475090A1 (en) * | 2011-01-07 | 2012-07-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Rectifier stage of an AC-DC-AC converter and converter using the rectifier stage |
| US8988900B2 (en) * | 2011-06-03 | 2015-03-24 | Texas A&M University System | DC capacitor-less power converters |
| US9203323B2 (en) * | 2011-09-22 | 2015-12-01 | Renewable Power Conversion, Inc. | Very high efficiency uninterruptible power supply |
| US9413268B2 (en) * | 2012-05-10 | 2016-08-09 | Futurewei Technologies, Inc. | Multilevel inverter device and method |
| GB201301189D0 (en) * | 2013-01-23 | 2013-03-06 | Eltek As | AC-AC converter device |
-
2013
- 2013-01-23 GB GBGB1301189.5A patent/GB201301189D0/en not_active Ceased
-
2014
- 2014-01-07 WO PCT/EP2014/050129 patent/WO2014114481A1/en active Application Filing
- 2014-01-07 JP JP2015553044A patent/JP6263202B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2014-01-07 CA CA2895286A patent/CA2895286A1/en not_active Abandoned
- 2014-01-07 KR KR1020157022733A patent/KR20150111965A/ko active IP Right Grant
- 2014-01-07 SG SG11201505340PA patent/SG11201505340PA/en unknown
- 2014-01-07 RU RU2015131559A patent/RU2645726C2/ru active
- 2014-01-07 AU AU2014210197A patent/AU2014210197C1/en not_active Ceased
- 2014-01-07 US US14/762,708 patent/US9692315B2/en active Active
- 2014-01-07 EP EP14700148.1A patent/EP2949035B1/en active Active
- 2014-01-07 BR BR112015017471A patent/BR112015017471A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2014-01-07 CN CN201480005815.7A patent/CN104956582B/zh active Active
-
2015
- 2015-06-01 PH PH12015501228A patent/PH12015501228A1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1450476A2 (en) * | 2003-02-18 | 2004-08-25 | Fuji Electric FA Components & Systems Co., Ltd. | Power converter circuit |
| US20060072353A1 (en) * | 2004-09-30 | 2006-04-06 | Mhaskar Uday P | System and method for power conversion |
| RU2008123228A (ru) * | 2005-11-11 | 2009-12-27 | Конвертим Лтд. (Gb) | Силовой преобразователь |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150111965A (ko) | 2015-10-06 |
| US20150381070A1 (en) | 2015-12-31 |
| RU2015131559A (ru) | 2017-03-02 |
| AU2014210197C1 (en) | 2018-02-08 |
| PH12015501228A1 (en) | 2015-08-17 |
| CN104956582B (zh) | 2017-10-24 |
| WO2014114481A1 (en) | 2014-07-31 |
| JP2016504010A (ja) | 2016-02-08 |
| AU2014210197B9 (en) | 2017-11-02 |
| GB201301189D0 (en) | 2013-03-06 |
| SG11201505340PA (en) | 2015-08-28 |
| CN104956582A (zh) | 2015-09-30 |
| BR112015017471A2 (pt) | 2017-07-11 |
| EP2949035B1 (en) | 2017-04-19 |
| CA2895286A1 (en) | 2014-07-31 |
| AU2014210197A1 (en) | 2015-07-02 |
| JP6263202B2 (ja) | 2018-01-17 |
| US9692315B2 (en) | 2017-06-27 |
| EP2949035A1 (en) | 2015-12-02 |
| AU2014210197B2 (en) | 2017-05-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2645726C2 (ru) | Преобразователь переменного напряжения в переменное | |
| US9318978B2 (en) | Voltage converter with soft communication networks | |
| US7751212B2 (en) | Methods and apparatus for three-phase rectifier with lower voltage switches | |
| US20140319919A1 (en) | Soft Switching Inverter Device and Method | |
| CN105874703B (zh) | 具有软开关切换的逆变器和方法 | |
| US9344004B2 (en) | Power conversion system | |
| US20090285005A1 (en) | Space-saving inverter with reduced switching losses and increased life | |
| US20140049998A1 (en) | DC to AC Power Converter | |
| US9680376B2 (en) | Power conversion electronics having conversion and inverter circuitry | |
| KR20190115364A (ko) | 단상 및 3상 겸용 충전기 | |
| Bharatiraja et al. | Analysis, design and investigation on a new single-phase switched quasi Z-source inverter for photovoltaic application | |
| US20180241320A1 (en) | Five-Level Half Bridge Inverter Topology with High Voltage Utilization Ratio | |
| CN114204836A (zh) | 一种逆变器和逆变装置 | |
| Matiushkin et al. | Novel single-stage buck-boost inverter with unfolding circuit | |
| Babaei et al. | A new structure of quasi Z-source-based cascaded multilevel inverter | |
| Hossain et al. | New three phase bidirectional switch based AC voltage controller topologies | |
| Seragi et al. | Review on Z-Source Inverter | |
| EP3411947A1 (en) | Power conditioning and ups modules | |
| Liivik et al. | Efficiency improvement from topology modification of the single-switch isolated quasi-Z-source DC-DC converter | |
| Jagan et al. | Reduced capacitor stress one switched-inductor improved Z-source inverter | |
| RU172897U1 (ru) | Трехфазный источник бесперебойного питания | |
| Khawaja | PWM Control Scheme for Quasi-Switched-Boost Inverter to Improve Modulation Index | |
| Ramesh et al. | TWO PARALLEL SINGLE PHASE RECTIFIERS BY USING SINGLE PHASE TO THREE PHASE INDUCTION MOTOR | |
| Singh et al. | A novel single stage and three stage AC-DC converter with PWM and switched capacitor technique | |
| Poongothai et al. | A novel inverter scheme for Photovoltaic applications with reduced DC-link capacitor |