本發明涉及一種新型ac/dc變流器,特別涉及一種交直流共地高效升壓型ac/dc變流器。
背景技術:
1、由于能源危機和傳統化石燃料消耗所引起的環境問題,大量可再生能源轉換系統被連接到低壓交流配電系統作為分布式發電機。需要注意的是,許多可再生能源會產生直流能量,而越來越多的電力負載表現出直流特性。因此,由于能源效率的考慮,dc納米電網被提出來取代傳統的交流微電網,受到越來越多的關注。
2、為了靈活利用可再生能源產生的直流電能,通常采用雙向交流/直流變換器作為dc納米電網和交流電系統之間的接口。然而,在某些地方,由于大量的直流負載,當地可再生能源產生的電力無法滿足本地直流負載的消耗,因此傳統的交流電網需要向dc納米電網提供電力,并且接口的工作方式類似于功率因數校正整流器。
3、一般來說,為了安全起見,無論是在dc納米電網還是低壓交流電網中,家用電器都需要連接地線。在選擇dc納米電網和低壓交流電網之間的電源轉換器時,首先應該解決接地問題。在文獻[1]中總結了dc納米電網的三種基本接地配置,包括交直流共地、虛擬隔離接地和單邊接地。與虛擬隔離接地和單邊接地結構相比,因為能兼容低壓交流負載且無變壓器,所以交直流共地結構在dc納米電網中的應用更有優勢。同時,必須指出的是,三端口輸出的dc納米電網不如兩端口輸出的那么受歡迎,這是由于基礎設施的考慮。因此,在dc納米電網應用中探索兩端口dc輸出的buck-boost交流/直流轉換器的拓撲結構是非常重要和有價值的。
4、如圖1所示,文獻[2]提出了一種復用電感的兩端口ac/dc變流器,該變流器的優點在于直流電感l的利用率高。由于直流電感需要同時滿足降壓、升壓、升降壓三種模式,所以其設計的最小感值應該是三者中的最大值,即升降壓模式下的期望電感值。但是這對于降壓和升壓兩種工作模式,電感存在冗余,將增大降壓和升壓兩種工作模式下的電感損耗。特別是在一些要求直流電壓大于交流電壓峰值的應用場景,該變流器的功率回路器件較多,會帶來較大的導通損耗。
5、針對現有技術中圖1所示的ac/dc變流器的缺點,有必要提出一種升壓型ac/dc變流器。
6、應當注意的是:上文是對本發明的相關技術背景進行說明,但這些說明并不一定構成本發明的現有技術。
7、參考文獻:
8、[1]w.wu,h.wang,y.liu,m.huang?and?f.blaabjerg,"a?dual-buck–boost?ac/dcconverter?for?dc?nanogrid?with?three?terminal?outputs,"in?ieee?transactionson?industrial?electronics,vol.64,no.1,pp.295-299,jan.2017.
9、[2]x.li,w.wu,h.wang,n.gao,h.chung,and?f.blaabjerg."a?new?buck-boostac/dc?converter?with?two-terminal?output?voltage?for?dc?nano-grid",energies,vol.12,no.20,pp.1-18,2019.
技術實現思路
1、本發明的目的在于提出一種安全、可靠、高效、低成本的ac/dc變流器。
2、為了達到上述目的,本發明的技術方案是提供了一種交直流共地高效升壓型ac/dc變流器,其特征在于,包括:
3、變流電路,所述變流電路的電路拓撲包括第一至第二功率開關、第一至第五二極管、第一至第三電感、第一電容、濾波電容、平波電容、等效直流電源或負載:
4、第一電感的第一端與第一二極管的陰極相連,第一電感的第二端分別與第一功率開關的第一端、第二二極管的陽極相連,第二二極管的陰極分別與第五二極管的陰極、平波電容的正極、等效直流電源或負載的正極相連,第一功率開關的第二端分別與第二功率管的第一端、第四二極管的陽極、平波電容的負極、等效直流電源或負載的負極相連,第二功率開關的第二端分別與第三二極管的陽極、第一電容的負極相連,第三二極管的陰極與第二電感的第二端相連,第一電容的正極分別與第四二極管的陰極和第三電感的第一端相連,第三電感的第二端與第五二極管的陽極相連,并且,第一二極管的陽極分別與第二電感的第一端、濾波電容的另一端相連;
5、檢測電路,用于檢測所述變流電路輸出的直流電壓信號、電網電壓信號和電網輸出電流信號,并將檢測到的所述直流電壓信號、電網電壓信號和電網輸出電流信號發送至控制電路;
6、控制電路,用于根據來自外部的工作模式信號和所述檢測電路的所述直流電壓信號、電網電壓信號和電網輸出電流信號,向所述變流電路中的所述第一至第二功率開關的受控端發送控制所述第一至第二功率開關開關的開和關的信號。
7、優選地,所述濾波電容用于對輸入所述變流電路的交流電進行濾波。
8、優選地,所述工作模式信號為升壓-升降壓信號。
9、優選地,當接收的工作模式信號為升壓-升降壓信號時,所述控制電路根據來自所述檢測電路測得的所述變流電路輸出的所述直流電壓信號、交流電網的電網電壓信號和電網輸出電流信號,向所述第一至第二功率開關的受控端發送控制所述第一至第二功率開關的開和關的信號包括:
10、當確定直流電壓大于電網電壓的幅值時:在工頻正半周內,使所述第一功率開關高頻工作,所述第二功率開關斷開;在工頻負半周內,使所述第二功率開關高頻工作,所述第一功率開關斷開。
11、優選地,所述所述變流電路的電路拓撲還包括第四電感;所述第四電感的一端與所述濾波電容的一端相連,所述第四電感的另一端與所述交流電網的一端相連,并且所述交流電網的另一端與所述濾波電容的另一端相連。
12、本發明的另一個技術方案是提供了一種交直流共地高效升壓型ac/dc變流器,其特征在于,包括:
13、變流電路,所述變流電路的電路拓撲包括第一至第二功率開關、第一至第五二極管、第一至第三電感、第一電容、濾波電容、平波電容、等效直流電源或負載:
14、第一電感的第一端與第一二極管的陽極相連,第一電感的第二端分別與第一功率開關的第一端、第二二極管的陰極相連,第二二極管的陽極分別與第五二極管的陽極、平波電容的負極、等效直流電源或負載的負極相連,第一功率開關的第二端分別與第二功率管的第一端、第四二極管的陰極、平波電容的正極、等效直流電源或負載的正極相連,第二功率開關的第二端分別與第三二極管的陰極、第一電容的正極相連,第三二極管的陽極與第二電感的第二端相連,第一電容的負極分別與第四二極管的陽極和第三電感的第一端相連,第三電感的第二端與第五二極管的陰極相連,并且,第一二極管的陰極分別與第二電感的第一端、濾波電容的另一端相連;
15、檢測電路,用于檢測所述變流電路輸出的直流電壓信號、電網電壓信號和電網輸出電流信號,并將檢測到的所述直流電壓信號、電網電壓信號和電網輸出電流信號發送至控制電路;
16、控制電路,用于根據來自外部的工作模式信號和所述檢測電路的所述直流電壓信號、電網電壓信號和電網輸出電流信號,向所述變流電路中的所述第一至第二功率開關的受控端發送控制所述第一至第二功率開關開關的開和關的信號。
17、優選地,所述濾波電容用于對輸入所述變流電路的交流電進行濾波。
18、優選地,所述工作模式信號為升壓-升降壓信號。
19、優選地,當接收的工作模式信號為升壓-升降壓信號時,所述控制電路根據來自所述檢測電路測得的所述變流電路輸出的所述直流電壓信號、交流電網的電網電壓信號和電網輸出電流信號,向所述第一至第二功率開關的受控端發送控制所述第一至第二功率開關的開和關的信號包括:
20、當確定直流電壓大于電網電壓的幅值時:在工頻正半周內,使所述第一功率開關高頻工作,所述第二功率開關斷開;在工頻負半周內,使所述第二功率開關高頻工作,所述第一功率開關斷開。
21、優選地,所述所述變流電路的電路拓撲還包括第四電感;所述第四電感的一端與所述濾波電容的一端相連,所述第四電感的另一端與所述交流電網的一端相連,并且所述交流電網的另一端與所述濾波電容的另一端相連。
22、本發明的升壓型ac/dc變流器,對于直流輸出電壓大于交流電壓峰值的應用場景,在變流器的任何工作狀態下,只有一個開關工作在高頻,開關損耗小,同時功率回路的損耗較低,并由控制電路根據直流輸出電壓、電網電壓,對第一至第二功率開關的狀態進行控制,從而使變流電路輸出的直流電壓保持穩定。本發明的ac/dc變流器的開關損耗和功率回路損耗均較小,進而提高系統效率。