專利名稱：三相整流電路及其控制方法與控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，具體而言，涉及一種三相整流電路及其控制方法與控制裝置。
背景技術(shù)：
整流電路的作用是將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用十分廣泛。按照不同的角度可將整流電路分成多種類型，按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種，按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路,按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。三相橋式整流電路目前在整流電路中的應(yīng)用比較廣泛，這種電路形式將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，直流電源完成向直流負載進行供電或者向直流儲能元件進行充電的功能。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中向儲能元件三相橋式整流電路的示意圖，該三相橋式整流電路包括 三對橋臂，按照與之連接的交流電源相序可以分為A相橋臂，B相橋臂，C相橋臂，每相橋臂包括上橋臂開關(guān)管和下橋臂開關(guān)管，在圖中T1、T4分別為A相橋臂的上橋臂開關(guān)管；Τ3、Τ6分別為B相橋臂的上橋臂開關(guān)管；Τ5、Τ2分別為C相橋臂的上橋臂開關(guān)管，每個開關(guān)管反向并聯(lián)了一個續(xù)流二極管，如圖中的Dl、D4、D3、D6、D5、D2。下面以線電壓Uab為例說明該三相橋式整流電路的工作原理。若Uab>0，當T4導(dǎo)通時，Uab通過T4、D6向La和Lb儲能，當T4關(guān)斷時，La、Lb中儲存的能量通過D1、D6向直流側(cè)儲能單元充電。若Uab〈0，當T6導(dǎo)通時，Uab通過T6、D4向La和Lb儲能，當T6關(guān)斷時，La、Lb中儲存的能量通過Dl、D4向直流側(cè)儲能單元充電。但是，使用圖I中的向儲能元件三相橋式整流電路，在通過續(xù)流二極管向直流側(cè)儲能單元充電的過程中，若儲能單元電壓遠低于輸入電壓，且使用的續(xù)流二極管是不可控器件，則會使得充電電流過大且不可控。過大且不可控的充電電流有可能損壞電力電子器件和儲能單元?，F(xiàn)有技術(shù)中的三相橋式整流電路因充電電流不可控導(dǎo)致?lián)p壞電力電子器件和儲能單元的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種三相整流電路及其控制方法與控制裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中三相橋式整流電路因充電電流過大且不可控導(dǎo)致?lián)p壞電力電子器件和儲能單元的問題。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種三相整流電路。該三相整流電路用于將三相交流電轉(zhuǎn)換為向儲能元件充電的直流電源，包括三對整流橋臂，每對整流橋臂包括上整流橋臂和下整流橋臂，上整流橋臂的第一端與儲能元件的正極電連接，下整流橋臂的第二端與儲能元件的負極電連接，三相交流電中的一相與上整流橋臂的第二端以及下整流橋臂的第一端電連接，其中，上整流橋臂和下整流橋臂分別包括互相反向并聯(lián)的第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管。進一步地，三相交流電中的一相通過電感器與上整流橋臂的第二端以及下整流橋臂的第一端電連接。進一步地,儲能元件為鋰電池或者超級電容。進一步地，第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管均為全控型開關(guān)管為IGBT，第一全控型開關(guān)管的柵極與第二全控型開關(guān)管的源極電連接，第一全控型開關(guān)管的源極與第二全控型開關(guān)管的柵極電連接。進一步地，IGBT為N溝道IGBT。進一步地，IGBT也可以為P溝道IGBT。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種三相整流電路的控制方法。該三相整流電路的控制方法中的三相整流電路以上介紹的任意一種三相整流電路。該三相整流電路的控制方法包括檢測儲能元件兩端的電壓；根據(jù)儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管。 進一步地，根據(jù)儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷包括比較儲能元件兩端的電壓與預(yù)設(shè)電壓值的大小；當儲能元件兩端的電壓大于預(yù)設(shè)電壓值時，控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷；當儲能元件兩端的電壓小于預(yù)設(shè)電壓值時，控制各橋臂中第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷，同時控制各橋臂中第一全控型開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。進一步地，根據(jù)儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管包括根據(jù)儲能元件兩端的電壓向各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管發(fā)送對應(yīng)的PWM驅(qū)動信號。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種三相整流電路的控制裝置。該三相整流電路的控制裝置中的三相整流電路以上介紹的任意一種三相整流電路。該三相整流電路的控制裝置包括電壓檢測模塊，用于檢測儲能元件兩端的電壓；開關(guān)管驅(qū)動模塊，用于根據(jù)儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，三相整流電路使用原來依靠電路特點自動導(dǎo)通的續(xù)流二極管替換為全控型開關(guān)管，從而可以根據(jù)電路實際的工作情況，控制相應(yīng)地控制開關(guān)管導(dǎo)通或者關(guān)閉，以可控的電流向儲能元件進行充電，保證了整流電路的安全性，提高了整流電路中各器件的使用壽命。


構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖I是現(xiàn)有技術(shù)中向儲能元件三相橋式整流電路的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的二相整流電路的不意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的三相整流電路的控制裝置的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的三相整流電路的控制方法的示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明實施例提供了一種三相整流電路，該三相整流電路用于將三相交流電轉(zhuǎn)換為向儲能元件充電的直流電源，圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的三相整流電路的示意圖，如圖2所示，該三相整流電路，包括三對整流橋臂，每對整流橋臂包括上整流橋臂和下整流橋臂，上整流橋臂的第一端與儲能元件的正極電連接，下整流橋臂的第二端與儲能元件的負極電連接，三相交流電中的一相與上整流橋臂的第二端以及下整流橋臂的第一端電連接，上整流橋臂和下整流橋臂分別包括互相反向并聯(lián)的第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管。在圖2中，Va, Vb、Vc分別為A相、B相、C相交流電源，Tl、T4分別為A相橋臂的上橋臂和下橋臂的第一全控型開關(guān)管；T3、Τ6分別為B相橋臂的上橋臂和下橋臂的第一全
控型開關(guān)管；Τ5、Τ2分別為C相橋臂的上橋臂和下橋臂的第一全控型開關(guān)管。在Tl兩端反并聯(lián)有A相上橋臂的第二全控型開關(guān)管Vl，在Τ4兩端反并聯(lián)有A相下橋臂的第二全控型開關(guān)管V4，在Τ3兩端反并聯(lián)有B相上橋臂的第二全控型開關(guān)管V3，在Τ6兩端反并聯(lián)有B相下橋臂的第二全控型開關(guān)管V6，在Τ5兩端反并聯(lián)有C相上橋臂的第二全控型開關(guān)管V5，在Τ2兩端反并聯(lián)有C相下橋臂的第二全控型開關(guān)管V2。本發(fā)明實施例的三相整流電路使用原來依靠電路特點自動導(dǎo)通的續(xù)流二極管替換為全控型開關(guān)管，從而可以根據(jù)電路實際的工作情況，控制相應(yīng)地控制開關(guān)管導(dǎo)通或者關(guān)閉，以可控的電流向儲能元件進行充電，保證了整流電路的安全性，提高了整流電路中各開關(guān)器件及儲能元件的使用壽命。優(yōu)選地，三相交流電中的一相可以通過電感器與上整流橋臂的第二端以及下整流橋臂的第一端電連接。也就是在圖I中Va通過La連接到A相上橋臂和A相下橋臂之間，Vb通過Lb連接到B相上橋臂和B相下橋臂之間，Vc通過Lc連接到C相上橋臂和C相下橋臂之間。電感器可以作為交流電源的電流儲能元件，以防止交流電流的波動，并可以起到濾波的作用。上述儲能元件可以為鋰電池或者超級電容等大容量的直流儲能元件，這類直流儲能元件，最佳的充電方式是以穩(wěn)定的電流進行充電，而現(xiàn)有技術(shù)中續(xù)流二極管導(dǎo)致電流不可控，會影響儲能元件的性能。上述，第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管可以選用門極可關(guān)斷晶閘管(Gate-Turn-offThyristor, GTO)> 電力晶體管(Giant Transistor, GTR)、電力場效應(yīng)管(Field Effect Transistor, FET)> 絕緣柵雙極晶體管(Insulated-Gate BipolarTransistor, IGBT)。應(yīng)用時將以上全控型開關(guān)管的受控端反向并聯(lián)。由于IGBT因其開關(guān)速度快，驅(qū)動電路簡單的優(yōu)點目前應(yīng)用更為廣泛，因此本實施例的三相整流電路的全控型開關(guān)管優(yōu)選使用IGBT，具體的連接方式為第一全控型開關(guān)管的柵極與第二全控型開關(guān)管的源極電連接，第一全控型開關(guān)管的源極與第二全控型開關(guān)管的柵極電連接。電路中的IGBT可以統(tǒng)一使用N溝道IGBT或者P溝道IGBT。 本發(fā)明實施例還提供了上述三相整流電路的控制裝置，該控制裝置用于對上述實施例的三相整流電路進行控制，使用如脈寬調(diào)制(PWM)算法等驅(qū)動算法向IGBT的門極或其它全控開關(guān)管的控制端發(fā)送相應(yīng)的控制信號。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的三相整流電路的控制裝置的示意圖，如圖3所示，該三相整流電路的控制裝置包括電壓檢測模塊31，用于檢測儲能元件兩端的電壓；開關(guān)管驅(qū)動模塊33，用于根據(jù)儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷。其中，開關(guān)管驅(qū)動模塊33具體的控制方式可以包括比較儲能元件兩端的電壓與預(yù)設(shè)電壓值的大??；當儲能元件兩端的電壓大于預(yù)設(shè)電壓值時，控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷；當能元件兩端的電壓小于預(yù)設(shè)電壓值時，控制各橋臂中第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷，同時控制各橋臂中第一全控型開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。也就是當儲能元件的電壓較小，交流側(cè)電壓與直流側(cè)電壓的壓差較大時，保持第一全控型開關(guān)管關(guān)斷，通過第二全控型開關(guān)管控制充電電流。當儲能元件隨著充電過程，電壓逐漸上升，交流側(cè)電壓與直流側(cè)電壓的壓差縮小，控制可以同時控制第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管以加快充電過程。優(yōu)選地，開關(guān)管驅(qū)動模塊33的驅(qū)動算法可以使用PWM(Pulse Width Modulation,脈沖寬度調(diào)制)方式，即根據(jù)儲能元件兩端的電壓向各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管發(fā)送對應(yīng)的PWM驅(qū)動信號。
本發(fā)明實施例還提供了一種三相整流電路的控制方法，該三相整流電路的控制方法可以通過本發(fā)明上述實施例所提供的任一種三相整流電路的控制裝置來執(zhí)行，并且，該三相整流電路的控制方法可以應(yīng)用于包括以上實施例的三相整流電路，圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的三相整流電路的控制方法的示意圖，如圖4所示，該三相整流電路的控制方法包括步驟S41，檢測儲能元件兩端的電壓；步驟S43，根據(jù)儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第
二全控型開關(guān)管。其中步驟S43具體可以包括比較儲能元件兩端的電壓與預(yù)設(shè)電壓值的大小；當能元件兩端的電壓大于預(yù)設(shè)電壓值時，控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷；當能元件兩端的電壓小于預(yù)設(shè)電壓值時，控制各橋臂中第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷，同時控制各橋臂中第一全控型開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。也就是當儲能元件的電壓較小，交流側(cè)電壓與直流側(cè)電壓的壓差較大時，保持第一全控型開關(guān)管關(guān)斷，通過第二全控型開關(guān)管控制充電電流。當儲能元件隨著充電過程，電壓逐漸上升，交流側(cè)電壓與直流側(cè)電壓的壓差縮小，控制可以同時控制第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管以加快充電過程。步驟S43的算法可以使用根據(jù)PWM方式，即根據(jù)儲能元件兩端的電壓向各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管發(fā)送對應(yīng)的PWM驅(qū)動信號。以下以Uab線電壓為例，對使用以上控制方法的三相整流電路進行說明根據(jù)交流側(cè)輸入電壓進行預(yù)先設(shè)置一個預(yù)設(shè)電壓值，具體的可以設(shè)置為交流側(cè)輸入電壓的一定比例，如50%等。當儲能單元電壓小于預(yù)設(shè)電壓值時，第一全控型開關(guān)管Tl至T6保持關(guān)斷狀態(tài)，通過控制第二全控型開關(guān)管Vl至V6的通斷向儲能單元充電，由于Vl至V6均為可控電力電子器件，因此，不論儲能單元電壓有多低，均能通過控制器件的通斷以可控的電流給儲能單元充電。以Uab為例說明電路工作過程，若Uab>0，控制V1、V6導(dǎo)通，Uab通過V1、V6向儲能單元充電；SUab〈0，控制V3、V4導(dǎo)通，Uab通過V3、V4向儲能單元充電。當儲能單元電壓大于上述預(yù)設(shè)電壓值時，通過控制Tl至T6和Vl至V6的通斷向儲能單元充電。以Uab為例說明電路工作過程，若Uab>0，當T4導(dǎo)通時，控制V6導(dǎo)通，Uab通過T4、V6向La、Lb儲能；當T4關(guān)斷時，控制VI、V6導(dǎo)通，La、Lb中儲存的能量通過VI、V6向直流側(cè)儲能單元充電。若Uab〈0，當T6導(dǎo)通時，控制V4導(dǎo)通，Uab通過T6、V4向La、Lb儲能；當T6關(guān)斷時，控制V3、V4導(dǎo)通，La、Lb中儲存的能量通過V3、V4向直流側(cè)儲能單元充電。通過以上的工作原理，可以達到無論儲能單元電壓有多低，均能通過控制反向IGBT的通斷以可控的電流給儲能單元充電，提高了整流電路的安全性和可靠性，提高了元器件的使用壽命。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，三相整流電路使用原來依靠電路特點自動導(dǎo)通的續(xù)流二極管替換為全控型開關(guān)管，從而可以根據(jù)電路實際的工作情況，控制相應(yīng)地控制開關(guān)管導(dǎo)通或者關(guān)閉，以可控的電流向儲能元件進行充電，保證了整流電路的安全性，提高了整流電路中各器件的使用壽命。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三相整流電路，用于將三相交流電轉(zhuǎn)換為向儲能元件充電的直流電源，包括三對整流橋臂，其特征在于， 每對所述整流橋臂包括上整流橋臂和下整流橋臂，所述上整流橋臂的第一端與所述儲能元件的正極電連接，所述下整流橋臂的第二端與所述儲能元件的負極電連接，所述三相交流電中的一相與所述上整流橋臂的第二端以及所述下整流橋臂的第一端電連接，其中， 所述上整流橋臂和所述下整流橋臂分別包括互相反向并聯(lián)的第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相整流電路，其特征在于，所述三相交流電中的一相通過電感器與所述上整流橋臂的第二端以及所述下整流橋臂的第一端電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相整流電路，其特征在于，所述儲能元件為鋰電池或者超級電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的三相整流電路，其特征在于，所述第一全控型開關(guān)管和所述第二全控型開關(guān)管均為全控型開關(guān)管為IGBT，所述第一全控型開關(guān)管的柵極與所述第二全控型開關(guān)管的源極電連接，所述第一全控型開關(guān)管的源極與所述第二全控型開關(guān)管的柵極電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相整流電路，其特征在于，所述IGBT為N溝道IGBT。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相整流電路，其特征在于，所述IGBT為P溝道IGBT。
7.—種三相整流電路的控制方法，該三相整流電路為權(quán)利要求I至6中任一項所述的三相整流電路，其特征在于，包括 檢測儲能元件兩端的電壓； 根據(jù)所述儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相整流電路的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷包括 比較所述儲能元件兩端的電壓與預(yù)設(shè)電壓值的大??； 當所述儲能元件兩端的電壓大于所述預(yù)設(shè)電壓值時，控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷； 當所述儲能元件兩端的電壓小于所述預(yù)設(shè)電壓值時，控制各橋臂中第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷，同時控制各橋臂中第一全控型開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相整流電路的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管包括 根據(jù)所述儲能元件兩端的電壓向各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管發(fā)送對應(yīng)的PWM驅(qū)動信號。
10.一種三相整流電路的控制裝置，該三相整流電路為權(quán)利要求I至6中任一項所述的三相整流電路，其特征在于，包括 電壓檢測模塊，用于檢測儲能元件兩端的電壓； 開關(guān)管驅(qū)動模塊，用于根據(jù)所述儲能元件兩端的電壓控制各橋臂中的第一全控型開關(guān)管和/或第二全控型開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三相整流電路及其控制方法與控制裝置。其中三相整流電路用于將三相交流電轉(zhuǎn)換為向儲能元件充電的直流電源，包括三對整流橋臂，每對整流橋臂包括上整流橋臂和下整流橋臂，上整流橋臂的第一端與儲能元件的正極電連接，下整流橋臂的第二端與儲能元件的負極電連接，三相交流電中的一相與上整流橋臂的第二端以及下整流橋臂的第一端電連接，其中，上整流橋臂和下整流橋臂分別包括互相反向并聯(lián)的第一全控型開關(guān)管和第二全控型開關(guān)管。本發(fā)明使用全控型開關(guān)管替換了續(xù)流二極管，以可控的電流向儲能元件進行充電，保證了整流電路的安全性，提高了整流電路中各器件的使用壽命。
文檔編號H02M7/219GK102931858SQ201210479160
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者張遷, 曾楊, 鐘柳芳, 陶澤安 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司