Ac-ac轉(zhuǎn)換器設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]AC-DC-AC轉(zhuǎn)換器用于通過(guò)將AC輸入電源(例如，電源)轉(zhuǎn)換成提供給負(fù)載的控制的AC輸出電源來(lái)進(jìn)行線路調(diào)節(jié)。負(fù)載通常是需要可靠的AC電壓和可靠的頻率的負(fù)載，例如，用于關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的IT設(shè)備?？梢詮碾姵鼗蛉魏纹渌愋偷膬?chǔ)能器中提供DC電壓。DC電壓可以起源于具有合適的能量轉(zhuǎn)換模塊的太陽(yáng)能面板或風(fēng)力發(fā)電機(jī)。AC輸入可以是通用AC線路電壓，并且輸出可以是任何AC負(fù)載。
[0003]AC-AC轉(zhuǎn)換器通常由AC-DC轉(zhuǎn)換器和DC-AC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器由DC電壓鏈接在一起，該DC電壓由大量電容或任何規(guī)定的儲(chǔ)能裝置在線路周期內(nèi)過(guò)濾和保持恒定。DC電壓需要大于線路電壓的正半周期和負(fù)半周期的最大峰值。在UPS應(yīng)用中，可能要求中性線由負(fù)載和線路電壓以及與線路電壓同相的負(fù)載電壓共同使用。在2000 IEEE的Pinheiro等人的“Space vector Modulat1n for Single Phase On-Line Three-Leg UPS，，中顯示了一個(gè)實(shí)例。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的一種流行的技術(shù)是在半橋配置中將一對(duì)線路頻率整流開(kāi)關(guān)連接，在線路電壓的正半周期中，該配置使中間DC電壓的負(fù)分支連接至中性線，并且在線路電壓的負(fù)半周期中，使中間DC電壓的正分支連接至中性線。輸入AC/DC轉(zhuǎn)換器用作升壓調(diào)節(jié)器，將線路輸入AC電壓逐步增大為更高的DC電壓，同時(shí)將輸入電流控制為正弦并且將DC電壓控制為恒定。輸出DC/AC轉(zhuǎn)換器用作降壓調(diào)節(jié)器，將輸出AC電壓控制為正弦并且與輸入電壓同相。在圖1中顯示了典型的三支路單相UPS配置。支路由虛線框Bin、Bout、Be 表不。
[0004]然而，由于中心半橋Be的中心支路CL由輸入/輸出整流器單元(方框Bin)和輸出逆變器單元(方框Bout)共同使用，所以這種類型的電路具有相當(dāng)大的缺點(diǎn)。由于不能容忍在線路電壓與負(fù)載電壓之間的任何相移，所以需要非常高精度地執(zhí)行用于控制與中心支路連接的開(kāi)關(guān)的時(shí)序。從 0-7803-4489-8/98 IEEE 的 Tamotsu Ninomiya 等人的 “A studyof the High Performance Single Phase UPS”中，記載了在圖 2 中顯不的現(xiàn)有技術(shù) AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備。圖2示出了具有完全解耦的輸入單元(方框Binl、Bin2)和輸出單元(方框Boutl、Bout2)的四支路轉(zhuǎn)換器。
[0005]圖3示出了具有連接的線路和負(fù)載中性線的四支路AC-DC-AC轉(zhuǎn)換器，即，第二 AC輸入端ACin2連接至第二 AC輸出端ACout2。這個(gè)電路相當(dāng)復(fù)雜，具有4個(gè)支路和4個(gè)電感器。
[0006]圖4示出了一種電路，其中，圖3的四個(gè)支路減少為3個(gè)支路和3個(gè)電感器，并且該電路通過(guò)一些限制相對(duì)于AC輸入保持AC輸出的獨(dú)立控制的能力。關(guān)于圖1，一個(gè)半橋支路Be由輸入/輸出單元共同使用。在此處，一個(gè)半橋Bin通過(guò)輸入電感器Linl連接至第一 AC輸入端ACinI，另一個(gè)半橋Bout通過(guò)輸出電感器Lout I連接至第一 AC輸出端ACout I，而公共半橋Be通過(guò)公共電感器Lc連接至第二 AC輸入端ACin2。如圖4中所示，第二 AC輸入端ACin2直接連接至第二 AC輸出端ACout2，因此，公共半橋Be還被視為通過(guò)公共電感器Lc連接至第二 AC輸入端ACin2。開(kāi)關(guān)需要能夠阻止正電壓并且傳導(dǎo)負(fù)電流。因此，由于寄生主體-漏極二極管能夠在負(fù)方向傳導(dǎo)電流，所以MOSFET適于具有期望的性能，見(jiàn)圖5。
[0007]在高頻開(kāi)關(guān)的半橋配置中具有兩個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的組合的缺點(diǎn)在于來(lái)自恢復(fù)緩慢主體-漏極二極管的過(guò)度開(kāi)關(guān)損耗。為了克服這個(gè)問(wèn)題并且允許高頻開(kāi)關(guān)，以及從以高效率結(jié)合的高頻開(kāi)關(guān)中獲得所有優(yōu)點(diǎn)，人們必須防止主體漏極二極管傳導(dǎo)和允許電流在另一個(gè)分支中流動(dòng)(通過(guò)續(xù)流)。
[0008]本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)在于，提供一種AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效率，并且依然保持了具有允許在線路輸入與負(fù)載輸出電壓之間的相移的電路的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)在于，提供一種損耗減少并且從而具有更高的效率的AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明涉及一種AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備，包括:
[0010]第一和第二 AC輸入端；
[0011]第一和第二 AC輸出端；
[0012]輸入裝置，其在輸入節(jié)點(diǎn)、公共節(jié)點(diǎn)、正DC端與負(fù)DC端之間連接，其中，所述輸入節(jié)點(diǎn)通過(guò)第一輸入電感器連接至第一 AC輸入端；
[0013]輸出裝置，其在輸出節(jié)點(diǎn)、正DC端與負(fù)DC端之間連接，其中，所述輸出節(jié)點(diǎn)通過(guò)輸出電感器連接至第一 AC輸出端；
[0014]公共裝置，其在公共節(jié)點(diǎn)、正DC端與負(fù)DC端之間連接，其中，所述公共節(jié)點(diǎn)通過(guò)公共電感器連接至第二 AC輸入端；
[0015]控制裝置，用于控制所述輸出裝置和公共裝置的開(kāi)關(guān)；
[0016]DC裝置在正DC端與負(fù)DC端之間連接；
[0017]其中，所述輸出裝置包括第一和第二輸出開(kāi)關(guān)；
[0018]其中，所述公共裝置包括第一和第二公共開(kāi)關(guān)；
[0019]其中，所述第二 AC輸入端連接至第二 AC輸出端；
[0020]其中，所述輸入裝置包括第一和第二二極管以及在輸入節(jié)點(diǎn)與公共節(jié)點(diǎn)之間連接的雙向開(kāi)關(guān)，其中，所述控制裝置還控制所述雙向開(kāi)關(guān)。
[0021]一方面，所述第一二極管的陽(yáng)極連接至輸入節(jié)點(diǎn)并且其陰極連接至正DC端，所述第二二極管的陽(yáng)極連接至負(fù)DC端并且其陰極連接至輸入節(jié)點(diǎn)。
[0022]一方面，所述雙向開(kāi)關(guān)包括第一 BS開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)二極管(DBS1、DBS2、DBS3、DBS4)。在此處，所述第一 BS開(kāi)關(guān)的漏極端連接至第一開(kāi)關(guān)二極管的陽(yáng)極并且連接至第二開(kāi)關(guān)二極管的陽(yáng)極；所述第一 BS開(kāi)關(guān)的源極端連接至第三開(kāi)關(guān)二極管的陰極并且連接至第四開(kāi)關(guān)二極管的陰極；所述第一開(kāi)關(guān)二極管的陰極和所述第三開(kāi)關(guān)二極管的陽(yáng)極連接至第一節(jié)點(diǎn)，所述第二開(kāi)關(guān)二極管的陰極和所述第四開(kāi)關(guān)二極管的陽(yáng)極連接至第二節(jié)點(diǎn)；所述第一BS開(kāi)關(guān)的控制端連接至控制電路。
[0023]—方面，所述雙向開(kāi)關(guān)包括第一 BS開(kāi)關(guān)和第二 BS開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)包括連接至控制電路的控制端。
[0024]—方面，所述第一 BS開(kāi)關(guān)的漏極端連接至第一節(jié)點(diǎn)，所述第二 BS開(kāi)關(guān)的漏極端連接至第三節(jié)點(diǎn)，所述第一 BS開(kāi)關(guān)的源極端連接至所述第二 BS開(kāi)關(guān)的源極端。
[0025]—方面，所述第一 BS開(kāi)關(guān)的源極端連接至第一節(jié)點(diǎn)，所述第二 BS開(kāi)關(guān)的源極端連接至第三節(jié)點(diǎn)，所述第一 BS開(kāi)關(guān)的漏極端連接至所述第二 BS開(kāi)關(guān)的漏極端。
[0026]—方面，所述DC裝置是電容器或電池。此外，所述DC裝置可以包括額外的DC源。
[0027]—方面，所述公共開(kāi)關(guān)是具有反平行二極管的MOSFET或IGBT。一方面，所述雙向開(kāi)關(guān)的第一 BS開(kāi)關(guān)是MOSFET或IGBT。一方面，所述雙向開(kāi)關(guān)的第一和第二 BS開(kāi)關(guān)是MOSFETo
【附圖說(shuō)明】
[0028]現(xiàn)在，參照附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中:
[0029]圖1-5示出了現(xiàn)有技術(shù)的AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備；
[0030]圖6示出了 AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備的第一實(shí)施方式；
[0031]圖7示出了 AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備的第二實(shí)施方式；
[0032]圖8a示出了圖2b的雙向開(kāi)關(guān)的放大圖；
[0033]圖8b示出了雙向開(kāi)關(guān)的一個(gè)替換的實(shí)施方式的放大圖；
[0034]圖8c示出了雙向開(kāi)關(guān)的又一個(gè)替換的實(shí)施方式的放大圖；
[0035]圖9示出了用于模擬圖7的電路的在PSPICE中使用的模擬模型；
[0036]圖10a)-1Oe)示出了模擬的波形；
[0037]圖11示出了通過(guò)電路的電感器的模擬電流。
【具體實(shí)施方式】
[0038]現(xiàn)在，參照?qǐng)D6，不出了一種AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備I。AC-AC轉(zhuǎn)換器設(shè)備I包括第一和第二 AC輸入端ACinl、ACin2以及第一和第二 AC輸出端ACoutl、ACout2。
[0039]在圖6中，具有三個(gè)虛線框，表示輸入裝置Bin、輸出裝置Bout以及公共裝置Be。
[0040]輸入裝置Bin在輸入節(jié)點(diǎn)11、公共節(jié)點(diǎn)12、正DC端DCP與負(fù)DC端DCN之間連接。所述輸入節(jié)點(diǎn)11通過(guò)第一輸入電感器Linl連接至第一 AC輸入端ACinl。
[0041]首先，詳細(xì)描述輸出裝置Bout和公共裝置Be。
[0042]輸出裝置Bout在輸出節(jié)點(diǎn)13、正DC端DCP與負(fù)DC端DCN之間連接。輸出節(jié)點(diǎn)13通過(guò)輸出電感器Loutl連接至第一 AC輸出端ACoutl。輸出裝置Bout包括第一和第二輸出開(kāi)關(guān)Soutl、Sout2o第一輸出開(kāi)關(guān)Soutl在輸出節(jié)點(diǎn)13與正DC端DCP之間連接，并且第二輸出開(kāi)關(guān)Sout2在負(fù)DC端DCN與輸出節(jié)點(diǎn)13之間連接。在圖7中，第一輸出開(kāi)關(guān)Soutl的源極端連接至輸出節(jié)點(diǎn)13，并且第一輸出開(kāi)關(guān)Soutl的漏極端連接至正DC端DCP。而且，第二輸出開(kāi)關(guān)Sout2的源極端連接至負(fù)DC端DCN，并且第二輸出開(kāi)關(guān)Sout2的漏極端連接至輸出節(jié)點(diǎn)13。
[0043]公共裝置Be在公共節(jié)點(diǎn)12、正DC端DCP與負(fù)DC端DCN之間連接。公共節(jié)點(diǎn)12通過(guò)公共電感器Lc連接至第二 AC輸入端ACin2。
[0044]應(yīng)注意的是，第二 AC輸入端ACin2直接連接至第二 AC輸出端ACout2。因此，公共節(jié)點(diǎn)12也通過(guò)公共電感器Lc連接至第二 AC輸出端ACout2，從而使得框Be內(nèi)部的元件由裝置I的輸入和輸出側(cè)共同使用。
[0045]公共裝置Be包括第一和第二公共開(kāi)關(guān)Scl、Sc2o第一公共開(kāi)關(guān)Scl在公共節(jié)點(diǎn)12與正DC端DCP之間連接，并且第二公共開(kāi)關(guān)Sc2在負(fù)DC端DCN與公共節(jié)點(diǎn)12之間連接。
[0046]在圖7中，第一公共開(kāi)關(guān)Scl的源極端連接至公共節(jié)點(diǎn)12，并且第一公共開(kāi)關(guān)Scl的漏極端連接至正DC端DCP。而且，第二公共開(kāi)關(guān)Sc2的源極端連接至負(fù)DC端DCN，并且第二公共開(kāi)關(guān)Sc2的漏極端