專利名稱：交直流整流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力變電領(lǐng)域，尤其涉及一種交直流整流裝置。
技術(shù)背景目前，通信電源、電力操作電源、工業(yè)電源等領(lǐng)域廣泛使用交直流整流 裝置。圖l示出了現(xiàn)有技術(shù)交流直流變換裝置示意圖，包括交直流變換器模塊，PFC功率因數(shù)校正模塊，以及直流直流變換器模塊。現(xiàn)有技術(shù)中的PFC功率因 數(shù)校正模塊通常采用Boost電路，直流直流變換器模塊通常采用半橋串聯(lián)諧振 直流直流變換器或者全橋串聯(lián)諧振直流直流變換器。半橋串聯(lián)諧振直流直流 變換器從直流母線電容中抽取電流。由于PFC功率因數(shù)校正模塊輸出電流為半 波正弦，而半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器輸入功率在工頻段可以看作恒定功 率，因此，需要直流母線電容存儲(chǔ)或者釋放工頻級(jí)PFC電流能量。另外，為了 濾除boost電路輸出的開(kāi)關(guān)紋波，boost電路一般需要接較大的直流母線電容， 而PFC功率因數(shù)校正模塊的后級(jí)為直流直流變換器模塊，其功率脈沖瞬時(shí)也從 直流母線電容取電。因此，該直流母線電容承擔(dān)濾除PFC功率因數(shù)校正模塊輸 出紋波電流、提供直流直流變換器模塊開(kāi)關(guān)頻率級(jí)脈沖紋波電流的功能?，F(xiàn)有技術(shù)PFC功率因數(shù)校正模塊輸出電流波形如圖2所示，其中交流成分 流過(guò)(圖2中的L1)直流母線電容，直流成分(圖2中的S1 )流過(guò)直流直流變 換器模塊。流入直流母線電容的交流電流很大，如果boost電路的電感電流連 續(xù)，基本上可以看作是從O到峰值的脈沖電流。PFC功率因數(shù)校正模塊和半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器在開(kāi)關(guān)頻率級(jí)的 功率平衡中，直流母線電容也扮演著不可或缺的作用。從圖3可以看出，半橋 串聯(lián)諧振直流直流變換器開(kāi)關(guān)頻率級(jí)的輸入電流(圖3中的gn和gp)和開(kāi)關(guān)頻 率級(jí)交流紋波(圖3中的A)比較大，由于半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器諧振 電感電流近似正弦，造成輸入電流半波正弦波形從波峰到波谷具有很大的交 流紋波；同時(shí)，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管寄生體二極管的續(xù)流作用，直流母線電容輸出電 流還有負(fù)向成分，加劇了交流紋波的幅度，使直流母線電容開(kāi)關(guān)頻率級(jí)的電 流紋波輸出分量較大。該直流母線電容一般由電解電容組成，而電解電容本 身等效串聯(lián)阻抗(ESR)會(huì)因流經(jīng)該電容的交流紋波有效值而發(fā)熱，在ESR— 定的情況下，如果散熱條件不變，交流紋波越大，發(fā)熱越嚴(yán)重，電解電容的 壽命越低，從而成為整個(gè)交流直流整流裝置壽命設(shè)計(jì)的軟肋。為了解決這個(gè)問(wèn)題，傳統(tǒng)方法為多并聯(lián)直流母線電解電容，或者選用低
ESR的電解電容，或者改善散熱條件，使電解電容壽命得到延長(zhǎng)。但是電解電容，尤其是通信電源所用的耐壓等級(jí)為直流450V的電解電容，所占體積大， 成本高，改善散熱條件方法，在電解電容發(fā)熱較為嚴(yán)重的情況下作用也不是 很明顯。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出 一種交直流整流裝置，減小直流母線電容的波紋電流。 本發(fā)明提出 一種交直流整流裝置包括PFC功率因數(shù)校正模塊、直流母線電 容和直流直流變換器模塊，直流母線電容并聯(lián)連接在至少兩路相互并聯(lián)的PFC 功率因數(shù)校正模塊和至少兩路相互并聯(lián)的直流直流變換器模塊之間。 上述至少兩路相互并聯(lián)的PFC功率因數(shù)校正模塊的相位相互錯(cuò)開(kāi)。 上述至少兩路相互并聯(lián)的直流直流變換器模塊的相位相互錯(cuò)開(kāi)。 上述相位相互錯(cuò)開(kāi)的角度為用2《除以相互并聯(lián)的PFC功率因數(shù)校正模塊 的個(gè)數(shù)得到的商。上述相位相互錯(cuò)開(kāi)的角度為用0除以相互并聯(lián)的直流直流變換器模塊的 個(gè)數(shù)得到的商。上述交直流整流裝置還包括至少一過(guò)流保護(hù)模塊，過(guò)流保護(hù)模塊分別與 至少一直流直流變換器模塊相連接,分別保護(hù)至少一直流直流變換器模塊。上述過(guò)流保護(hù)模塊采用二極管，直流直流變換器模塊包括諧振電容，二 極管并聯(lián)在直流直流變換器模塊上的諧振電容兩端。本發(fā)明同時(shí)并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊和直流直流變換器模塊，減小了功 率因數(shù)校正環(huán)節(jié)輸出至直流母線電容的開(kāi)關(guān)頻率級(jí)紋波電流，同時(shí)也減小了 從直流母線電容輸出至直流直流變換器模塊的紋波電流，降低了直流母線電 容的發(fā)熱量，延長(zhǎng)了直流母線電容的使用壽命，進(jìn)而提高了整個(gè)交直流整流 裝置的使用壽命。


圖l是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)交流直流變換器原理示意圖； 圖2是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)單路PFC功率因數(shù)校正模塊輸出開(kāi)關(guān)頻率級(jí)紋波電 流波形；圖3是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)直流母線電容輸入至半橋串聯(lián)諧振直流直流變換 器的開(kāi)關(guān)頻率級(jí)紋波電流波形；圖4是本發(fā)明第 一 實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明第 一 實(shí)施例電路示意圖；圖6是交錯(cuò)并聯(lián)的PFC功率因數(shù)校正模塊輸出的紋波電流和單路PFC功率 因數(shù)校正模塊輸出紋波電流；圖7是直流直流變換器模塊采用全橋串聯(lián)諧振直流直流變換器的電路示 意圖；圖8是采用交錯(cuò)并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊后，直流母線電容輸入紋波電 流的對(duì)比圖；圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例的電路示意圖； 圖ll是本發(fā)明第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步 說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
圖4示出了本發(fā)明第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。交直流整流裝置包括交直流變 換器模塊IOO、相互并聯(lián)的第一PFC功率因數(shù)校正模塊200和第二PFC功率因數(shù) 校正模塊201、直流母線電容300和相互并聯(lián)的第一直流直流變換器模塊400和 第二直流直流變換器模塊401。交直流變換器模塊100輸出端和直流母線電容 300之間并聯(lián)有第一PFC功率因數(shù)校正模塊200和第二PFC功率因數(shù)校正模塊 201,直流母線電容300和負(fù)載之間并聯(lián)有第一直流直流變換器模塊400和第二 直流直流變換器模塊401。交直流變換器模塊100的輸入端接交流電，兩路相 互并聯(lián)的第一直流直流變換器模塊400和第二直流直流變換器模塊401輸出端 接負(fù)載。圖5示出了本實(shí)施例的電路示意圖。第一PFC功率因數(shù)校正模塊200和 第二PFC功率因數(shù)校正模塊201采用Boost電路，第一直流直流變換器模塊400 和第二直流直流變換器模塊401采用半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器。PFC功率因數(shù)校正模塊包括有開(kāi)關(guān)管，因?yàn)楸緦?shí)施例并聯(lián)第一PFC功率因 數(shù)校正模塊200和第二PFC功率因數(shù)校正模塊201,所以第一PFC功率因數(shù)校正 模塊200上的開(kāi)關(guān)管控制信號(hào)和第二PFC功率因數(shù)校錯(cuò)字正模塊201上的開(kāi)關(guān) 管的控制信號(hào)的相位相互錯(cuò)開(kāi)2(2/2,即180° ,即交錯(cuò)并聯(lián)第一PFC功率因數(shù) 校正模塊2OO和第二PFC功率因數(shù)校正模塊201 。交錯(cuò)并聯(lián)第一PFC功率因數(shù)校 正模塊2OO和第二PFC功率因數(shù)校正模塊2Ol后，第一PFC功率因數(shù)校正模塊200 上的開(kāi)關(guān)管和第二PFC功率因數(shù)校正模塊201上的開(kāi)關(guān)管間隔180。相位導(dǎo)通。 如圖6所示單路PFC功率因數(shù)校正模塊輸出波紋電流波形(圖6中的L1和L2)以 及交錯(cuò)并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊輸出的波紋電流波形(圖6中的Icout)。從 波形可以看出，交錯(cuò)并聯(lián)后的第一PFC功率因數(shù)校正模塊200和第二PFC功率因
數(shù)校正模塊201開(kāi)關(guān)頻率級(jí)輸出紋波電流比單獨(dú)每一路的PFC功率因數(shù)校正模 塊的開(kāi)關(guān)頻率級(jí)紋波電流小了很多，從而降低了直流母線電容300的發(fā)熱量。并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊減小輸入至直流母線電容300紋波電流的原理 如下假設(shè)PFC功率因數(shù)校正模塊工作在臨界連續(xù)模式下，假設(shè)tO時(shí)刻輸入到直流母線電容300上的波紋電流平均值為7'",占空比為D (D>l/2),沒(méi)有釆用交 錯(cuò)并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊時(shí)的直流母線電容300在tO時(shí)刻輸入波紋電流峰值為2/'"乂圍"，則直流母線電容300輸入紋波電流基波*值為24^圍"。采 用兩路交錯(cuò)并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊后，其每一路Boost電路上功率二極管輸出電流平均值為7'",交錯(cuò)并聯(lián)第一PFC功率因數(shù)校正模塊20O和第二PFC功率 因數(shù)校正模塊201后，直流母線電容3OO在10時(shí)刻輸入波紋電流的峰值為7'" 乂圏"，直流母線電容300輸入紋波電流的基波峰峰值為4 乂圍"，比不采用 交錯(cuò)并聯(lián)時(shí)的基波峰峰值小了一半，從而有效的減小了直流母線電容300的紋 波電流。而當(dāng)D〈l/2時(shí)，雖然兩路交錯(cuò)并聯(lián)Boost電路功率二極管電流有可能有重疊，從而有可能總輸入電流大于峰值4乂圍"，但輸入的總電流還是小于2/'"乂圍1),即在D〉 1/2時(shí)，交錯(cuò)并聯(lián)第一PFC功率因凄t校正模塊200和第二PFC 功率因數(shù)校正模塊201后，直流母線電容300的電流峰值及紋波峰峰值也比單 路方案時(shí)小；當(dāng)0=1/2時(shí)剛好有交疊，但對(duì)紋波電流的影響很?。籇=l,整流 后的工頻電壓接近OV,直流母線電容300輸入電流平均值也接近0A,因此， D〈1/2時(shí)交錯(cuò)并聯(lián)第一PFC功率因數(shù)校正模塊200和第二PFC功率因數(shù)校正模塊 2 Ol仍能夠4艮好的降低輸入至直流母線電容300的紋波電流。第一直流直流變換器模塊400和第二直流直流變換器模塊401都包括有開(kāi) 關(guān)管，因?yàn)楸緦?shí)施例并聯(lián)兩路直流直流變換器模塊，所以第一直流直流變換 器模塊400上開(kāi)關(guān)管控制信號(hào)與第二直流直流變換器^t塊401上開(kāi)關(guān)管控制信 號(hào)的相位互相錯(cuò)開(kāi)0/2,即90° 。圖8中的A和B分別是交錯(cuò)并聯(lián)直流直流變換 器模塊前，輸入至第一直流直流變換器^t塊400的波紋電流和輸入至第二直流 直流變換器模塊401的波紋電流。90°交錯(cuò)并聯(lián)后的第一直流直流變換器模塊 400和第二直流直流變換器模塊401的輸入電流波形如圖8中C所示。從圖8中可 以看出，交錯(cuò)并聯(lián)兩路直流直流變換器模塊后直流母線電容300輸出的紋波電 流大為減小，從而降低了直流母線電容300的發(fā)熱量。參照?qǐng)D4，本實(shí)施例的第一直流直流變換器模塊400和第二直流直流變換 器模塊4 01采用半橋串聯(lián)諧振變換器。參照?qǐng)D7，本實(shí)施例的第一直流直流變換器模塊400和第二直流直流變換 器模塊4 01還可以采用全橋串聯(lián)諧振變換器。
并聯(lián)直流直流變換器模塊減小直流母線電容300輸出紋波電流的原理如下假設(shè)半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器工作在最常用的工作頻率等于諧振頻 率條件下，此時(shí)半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器諧振電流為正弦型波形，則在 單路半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器情況下，直流母線電容300輸出電流可用公 式(1)表達(dá)為<formula>formula see original document page 7</formula>(1) 其中乙為正弦波峰值，WP2@, /為工作頻律。采用兩路交錯(cuò)并聯(lián)半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器，由于輸出功率相當(dāng)， 則每一路諧振電感電流減半，再考慮到兩路之間導(dǎo)通相位錯(cuò)開(kāi)90° ,則直流 母線電容300輸出電流可用公式(2)表達(dá)為<formula>formula see original document page 7</formula>整理可得/>式(3 )公式(2 )<formula>formula see original document page 7</formula> 公式(3 )則兩路交錯(cuò)并聯(lián)半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器從直流母線電容300上獲得的電流交流紋波有效值公式(4)為<formula>formula see original document page 7</formula>(4 )從公式(4 )上可以看出直流母線電容300輸出電流紋波都得到了々艮好的 抑制和減小。半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器工作頻率大于或者小于諧振頻率時(shí)，從直 流母線電容300上獲得的紋波電流有效值表達(dá)式近似可以用上面公式表達(dá)?？?慮到半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器帶有變壓器，只要?jiǎng)?lì)磁電流不是很大(一 般帶有變壓器的半橋串聯(lián)諧振直流直流變換器變壓器勵(lì)磁電流都不是很大)， 也可以近似用上面公式計(jì)算紋波電流。相比較單路PFC功率因數(shù)校正模塊和單路直流直流變換器模塊，同時(shí)采用 交錯(cuò)并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊和交錯(cuò)并聯(lián)直流直流變換器模塊將有更多的 電流直接從PFC功率因數(shù)校正模塊輸出至直流直流變換器模塊，更少的紋波電 流流過(guò)直流母線電容300，從而協(xié)同的減小了直流母線電容300的紋波電流。圖9示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明交直流整流裝置還包 括過(guò)流保護(hù)模塊，因?yàn)楸緦?shí)施例包括兩路直流直流變換器模塊，所以過(guò)流保
護(hù)模塊也包括第一過(guò)流保護(hù)模塊500和第二過(guò)流保護(hù)模塊501,第一過(guò)流保護(hù)模塊500和第二過(guò)流保護(hù)模塊501分別與第一直流直流變換器模塊400和第二 直流直流變換器模塊401相連接。圖10示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的電路示意 圖。第一過(guò)流保護(hù)模塊500和第二過(guò)流保護(hù)模塊501采用二極管，二極管并聯(lián) 在直流直流變換器模塊中諧振電容的兩端，可以實(shí)現(xiàn)直流直流變換器模塊的 過(guò)流保護(hù)功能。圖11示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)需要可以并聯(lián)兩路以上PFC 功率因數(shù)校正模塊，PFC功率因數(shù)校正模塊上開(kāi)關(guān)管的相位相互錯(cuò)開(kāi)，相位錯(cuò) 開(kāi)的角度可用2 0除以并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊的個(gè)數(shù)的商來(lái)確定，例如并聯(lián) 第一PFC功率因數(shù)校正模塊200、第二PFC功率因數(shù)校正模塊201和第三PFC功率 因數(shù)校正模塊202,相位相互錯(cuò)開(kāi)2^/3，即120° ，以此類推。根據(jù)需要也可 以并聯(lián)兩路以上直流直流變換器模塊，直流直流變換器模塊上開(kāi)關(guān)管控制信 號(hào)相位互相錯(cuò)開(kāi)，相位錯(cuò)開(kāi)的角度可用^除以并聯(lián)直流直流變換器模塊的個(gè)數(shù) 的商來(lái)確定，例如并聯(lián)第一直流直流變換器模塊400、第二流直流變換器模塊 401、第三直流直流變換器模塊402,相位相互錯(cuò)開(kāi)0/3,即60° ，以此類推。 減小直流母線電容300波紋電流的原理與第一實(shí)施例相類似，故不贅述。另外，PFC功率因數(shù)校正模塊上開(kāi)關(guān)管的相位相互錯(cuò)開(kāi)的角度還可以是其 它的角度，減小波紋電流的效果比角度采用2 0除以并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊 路數(shù)得到的商時(shí)的效果差；直流直流變換器模塊上開(kāi)關(guān)管控制信號(hào)相位互相 錯(cuò)開(kāi)的角度也可以是其它的角度，減小波紋電流的效果比角度采用^除以并聯(lián) 直流直流變換器模塊路數(shù)得到的商時(shí)的效果差。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍， 凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接 或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種交直流整流裝置，包括PFC功率因數(shù)校正模塊、直流母線電容和直流直流變換器模塊，直流母線電容并聯(lián)連接在至少兩路相互并聯(lián)的PFC功率因數(shù)校正模塊和至少兩路相互并聯(lián)的直流直流變換器模塊之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流整流裝置，其特征在于，所述至少兩路 相互并聯(lián)的PFC功率因數(shù)校正模塊的相位相互錯(cuò)開(kāi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直流整流裝置，其特征在于，所述至少兩路 相互并聯(lián)的直流直流變換器模塊的相位相互錯(cuò)開(kāi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交直流整流裝置，其特征在于，所述相位相互 錯(cuò)開(kāi)的角度為用2 0除以相互并聯(lián)的PFC功率因數(shù)校正模塊的個(gè)數(shù)得到的商。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的交直流整流裝置，其特征在于，所述相位相互 錯(cuò)開(kāi)的角度為用(2除以相互并聯(lián)的直流直流變換器4莫塊的個(gè)數(shù)得到的商。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的交直流整流裝置，其特征在于， 還包括至少一過(guò)流保護(hù)模塊，過(guò)流保護(hù)模塊分別與至少一直流直流變換器模 塊相連接,分別保護(hù)至少一直流直流變換器模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的交直流整流裝置，其特征在于，所述過(guò)流保護(hù) 模塊采用二極管，直流直流變換器模塊包括諧振電容，二極管并聯(lián)在直流直 流變換器模塊上的諧振電容兩端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種交直流整流裝置，包括PFC功率因數(shù)校正模塊、直流母線電容和直流直流變換器模塊，直流母線電容并聯(lián)連接在至少兩路相互并聯(lián)的PFC功率因數(shù)校正模塊和至少兩路相互并聯(lián)的直流直流變換器模塊之間。本發(fā)明同時(shí)并聯(lián)PFC功率因數(shù)校正模塊和直流直流變換器模塊，減小了功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)輸出至直流母線電容的開(kāi)關(guān)頻率級(jí)紋波電流，同時(shí)也減小了從直流母線電容輸出至直流直流變換器模塊的紋波電流，降低了直流母線電容的發(fā)熱量，延長(zhǎng)了直流母線電容的使用壽命，進(jìn)而延長(zhǎng)了整個(gè)交直流整流裝置的使用壽命。
文檔編號(hào)H02M1/42GK101399493SQ200710151728
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者劉志宇, 強(qiáng) 張, 朱春輝, 柳樹(shù)渡 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)有限公司