本發(fā)明涉及電能轉(zhuǎn)換的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種boost型交交直接變換器拓撲。

背景技術(shù)：

隨著大容量、新能源、特殊環(huán)境電能變換技術(shù)，特別是近年來流行的電力電子變壓器、正弦交流調(diào)壓器、交流斬波器和柔性交流輸電系統(tǒng)(facts)控制器等，能源系統(tǒng)對交交變換器的靈活性和穩(wěn)定性要求也日益苛刻，傳統(tǒng)兩電平變換器拓撲已無法滿足器件高等級電壓電流的要求。

設(shè)計滿足高等級電壓要求的變換器拓撲是我們的研究方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種boost型交交直接變換器拓撲，解決了現(xiàn)有技術(shù)中變換器拓撲的電壓電流等級較低的技術(shù)問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題的解決方案是：一種boost型交交直接變換器拓撲，包括：用于對輸入電壓進行升壓的升壓電感，用于根據(jù)控制指令使所述boost型交交直接變換器拓撲工作在前級升壓模態(tài)、交流正半周升壓輸出模態(tài)、交流負半周升壓輸出模態(tài)和充電模態(tài)其中之一的橋式電路，所述升壓電感與所述橋式電路串聯(lián)。

進一步，所述橋式電路包括相互對稱的上、下半橋，所述上半橋包括n個升壓模塊、第一、第二雙向開關(guān)，所述升壓模塊設(shè)有端口a和端口b，所述n個升壓模塊之間串聯(lián)，第一升壓模塊的端口a與第一雙向開關(guān)連接，第n升壓模塊的端口b與第二雙向開關(guān)連接，所述第一雙向開關(guān)與所述第二雙向開關(guān)之間引出節(jié)點，所述節(jié)點與所述升壓電感連接。

進一步，所述升壓模塊包括儲能電容、第一、第二、第三功率開關(guān)管、第一二極管、第二二極管，所述第一功率開關(guān)管的集電極分別與所述第二功率開關(guān)管的集電極、第二二極管的負極、儲能電容的正極連接，所述第一功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述第三功率開關(guān)管的集電極連接，所述第二功率開關(guān)管的發(fā)射極分別與所述第二二極管的正極、第一二極管的負極連接，所述第三功率開關(guān)管的發(fā)射極分別與所述第一二極管的正極、儲能電容的負極連接，所述端口b位于所述第一功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述第三功率開關(guān)管的集電極之間，所述端口a位于所述第二功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述第一二極管的負極之間。

本發(fā)明的有益效果是：該拓撲結(jié)構(gòu)利用升壓模塊對輸入電壓進行有效升壓，可以很好的實現(xiàn)交流電壓輸入，高等級的交流電壓輸出，解決了現(xiàn)有技術(shù)中變換器拓撲的電壓等級較低的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單說明。顯然，所描述的附圖只是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他設(shè)計方案和附圖。

圖1是boost型交交變換器拓撲電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是boost型交交變換器拓撲工作在前級升壓模態(tài)的示意圖；

圖3是boost型交交變換器拓撲工作在交流正半周升壓輸出模態(tài)的示意圖；

圖4是boost型交交變換器拓撲工作在交流負半周升壓輸出模態(tài)的示意圖；

圖5是boost型交交變換器拓撲工作在充電模態(tài)的示意圖；

圖6是升壓模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實施方式

以下將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進行清楚、完整地描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實施例只是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬于本發(fā)明保護的范圍。另外，文中所提到的所有聯(lián)接/連接關(guān)系，并非單指構(gòu)件直接相接，而是指可根據(jù)具體實施情況，通過添加或減少聯(lián)接輔件，來組成更優(yōu)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明創(chuàng)造中的各個技術(shù)特征，在不互相矛盾沖突的前提下可以交互組合。

實施例1，參考圖1和圖6，一種boost型交交直接變換器拓撲，為了更加形象地描述所述拓撲，給所述拓撲級聯(lián)交流電源1和負載r1，所述拓撲包括：用于對輸入電壓進行升壓的升壓電感2、用于根據(jù)控制指令使所述boost型交交直接變換器拓撲工作在前級升壓模態(tài)、交流正半周升壓輸出模態(tài)、交流負半周升壓輸出模態(tài)和充電模態(tài)其中之一的橋式電路。

所述橋式電路包括相互對稱的上、下半橋，所述上半橋包括n個升壓模塊、2個雙向開關(guān)，所述n個升壓模塊標號為：升壓模塊1、…、n-1、n，所述升壓模塊1、…、n-1、n以端口b連接端口a的方式串聯(lián)，端口網(wǎng)絡(luò)從上往下為：ab…abab，其中升壓模塊1的端口a與第一雙向開關(guān)3連接，升壓模塊n的端口b與第二雙向開關(guān)4連接。文中的n為自然數(shù)，指的是升壓模塊的數(shù)量，boost型交交直接變換器拓撲的升壓幅值跟升壓模塊的數(shù)量有關(guān)，數(shù)量越高，升壓的幅值越高。

由于上、下半橋為對稱關(guān)系，所以所述下半橋同樣包括n個升壓模塊、2個雙向開關(guān)，所述n個升壓模塊標號為：升壓模塊n+1、…、2n-1、2n，由于對稱，所述升壓模塊n+1、…、2n-1、2n以端口a連接端口b的方式串聯(lián)，端口網(wǎng)絡(luò)從上往下為：ba…baba，其中升壓模塊n+1的端口b分別與第二雙向開關(guān)4、第三雙向開關(guān)5連接，所述升壓模塊2n與所述第四雙向開關(guān)6連接。

在所述第一雙向開關(guān)3與所述第二雙向開關(guān)4之間引出第一節(jié)點，在所述第三雙向開關(guān)5與所述第四雙向開關(guān)6之間引出第二節(jié)點，所述交流電源1的一端通過升壓電感2與所述第一節(jié)點連接，所述交流電源1的另一端與所述第二節(jié)點連接。

參考圖2，當boost型交交直接變換器拓撲工作在前級升壓模態(tài)時：電流從交流電源1出發(fā)，流經(jīng)升壓電感2、第二雙向開關(guān)4、第三雙向開關(guān)5，最后流向交流電源1。該工作模態(tài)用于將交流電源1的電能轉(zhuǎn)化為升壓電感2儲存的能量。

參考圖3，當boost型交交直接變換器拓撲工作在交流正半周升壓輸出模態(tài)時：此時交流電源1在正半周輸出電流，所述電流從交流電源1出發(fā)，流經(jīng)升壓電感2、第二雙向開關(guān)4、升壓模塊n、n-1、…、1、負載r1、第四雙向開關(guān)6，最后流向交流電源1構(gòu)成回路。此時輸出的電壓為輸入電壓、升壓模塊n、n-1、…、1的電壓之和，從而實現(xiàn)對輸入電壓的正半周的升壓功能。

參考圖4，當boost型交交直接變換器拓撲工作在交流負半周升壓輸出模態(tài)時：此時交流電源1在負半周輸出電流，電流從交流電源1出發(fā)，流經(jīng)升壓電感2、第一雙向開關(guān)3、負載r1、升壓模塊2n、2n-1…、n、第三雙向開關(guān)5，最后流向交流電源1構(gòu)成回路。此時輸出的電壓為輸入電壓、升壓模塊2n、2n-1…、n的電壓之和，從而實現(xiàn)對輸入電壓負半周的升壓功能。

參考圖5，當boost型交交直接變換器拓撲工作在充電模態(tài)時：此時電流從交流電源1出發(fā)，流經(jīng)升壓電感2、第一雙向開關(guān)3、負載r1、第四雙向開關(guān)6，最后流向交流電源1構(gòu)成回路。同時，此模態(tài)對升壓模塊進行充電，當輸入電壓為正時，上半橋的升壓模塊進行充電，當輸入電壓為負時，下半橋的升壓模塊進行充電。

參考圖6，下面從升壓模塊的角度對本發(fā)明創(chuàng)造進行進一步描述，所述升壓模塊包括儲能電容c、第一、第二、第三功率開關(guān)管ta1、ta2、ta3、第一二極管da1、第二二極管da2，所述第一功率開關(guān)管ta1的集電極分別與所述第二功率開關(guān)管ta2的集電極、第二二極管da2的負極、儲能電容c的正極連接，所述第一功率開關(guān)管ta1的發(fā)射極與所述第三功率開關(guān)管ta3的集電極連接，所述第二功率開關(guān)管ta2的發(fā)射極分別與所述第二二極管da2的正極、第一二極管da1的負極連接，所述第三功率開關(guān)管ta3的發(fā)射極分別與所述第一二極管da1的正極、儲能電容c的負極連接，所述端口b位于所述第一功率開關(guān)管ta1的發(fā)射極與所述第三功率開關(guān)管ta3的集電極之間，所述端口a位于所述第二功率開關(guān)管ta2的發(fā)射極與所述第一二極管da1的負極之間。

升壓模塊可根據(jù)控制指令使其工作在充電模式、放電模式、隔斷模式和旁路模式其中一種。

所述充電模式，電流由端口a流入，經(jīng)第二功率開關(guān)管ta2、儲能電容c、第三功率開關(guān)管ta3，然后由端口b流出；

所述放電模式，電流由端口b流入，經(jīng)第三功率開關(guān)管ta3、儲能電容c、第二功率開關(guān)管ta2，然后由端口a流出；

所述阻斷模式，無電流流通；

所述旁路模式，電流由端口b流入，經(jīng)第三功率開關(guān)管ta3、第一二極管da1，然后由端口a流出。

當boost型交交直接變換器拓撲工作在前級升壓模態(tài)時，2n個升壓模塊均處于阻斷模式。

當boost型交交直接變換器拓撲工作在交流正半周升壓輸出模態(tài)時：所述升壓模塊n、n-1、…、1處于放電模式，所述升壓模塊n、2n、2n-1…、n處于阻斷模式。

當boost型交交直接變換器拓撲工作在交流負半周升壓輸出模態(tài)時：所述升壓模塊n、n-1、…、1處于阻斷模式，所述升壓模塊2n、2n-1…、n處于放電模式。

當boost型交交直接變換器拓撲工作在充電模態(tài)時，當輸入電壓為正時，升壓模塊n、n-1、…、1處于充電模式，當輸入電壓為負時，升壓模塊2n、2n-1…、n處于充電模式。

以上對本發(fā)明的較佳實施方式進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。