一种AC-DC双向变换电路

技术领域

本发明涉及电源转换技术领域，更具体地涉及一种AC-DC双向变换电路。

背景技术

交直流双向变换电路是工频交流和直流相互转换电路，使得电源转换系统变得更简单高效，随着新能源行业的快速发展，交直流双向变换电路被广泛运用于光伏储能、APF等诸多新能源电力电子装置中。目前的储能单相交直流双向转换电路沿用光伏并网逆变器中的逆变电路，使其实现交直流双向，但是逆变电路的开关频率较低且效率很难再提升，开关频率低，功率变换电感就比较大，同时交直流滤波器带宽低、体积大成本贵，且交直流纹波大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高开关频率、减小体积、降低成本且提高性能，同时实现更高效率的AC-DC双向变换电路。

为解决上述技术问题，本发明提供一种AC-DC双向变换电路，包括电感电路和开关电路，所述开关电路包括六个开关管，每两个开关管串联构成一个桥臂，三个桥臂并联后其两端作为AC-DC双向变换电路的第二外接端，所述电感电路包括第一电感和自耦电感，所述自耦电感初级绕组的同名端和次级绕组的异名端均连接第一电感的一端，该自耦电感初级绕组的异名端和次级绕组的同名端分别连接一桥臂的中点，所述第一电感的另一端和另一桥臂的中点作为AC-DC双向变换电路的第一外接端。

其进一步技术方案为：所述开关电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管，所述第一开关管和第二开关管串联构成的桥臂的中点和自耦电感初级绕组的异名端连接，所述第三开关管和第四开关管串联构成的桥臂的中点和自耦电感次级绕组的同名端连接，所述第五开关管和第六开关管串联构成的桥臂的中点和第一电感作为AC-DC双向变换电路的第一外接端。

其进一步技术方案为：所述开关管选用MOSFET、IGBT管、GaN管或SiC功率管。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种AC-DC双向变换电路，包括电感电路和开关电路，所述开关电路包括六个开关管，每两个开关管串联构成一个桥臂，三个桥臂并联后其两端作为AC-DC双向变换电路的第二外接端，所述电感电路包括第一电感、第二电感和第三电感，所述第一电感的一端连接第二电感和第三电感，所述第二电感和第三电感的另一端分别连接一桥臂的中点，所述第一电感的另一端和另一桥臂的中点作为AC-DC双向变换电路的第一外接端。

与现有技术相比，本发明AC-DC双向变换电路中开关电路的开关管可实现能量的双向流动，电感电路设置有第一电感和自耦电感，通过交错并联的方式可提高开关频率，实现低成本滤波，同时还可降低应力，减少输入输出电压电流纹波，且通过交错的方式还可使得自耦电感所在的两个支路不管是在能量正向还是反向流动时可实现均流，可防止支路器件发热不均，使电路能够正常工作。

附图说明

图1是本发明AC-DC双向变换电路第一实施例的电路示意图。

图2是本发明AC-DC双向变换电路第二实施例的电路示意图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

参照图1，图1为本发明AC-DC双向变换电路10第一实施例的电路示意图。在附图所示的实施例中，所述AC-DC双向变换电路10包括电感电路11和开关电路12，所述开关电路12包括六个开关管，每两个开关管串联构成一个桥臂，三个桥臂并联后其两端作为AC-DC双向变换电路10的第二外接端，所述电感电路11包括第一电感L1和自耦电感L2，所述自耦电感L2初级绕组的同名端和次级绕组的异名端均连接第一电感L1的一端，该自耦电感L2初级绕组的异名端和次级绕组的同名端分别连接一桥臂的中点，所述第一电感L1的另一端和另一桥臂的中点作为AC-DC双向变换电路10的第一外接端。可理解地，本发明AC-DC双向变换电路10中的第一外接端和第二外接端均可连接负载和交流电源，当第一外接端作为交流输入端时可外接交流电源，其第二外接端作为直流输出端，可外接负载，而当第二外接端作为交流输入端时可外接交流电源，其第一外接端作为直流输出端，可外接负载。基于上述设计，通过电感电路11中第一电感L1和自耦电感L2交错并联的设置方式可提高开关频率，实现低成本滤波，同时还可降低应力，减少输入输出电压电流纹波，且通过交错的方式还可使得自耦电感L2所在的两个支路不管是在能量正向还是反向流动时可实现均流，可防止支路器件发热不均，防止因支路电流不均触发过流保护，使电路能够正常工作，从而实现改善电路性能的目的。

具体地，在本实施例中，所述开关电路12包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6共六个开关管，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2串联构成的桥臂的中点和自耦电感L2初级绕组的异名端连接，所述第三开关管Q3和第四开关管Q4串联构成的桥臂的中点和自耦电感L2次级绕组的同名端连接，所述第五开关管Q5和第六开关管Q6串联构成的桥臂的中点和第一电感L1作为AC-DC双向变换电路10的第一外接端。本实施例采用PFM方式控制开关管的工作，即采用恒定占空比，以恒定开关管的导通和关断时间，然后以调制方波频率方式来实现调节，从而可实现低频工作状态下AC-DC双向变换电路10的零电流开通。

优选地，所述开关管选用MOS、IGBT管、GaN管、SiC功率管或其他可控功率开关管，以实现更好的电路性能，本实施例中，在开关管上还并联有体二极管，若开关管选用MOS管，则在其漏极和源极之间并联一体二极管，而若开关管选用IGBT管，则在其发射极和集电极之间并联一体二极管。

参照图2，图2为本发明AC-DC双向变换电路10第二实施例的电路示意图。本实施例与第一实施例的不同在于电感电路11的具体结构不同，其余结构相同或相似。在本实施例中，所述电感电路11包括第一电感L3、第二电感L4和第三电感L5，所述第一电感L3的一端连接第二电感L4和第三电感L5，所述第二电感L4以及第三电感L5的另一端分别连接第一开关管Q1和第二开关管Q2串联构成的桥臂的中点以及第三开关管Q3和第四开关管Q4串联构成的桥臂的中点，所述第五开关管Q5和第六开关管Q6串联构成的桥臂的中点和第一电感L3的另一端作为AC-DC双向变换电路10的第一外接端。可理解地，所述第一电感L3和第二电感L4、第三电感L5同样构成三电感结构，也可实现低成本滤波，同时还可降低应力，减少输入输出电压电流纹波，且在能量正反向流动时可实现第二电感L4和第三电感L5所在支路的均流。

综上所述，本发明AC-DC双向变换电路中开关电路的开关管可实现能量的双向流动，电感电路设置有第一电感和自耦电感，通过交错并联的方式可提高开关频率，实现低成本滤波，同时还可降低应力，减少输入输出电压电流纹波，且通过交错的方式还可使得自耦电感所在的两个支路不管是在能量正向还是反向流动时可实现均流，可防止支路器件发热不均，使电路能够正常工作，从而实现改善电路性能的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。