一种整流器和不间断电源

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种整流器和不间断电源。

背景技术

在现有的供电系统中，随着现代社会对数据保护需求和用电可靠性的日益增加，不间断电源以其稳压精度高，不间断向负载提供纯净电能的优势，广泛应用于各领域。不间断电源中的整流器可以实现将交流电或电池组中的直流电转变为直流电，并将直流电传输至直流母线上，通过直流母线给后续连接的逆变器或其它设备提供电能。

传统技术中常采用高频整流器，该整流器有多种拓扑结构可以实现。其中为了提高整流器转直流电的效率，整流器与两个boost电路结合的电路结构被广泛应用。

传统的不间断电源的整流器，在市电工作模式下，两个boost电路中的电感只工作于市电电压正半周和/或负半周，电感利用率低，且增加了整流器的成本和体积。

基于上述情况，现有的整流器，存在成本与体积大的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种整流器和不间断电源，用以减小整流器的成本和体积。

第一方面，本发明实施例提供了一种整流器，包括：第一电感、包括由开关管组成的第一桥臂和第二桥臂的交流直流转换电路、第一boost电路、第二boost电路和辅助电源；

第一电感跨接在第一桥臂的中间节点以及交流电源之间；

第一桥臂和第二桥臂并联连接，且第二桥臂的第一端与第一boost电路连接，第二桥臂的第二端与第二boost电路连接；

辅助电源连接在组成第二桥臂的两个开关管之间；

其中，第一boost电路中的第一储能电感和第二boost电路中的储能电感耦合连接。

本发明实施例提供的整流器，交流电源正负半轴转换的直流电压分别配置一个boost电路，用于整流器提高转换直流电的效率，并将两个boost电路中用于储能电感采用耦合方式连接，以使单个储能电感的电感量较小的情况下，通过耦合电感来满足整流器对电感的需求，从而减小了整流器中电感的体积，由于储能电感的电感量变小，其成本也相应的减小，且由于整流器在市电模式下工作时，交流电源的正负周期每次直流过其中一个储能电感，可以通过第一电感来补偿储能电感量减小对整流器的影响，可以满足整流器在各个应用场景下对电感的需求。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述整流器中，第一储能电感与第二储能电感顺接串联。

在本申请提供的整流器中，将第一储能电感和第二储能电感耦合连接，且采用顺接串联的方式耦合，其耦合后的总电感量大于第一储能电感和第二储能电感的电感量之和，从而减小储能电感的体积。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述整流器中，交流电源的第二端连接在第一母线和第二母线之间，其中，第一母线与第一boost电路的输出端连接，第二母线与第二boost电路的输出端连接。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述整流器中，第一桥臂包括：第一开关管和第二开关管；

第一开关管的漏极与第一储能电感的第一端连接，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，第一开关管的源极为第一桥臂的中间节点；

第二开关管的源极与第二储能电感的第一端连接；

第二桥臂包括：第三开关管和第四开关管；

第三开关管的漏极与第一开关管的漏极连接，第三开关管的源极与辅助电源的第一端连接；

第四开关管的源极与第二开关管的源极连接，第四开关管的漏极与辅助电源的第二端连接。

本发明实施例提供的整流器中，在市电正常时，可以通过与第一桥臂和第二桥臂连接的交流电源为整流器以及整流器后续连接的设备供电，在市电异常时，可以通过与第二桥臂连接的辅助电源为整流器以及整流器后续连接的设备进行供电，以保证整流器的供电可靠性。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述整流器中，辅助电源还包括第三端；第三端连接在第一母线和第二母线之间。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述整流器中，还包括：第一电容和第二电容；

第一电容的第一端与辅助电源的正端连接，第一电容的第二端连接在第一母线和第二母线之间；

第二电容的第一端与第一电容的第二端连接，第二电容的第二端与辅助电源的第二端连接。

本发明实施例提供的整流器，在辅助电源的两端分别配置有一个电容，当整流器在市电模式下工作时，由于boost电路中的开关管在开通和截止时，辅助电源两端流过高频信号会对辅助电源两端电位造成影响，可以通过辅助电源两端连接的电容，将高频信号过滤掉，来避免对高频信号对辅助电源电位的影响。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述整流器中，还包括：第二电感和第三电感；

第二电感跨接在第三开关管的漏极和第一储能电感的第一端之间；

第三电感跨接在第四开关管的源极和第二储能电感的第一端之间。

本发明实施例提供的整流器，在辅助电源的两端分别配置有一个电感，当整流器在市电模式下工作时，boost电路中的开关管的开通和截止会对辅助电源两端电位造成波动，还会导致交流直流转换电路中第二桥臂中包括的开关管两端的电压变化率变大，可以通过辅助电源两端连接的电感，避免辅助电源两端电位发生变化以及减小第二桥臂中包括的开关管两端的电压变化率，从而保护辅助电源和开关管。

第二方面，本申请实施例还提供了一种不间断电源，包括本申请实施例第一方面提供的整流器。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的整流器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的交流直流转换电路的电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一boost电路和第二boost电路的电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的整流器的电路结构示意图一；

图5为本发明实施例提供的整流器接收交流电源正半周期电压时的电流示意图；

图6为本发明实施例提供的整流器接收交流电源负半周期电压时的电流示意图；

图7为本发明实施例提供的整流器接收辅助电源时的电流示意图一；

图8为本发明实施例提供的整流器接收辅助电源时的电流示意图二；

图9为本发明实施例提供的整流器接收辅助电源时的电流示意图三；

图10为本发明实施例提供的整流器的电路结构示意图二；

图11为本发明实施例提供的整流器的电路结构示意图三。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。

下面结合说明说附图，对本发明实施例提供的整流器和不间断电源的具体实施方式进行说明。

本发明实施例提供了一种整流器，其结构框图如图1所示，包括：第一电感10、包括第一桥臂(未示出)和第二桥臂(未示出)的交流直流转换电路20、第一boost电路30、第二boost电路40和辅助电源(未示出)。其中，第一桥臂和第二桥臂分别包括至少两个开关管。

具体的，第一电感10跨接在交流直流转换电路20的第一桥臂的中间节点以及交流电源之间。交流直流转换电路20的第一桥臂和第二桥臂并联连接，且第二桥臂的第一端与第一boost电路30连接，第二桥臂的第二端与第二boost电路40连接，辅助电源连接在组成第二桥臂的两个开关管之间。

需要说明的是，辅助电源可以是直流电池组，当然也可以是单个电池，本发明实施例对此不做限定。

其中，辅助电源的电池类型可以根据实际需要进行选择。例如，镍氢电池、锂电池、铅酸电池等直流电池。

在一种可能的实施方式中，交流直流转换电路20的电路结构如图2所示，第一桥臂包括：第一开关管T1和第二开关管T2，第二桥臂包括：第三开关管T3和第四开关管T4。

具体的，第一开关管T1的漏极与第一boost电路30中的第一储能电感的第一端连接，第一开关管T1的源极与第二开关管T2的漏极连接，且第一开关管T1的源极为第一桥臂的中间节点；第二开关管T2的源极与第二boost电路40中的第二储能电感的第一端连接；第三开关管T3的漏极与第一开关管T1的漏极连接，第三开关管T3的源极与辅助电源V的第一端连接；第四开关管T4的源极与第二开关管T2的源极连接，第四开关管T4的漏极与辅助电源V的第二端连接。

需要说明的是，本发明提供的交流直流转换电路20的第一桥臂和第二桥臂包括的开关管可以是二极管、还可以是金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，MOS)管，或者双极结型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)，当然还可以是其他可以实现开关功能的器件，本发明实施例对此不做限定。

其中，第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3和第四开关管T4为MOS管时，每个开关管的栅极均可以与控制器连接，通过控制器控制交流直流转换电路20中各个开关管的工作状态，以使交流直流转换电路20实现将交流电源输出的交流电转换为直流电。

具体的，交流直流转换电路20通过第一桥臂的中间节点与交流电源的第一端连接，并将交流电源输出的交流电转换为直流电，交流电源的第二端连接在第一母线和第二母线之间，其中，第一母线与第一boost电路30的输出端连接，第二母线与第二boost电路40的输出端连接。

在一种可能的实施方式中，第一boost电路30和第二boost电路40的电路结构可以相同，具体电路结构如图3所示，其中，第一储能电感L2、第五开关管Q1和第一二极管D1构成第一boost电路30，第二储能电感L3、第二二极管D2和第六开关管Q2构成第二boost电路40。

其中，第一储能电感L2和第二储能电感L3耦合连接。

需要说明的是，本实施例提供的第一boost电路30用于提高第一直流电压的转换率，第二boost电路40用于提高第二直流电压的转换率。其中，第一直流电压为交流直流转换电路20转换交流电源输出的正半周期电压时转换的直流电压，第二直流电压为交流直流转换电路20转换交流电源输出的负半周期电压时转换的直流电压。

结合图1-3所示的电路，本发明实施例提供的整流器，其电路结构如图4所示，具体如下：

图4所示的整流器包括第一电感L1、开关管T1/T2/T3/T4、辅助电源V、储能电感L2和L3、开关管Q1和Q2、二极管D1和D2以及第一母线C1和第二母线C2。其中，开关管T1/T2/T3/T4组成交流直流转换电路，L2、D1和Q1组成第一boost电路，L3、D2和Q2组成第二boost电路。

需要说明的是，当本发明实施例提供的整流器在辅助电源模式下工作时，辅助电源V流过第一boost电路和/或第二boost电路，为了减小整流器中电感的体积，第一boost电路和第二boost电路中包括的第一储能电感L2和第二储能电感L3采用耦合方式连接。当本发明实施例提供的整流器在市电模式下工作时，在交流电源的正半周期和负半周期，每次只流过一个储能电感，由于第一储能电感L2和第二储能电感L3的电感量减小，为了满足市电模式下对电感的需求，采用第一电感L1作为公用电感补偿第一储能电感L2和第二储能电感L3减少的电感，且第一电感L1的电感量大约为第一储能电感L2和第二储能电感L3减小电感的一半，从而减小了整个整流器的体积。

下面结合整流器的工作方式对储能电感的耦合连接进行详细介绍，具体如下：

在图4所示的整流器中，当本发明实施例提供的整流器在市电模式下工作时，对于交流电源输出的交流电的正半周期，其电流流向如图5所示，交流电源输出的交流电通过L1、T1、L2、D1和C1构成的路径转换为直流电，将转换的直流电存储至C1两端，并通过C1为整流器后续连接的逆变器或设备供电。

在图4所示的整流器中，当本发明实施例提供的整流器在市电模式下工作时，对于交流电源输出的交流电的负半周期，其电流流向如图6所示，交流电源输出的交流电通过C2、D2、L3、T2和L1构成的路径转换为直流电，将转换的直流电存储至C2两端，并通过C2为整流器后续连接的逆变器或设备供电。

在图4所示的整流器中，当本发明实施例提供的整流器在辅助电源模式下工作时，辅助电源可以将输出的直流电输出至C1和C2两端，其电流流向如图7所示，辅助电源输出的直流电可以通过T3、L2、D1、C1、C2、D2、L3和T4构成的路径存储至C1和C2两端，并通过C1和C2为整流器后续连接的逆变器或设备供电。

在图4所示的整流器中，当本发明实施例提供的整流器在辅助电源模式下工作时，辅助电源可以将输出的直流电输出至C1两端，其电流流向如图8所示，辅助电源输出的直流电可以通过T3、L2、D1、C1、Q2、L3和T4构成的路径存储至C1两端，并通过C1为整流器后续连接的逆变器或设备供电。

在图4所示的整流器中，当本发明实施例提供的整流器在辅助电源模式下工作时，辅助电源可以将输出的直流电输出至C2两端，其电流流向如图9所示，辅助电源输出的直流电可以通过T3、L2、Q1、C2、D2、L3和T4构成的路径存储至C2两端，并通过C2为整流器后续连接的逆变器或设备供电。

由本申请实施例提供的整流器的在各个模式下工作的原理可知，当整流器在辅助电源模式下工作时，辅助电源输出的直流电可以同时流过电感L2和电感L3，为了减小电感的体积，可以将电感L2和电感L3耦合连接。

具体的，电感L2和电感L3采用顺联串接的方式耦合，其耦合电感的电感量与电感L2的电感量、L3的电感量和耦合系数确定，且耦合系数越大，耦合电感的电感量越大，电感L2和电感L3的电感量越小，整流器的体积越小。

其中，本发明实施例提供的整流器在市电模式下工作时，交流电源输出的交流电的正半周期和负半周期每次只流过一个储能电感，由于电感L2和电感L3耦合后电感量减小，其可以通过电感L1作为公用电感进行补偿，对于交流电源输出的交流电的正半周期，可以流过电感L1和L2。对于在交流电源输出的交流电的负半周期，可以流过电感L1和电感L3，从而满足市电模式下整流器对电感的需求，且电感L1作为公用的电感，电感L1的电感量只为电感L2和电感L3减小的电感量的一半即可满足整流器对电感的需求，从而减小了整流器的体积。

在一示例中，第一电感L1、第一储能电感L2和第二储能电感L3耦合连接。

在一种可能的实施方式，辅助电源还可以包括第三端，该第三端连接在第一母线和第二母线之间。

在一种可能的实施方式中，为了避免整流器在市电模式下工作时，boost电路中包括的开关管的工作状态发生变化时，对辅助电源两端电位造成的影响，还可以在辅助电源两端设置第一电容和第二电容。

具体的，如图10所示，第一电容C3的第一端与辅助电源V的第一端连接，第一电容C3的第二端连接在第一母线和第二母线之间(同电位点)；

第二电容C4的第一端与第一电容C3的第二端连接，第二电容C4的第二端与辅助电源V的第二端连接。

具体的，当整流器在市电模式下工作时，boost电路中的开关管Q1和/或Q2的工作状态发生变化时，通过Q1和/或Q2向辅助电源V传递高频信号，从而对辅助电源V的电位造成影响。可以通过辅助电源V连接的第一电容C3和第二电容C4将高频信号过滤掉，从而保证辅助电源电位不受开关管工作状态的影响。

在一种可能的实施方式中，为了避免整流器在市电模式下工作时，boost电路中包括的开关管的工作状态发生变化时，对辅助电源两端电位的影响，还可以在辅助电源两端设置第二电感和第三电感。

具体的，如图11所示，第二电感L4跨接在第三开关管T3的漏极和第一储能电感L2的第一端之间，第三电感L5跨接在第四开关管T4的源极和第二储能电感L3的第一端之间。

需要说明的是，当整流器在市电模式下工作时，boost电路中的开关管的工作状态发生变化时，辅助电源两端的电位也会发生变化，还会导致交流直流转换电路中的开关管T3和开关管T4两端的电压变化率变大，可以通过第二电感L4和第三电感L5避免辅助电源两端电位的突变以及减小开关管T3和开关管T4两端的电压变化率，从而保证辅助电源不受开关管工作状态的影响和保护开关管的使用寿命。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种不间断电源，该不间断电源包括本发明实施例提供的整流器。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。