專利名稱：三電平輸出的升壓整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流/直流整流技術(shù)，尤其涉及一種三電平輸出的升壓整流電路。
背景技術(shù)：
近些年來，我國(guó)市電電網(wǎng)供電存在供電不足、電壓波動(dòng)大等問題，而各行業(yè)、各領(lǐng) 域的快速發(fā)展對(duì)供電質(zhì)量提出了越來越高的要求，不間斷電源(Uninterruptible Power Supply，簡(jiǎn)稱UPQ作為一種穩(wěn)壓穩(wěn)頻純凈化的綠色電源越來越受到人們的關(guān)注。升壓整流 電路用于將電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，是UPS的重要組成部分，也是公共電網(wǎng)與電 力電子裝置的接口電路，其性能影響公共電網(wǎng)的運(yùn)行和用電質(zhì)量。三電平輸出的升壓整流電路是將交流電壓進(jìn)行整流、濾波和升壓處理后轉(zhuǎn)換為三 種電平，包括正電平、負(fù)電平和0。現(xiàn)有技術(shù)中的三電平輸出的升壓整流電路主要有以下兩 種一、圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種三電平輸出的升壓整流電路結(jié)構(gòu)原理圖，如圖1所示， 該升壓整流電路包括兩套完整的升壓電路，兩套升壓電路中各自的第一控制開關(guān)Ql和第 二控制開關(guān)Q2分別由第一控制信號(hào)Pl和第二控制信號(hào)P2進(jìn)行控制。第一控制信號(hào)Pl和 第二控制信號(hào)P2為脈沖寬度調(diào)制(PulseWidth Modulation，簡(jiǎn)稱PWM)信號(hào)，通常由控制電 路(未示出)產(chǎn)生，使第一控制開關(guān)Ql和第二控制開關(guān)Q2處于開通或關(guān)斷狀態(tài)。該三電平輸出的升壓整流電路相當(dāng)于包括兩套完整的升壓電路，電路需要兩個(gè)功 率電感L，兩個(gè)濾波電容C，這些器件占整個(gè)電路體積和成本的一半以上，造成電路整體體 積大，成本高，且存在因使用器件數(shù)量多，導(dǎo)致電路調(diào)測(cè)復(fù)雜、故障點(diǎn)增多的問題。二、圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一種三電平輸出的升壓整流電路結(jié)構(gòu)原理圖，如圖2所 示，包括三個(gè)濾波電容C、功率電感L、六個(gè)整流二極管D以及控制開關(guān)Q，該三電平輸出的升 壓整流電路與圖1所示的三電平輸出的升壓整流電路相比電容、功率電感和控制開關(guān)的數(shù) 量減少，但增加兩個(gè)整流二極管。當(dāng)控制信號(hào)P控制開關(guān)Q導(dǎo)通時(shí)，兩個(gè)整流二極管中必有 一個(gè)導(dǎo)通，且通過導(dǎo)通的整流二極管的電流與通過控制開關(guān)Q電流相等，從而在整流二極 管上產(chǎn)生了導(dǎo)通損耗。且由于只有一個(gè)控制開關(guān)Q，使通過單個(gè)器件的電流是有限，并且一 個(gè)控制開關(guān)Q的散熱面積較小、熱阻較大，使控制開關(guān)Q散熱問題很難處理?；诳刂崎_關(guān) Q的電流和散熱問題，限制了整個(gè)電路的功率級(jí)別，致使無法應(yīng)用于大功率的場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種三電平輸出的升壓整流電路，通過改變電路結(jié)構(gòu)，以提高電路可 維護(hù)性。本發(fā)明提供一種三電平輸出的升壓整流電路，包括交流輸入端，所述交流輸入端包括交流正極和交流負(fù)極；直流輸出端，所述直流輸出端包括直流正極、零極和直流負(fù)極；
第一濾波電容和第二濾波電容，所述第一濾波電容連接在所述直流正極和所述零 極之間，所述第二濾波電容連接在所述直流負(fù)極和所述零極之間；功率電感，所述功率電感的一端與所述交流正極相連，所述功率電感的另一端經(jīng) 第一正半波二極管、第二正半波二極管、所述直流正極和所述第一濾波電容串聯(lián)至零極，且 同時(shí)經(jīng)第一負(fù)半波二極管、第二負(fù)半波二極管、所述直流負(fù)極和所述第二濾波電容串聯(lián)至 零極；第一控制開關(guān)，連接在所述第一正半波二極管與所述第二正半波二極管的連接點(diǎn) 和所述零極之間，所述第一控制開關(guān)在第一控制信號(hào)的控制下導(dǎo)通或關(guān)斷；第二控制開關(guān)，連接在所述第一負(fù)半波二極管與所述第二負(fù)半波二極管的連接點(diǎn) 和所述零極之間，所述第二控制開關(guān)在第二控制信號(hào)的控制下導(dǎo)通或關(guān)斷。如上所述的三電平輸出的升壓整流電路，還包括第三濾波電容，連接在所述交流 正極和所述交流負(fù)極之間。如上所述的三電平輸出的升壓整流電路，還包括控制信號(hào)產(chǎn)生電路，所述控制信 號(hào)產(chǎn)生電路包括比較器，所述比較器的第一輸入端和第二輸入端分別與所述交流正極和所述交流 負(fù)極相連；第一與門，與所述比較器的輸出端和脈沖信號(hào)輸入端相連，輸出第一控制信號(hào)；第二與門，通過反相器與所述比較器的輸出端相連，且與所述脈沖信號(hào)輸入端相 連，輸出第二控制信號(hào)。如上所述的三電平輸出的升壓整流電路，還包括分壓電阻，所述分壓電阻包括第一電阻和第二電阻，所述第一電阻和第二電阻串 聯(lián)后跨接在所述交流正極和所述交流負(fù)極之間，所述第一電阻和所述第二電阻的連接點(diǎn)與 所述比較器的第一輸入端連接。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過改進(jìn)三電平輸出的升壓整流電路的結(jié)構(gòu)，使組 成電路的元件數(shù)量減少，減小了電路的體積，提高了電路的可維護(hù)性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種三電平輸出的升壓整流電路結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一種三電平輸出的升壓整流電路結(jié)構(gòu)原理圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的三電平輸出的升壓整流電路結(jié)構(gòu)原理圖 圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的控制信號(hào)產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)原理圖； 圖5為三相交流電壓的三電平輸出的升壓整流電路結(jié)構(gòu)原理圖。 附圖標(biāo)記H-交流正極；N-交流負(fù)極； L-儲(chǔ)能電感 C-濾波電容；D-整流二極管 Q-控制開關(guān)Ql-第一控制開關(guān)；Q2-第二控制開關(guān)P-控制信號(hào) Pl-第一控制信號(hào)；P2-第二控制信號(hào) +HDC-直流正極； -HDC-直流負(fù)極；Z-零極； Cl-第一濾波電容； C2-第二濾波電容；C3-第三濾波電容Dl-第一正半波二極管
Rl-第一電阻；U-比較器；NOT-反相器；A、B、C-三相。
， 一——,
電一二 二第第 第二
_ D D
2 N N RAA
D2-第--負(fù)半波二二極D3-第二二正半波二二極D4-第二二負(fù)半波二二極
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例， 對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。需要說明的是，在附圖或說明書中， 相似或相同的元件皆使用相同的附圖標(biāo)記。實(shí)施例一圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的三電平輸出的升壓整流電路結(jié)構(gòu)原理圖，如圖3所 示，該三電平輸出的升壓整流電路包括交流輸入端、直流輸出端、第一濾波電容Cl、第二 濾波電容C2、功率電感L、第一正半波二極管D1、第一負(fù)半波二極管D2、第一控制開關(guān)Ql 和第二控制開關(guān)Q2。交流輸入端包括交流正極H和交流負(fù)極N，直流輸出端包括直流正極 +HDC、零極Z和直流正極-HDC，第一濾波電容Cl連接在直流正極+HDC和零極Z之間，第二 濾波電容C2連接在直流正極-HDC和零極Z之間，功率電感L的一端與交流正極H相連， 功率電感L的另一端經(jīng)第一正半波二極管D1、第二正半波二極管D3、直流正極+HDC和第一 濾波電容Cl串聯(lián)至零極Z，且同時(shí)經(jīng)第一負(fù)半波二極管D2、第二負(fù)半波二極管D4、直流正 極-HDC和第二濾波電容C2串聯(lián)至零極Z，第一控制開關(guān)Ql，連接在第一正半波二極管Dl 與第二正半波二極管D3的連接點(diǎn)和零極Z之間，第一控制開關(guān)Ql在第一控制信號(hào)Pl的控 制下導(dǎo)通或關(guān)斷，第二控制開關(guān)Q2，連接在第一負(fù)半波二極管D2與第二負(fù)半波二極管D4的 連接點(diǎn)和零極Z之間，第二控制開關(guān)Q2在第二控制信號(hào)P2的控制下導(dǎo)通或關(guān)斷。該三電平輸出的升壓整流電路的具體工作過程為當(dāng)輸入的交流電壓處于交流正 半波時(shí)，第二控制開關(guān)Q2在第二控制信號(hào)P2的控制下一直處于關(guān)斷狀態(tài)，第一控制開關(guān)Ql 在第一控制信號(hào)Pl的控制下在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)間變化，當(dāng)?shù)谝豢刂崎_關(guān)Ql處于導(dǎo)通狀態(tài) 時(shí)，電流從交流正極H通過功率電感L、第一正半波二極管Dl和零極Z，回到交流負(fù)極N，利 用功率電感L電流不能突變的特性，功率電感L進(jìn)行儲(chǔ)能。當(dāng)?shù)谝豢刂崎_關(guān)Ql處于關(guān)斷狀 態(tài)時(shí)，交流正極H、功率電感L、第一正半波二極管D1、第二正半波二極管D3、第一濾波電容 Cl、零極Z和交流負(fù)極N之間的回路連通，功率電感L中儲(chǔ)存的能量釋放，使輸出電壓高于 輸入電壓，通過第一濾波電容Cl濾波后，輸出為直流正電平。通常第一控制信號(hào)Pl的頻率 遠(yuǎn)高于輸入的交流電壓的頻率，通過改變第一控制開關(guān)Ql的導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間比，可以調(diào)整 輸出的直流電壓。當(dāng)輸入的交流電壓處于交流負(fù)半波時(shí)，第一控制開關(guān)Ql在第一控制信號(hào) Pl的控制下一直處于關(guān)斷狀態(tài)，第二控制開關(guān)Q2在第二控制信號(hào)P2的控制下處于導(dǎo)通或 關(guān)斷狀態(tài)，工作原理與輸入的交流電壓處于交流正半波時(shí)相同，輸出為直流負(fù)電平，此不再 贅述。該三電平輸出的升壓整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以減小電路的整體體積，便于散熱，便 于維護(hù)。且通過兩個(gè)控制開關(guān)的設(shè)置，提高了電路的功率級(jí)別，擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。在本實(shí)施例中，該三電平輸出的升壓整流電路還可以包括第三濾波電容C3，連接 在交流正極H和交流負(fù)極N之間，通過第三濾波電容C3的設(shè)置，可以進(jìn)一步提高電路的濾波效果，使輸出的直流電壓波形更加平滑。實(shí)施例二本發(fā)明各實(shí)施例中的第一控制信號(hào)Pl和第二控制信號(hào)P2具體通過控制電路來產(chǎn) 生，實(shí)施例二給出了一種控制信號(hào)產(chǎn)生電路的具體實(shí)施方式
，但并不用于限制本發(fā)明。圖4 為本發(fā)明實(shí)施例二提供的控制信號(hào)產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)原理圖，如圖4所示，該控制信號(hào)產(chǎn)生電 路包括比較器U、第一與門AND1、第二與門AND2和反相器NOT。比較器U的第一輸入端和第 二輸入端分別與交流正極H和交流負(fù)極N相連，第一與門ANDl與比較器U的輸出端和脈沖 信號(hào)輸入端相連，輸出第一控制信號(hào)P1，第二與門AND2通過反相器NOT與比較器U的輸出 端相連，且與脈沖信號(hào)輸入端相連，輸出第二控制信號(hào)P2。該控制信號(hào)產(chǎn)生電路的具體工作過程為當(dāng)輸入的交流電壓處于交流正半波時(shí)， 比較器U的輸出為高電平，該高電平輸入至第一與門AND1，使第一與門ANDl的輸出與脈沖 制信號(hào)相同，脈沖信號(hào)通常由其他的控制電路(未示出)產(chǎn)生。該高電平通過反相器NOT 反向?yàn)榈碗娖胶筝斎胫恋诙c門AND2，使第二與門AND2的輸出為低電平。當(dāng)輸入的交流電 壓處于交流負(fù)半波時(shí)，比較器U的輸出為低電平，該低電平通過反相器NOT反向?yàn)楦唠娖胶?輸入至第二與門AND2，使第二與門AND2的輸出與脈沖信號(hào)相同，該低電平輸入至第一與門 ANDl，使第一與門ANDl的輸出為低電平。脈沖信號(hào)通過該控制信號(hào)產(chǎn)生電路可以轉(zhuǎn)換成兩個(gè)不同的控制信號(hào)來分別控制 第一控制開關(guān)Ql和第二控制開關(guān)Q2，不需要分別通過不同的控制信號(hào)產(chǎn)生電路來實(shí)現(xiàn)，使 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，提高了電路的可維護(hù)性。在本實(shí)施例中，控制信號(hào)產(chǎn)生電路還可以包括分壓電阻，分壓電阻包括第一電阻 Rl和第二電阻R2，第一電阻Rl和第二電阻R2串聯(lián)后跨接在交流正極H和交流負(fù)極N之間， 第一電阻Rl和第二電阻R2的連接點(diǎn)與比較器U的第一輸入端連接。通過兩個(gè)分壓電阻的 設(shè)置，使輸入到比較器U的電壓降低，提高了對(duì)比較器U的保護(hù)效果。本發(fā)明上述任意實(shí)施例提供的三電平輸出的升壓整流電路不僅可以用于單相交 流電壓的三電平輸出的升壓整流，還可以用于三相交流電壓的三電平輸出的升壓整流。圖 5所示為將一種三電平輸出的升壓整流電路應(yīng)用于三相交流電壓的三電平輸出的升壓整流 的電路結(jié)構(gòu)原理圖。將三套三電平輸出的升壓整流電路分別與三相交流電的三相輸入端連 接，三相分別為A、B和C，各相交流電的三電平輸出的升壓整流方式與單相交流電的三電平 輸出的升壓整流方式相同，此不再贅述。本發(fā)明提供的三電平輸出的升壓整流電路，通過優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，使電路易于實(shí)現(xiàn)， 便于維護(hù)，也提高了電路的穩(wěn)定性。且通過控制信號(hào)產(chǎn)生電路對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化了 電路結(jié)構(gòu)，也使電路測(cè)試程序得到簡(jiǎn)化，降低了設(shè)備成本。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡 管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然 可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換； 而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和 范圍。
權(quán)利要求
1.一種三電平輸出的升壓整流電路，其特征在于，包括交流輸入端，所述交流輸入端包括交流正極和交流負(fù)極；直流輸出端，所述直流輸出端包括直流正極、零極和直流負(fù)極；第一濾波電容和第二濾波電容，所述第一濾波電容連接在所述直流正極和所述零極之 間，所述第二濾波電容連接在所述直流負(fù)極和所述零極之間；功率電感，所述功率電感的一端與所述交流正極相連，所述功率電感的另一端經(jīng)第一 正半波二極管、第二正半波二極管、所述直流正極和所述第一濾波電容串聯(lián)至零極，且同 時(shí)經(jīng)第一負(fù)半波二極管、第二負(fù)半波二極管、所述直流負(fù)極和所述第二濾波電容串聯(lián)至零 極；第一控制開關(guān)，連接在所述第一正半波二極管與所述第二正半波二極管的連接點(diǎn)和所 述零極之間，所述第一控制開關(guān)在第一控制信號(hào)的控制下導(dǎo)通或關(guān)斷；第二控制開關(guān)，連接在所述第一負(fù)半波二極管與所述第二負(fù)半波二極管的連接點(diǎn)和所 述零極之間，所述第二控制開關(guān)在第二控制信號(hào)的控制下導(dǎo)通或關(guān)斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平輸出的升壓整流電路，其特征在于，還包括第三濾波 電容，連接在所述交流正極和所述交流負(fù)極之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平輸出的升壓整流電路，其特征在于，還包括控制信號(hào) 產(chǎn)生電路，所述控制信號(hào)產(chǎn)生電路包括比較器，所述比較器的第一輸入端和第二輸入端分別與所述交流正極和所述交流負(fù)極 相連；第一與門，與所述比較器的輸出端和脈沖信號(hào)輸入端相連，輸出第一控制信號(hào)；第二與門，通過反相器與所述比較器的輸出端相連，且與所述脈沖信號(hào)輸入端相連，輸 出第二控制信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三電平輸出的升壓整流電路，其特征在于，還包括分壓電阻，所述分壓電阻包括第一電阻和第二電阻，所述第一電阻和第二電阻串聯(lián)后 跨接在所述交流正極和所述交流負(fù)極之間，所述第一電阻和所述第二電阻的連接點(diǎn)與所述 比較器的第一輸入端連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三電平輸出的升壓整流電路，包括交流正極、交流負(fù)極、直流正極、零極和直流負(fù)極，第一濾波電容連接在直流正極和零極之間，第二濾波電容連接在直流負(fù)極和零極之間；功率電感的一端與交流正極相連，功率電感的另一端經(jīng)第一正半波二極管、第二正半波二極管、直流正極和第一濾波電容串聯(lián)至零極，且同時(shí)經(jīng)第一負(fù)半波二極管、第二負(fù)半波二極管、直流負(fù)極和第二濾波電容串聯(lián)至零極；第一控制開關(guān)連接在第一正半波二極管與第二正半波二極管的連接點(diǎn)和零極之間；第二控制開關(guān)連接在第一負(fù)半波二極管與第二負(fù)半波二極管的連接點(diǎn)和零極之間。本發(fā)明提供的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。
文檔編號(hào)H02M7/21GK102097957SQ20101058534
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者劉亞峰, 劉明, 陳冀生 申請(qǐng)人:河北先控電源設(shè)備有限公司