有源前端變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種有源前端變換器。該有源前端變換器包括主電路、輔助電源以及控制單元，所述主電路包括主電路輸入端和主電路輸出端；所述輔助電源包括隔離變壓器、整流單元、至少一電容、一開關(guān)電源以及至少一二極管，其中：所述隔離變壓器電性連接在所述主電路輸入端與所述整流單元輸入端之間；所述至少一電容并聯(lián)在所述整流單元的輸出端與所述開關(guān)電源的輸入端之間；所述開關(guān)電源的輸入端還與所述主電路輸出端電性連接；所述開關(guān)電源的輸出端電性連接于所述控制單元；所述至少一二極管串聯(lián)在所述整流單元輸出端和所述主電路輸出端之間。本申請的有源前端變換器可以完全阻斷主電路與輔助電源之間的環(huán)流，且電路設(shè)計簡單。
【專利說明】
有源前端變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型總體涉及一種有源前端變換器，具體而言，涉及一種輔助電源為隔離式的有源前端變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]有源前端(Active Front End，縮寫為AFE)在設(shè)計時，要求AFE的輸入(交流電)或輸出(直流電)端至少一端有電時，輔助電源都必須正常工作，為控制單元提供電源;故將輔助電源的輸入端分別并聯(lián)在AFE的輸入端和輸出端取電。但是，其至少存在如下問題，如圖1所示，當(dāng)AFE的功率變換單元100工作時，主電路和并聯(lián)的輔助電源之間會產(chǎn)生環(huán)流，導(dǎo)致環(huán)流路徑中的各元器件功耗增加，并且會造成輔助電源交流端取電整流后濾波電容電壓升高，造成過壓損壞的風(fēng)險。
[0003]因此，需要一種新的有源前端變換器解決其主電路與輔助電源并聯(lián)時的環(huán)流問題。
[0004]在所述【背景技術(shù)】部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型提供一種能夠阻斷AFE主電路流經(jīng)輔助電源環(huán)流路徑的有源前端變換器。
[0006]本實用新型的其他特性和優(yōu)點將通過下面的詳細(xì)描述變得顯然，或部分地通過本公開的實踐而習(xí)得。
[0007]根據(jù)本實用新型的一方面，一種有源前端變換器，包括:主電路、輔助電源以及控制單元，所述輔助電源向所述控制單元供電，所述控制單元與所述主電路電性連接以控制所述主電路，
[0008]所述主電路包括主電路輸入端和主電路輸出端；
[0009]所述輔助電源包括隔離變壓器、整流單元、至少一電容、一開關(guān)電源以及至少一二極管，其中:
[0010]所述隔離變壓器電性連接在所述主電路輸入端與所述整流單元輸入端之間；
[0011]所述至少一電容并聯(lián)在所述整流單元的輸出端與所述開關(guān)電源的輸入端之間；
[0012]所述開關(guān)電源的輸入端還與所述主電路輸出端電性連接；
[0013]所述開關(guān)電源的輸出端電性連接于所述控制單元；
[0014]所述至少一二極管串聯(lián)在所述整流單元輸出端和所述主電路輸出端之間。
[0015]根據(jù)本實用新型的一實施方式，所述開關(guān)電源包括反激式隔離變換器、半橋式隔離變換器或者全橋式隔離變換器。
[0016]根據(jù)本實用新型的一實施方式，所述開關(guān)電源的數(shù)量為一個。
[0017]根據(jù)本實用新型的一實施方式，所述整流單元包括二極管或者晶閘管。
[0018]根據(jù)本實用新型的一實施方式，所述主電路中包括一濾波器。
[0019]根據(jù)本實用新型的一實施方式，所述濾波器包括至少一個電感。
[0020]根據(jù)本實用新型的一實施方式，所述主電路中包括一功率變換單元。
[0021]根據(jù)本實用新型的一實施方式，所述功率變換單元包括絕緣柵雙極晶體管、晶閘管或者金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
[0022]根據(jù)本實用新型的一實施方式，所述主電路包括一輸出濾波電容。
[0023]本實用新型的至少一個實施方式有如下優(yōu)點至少其中之一:
[0024]1、輔助電源只需設(shè)計I個開關(guān)電源，架構(gòu)、電路設(shè)計簡單，可以節(jié)約多個開關(guān)電源的材料和設(shè)計成本，提高效率，減少PCB使用面積。
[0025]2、與采用共模扼流圈的方案相比，共模扼流圈方案只可抑制環(huán)流大小，不能阻斷環(huán)流路徑，而本實用新型可以完全阻斷環(huán)流。
[0026]3、與采用共模扼流圈的方案相比，共模扼流圈設(shè)計難度大，穩(wěn)定性差，而本實用新型采用的隔離變壓器選用市售普通的隔離變壓器即可，設(shè)計簡單，穩(wěn)定性高。
[0027]本實用新型的額外方面和優(yōu)點將部分地在下面的描述中闡述，并且部分地將從描述中變得顯然，或者可以通過本實用新型的實踐而習(xí)得。
【附圖說明】
[0028]通過參照附圖詳細(xì)描述其示例實施例，本實用新型的上述和其它目標(biāo)、特征及優(yōu)點將變得更加顯而易見。
[0029]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中AFE的主電路與輔助電源并聯(lián)的環(huán)流路徑示意圖。
[0030]圖2為根據(jù)本實用新型一實施例采用隔離型開關(guān)電源的AFE電路示意圖。
[0031 ]圖3為根據(jù)本實用新型一實施例采用共模扼流圈的AFE電路示意圖。
[0032]圖4為根據(jù)本實用新型一實施例采用隔離變壓器的AFE電路示意圖。
[0033]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0034]Vin:主電路輸入端
[0035]10:主電路
[0036]Fl:濾波器
[0037]100:功率變換單元
[0038]Cl:輸出濾波電容
[0039]Vout:主電路輸出端
[0040]20:輔助電源[0041 ]Rec:整流單元
[0042]C2:整流濾波電容
[0043]SPSl:第一開關(guān)電源
[0044]SPS2:第二開關(guān)電源
[0045]SPS3:第三開關(guān)電源
[0046]200:控制單元
[0047]30:輔助電源
[0048]Lcm:共模扼流圈
[0049]SPS:開關(guān)電源
[0050]40:輔助電源[0051 ]TR:隔離變壓器
[0052]Dl: 二極管
【具體實施方式】
[0053]現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的范例;相反，提供這些實施方式使得本公開將更加全面和完整，并將示例實施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。附圖僅為本實用新型的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重復(fù)描述。
[0054]此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個或更多實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對本實用新型的實施方式的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以實踐本實用新型的技術(shù)方案而省略所述特定細(xì)節(jié)中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細(xì)示出或描述公知結(jié)構(gòu)、方法、裝置、實現(xiàn)、材料或者操作以避免喧賓奪主而使得本實用新型的各方面變得模糊。
[0055]圖2為根據(jù)本實用新型一實施例采用隔離型開關(guān)電源的AFE電路示意圖。
[0056]如圖2所示，本實施例采用隔離型開關(guān)電源(SPS:Switching Power Supply)的方式，包括:主電路1，輔助電源20以及控制單元200。輔助電源20向控制單元200供電?？刂茊卧?00與主電路10電性連接以控制主電路10。
[0057]主電路10包括主電路輸入端Vin，主電路輸出端Vout。主電路10可包括LCL型濾波器Fl、功率變換單元100及輸出濾波電容Cl，但本公開不限于此。
[0058]輔助電源20包括整流單元Rec，整流濾波電容C2，第一開關(guān)電源SPSl，第二開關(guān)電源SPS2，第三開關(guān)電源SPS3，以及二極管Dl。整流單元Rec電性連接在主電路輸入端Vin與整流濾波電容C2之間，可利用二極管或晶閘管，但本公開不限于此。整流濾波電容C2并聯(lián)在整流單元Rec的輸出端與第一開關(guān)電源SPSI之間。第一開關(guān)電源SPSl的輸出端與第二開關(guān)電源SPS2、第三開關(guān)電源SPS3電性連接。第二開關(guān)電源SPS2的輸入端電性連接于主電路輸出端Vout。二極管Dl電性連接在第一開關(guān)電源SPSl和第二開關(guān)電源SPS2之間以防止第一開關(guān)電源SPSI的輸出影響第二開關(guān)電源SPS2輸出。第三開關(guān)電源SPS3的輸出端電性連接于控制單元200。
[0059]本實施例輔助電源20的交流取電端和直流取電端分別設(shè)計輸出電壓相等的隔離型開關(guān)電源第一開關(guān)電源SPSl和第二開關(guān)電源SPS2，再將兩個電源的輸出并聯(lián)后與一個為控制單元200提供電源的第三開關(guān)電源SPS3相連，該方案可以阻斷環(huán)流路徑，解決環(huán)流問題，但電源數(shù)量較多，成本高，效率低。
[0060]圖3為根據(jù)本實用新型一實施例采用共模扼流圈的電路示意圖。
[0061 ]如圖3所示，本實施例采用共模扼流圈Lcm的方式，包括:主電路1，輔助電源30以及控制單元200。輔助電源30向控制單元200供電，控制單元200與主電路10電性連接以控制主電路10。
[0062]主電路1包括主電路輸入端Vin，主電路輸出端Vout。主電路10可包括LCL型濾波器Fl、功率變換單元100及輸出濾波電容Cl，但本公開不限于此。
[0063]輔助電源30包括整流單元Rec，整流濾波電容C2，共模扼流圈Lcm，開關(guān)電源SPS，以及二極管Dl。
[0064]整流單元Rec電性連接在主電路輸入端Vin與整流濾波電容C2之間，可利用二極管或晶閘管，但本公開不限于此。整流濾波電容C2并聯(lián)在整流單元Rec的輸出端與共模扼流圈Lcm之間。共模扼流圈Lcm的輸出端還與開關(guān)電源SPS的輸入端電性連接。二極管Dl串聯(lián)在整流濾波電容C2和共模扼流圈Lcm之間，以防止整流單元Rec的輸出影響主電路輸出。共模扼流圈Lcm的輸入端電性連接于主電路輸出端Vout。開關(guān)電源SPS的輸出端電性連接于控制單元200。
[0065]本實施例在主電路輸出端Vout增加共模扼流圈Lcm抑制環(huán)流，可以有效減小環(huán)流，但不能徹底阻斷環(huán)流路徑，且共模扼流圈Lcm設(shè)計難度大。
[0066]圖4為根據(jù)本實用新型一實施例采用隔離變壓器電路示意圖。
[0067]如圖4所示，本實施例采用隔離變壓器電路的方式，包括:主電路10，輔助電源40以及控制單元200。輔助電源40向控制單元200供電。控制單元200與主電路10電性連接以控制主電路10。
[0068]主電路10包括主電路輸入端Vin，主電路輸出端Vout。主電路10可包括濾波器Fl、功率變換單元100及輸出濾波電容Cl，但本公開不限于此。
[0069]濾波器Fl的輸入端與主電路輸入端Vin電性連接，對輸入端的交流信號進(jìn)行濾波。功率變換單元100電性連接在濾波器Fl和主電路輸出端之間。功率變換單元100可利用絕緣柵雙極型晶體管IGBT( Insulated Gate Bipolar Translator)、晶閘管或場效應(yīng)晶體管MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)對濾波后的信號進(jìn)行功率變換，但本公開不限于此。輸出濾波電容Cl對功率變換后的信號進(jìn)行濾波，提供信號給主電路輸出端Vout輸出。
[0070]輔助電源40包括隔離變壓器TR，整流單元Rec，整流濾波電容C2，開關(guān)電源SPS，以及二極管Dl。
[0071 ]隔離變壓器TR電性連接在主電路輸入端Vin與整流單元Rec之間。整流濾波電容C2并聯(lián)在整流單元Rec的輸出端與開關(guān)電源SPS的輸入端之間。開關(guān)電源SPS的輸入端還與主電路輸出端Vout電性連接。開關(guān)電源SPS的輸出端電性連接于控制單元200。二極管DI串聯(lián)在整流單元Rec輸出端和主電路輸出端Vout之間，以防止整流單元Rec的輸出影響主電路輸出。整流單元Rec可利用二極管或晶閘管，但本公開不以此為限。
[0072]本實施例的有源前端變換器，增加了一個隔離變壓器TR在主電路輸入端Vin與整流單元Rec輸入端之間。輔助電源40從交流側(cè)取電時，交流電可以正常通過隔離變壓器TR，再經(jīng)過整流單元Rec整流后提供給開關(guān)電源SPS正常工作；從直流側(cè)取電時，直流電經(jīng)過二極管Dl，提供給開關(guān)電源SPS正常工作;而隔離變壓器TR可以阻斷主電路流經(jīng)輔助電源40的環(huán)流路徑，使環(huán)流消失。本實施例的輔助電源40電路部分，只設(shè)置了 I個開關(guān)電源SPS，電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計簡單，可以節(jié)約使用多個SPS的材料和設(shè)計成本，提高效率，同時減少印制電路板的使用面積，有利于縮小器件尺寸。隔離變壓器TR選用市售普通的隔離變壓器即可，設(shè)計簡單，穩(wěn)定性高。并且，本實施例的電路結(jié)構(gòu)能夠完全阻斷環(huán)流，消除環(huán)流的干擾。
[0073]上述實施例中采用的部件只是示例性的說明，本公開不以此為限，開關(guān)電源可以采用反激式隔離變換器、半橋式隔離變換器或者全橋式隔離變換器。整流單元Rec可以利用二極管或者晶閘管。主電路10中的功率變換單元100可以利用絕緣柵雙極晶體管1681\晶閘管或者場效應(yīng)晶體管MOSFET。
[0074]以上具體地示出和描述了本實用新型的示例性實施方式。應(yīng)該理解，本實用新型不限于所公開的實施方式，相反，本實用新型意圖涵蓋包含在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種修改和等效置換。
【主權(quán)項】
1.一種有源前端變換器，包括主電路、輔助電源以及控制單元，所述輔助電源向所述控制單元供電，所述控制單元與所述主電路電性連接以控制所述主電路，其特征在于: 所述主電路包括主電路輸入端和主電路輸出端； 所述輔助電源包括隔離變壓器、整流單元、至少一電容、一開關(guān)電源以及至少一二極管，其中: 所述隔離變壓器電性連接在所述主電路輸入端與所述整流單元輸入端之間； 所述至少一電容并聯(lián)在所述整流單元的輸出端與所述開關(guān)電源的輸入端之間； 所述開關(guān)電源的輸入端還與所述主電路輸出端電性連接； 所述開關(guān)電源的輸出端電性連接于所述控制單元； 所述至少一二極管串聯(lián)在所述整流單元輸出端和所述主電路輸出端之間。2.如權(quán)利要求1所述的有源前端變換器，其特征在于，所述開關(guān)電源包括反激式隔離變換器、半橋式隔離變換器或者全橋式隔離變換器。3.如權(quán)利要求1所述的有源前端變換器，其特征在于，所述開關(guān)電源的數(shù)量為一個。4.如權(quán)利要求1所述的有源前端變換器，其特征在于，所述整流單元包括二極管或者晶閘管。5.如權(quán)利要求1所述的有源前端變換器，其特征在于，所述主電路中包括一濾波器。6.如權(quán)利要求5所述的有源前端變換器，其特征在于，所述濾波器包括至少一個電感。7.如權(quán)利要求1所述的有源前端變換器，其特征在于，所述主電路中包括一功率變換單J L ο8.如權(quán)利要求7所述的有源前端變換器，其特征在于，所述功率變換單元包括絕緣柵雙極晶體管、晶閘管或者金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。9.如權(quán)利要求1所述的有源前端變換器，其特征在于，所述主電路包括一輸出濾波電容。
【文檔編號】H02M7/155GK205453524SQ201521064124
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月18日
【發(fā)明人】王德強, 鐘升
【申請人】中達(dá)電子零組件(吳江)有限公司