專利名稱：一種電源轉(zhuǎn)換器以及輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源技術(shù)，具體涉及一種電源轉(zhuǎn)換器以及輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)電源的頻率是標(biāo)準(zhǔn)的50Hz。然而，在很多應(yīng)用領(lǐng)域中，需要使用的電源頻率 卻不是電網(wǎng)電源的50Hz，而是其它特定的頻率。比如，在鐵路應(yīng)用中，25Hz的電源頻率被廣 泛用于狀態(tài)靈敏度測試電路；在飛機(jī)站點(diǎn)測試中，使用的電子設(shè)備需要400Hz的電源頻率。 這樣，在具體的應(yīng)用中，就需要使用電源轉(zhuǎn)換器將電網(wǎng)所提供電源的標(biāo)準(zhǔn)50Hz頻率轉(zhuǎn)換為 實(shí)際所需的頻率，即，進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中電源轉(zhuǎn)換器的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是在現(xiàn)有技術(shù)中電源轉(zhuǎn)換 器進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的流程圖。參見圖1和圖2，在現(xiàn)有技術(shù)中，進(jìn)行輸入/輸出頻 率轉(zhuǎn)換的過程主要包括如下步驟步驟201 從電網(wǎng)輸入的具有標(biāo)準(zhǔn)50Hz頻率的三相交流電首先被輸入第一級的 AC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行整流，整流波形經(jīng)過大型電容器C的濾波轉(zhuǎn)換為直流電源。步驟202 第二級的DC/AC轉(zhuǎn)換器對該直流電源進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生離散的脈寬固 定的高頻脈沖序列。步驟203 脈寬固定的高頻脈沖序列經(jīng)過隔離變壓器傳輸至第三級的AC/DC轉(zhuǎn)換
ο步驟204 第三級的AC/DC轉(zhuǎn)換器對離散的高頻脈沖序列進(jìn)行整流，然后經(jīng)過大型 電容器C的濾波轉(zhuǎn)換為直流電源。步驟205 該直流電源依次經(jīng)過第四級的DC/AC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換以及LC濾波器的濾 波處理，產(chǎn)生滿足負(fù)載要求的交流電輸出頻率。根據(jù)圖1以及以上描述可以看出，利用現(xiàn)有技術(shù)中的電源轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸入/輸出 頻率轉(zhuǎn)換時，由于電源轉(zhuǎn)換器中包括4個AC-DC轉(zhuǎn)換器，需要進(jìn)行4級直流與交流之間的互 相轉(zhuǎn)換，而每一級轉(zhuǎn)換都會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率的損耗，因此，最終電源轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率會大大 降低，通常少于85%。進(jìn)一步地，由于現(xiàn)有技術(shù)中電源轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的過程中，電源 需要多次以直流態(tài)存在，這樣則意味著需要使用多個大型電容器C對整流后的波形進(jìn)行濾 波來得到該直流態(tài)，由于使用了多個大型電容器，因此，造成了電源轉(zhuǎn)換器的體積大、成本 高并且壽命低。進(jìn)一步地，由于現(xiàn)有技術(shù)中電源轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的AC/DC轉(zhuǎn)換器均為單向整流器，因 此很難適用于多種負(fù)載的多種輸出頻率要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種電源轉(zhuǎn)換器以及輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換方法，以便 于提高頻率轉(zhuǎn)換的效率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電源轉(zhuǎn)換器，包括第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器，對來自電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流，以及根據(jù)各個脈沖的 伏秒積相同的原則對整流波形進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生高頻脈沖序列；變壓器，對第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻脈沖序列進(jìn)行隔離，輸出至第二級AC/ AC轉(zhuǎn)換器；第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器，將變壓器輸出的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻率為所需輸出 頻率的脈沖序列；LC濾波器，對第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖序列進(jìn)行濾波，得到具有所需輸出 頻率的交流電?？蛇x地，所述第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括由6個雙向開關(guān)組成的三相橋式電路，該 6個雙向開關(guān)均工作于高速開關(guān)狀態(tài)，來自電網(wǎng)的三相交流電輸入分別連接到三相橋式電 路中的每一相；該6個雙向開關(guān)通過執(zhí)行導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)時選擇三相交流電輸入中線電壓 最高的兩相，同時根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同的原則控制每一個雙向開關(guān)的開關(guān) 頻率，產(chǎn)生出高頻脈沖序列?？蛇x地，所述第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括整流模塊和斬波模塊，整流模塊包括由6個單向開關(guān)組成的三相橋式電路，來自電網(wǎng)的三相交流電輸入 分別連接到三相橋式電路中的每一相；該6個單向開關(guān)通過執(zhí)行導(dǎo)通和關(guān)斷，對三相交流 電輸入進(jìn)行全波整流，該6個單向開關(guān)的開關(guān)頻率為電網(wǎng)頻率，整流后波形輸出至斬波模 塊；斬波模塊包括由4個單向開關(guān)組成的H橋，該4個單向開關(guān)均工作于高速開關(guān)狀 態(tài)，該4個單向開關(guān)通過執(zhí)行導(dǎo)通和關(guān)斷，以及根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同的原 則控制該4個單向開關(guān)的開關(guān)頻率，產(chǎn)生出高頻脈沖序列?？蛇x地，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括2個雙向開關(guān)，該2個雙向開關(guān)中的每一 個雙向開關(guān)的一端與變壓器副邊相連，另一端連接到一起與LC濾波器中的電感L連接，該 電感L的另外一端和跨接在變壓器副邊中間抽頭的LC濾波器中的電容C連接，通過控制該 2個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該2個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出 基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列?？蛇x地，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括2個雙向開關(guān)，該2個雙向開關(guān)中的每一 個雙向開關(guān)的一端與變壓器副邊相連，另一端連接到一起與LC濾波器中的電感L連接，電 感L的另外一端和跨接在變壓器副邊另一端的LC濾波器中的電容C連接，通過控制該2個 雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該2個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基 波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列。可選地，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括以全橋整流的方式連接在一起的4個雙 向開關(guān)，該4個雙向開關(guān)中的每個雙向開關(guān)的一端與變壓器副邊繞組連接，另外一端相互 兩兩連接，并分別與LC濾波器連接，通過控制該4個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該4個 雙向開關(guān)的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列。較佳地，當(dāng)所述開關(guān)為IGBT時，任意一個雙向開關(guān)為兩個IGBT的發(fā)射極相連所形成的雙向開關(guān)；
或者，兩個IGBT的集電極相連形成的雙向開關(guān)；或者，一個IGBT的集電極接到單相二極管整流橋的正極，發(fā)射極接到單相二極管整流 橋的負(fù)極所形成的雙向開關(guān)。一種進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的方法，應(yīng)用于包括第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器、變壓器、 第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器以及LC濾波器的電源轉(zhuǎn)換器中，包括A、由第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器對來自電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流，并且根據(jù)各個脈沖 的伏秒積相同的原則直接對整流波形進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生高頻脈沖序列；B、由變壓器對第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻脈沖序列進(jìn)行隔離；C、由第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器將變壓器產(chǎn)生的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻率為所需 輸出頻率的脈沖序列；D、由LC濾波器對第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖序列進(jìn)行濾波，得到具有所需輸 出頻率的交流電?？蛇x地，所述第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括由6個雙向開關(guān)組成的三相橋式電路，該 6個雙向開關(guān)均工作于高速開關(guān)狀態(tài)，來自電網(wǎng)的三相交流電輸入分別連接到三相橋式電 路中的每一相；所述步驟A包括通過控制第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中6個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí) 時選擇三相交流電輸入中線電壓最高的兩相，同時根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同的 原則控制該6個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率，產(chǎn)生出高頻脈沖序列。可選地，所述第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括整流模塊和斬波模塊，整流模塊包括由6 個單向開關(guān)組成的三相橋式電路，來自電網(wǎng)的三相交流電輸入分別連接到三相橋式電路中 的每一相；斬波模塊包括由4個單向開關(guān)組成的H橋，該4個單向開關(guān)均工作于高速開關(guān)狀 態(tài)，在步驟A中，所述進(jìn)行整流的步驟包括通過控制整流模塊中的6個單向開關(guān)的導(dǎo) 通和關(guān)斷，并控制該6個單向開關(guān)的開關(guān)頻率為電網(wǎng)頻率，對三相交流電輸入進(jìn)行全波整 流；在步驟A中，所述進(jìn)行高頻斬波的步驟包括通過控制斬波模塊中4個單向開關(guān)的 導(dǎo)通和關(guān)斷，并根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同的原則控制該4個單向開關(guān)的開關(guān)頻 率，對整流模塊輸出的整流波形進(jìn)行高頻斬波。可選地，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括2個雙向開關(guān)，該2個雙向開關(guān)中的每一 個雙向開關(guān)的一端與變壓器副邊相連，另一端連接到一起與LC濾波器中的電感L連接，該 電感L的另外一端和跨接在變壓器副邊中間抽頭的LC濾波器中的電容C連接；或者，所述 第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括2個雙向開關(guān)，該2個雙向開關(guān)中的每一個雙向開關(guān)的一端與 變壓器副邊相連，另一端連接到一起與LC濾波器中的電感L連接，電感L的另外一端和跨 接在變壓器副邊另一端的LC濾波器中的電容C連接；或者，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包 括以全橋整流的方式連接在一起的4個雙向開關(guān)，該4個雙向開關(guān)中的每個雙向開關(guān)的一 端與變壓器副邊繞組連接，另外一端相互兩兩連接，并分別與LC濾波器連接；所述步驟C包括通過控制所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中各個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)
7斷，且控制該各個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基波頻率為所需輸出頻 率的脈沖序列由此可見，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)利用本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器，只使用一個第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器就能夠得到現(xiàn)有電 源轉(zhuǎn)換器中第一級AC/DC轉(zhuǎn)換器、大型電容器和第二級DC/AC轉(zhuǎn)換器共同作用后才能得到 的高頻脈沖序列，并且，只使用一個第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器就能夠得到現(xiàn)有電源轉(zhuǎn)換器中第 三級AC/DC轉(zhuǎn)換器、大型電容器和第四級DC/AC轉(zhuǎn)換器共同作用后才能得到的輸入LC濾波 器的整流波形，并且，中間不存在電源的直流態(tài)。因此，本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器消除了電源的 直流態(tài)，使用較少的2級轉(zhuǎn)換器就可完成現(xiàn)有技術(shù)中4級轉(zhuǎn)換器以及2個大型電容器共同 作用才能完成的輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換過程，因此，大大提高了頻率的轉(zhuǎn)換效率。2)進(jìn)一步地，由于在本發(fā)明中，消除了中間階段電源的直流態(tài)，因此無需現(xiàn)有技術(shù) 中的使用多個大型電容器C來濾波出直流電源，由于無需使用多個大型電容器C，因此，減 小了電源轉(zhuǎn)換器的體積、降低了成本并且延長了電源轉(zhuǎn)換器的壽命。3)進(jìn)一步地，由于在本發(fā)明中，AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的開關(guān)均為雙向開關(guān)，能夠進(jìn)行 電流的雙向流動以及電壓的雙向阻斷，從而完成了雙向整流，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)能量交換，因此 能夠適用于多種負(fù)載的多種輸出頻率要求。4)輸出波形與輸入波形之間沒有任何聯(lián)系，且能夠被任意定義，因此，無需改變?nèi)?何硬件結(jié)構(gòu)，僅通過改變輸出設(shè)置就能夠達(dá)到輸出結(jié)果的可配置性。


下面將通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更 清楚本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中電源轉(zhuǎn)換器的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是在現(xiàn)有技術(shù)中電源轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的流程圖；圖3是本發(fā)明中電源轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖4a是在本發(fā)明中第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4b是在本發(fā)明中第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖5a是本發(fā)明提供的第一種雙向開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5b是本發(fā)明提供的第二種雙向開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5c是本發(fā)明提供的第三種雙向開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6a是在本發(fā)明中第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的第一種結(jié)構(gòu)示意圖以及與前級的 變壓器和后級的LC濾波器的連接示意圖；圖6b是在本發(fā)明中第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的第二種結(jié)構(gòu)示意圖以及與前級的 變壓器和后級的LC濾波器的連接示意圖；圖6c是在本發(fā)明中第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的第三種結(jié)構(gòu)示意圖以及與前級的 變壓器和后級的LC濾波器的連接示意圖；圖7是在本發(fā)明一個實(shí)施例中電源轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的一種較佳結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是在本發(fā)明另一個實(shí)施例中電源轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的一種較佳結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是在本發(fā)明實(shí)施例1中進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的流程圖10a是在本發(fā)明實(shí)施例中產(chǎn)生的高頻脈沖序列的波形圖；圖10b是在本發(fā)明實(shí)施例中基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列的波形圖；圖11是在本發(fā)明實(shí)施例2中進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的流程圖；圖12是在本發(fā)明實(shí)施例2中全波整流后的波形圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于需要進(jìn)行4級直流與交流之間的互相轉(zhuǎn)換，因此，會使得最終 電源輸出頻率的轉(zhuǎn)換效率降低。分析可知，由于輸入電源和最終輸出電源都是交流電，因 此，如果能夠直接從輸入的交流電頻率轉(zhuǎn)換為輸出的交流電頻率，消除中間階段的直流態(tài)， 則能夠大大提高輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的效率。因此，本發(fā)明提出了一種能夠直接從輸入的交流電頻率轉(zhuǎn)換為輸出的交流電頻率 (消除中間階段直流態(tài))的電源轉(zhuǎn)換器。圖3是本發(fā)明中電源轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。 參見圖3，該電源轉(zhuǎn)換器包括第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器，對來自電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流，以及根據(jù)各個脈沖的 伏秒積相同的原則直接對整流波形進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生高頻脈沖序列；變壓器，對第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻脈沖序列進(jìn)行隔離，輸出至第二級AC/ AC轉(zhuǎn)換器；第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器，將變壓器輸出的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻率為所需輸出 頻率的脈沖序列；LC濾波器，對第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖序列進(jìn)行濾波，得到具有所需輸出 頻率的交流電。相應(yīng)地，本發(fā)明還提出了一種輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換方法，該方法的核心思想是由 第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器對來自電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流，并且根據(jù)各個脈沖的伏秒積相同 的原則直接對整流波形進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生高頻脈沖序列；由變壓器對第一級AC/AC轉(zhuǎn)換 器產(chǎn)生的高頻脈沖序列進(jìn)行隔離；由第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器將變壓器產(chǎn)生的高頻脈沖序列轉(zhuǎn) 換為基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列；由LC濾波器對第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖 序列進(jìn)行濾波，得到具有所需輸出頻率的交流電?？梢?，利用本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器，只使用一個第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器就能夠得到現(xiàn) 有電源轉(zhuǎn)換器中第一級AC/DC轉(zhuǎn)換器、大型電容器和第二級DC/AC轉(zhuǎn)換器共同作用后才能 得到的高頻脈沖序列，并且，只使用一個第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器就能夠得到現(xiàn)有電源轉(zhuǎn)換器 中第三級AC/DC轉(zhuǎn)換器、大型電容器和第四級DC/AC轉(zhuǎn)換器共同作用后才能得到的輸入LC 濾波器的整流波形，并且，中間不存在電源的直流態(tài)。因此，本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器消除了電 源的直流態(tài)，使用較少的2級轉(zhuǎn)換器就可完成現(xiàn)有技術(shù)中4級轉(zhuǎn)換器以及2個大型電容器 共同作用才能完成的輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換過程，因此，大大提高了頻率的轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)以上描述可知，在本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器中，第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器主要是用來 對三相交流電的整流波形直接進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生能夠輸入到變壓器的高頻脈沖序列。在實(shí)際的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)中，第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器可以通過如下兩種方式來執(zhí)行對三相交流電的整 流波形直接進(jìn)行高頻斬波，從而產(chǎn)生高頻脈沖序列方式一、在對電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流的同時進(jìn)行高頻斬波。方式二、先對電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流，再對整流之后的波形進(jìn)行高頻斬波。圖4a是在本發(fā)明中第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的一種結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖4a，當(dāng) 第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器采用上述方式一來產(chǎn)生高頻脈沖序列時，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如圖4a所示， 包括由六個雙向開關(guān)組成的三相橋式電路，電網(wǎng)的三相交流電輸入分別連接到三相橋式電 路中的每一相。該6個雙向開關(guān)通過執(zhí)行導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)時選擇三相交流電輸入中線電壓 最高的兩相，同時該6個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同原則決 定，從而最終產(chǎn)生能夠直接傳輸?shù)阶儔浩鞯母哳l脈沖序列。 參見圖4a，當(dāng)雙向開關(guān)使用IGBT時，三相橋式電路中，每一個雙向開關(guān)是通過將 兩個IGBT的發(fā)射極(E極)相互連接而構(gòu)成。圖4b是在本發(fā)明中第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖4b，當(dāng) 第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器采用上述方式二來產(chǎn)生高頻脈沖序列時，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如圖4b所示， 包括整流模塊和斬波模塊。其中，整流模塊包括由6個單向開關(guān)組成的三相橋式電路，來自 電網(wǎng)的三相交流電輸入分別連接到三相橋式電路中的每一相；該6個單向開關(guān)通過執(zhí)行導(dǎo) 通和關(guān)斷，對三相交流電輸入進(jìn)行全波整流，該6個單向開關(guān)的開關(guān)頻率為電網(wǎng)頻率；斬波 模塊包括由4個單向開關(guān)組成的H橋，該4個單向開關(guān)均工作于高速開關(guān)狀態(tài)，該4個單向 開關(guān)通過執(zhí)行導(dǎo)通和關(guān)斷，以及根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同的原則控制該4個單 向開關(guān)的開關(guān)頻率，對整流模塊輸出的整流波形進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生出高頻脈沖序列。參見圖4b，當(dāng)雙向開關(guān)使用IGBT時，三相橋式電路中，利用IGBT代替常用的三相 二極管不控整流橋，具體地，上端的三個IGBT的集電極相互連接，發(fā)射極分別連接輸入的 電網(wǎng)的三相交流電的三相；下端的三個IGBT的集電極分別連接輸入的電網(wǎng)的三相交流電 的三相，發(fā)射極相互連接。在上述圖4a所示的第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中，使用了雙向開關(guān)來構(gòu)造三相橋式電 路。而現(xiàn)有技術(shù)中僅有單向開關(guān)，而沒有雙向開關(guān)，因此，本發(fā)明中提供了三種雙向開關(guān)的 構(gòu)造方法。圖5a是本發(fā)明提供的第一種雙向開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖5a，在構(gòu)造雙向開 關(guān)時，一種可行的實(shí)現(xiàn)方式為兩個IGBT的發(fā)射極(E)相連，形成雙向開關(guān)。圖5b是本發(fā) 明提供的第二種雙向開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖5b，在構(gòu)造雙向開關(guān)時，另一種可行的實(shí)現(xiàn) 方式為兩個IGBT的集電極(C)相連，形成雙向開關(guān)。圖5c是本發(fā)明提供的第三種雙向開 關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖5c，在構(gòu)造雙向開關(guān)時，又一種可行的實(shí)現(xiàn)方式為IGBT的集電極 接到單相二極管整流橋的正極，發(fā)射極接到單相二極管整流橋的負(fù)極，形成雙向開關(guān)。本發(fā) 明中提供的雙向開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)電流雙向流動，電壓雙向阻斷的目的。可以看出，在上述圖4a所示的第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中的雙向開關(guān)是利用圖5a所 示的雙向開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)中，也可以將圖4a所示的第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中 的雙向開關(guān)替換為圖5b和圖5c中所示的雙向開關(guān)。在本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器中，第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器的主要功能是將變壓器輸出的高 頻脈沖序列直接轉(zhuǎn)換為基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列。在本發(fā)明中，該第二級AC/AC 轉(zhuǎn)換器的功能可以通過雙向開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，此時，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)可以包括三種實(shí)現(xiàn)方式。
圖6a是在本發(fā)明中第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的第一種結(jié)構(gòu)示意圖以及與前級的 變壓器和后級的LC濾波器的連接示意圖。參見圖6a，圖6a中的實(shí)現(xiàn)方式類似于常規(guī)的雙 半波整流方式，圖6a中的雙向開關(guān)采用圖5a所示的雙向開關(guān)構(gòu)成。兩個雙向開關(guān)的一端與 變壓器副邊相連，另一端連接到一起與外部后級的LC濾波器中的電感L連接，該電感L的 另外一端和跨接在變壓器副邊中間抽頭的電容C連接構(gòu)成低通濾波電路，通過控制該2個 雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該2個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基 波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列。具體工作原理包括當(dāng)變壓器原邊為正脈沖時，圖6a 中上部的雙向開關(guān)(記為雙向開關(guān)01)導(dǎo)通后，輸出正脈沖，下部的雙向開關(guān)(記為雙向開 關(guān)02)導(dǎo)通后，輸出負(fù)脈沖；當(dāng)變壓器原邊為負(fù)脈沖時，雙向開關(guān)01導(dǎo)通后，輸出負(fù)脈沖，雙 向開關(guān)02導(dǎo)通后，輸出正脈沖。這樣通過選擇雙向開關(guān)的開通方式，將經(jīng)過變壓器的高頻 的交流脈沖變換為低頻的脈沖串，其輸出波形的基波為所需要的輸出電壓，經(jīng)LC濾波后得 到所需要頻率的交流電。圖6b是在本發(fā)明中第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的第二種結(jié)構(gòu)示意圖以及與前級的 變壓器和后級的LC濾波器的連接示意圖。參見圖6b，圖6b中的實(shí)現(xiàn)方式類似于常規(guī)的半 波整流方式，圖6b中的雙向開關(guān)采用圖5a所示的雙向開關(guān)構(gòu)成。兩個雙向開關(guān)的一端與 變壓器副邊相連，另一端連接到一起與電感L連接，電感L的另外一端和跨接在副邊另一端 的電容C連接構(gòu)成低通濾波電路，通過控制該2個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該2個雙 向開關(guān)的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列。其工 作原理為當(dāng)變壓器原邊為正脈沖時，圖6b中上部的雙向開關(guān)(記為雙向開關(guān)11)導(dǎo)通后， 輸出正脈沖，右側(cè)的雙向開關(guān)(記為雙向開關(guān)12)導(dǎo)通后，輸出零脈沖；當(dāng)原邊為負(fù)脈沖時， 雙向開關(guān)11導(dǎo)通后，輸出負(fù)脈沖，雙向開關(guān)12導(dǎo)通后，輸出零脈沖。這樣通過選擇雙向開 關(guān)的開通方式，將經(jīng)過變壓器的高頻的交流脈沖變換為低頻的脈沖串，其輸出波形的基波 為所需要的輸出電壓，經(jīng)LC濾波后得到所需要頻率的交流電。圖6c是在本發(fā)明中第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的第三種結(jié)構(gòu)示意圖以及與前級的 變壓器和后級的LC濾波器的連接示意圖。參見圖6c，圖6c中的實(shí)現(xiàn)方式類似于常規(guī)的全 波整流方式，圖6c中的雙向開關(guān)采用圖5a所示的雙向開關(guān)構(gòu)成。四個雙向開關(guān)接成全橋 整流的方式。每個雙向開關(guān)的一端與變壓器副邊繞組連接，另外一端相互兩兩連接，與LC 低通濾波器相連，通過控制該4個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該4個雙向開關(guān)的開關(guān)頻 率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列。其工作原理為當(dāng)變壓 器原邊為正脈沖時，雙向開關(guān)22、23導(dǎo)通后，輸出正脈沖，雙向開關(guān)21、24導(dǎo)通后，輸出負(fù)脈 沖；當(dāng)原邊為負(fù)脈沖時，雙向開關(guān)21、24導(dǎo)通后，輸出負(fù)脈沖，雙向開關(guān)22、23導(dǎo)通后，輸出 正脈沖。這樣通過選擇雙向開關(guān)的開通方式，將高頻的交流脈沖變換為低頻的脈沖串，其輸 出波形的基波為所需要的輸出電壓，經(jīng)LC濾波后得到所需要頻率的交流電。上述圖6a至圖6c所示的第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中，為了保證從第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器 輸出基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列，所有雙向開關(guān)的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率。將以上描述的圖4a和圖4b所示兩種第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和圖6b所示的 第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行組合，可以得到本發(fā)明所提供的電源轉(zhuǎn)換器的兩種較 佳的具體結(jié)構(gòu)。圖7是在本發(fā)明一個實(shí)施例中電源轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的一種較佳結(jié)構(gòu)示意圖。圖 7所示的電源轉(zhuǎn)換器是利用圖4a所示的第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器和圖6b所示的第二級AC/AC
11轉(zhuǎn)換器及其與變壓器和LC濾波器的連接方式而構(gòu)成。圖8是在本發(fā)明另一個實(shí)施例中電 源轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的一種較佳結(jié)構(gòu)示意圖。圖8所示的電源轉(zhuǎn)換器是利用圖4b所示的第一級 AC/AC轉(zhuǎn)換器和圖6b所示的第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器及其與變壓器和LC濾波器的連接方式而 構(gòu)成。以上對本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成方式進(jìn)行了描述。下面結(jié)合本發(fā)明中電源轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成來詳細(xì)說明本發(fā)明進(jìn)行輸入/輸 出頻率轉(zhuǎn)換的具體實(shí)現(xiàn)過程。實(shí)施例1 本實(shí)施例1是利用圖7所示結(jié)構(gòu)的電源轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換。圖9是在本發(fā)明實(shí)施例1中進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的流程圖。參見圖9，利用圖 7所示結(jié)構(gòu)的本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的過程具體包括以下步驟步驟901 來自電網(wǎng)的三相交流電A、B、C分別輸入到第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中由六 個雙向開關(guān)(1至6)組成的三相橋式電路中的每一相。步驟902 對三相交流電進(jìn)行全波整流，在整流過程中根據(jù)各個脈沖的伏秒積相 同的原則對實(shí)時整流出的波形進(jìn)行實(shí)時高頻斬波，產(chǎn)生高頻脈沖序列。參見圖7，本步驟的過程具體包括通過控制第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中6個雙向開關(guān) 的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)時選擇三相交流電輸入中線電壓最高的兩相，同時根據(jù)各個脈沖的伏秒 積相同的原則控制雙向開關(guān)的導(dǎo)通時間，從而最終產(chǎn)生高頻脈沖序列。其中，由于是一邊進(jìn) 行整流，一邊進(jìn)行高頻斬波，因此，該6個雙向開關(guān)均工作于高速開關(guān)狀態(tài)。比如，當(dāng)前的輸入中，AB的線電壓的峰值最高時，選擇AB進(jìn)行斬控形成中間環(huán)節(jié) 的高頻脈沖。當(dāng)雙向開關(guān)1、6導(dǎo)通，3、4關(guān)斷時，中間環(huán)節(jié)為正脈沖；當(dāng)雙向開關(guān)3、4導(dǎo)通， 1、6關(guān)斷時，中間環(huán)節(jié)為負(fù)脈沖；當(dāng)雙向開關(guān)1、4導(dǎo)通且3、6關(guān)斷時，或者3、6導(dǎo)通且1、4 關(guān)斷時，中間環(huán)節(jié)為零。當(dāng)然，為了保證斬波出的各個脈沖的伏秒平衡，需要實(shí)時檢測輸入 電壓的瞬時值并根據(jù)電壓的大小計(jì)算出每個脈沖的占空比，從而達(dá)到每個脈沖的伏秒積相 同。經(jīng)過本步驟的處理，則產(chǎn)生了各個脈沖的脈寬并不固定但伏秒積相同的高頻脈沖 序列，其波形可參見圖10a。步驟903 變壓器對第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻脈沖序列進(jìn)行隔離，輸出至第 二級AC/AC轉(zhuǎn)換器。需要說明的是，本發(fā)明可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多種頻率輸出，以便根據(jù)實(shí)際需要連接不 同頻率的多個負(fù)載。因此，在圖7中，是將具有圖6b所示結(jié)構(gòu)的多個第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器 與變壓器分別相連。這樣，在本步驟中，可以根據(jù)實(shí)際需要，變壓器的輸出被輸出到指定的 第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器。步驟904 第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中，將變壓器輸出的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻率 為所需輸出頻率的脈沖序列。在本步驟中，具體是通過控制第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中的兩個雙向開關(guān)，該兩個雙 向開關(guān)的開關(guān)頻率等于所需輸出頻率，將變壓器輸出的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻率為所 需輸出頻率的脈沖序列。過程包括當(dāng)變壓器原邊為正脈沖時，雙向開關(guān)11導(dǎo)通，輸出正脈 沖，雙向開關(guān)12導(dǎo)通后，輸出零脈沖；當(dāng)變壓器原邊為負(fù)脈沖時，雙向開關(guān)11導(dǎo)通，輸出負(fù)脈沖，雙向開關(guān)12導(dǎo)通后，輸出零脈沖。這樣通過選擇雙向開關(guān)的開通方式，將高頻的交流 脈沖變換為低頻的脈沖串，其輸出波形的基波頻率為所需要的輸出頻率。經(jīng)過本步驟處理 后的波形可以參見圖10b。步驟905 :LC濾波器對第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖序列進(jìn)行濾波，得到具有所 需輸出頻率的交流電輸出。實(shí)施例2:本實(shí)施例2是利用圖8所示結(jié)構(gòu)的電源轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換。圖11是在本發(fā)明實(shí)施例2中進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的流程圖。參見圖8和圖 11，利用圖8所示結(jié)構(gòu)的本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的過程具體包括以下 步驟步驟1101 來自電網(wǎng)的三相交流電A、B、C分別輸入到第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中由 IGBT代替常用的三相二極管組成的不控整流橋中的每一相。步驟1102 對三相交流電進(jìn)行全波整流。參見圖8，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)包括在第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器的整流模塊中，控制6 個單向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，每一個單向開關(guān)的開關(guān)頻率為電網(wǎng)頻率(50Hz)，從而完成了對 三相交流電輸入的全波整流。比如，當(dāng)前AB相的線電壓輸入最高時，在整流模塊中，IGBT101和IGBT601導(dǎo)通， 開關(guān)頻率為電網(wǎng)頻率(50Hz)，其他4只IGBT關(guān)斷，這時得到的電壓為AB的電壓；在當(dāng)前 BC相的線電壓輸入最高時，在整流模塊中，IGBT301和IGBT201導(dǎo)通，開關(guān)頻率為電網(wǎng)頻率 (50Hz)，其他4只IGBT關(guān)斷，這時得到的電壓為BC的電壓；其它時候依此類推。本步驟中，利用第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中的整流模塊進(jìn)行了全波整流，輸出的波形 如圖12所示，該波形的頻率為電網(wǎng)頻率(50Hz)。步驟1103 第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中的斬波模塊根據(jù)各個脈沖的伏秒積相同的原則 對整流后的波形進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生高頻脈沖序列。參見圖8，本步驟中具體是通過控制斬波模塊中的4個單向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，以 及根據(jù)各個脈沖的伏秒積相同的原則控制該4個單向開關(guān)的開關(guān)頻率即導(dǎo)通時間，從而最 終產(chǎn)生高頻脈沖序列。該4個單向開關(guān)工作于高速開關(guān)狀態(tài)。輸入到變壓器原邊的能量(即各個脈沖的伏秒積)必須相同，在現(xiàn)有技術(shù)中，由于 是對直流電進(jìn)行高頻斬波，因此，產(chǎn)生的是脈寬固定的高頻脈沖序列(參見上述步驟202)。 而在本發(fā)明中，由于第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器直接對圖10a所示的整流波形進(jìn)行高頻斬波，因 此，為了保證產(chǎn)生并輸入到變壓器原邊的高頻脈沖序列的各個脈沖的伏秒積相同，需要根 據(jù)整流后波形對應(yīng)的輸入電壓實(shí)時地計(jì)算出導(dǎo)通開關(guān)的導(dǎo)通時間，也就是說，電壓值高的 脈沖，其脈寬小(即對應(yīng)的開關(guān)的導(dǎo)通時間短)，電壓值低的脈沖，其脈寬長(即對應(yīng)的開關(guān) 的導(dǎo)通時間長)。比如，參見圖8，當(dāng)IGBT7和IGBT10導(dǎo)通且IGBT8和IGBT9關(guān)斷時，輸出正脈沖； 當(dāng)IGBT8禾P IGBT9導(dǎo)通且IGBT7禾P IGBT10關(guān)斷時，輸出負(fù)脈沖；當(dāng)IGBT7和IGBT8導(dǎo)通且 IGBT9和IGBT10關(guān)斷時，或者IGBT9和IGBT10導(dǎo)通且IGBT7和IGBT8關(guān)斷時，輸出零電壓。 斬波模塊中的所有開關(guān)IGBT均工作在高速開關(guān)狀態(tài)，以便實(shí)現(xiàn)高頻斬波。經(jīng)過本步驟的處理，則產(chǎn)生了各個脈沖的脈寬并不固定但伏秒積相同的高頻脈沖序列，其波形可參見圖10b。步驟1104 變壓器對第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻脈沖序列進(jìn)行隔離，輸出至 第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器。需要說明的是，本發(fā)明可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多種頻率輸出，以便根據(jù)實(shí)際需要連接不 同頻率的多個負(fù)載。因此，在圖8中，是將具有圖6b所示結(jié)構(gòu)的多個第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器 與變壓器分別相連。這樣，在本步驟中，可以根據(jù)實(shí)際需要，變壓器的輸出被輸出到指定的 第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器。步驟1105 第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中，將變壓器輸出的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻 率為所需輸出頻率的脈沖序列。在本步驟中，具體是通過控制第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中的兩個雙向開關(guān)，該兩個雙 向開關(guān)的開關(guān)頻率等于所需輸出頻率，將變壓器輸出的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻率為所 需輸出頻率的脈沖序列。過程包括當(dāng)變壓器原邊為正脈沖時，雙向開關(guān)11導(dǎo)通，輸出正脈 沖，雙向開關(guān)12導(dǎo)通后，輸出零脈沖；當(dāng)變壓器原邊為負(fù)脈沖時，雙向開關(guān)11導(dǎo)通，輸出負(fù) 脈沖，雙向開關(guān)12導(dǎo)通后，輸出零脈沖。這樣通過選擇雙向開關(guān)的開通方式，將高頻的交流 脈沖變換為低頻的脈沖串，其輸出波形的基波頻率為所需要的輸出頻率。經(jīng)過本步驟處理 后的波形可以參見圖10c。步驟1106 :LC濾波器對第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖序列進(jìn)行濾波，得到具有 所需輸出頻率的交流電輸出。需要說明的是，在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，所有的開關(guān)使用的都是IGBT，在實(shí)際的 業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)中，也可以使用其他開關(guān)代替IGBT，比如使用N M0S管代替本發(fā)明上述實(shí)施例中 的IGBT等。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器，對來自電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流，以及根據(jù)各個脈沖的伏秒積相同的原則對整流波形進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生高頻脈沖序列；變壓器，對第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻脈沖序列進(jìn)行隔離，輸出至第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器；第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器，將變壓器輸出的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列；LC濾波器，對第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖序列進(jìn)行濾波，得到具有所需輸出頻率的交流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括由6個雙向開關(guān)組成的三相橋式電路，該6個雙向開 關(guān)均工作于高速開關(guān)狀態(tài)，來自電網(wǎng)的三相交流電輸入分別連接到三相橋式電路中的每一 相；該6個雙向開關(guān)通過執(zhí)行導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)時選擇三相交流電輸入中線電壓最高的兩相， 同時根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同的原則控制每一個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率，產(chǎn)生出 高頻脈沖序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括整 流模塊和斬波模塊，整流模塊包括由6個單向開關(guān)組成的三相橋式電路，來自電網(wǎng)的三相交流電輸入分別 連接到三相橋式電路中的每一相；該6個單向開關(guān)通過執(zhí)行導(dǎo)通和關(guān)斷，對三相交流電輸 入進(jìn)行全波整流，該6個單向開關(guān)的開關(guān)頻率為電網(wǎng)頻率，整流后波形輸出至斬波模塊；斬波模塊包括由4個單向開關(guān)組成的H橋，該4個單向開關(guān)均工作于高速開關(guān)狀態(tài)，該 4個單向開關(guān)通過執(zhí)行導(dǎo)通和關(guān)斷，以及根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同的原則控制 該4個單向開關(guān)的開關(guān)頻率，產(chǎn)生出高頻脈沖序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括 2個雙向開關(guān)，該2個雙向開關(guān)中的每一個雙向開關(guān)的一端與變壓器副邊相連，另一端連接 到一起與LC濾波器中的電感L連接，該電感L的另外一端和跨接在變壓器副邊中間抽頭的 LC濾波器中的電容C連接，通過控制該2個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該2個雙向開關(guān) 的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括 2個雙向開關(guān)，該2個雙向開關(guān)中的每一個雙向開關(guān)的一端與變壓器副邊相連，另一端連接 到一起與LC濾波器中的電感L連接，電感L的另外一端和跨接在變壓器副邊另一端的LC 濾波器中的電容C連接，通過控制該2個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該2個雙向開關(guān)的 開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括以 全橋整流的方式連接在一起的4個雙向開關(guān)，該4個雙向開關(guān)中的每個雙向開關(guān)的一端與 變壓器副邊繞組連接，另外一端相互兩兩連接，并分別與LC濾波器連接，通過控制該4個雙 向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該4個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基波 頻率為所需輸出頻率的脈沖序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任意一項(xiàng)所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)所述開關(guān)為IGBT時，任意一個雙向開關(guān)為兩個IGBT的發(fā)射極相連所形成的雙向開關(guān)；或者，兩個IGBT的集電極相連形成的雙向開關(guān)；或者，一個IGBT的集電極接到單相二極管整流橋的正極，發(fā)射極接到單相二極管整流橋的 負(fù)極所形成的雙向開關(guān)。
8.一種進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，應(yīng)用于包括第一級AC/AC轉(zhuǎn)換 器、變壓器、第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器以及LC濾波器的電源轉(zhuǎn)換器中，包括A、由第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器對來自電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流，并且根據(jù)各個脈沖的伏 秒積相同的原則直接對整流波形進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生高頻脈沖序列；B、由變壓器對第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻脈沖序列進(jìn)行隔離；C、由第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器將變壓器產(chǎn)生的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻率為所需輸出 頻率的脈沖序列；D、由LC濾波器對第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖序列進(jìn)行濾波，得到具有所需輸出頻 率的交流電。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，所述第一級 AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括由6個雙向開關(guān)組成的三相橋式電路，該6個雙向開關(guān)均工作于高速開 關(guān)狀態(tài)，來自電網(wǎng)的三相交流電輸入分別連接到三相橋式電路中的每一相；所述步驟A包括通過控制第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器中6個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)時選 擇三相交流電輸入中線電壓最高的兩相，同時根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同的原則 控制該6個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率，產(chǎn)生出高頻脈沖序列。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，所述第一級 AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括整流模塊和斬波模塊，整流模塊包括由6個單向開關(guān)組成的三相橋式 電路，來自電網(wǎng)的三相交流電輸入分別連接到三相橋式電路中的每一相斬波模塊包括由 4個單向開關(guān)組成的H橋，該4個單向開關(guān)均工作于高速開關(guān)狀態(tài)，在步驟A中，所述進(jìn)行整流的步驟包括通過控制整流模塊中的6個單向開關(guān)的導(dǎo)通和 關(guān)斷，并控制該6個單向開關(guān)的開關(guān)頻率為電網(wǎng)頻率，對三相交流電輸入進(jìn)行全波整流；在步驟A中，所述進(jìn)行高頻斬波的步驟包括通過控制斬波模塊中4個單向開關(guān)的導(dǎo)通 和關(guān)斷，并根據(jù)斬波出的各個脈沖的伏秒積相同的原則控制該4個單向開關(guān)的開關(guān)頻率， 對整流模塊輸出的整流波形進(jìn)行高頻斬波。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的進(jìn)行輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，所述 第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括2個雙向開關(guān)，該2個雙向開關(guān)中的每一個雙向開關(guān)的一端與 變壓器副邊相連，另一端連接到一起與LC濾波器中的電感L連接，該電感L的另外一端和 跨接在變壓器副邊中間抽頭的LC濾波器中的電容C連接；或者，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器 中包括2個雙向開關(guān)，該2個雙向開關(guān)中的每一個雙向開關(guān)的一端與變壓器副邊相連，另一 端連接到一起與LC濾波器中的電感L連接，電感L的另外一端和跨接在變壓器副邊另一端 的LC濾波器中的電容C連接；或者，所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中包括以全橋整流的方式連 接在一起的4個雙向開關(guān)，該4個雙向開關(guān)中的每個雙向開關(guān)的一端與變壓器副邊繞組連接，另外一端相互兩兩連接，并分別與LC濾波器連接；所述步驟C包括通過控制所述第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器中各個雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，且控制該各個雙向開關(guān)的開關(guān)頻率為所需的輸出頻率，產(chǎn)生出基波頻率為所需輸出頻率的脈 沖序列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電源轉(zhuǎn)換器以及進(jìn)行輸入/輸出頻率的轉(zhuǎn)換方法。電源轉(zhuǎn)換器中包括第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器，對來自電網(wǎng)的三相交流電進(jìn)行整流，以及根據(jù)各個脈沖的伏秒積相同的原則對整流波形進(jìn)行高頻斬波，產(chǎn)生高頻脈沖序列；變壓器，對第一級AC/AC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻脈沖序列進(jìn)行隔離，輸出至第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器；第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器，將變壓器輸出的高頻脈沖序列轉(zhuǎn)換為基波頻率為所需輸出頻率的脈沖序列；LC濾波器，對第二級AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖序列進(jìn)行濾波，得到具有所需輸出頻率的交流電。本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換器消除了電源轉(zhuǎn)換過程中的直流態(tài)，使用較少的2級轉(zhuǎn)換器就可完成現(xiàn)有技術(shù)中4級轉(zhuǎn)換器以及2個大型電容器共同作用才能完成的輸入/輸出頻率轉(zhuǎn)換過程，因此，大大提高了頻率的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02M5/42GK101877539SQ20091013586
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者克晶, 吳學(xué)智, 姚吉隆, 宋英華, 趙研峰 申請人:西門子(中國)有限公司