[發(fā)明專利]用于非平衡的兩相DC電網(wǎng)的整流電路和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380044063.0
• 申請(qǐng)日: 2013-08-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104541443B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E.瓦芬施密特;U.貝克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 飛利浦燈具控股公司
• 主分類號(hào): H02M7/12
• 分類號(hào): H02M7/12;H02M3/335;H02M7/23
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 江鵬飛,景軍平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于提供交流（AC）供電網(wǎng)與諸如用于例如照明目的的DC微電網(wǎng)之類的直流（DC）電網(wǎng)之間的接口的整流電路和方法。

背景技術(shù)

將改變?nèi)绾螢闃怯罟╇姷募夹g(shù)的匯聚正在發(fā)生。這些技術(shù)包括分布式發(fā)電資源（光伏面板、風(fēng)力渦輪機(jī)、燃料電池、微型渦輪機(jī)等等）的持續(xù)迅速增長(zhǎng)、高效照明技術(shù)（尤其是固態(tài)LED照明）的出現(xiàn)、無(wú)線樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、由電氣設(shè)施使用的樓宇能量的需求方管理等等。

固態(tài)照明連同包括太陽(yáng)能面板和風(fēng)能的其它基于DC的系統(tǒng)的出現(xiàn)已經(jīng)鼓勵(lì)多方追求基于DC的電力網(wǎng)，其消除浪費(fèi)能量的低效的DC/AC和AC/DC功率轉(zhuǎn)換。隨著太陽(yáng)能和風(fēng)能的新裝置和市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車的產(chǎn)量提升，AC/DC混合耦合電力網(wǎng)絡(luò)可以消耗比現(xiàn)有系統(tǒng)減少多達(dá)30%的能量，要求比現(xiàn)有系統(tǒng)減少15%的資金并且比現(xiàn)有系統(tǒng)可靠200%。DC微電網(wǎng)的使用消除設(shè)備級(jí)的AC/DC轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化設(shè)備設(shè)計(jì)和布局，提供與可再生能源的經(jīng)改進(jìn)的接口并且節(jié)省能量。通過(guò)使混合AC-DC電力架構(gòu)和DC微電網(wǎng)用于所占據(jù)的空間、數(shù)據(jù)中心、樓宇服務(wù)和室外應(yīng)用，可以使樓宇更加可持續(xù)。

DC主干電網(wǎng)典型地包括具有正電壓和負(fù)電壓的兩相DC電網(wǎng)，其中中性導(dǎo)體連接到地電位。正電壓和負(fù)電壓優(yōu)選地具有相同的絕對(duì)值。負(fù)載要么僅連接到正電壓要么僅連接到負(fù)電壓，要么連接在正電壓和負(fù)電壓的總和上。

作為問(wèn)題，AC供電網(wǎng)與DC微電網(wǎng)的兩相DC主干網(wǎng)之間的接口必須同時(shí)服務(wù)若干不同功能。其必須對(duì)電壓進(jìn)行整流，創(chuàng)建AC電網(wǎng)中的正弦電流，提供AC中性導(dǎo)體以作為DC側(cè)上的接地導(dǎo)體并且在不創(chuàng)建AC側(cè)上的任何非對(duì)稱性的情況下服務(wù)DC側(cè)的兩相上的非對(duì)稱電力需求。針對(duì)這些需求的現(xiàn)有解決方案要求大的努力，例如多級(jí)轉(zhuǎn)換器。

第一直接前向解決方案將是提供計(jì)及(account for)正半波和負(fù)半波上的對(duì)稱負(fù)載的全橋整流器，隨后是作為功率因子校正（PFC）轉(zhuǎn)換器操作以創(chuàng)建正弦電流的升壓轉(zhuǎn)換器，隨后是具有用于加DC相和減DC相的兩個(gè)隔離輸出以便能夠服務(wù)非對(duì)稱負(fù)載和將DC接地連接到AC中性的功率轉(zhuǎn)換器。該解決方案要求許多組件。因此，該電路是不利的。

又一解決方案將是使用兩個(gè)PFC電路：用于正半波的第一PFC服務(wù)正DC電壓并且用于負(fù)半波的第二PFC服務(wù)負(fù)DC電壓。該電路要求較少的組件，提供正弦AC電流和立即從AC中性到DC接地的連接。然而，DC相上的非對(duì)稱負(fù)載導(dǎo)致正半波和負(fù)半波期間的非對(duì)稱AC電流幅值。因此，該電路是不利的。

US 2010/0201285 A1描述了一種用于輸入AC電壓到DC電壓的轉(zhuǎn)換的電路裝置。該電路裝置可以包括將輸入AC電壓輸入到其中的輸入；負(fù)載可以連接到其的輸出；以及第一存儲(chǔ)電路和第二存儲(chǔ)電路，每個(gè)存儲(chǔ)電路包括至少一個(gè)電感并且各自包括至少一個(gè)電容，以及二極管網(wǎng)絡(luò)。圖7的實(shí)施例的存儲(chǔ)電路包括相應(yīng)的變壓器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標(biāo)是提供用于DC電網(wǎng)的整流電路和方法，其要求很少的組件并且防止非對(duì)稱AC電流。

該目標(biāo)通過(guò)如權(quán)利要求1中所要求保護(hù)的電路和如權(quán)利要求9中所要求保護(hù)的方法來(lái)達(dá)到。

因此，所提出的解決方案是基于包括磁耦合雙反激轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)單電路，其可以通過(guò)非常少的組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為示例，僅有包括四個(gè)耦合良好的繞組的一個(gè)變壓器、兩個(gè)開(kāi)關(guān)、用于變壓器的初級(jí)側(cè)的兩個(gè)低頻二極管、用于變壓器的次級(jí)側(cè)的兩個(gè)高頻二極管和兩個(gè)電容器。根據(jù)所提出的解決方案，電力固有地根據(jù)兩個(gè)DC輸出或相上的需求進(jìn)行分布。而且，DC輸出側(cè)上的非對(duì)稱負(fù)載不導(dǎo)致從AC供電網(wǎng)汲取的電網(wǎng)電流的非對(duì)稱性。可以在沒(méi)有復(fù)雜控制的情況下達(dá)到正弦AC電網(wǎng)電流。

根據(jù)第一方面，第一和第二初級(jí)繞組二者以一個(gè)末端連接到AC電網(wǎng)的中性線，并且第一和第二次級(jí)繞組二者以一個(gè)末端連接到DC電網(wǎng)的接地電位。從而，由存儲(chǔ)在變壓器的磁心中的磁場(chǎng)生成的放電電流基于其負(fù)載而固有地分布到DC輸出。

根據(jù)可與第一方面組合的第二方面，AC電網(wǎng)的中性線可以直接連接到DC電網(wǎng)的接地電位。

根據(jù)可與第一或第二方面組合的第三方面，第一和第二整流器電路可以各自包括僅一個(gè)二極管和一個(gè)電容器，使得電路復(fù)雜性可以保持低。

根據(jù)可與第一到第三方面中任一個(gè)組合的第四方面，第一和第二半波整流器可以各自包括僅一個(gè)二極管，其同樣服務(wù)于保持電路復(fù)雜性低。