混用拓扑及电源的制作方法

1.本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种混用拓扑及电源。


背景技术：

2.ups即不间断电源(uninterruptible power supply)，是一种含有电池的不间断电源。当交流断电时，电池放电为负载供电。由于电池没有中线，因此通常需要设置平衡桥，避免正负母线偏压。
3.现有技术中，交流整流电路中通常设置有电流采样元件用于采样电气参数对整流电路进行控制。平衡桥中也需设置电流采样元件以对平衡桥进行控制，器件利用率低。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种混用拓扑及电源，以解决整流电路和平衡桥均需设置霍尔元件进行控制，器件利用率低的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种混用拓扑，包括：整流模块、第一开关模块及第二开关模块；其中，整流模块中设置有采样元件，采样元件用于采样电路的电流参数；
6.整流模块的交流输入端分别与第一开关模块的第二端、第二开关模块的第一端及交流电源的一相连接，整流模块的正直流输出端与正直流母线连接，整流模块的负直流输出端与负直流母线连接，整流模块的中线端与n线连接；
7.第一开关模块的第一端与正直流母线连接，第二开关模块的第二端与负直流母线连接；
8.当交流电源供电时，第一开关模块及第二开关模块均断开；
9.当交流电源不供电时，第一开关模块的第二端与整流模块的中线端连通，第一开关模块与第二开关模块形成平衡桥；且采样元件串联在整流模块的中线端与第一开关模块和第二开关模块的交点之间。
10.可选的，整流模块包括：第一电感、第一开关管、第二开关管、第一二极管及第二二极管；
11.第一电感的第一端与整流模块的交流输入端连接，第一电感的第二端分别与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极及第一开关管的第一端连接；
12.第二开关管的第一端与第一开关管的第二端连接，第二开关管的第二端与整流模块的中线端连接；
13.第一二极管的阴极与整流模块的正直流输出端连接；
14.第二二极管的阳极与整流模块的负直流输出端连接。
15.可选的，采样元件串联在第一二极管的阳极、第二二极管的阴极与第一开关管的第一端的交点，与整流模块的交流输入端之间。
16.可选的，第一开关管和第二开关管均为场效应晶体管。
17.可选的，第一开关模块和第二开关模块的电路结构相同。
18.可选的，第一开关模块包括：第三开关管；
19.第三开关管的第一端与第一开关模块的第一端连接，第三开关管的第二端与第一开关模块的第二端连接。
20.可选的，混用拓扑还包括：第一开关；
21.第一开关的第一端与交流电源的一相连接，第一开关的第二端分别与整流模块的交流输入端、第一开关模块的第二端及第二开关模块的第一端连接。
22.可选的，第一开关为继电器。
23.可选的，采样元件为霍尔元件。
24.第二方面，本发明实施例提供了一种电源，包括本发明实施例第一方面提供的混用拓扑。
25.本发明实施例提供一种混用拓扑及电源。上述混用拓扑包括：整流模块、第一开关模块及第二开关模块；其中，整流模块中设置有采样元件，采样元件用于采样电路的电流参数；整流模块的交流输入端分别与第一开关模块的第二端、第二开关模块的第一端及交流电源的一相连接，整流模块的正直流输出端与正直流母线连接，整流模块的负直流输出端与负直流母线连接，整流模块的中线端与n线连接；第一开关模块的第一端与正直流母线连接，第二开关模块的第二端与负直流母线连接；当交流电源供电时，第一开关模块及第二开关模块均断开；当交流电源不供电时，第一开关模块的第二端与整流模块的中线端连通，第一开关模块与第二开关模块形成平衡桥；且采样元件串联在整流模块的中线端与第一开关模块和第二开关模块的交点之间。本发明实施例中，交流电源供电时两个开关模块断开形成整流拓扑，用于整流；电池供电时，交流电源断开，两个开关模块形成平衡桥，用于平衡直流母线的电压。本发明实施例可控制上述混用拓扑切换为平衡桥和交流整流两种拓扑，两种拓扑共用采样元件，减少了器件数量，器件复用提高了利用率，同时由于节省了器件，因此也降低了电路成本。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明实施例提供的一种混用拓扑的拓扑结构示意图；
28.图2是图1所示的混用拓扑整流时的等效拓扑图；
29.图3是图1所示的混用拓扑作为平衡桥时的等效拓扑图；
30.图4是本发明实施例提供的一种混用拓扑的电路原理图；
31.图5是本发明实施例提供的又一种混用拓扑的拓扑结构示意图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出
创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
33.本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
34.以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
35.图1为本发明实施例提供的一种混用拓扑的结构示意图。参照图1，该混用拓扑包括：整流模块11、第一开关模块12及第二开关模块13；其中，整流模块11中设置有采样元件，采样元件用于采样电路的电流参数；
36.整流模块11的交流输入端分别与第一开关模块12的第二端、第二开关模块13的第一端及交流电源的一相连接，整流模块11的正直流输出端与正直流母线bus+连接，整流模块11的负直流输出端与负直流母线bus-连接，整流模块11的中线端与n线连接；
37.第一开关模块12的第一端与正直流母线bus+连接，第二开关模块13的第二端与负直流母线bus-连接；
38.当交流电源供电时，第一开关模块12及第二开关模块13均断开；
39.当交流电源不供电时，第一开关模块12的第二端与整流模块11的中线端连通，第一开关模块12与第二开关模块13形成平衡桥；且采样元件串联在整流模块11的中线端与第一开关模块12和第二开关模块13的交点之间。
40.本发明实施例中将平衡桥和交流整流合二为一，二者共用部分器件，减少了器件数量，提供了器件的利用率。例如，两种拓扑共用采样元件，一个采样元件即可用于平衡桥电流采样，还可分时复用于整流采样，大大提高了器件的利用率。由于采样元件的成本较高，本发明实施例还降低了电路成本。
41.示例性的，交流电源供电时，控制第一开关模块12和第二开关模块13断开，形成图2所示的拓扑结构。交流电源的一相(例如，a相)通过整流模块11为正直流母线bus+和负直流母线bus-供电。
42.交流电源断电，作为平衡桥使用时，第一开关模块12和第二开关模块13的交点与n线连通，形成平衡桥，参考图3。采样元件串联在交点与n线之间，用于采样电流参数，平衡正直流母线bus+和负直流母线bus-的电压。
43.在一种可能的实施方式中，参考图4，整流模块11可以包括：第一电感l1、第一开关管q1、第二开关管q2、第一二极管d1及第二二极管d2；
44.第一电感l1的第一端与整流模块11的交流输入端连接，第一电感l1的第二端分别与第一二极管d1的阳极、第二二极管d2的阴极及第一开关管q1的第一端连接；
45.第二开关管q2的第一端与第一开关管q1的第二端连接，第二开关管q2的第二端与整流模块11的中线端连接；
46.第一二极管d1的阴极与整流模块11的正直流输出端连接；
47.第二二极管d2的阳极与整流模块11的负直流输出端连接。
48.本发明实施例中整流模块11采用无桥pfc电路用于整流及电压变换。
49.交流供电时，交流正半周时，通过第一二极管d1为正直流母线bus+充电；交流负半周时通过第二二极管d2为负直流母线bus-充电，第一开关管q1和第二开关管q2按照预设逻辑导通，实现整流及电压变换，具体电路原理在此不再赘述。
50.交流断电时，第一开关管q1和第二开关管q2均闭合，第一开关模块12和第二开关模块13的交点通过第一电感l1及采样元件与n线连接，形成平衡桥。
51.上述整流模块11用于实现平衡桥和交流整流拓扑的切换，电路结构简单，器件少，适于实际应用需求。
52.同时，由图4可知，本发明实施例不但复用采用元件，还复用第一电感l1，由于电感的体积通常较大，本发明实施例不但提高了器件的利用率，还减小了电路的体积。
53.在一种可能的实施方式中，采样元件可以串联在第一二极管d1的阳极、第二二极管d2的阴极与第一开关管q1的第一端的交点，与整流模块11的交流输入端之间。
54.采样元件与第一电感l1的前后关系在此不做限定。
55.例如，参考图4，采样元件在第一电感l1的右侧，与第一电感l1串联，保证形成平衡桥拓扑时采样元件可以串联在n线和平衡桥中点之间，采样平衡桥中点至n线通路中的电流，平衡电压。
56.在一种可能的实施方式中，第一开关管q1和第二开关管q2均可以为场效应晶体管。
57.示例性的，第一开关管q1和第二开关管q2均为nmos。
58.在一种可能的实施方式中，第一开关模块12和第二开关模块13的电路结构可以相同。
59.为保证电路的平衡，第一开关模块12和第二开关模块13的电路结构可以相同。
60.在一种可能的实施方式中，参考图4，第一开关模块12可以包括：第三开关管q3；
61.第三开关管q3的第一端与第一开关模块12的第一端连接，第三开关管q3的第二端与第一开关模块12的第二端连接。
62.在一种可能的实施方式中，第二开关模块13可以包括：第四开关管q4。具体电路结构参考图4，在此不再赘述。
63.本发明实施例采用第三开关管q3和第四开关管q4形成典型的平衡桥结构，结构复杂，器件少，便于控制，适于实际应用需求。
64.在一种可能的实施方式中，第三开关管q3和第四开关管q4均可以为场效应晶体管。
65.具体的，第三开关管q3和第四开关管q4均可以为nmos。
66.在一种可能的实施方式中，参考图5，混用拓扑还可以包括：第一开关k1；
67.第一开关k1的第一端与交流电源的一相(例如，a相、b相或c相)连接，第一开关k1的第二端分别与整流模块11的交流输入端、第一开关模块12的第二端及第二开关模块13的第一端连接。
68.本发明实施例还设置有第一开关k1，用于控制交流电源与后端的连接。当交流电源异常时，可断开第一开关k1，避免交流电源与后端电路之间的相互影响。同时，由于形成平衡桥拓扑时，平衡桥的中点连接n线，若交流电源供电突然恢复，会导致短路。因此设置第一开关k1，切断交流电源供电，避免短路。
69.在一种可能的实施方式中，第一开关k1可以为继电器。
70.在一种可能的实施方式中，采样元件可以为霍尔元件。
71.进一步的，采样元件也可以为ct采样元件或采样电阻。
72.对应于上述实施例，本发明实施例还提供了一种电源，包括上述任一个实施例提供的混用拓扑，且具有上述混用拓扑所具有的优点，在此不再赘述。
73.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种混用拓扑，其特征在于，包括：整流模块、第一开关模块及第二开关模块；其中，所述整流模块中设置有采样元件，所述采样元件用于采样电路的电流参数；所述整流模块的交流输入端分别与所述第一开关模块的第二端、所述第二开关模块的第一端及交流电源的一相连接，所述整流模块的正直流输出端与正直流母线连接，所述整流模块的负直流输出端与负直流母线连接，所述整流模块的中线端与n线连接；所述第一开关模块的第一端与所述正直流母线连接，所述第二开关模块的第二端与所述负直流母线连接；当所述交流电源供电时，所述第一开关模块及所述第二开关模块均断开；当所述交流电源不供电时，所述第一开关模块的第二端与所述整流模块的中线端连通，所述第一开关模块与所述第二开关模块形成平衡桥；且所述采样元件串联在所述整流模块的中线端与所述第一开关模块和所述第二开关模块的交点之间。2.如权利要求1所述的混用拓扑，其特征在于，所述整流模块包括：第一电感、第一开关管、第二开关管、第一二极管及第二二极管；所述第一电感的第一端与所述整流模块的交流输入端连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极及所述第一开关管的第一端连接；所述第二开关管的第一端与所述第一开关管的第二端连接，所述第二开关管的第二端与所述整流模块的中线端连接；所述第一二极管的阴极与所述整流模块的正直流输出端连接；所述第二二极管的阳极与所述整流模块的负直流输出端连接。3.如权利要求2所述的混用拓扑，其特征在于，所述采样元件串联在所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极与所述第一开关管的第一端的交点，与所述整流模块的交流输入端之间。4.如权利要求2所述的混用拓扑，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为场效应晶体管。5.如权利要求1至4任一项所述的混用拓扑，其特征在于，所述第一开关模块和所述第二开关模块的电路结构相同。6.如权利要求5所述的混用拓扑，其特征在于，所述第一开关模块包括：第三开关管；所述第三开关管的第一端与所述第一开关模块的第一端连接，所述第三开关管的第二端与所述第一开关模块的第二端连接。7.如权利要求1至4任一项所述的混用拓扑，其特征在于，所述混用拓扑还包括：第一开关；所述第一开关的第一端与所述交流电源的一相连接，所述第一开关的第二端分别与所述整流模块的交流输入端、所述第一开关模块的第二端及所述第二开关模块的第一端连接。8.如权利要求7所述的混用拓扑，其特征在于，所述第一开关为继电器。9.如权利要求1至4任一项所述的混用拓扑，其特征在于，所述采样元件为霍尔元件。10.一种电源，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的混用拓扑。

技术总结
本发明提供一种混用拓扑及电源。该混用拓扑包括：整流模块、第一开关模块及第二开关模块；其中，整流模块中设置有采样元件，采样元件用于采样电路的电流参数；当交流电源供电时，第一开关模块及第二开关模块均断开；当交流电源不供电时，第一开关模块的第二端与整流模块的中线端连通，第一开关模块与第二开关模块形成平衡桥；且采样元件串联在整流模块的中线端与第一开关模块和第二开关模块的交点之间。本发明可将上述混用拓扑切换为平衡桥和交流整流两种拓扑，两种拓扑共用采样元件，大大提高了器件的利用率。了器件的利用率。了器件的利用率。


技术研发人员：陈海飞 许勇枝 赵晨 陈锦钏
受保护的技术使用者：漳州科华电气技术有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/9/5