[0001] 本发明涉及一种新型AC/DC变流器，特别涉及一种交直流共地具有低导通损耗的升压型AC/DC变流器。

[0002] 由于能源危机和传统化石燃料消耗所引起的环境问题，大量可再生能源转换系统被连接到低压交流配电系统作为分布式发电机。需要注意的是，许多可再生能源会产生直流能量，而越来越多的电力负载表现出直流特性。因此，由于能源效率的考虑，DC纳米电网被提出来取代传统的交流微电网，受到越来越多的关注。

[0003] 为了灵活利用可再生能源产生的直流电能，通常采用双向交流/直流变换器作为DC纳米电网和交流电系统之间的接口。然而，在某些地方，由于大量的直流负载，当地可再生能源产生的电力无法满足本地直流负载的消耗，因此传统的交流电网需要向DC纳米电网提供电力，并且接口的工作方式类似于功率因数校正整流器。

[0004] 一般来说，为了安全起见，无论是在DC纳米电网还是低压交流电网中，家用电器都需要连接地线。在选择DC纳米电网和低压交流电网之间的电源转换器时，首先应该解决接地问题。在文献[1]中总结了DC纳米电网的三种基本接地配置，包括交直流共地、虚拟隔离接地和单边接地。与虚拟隔离接地和单边接地结构相比，因为能兼容低压交流负载且无变压器，所以交直流共地结构在DC纳米电网中的应用更有优势。同时，必须指出的是，三端口输出的DC纳米电网不如两端口输出的那么受欢迎，这是由于基础设施的考虑。因此，在DC纳米电网应用中探索两端口DC输出的Buck‑Boost交流/直流转换器的拓扑结构是非常重要和有价值的。

[0005] 如图1所示，文献[2]提出了一种复用电感的两端口AC/DC变流器，该变流器的优点在于可以实现升降压功能，同直流电感L的利用率高。由于直流电感需要同时满足降压、升压、升降压三种模式，所以其设计的最小感值应该是三者中的最大值，即升降压模式下的期望电感值。但是这对于降压和升压两种工作模式，电感存在冗余，将增大降压和升压两种工作模式下的电感损耗。特别是在一些要求直流电压大于交流电压峰值的应用场景，该变流器的功率回路器件较多，会带来较大的导通损耗。

[0006] 针对现有技术中图1所示的AC/DC变流器的缺点，有必要提出一种升压型AC/DC变流器。

[0007] 应当注意的是：上文是对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

[0008] 参考文献：

[0009] [1]W.Wu,H.Wang,Y.Liu,M.Huang and F.Blaabjerg,"A Dual‑Buck–Boost AC/DC Converter for DC Nanogrid With Three Terminal Outputs,"in IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.64,no.1,pp.295‑299,Jan.2017.

[0010] [2]X.Li,W.Wu,H.Wang,N.Gao,H.Chung,and F.Blaabjerg."A New Buck‑Boost AC/DC Converter with Two‑Terminal Output Voltage for DC Nano‑Grid",Energies,vol.12,no.20,pp.1‑18,2019.

[0034] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0035] 针对直流电压大于交流电压峰值的应用场景，图1所示的共地结构的AC/DC变流器存在的缺陷，本发明提供了一种交直流共地具有低导通损耗的升压型AC/DC变流器。本发明的主要思路是，在变流器的任何工作状态下，回路器件的数量较少。然后控制电路根据检测电路检测获得的直流电压以及电网电压，对第一至第二功率开关的状态进行控制，从而可以使输出的直流电压稳定可靠。

[0036] 下面结合附图2‑3对本发明的实施例进行详细说明。图2和图3分别示出了本发明实施例的升压型AC/DC变流器的部分结构示意图。本发明实施例的AC/DC变流器包括：变流电路100、检测电路200、控制电路300。

[0037] 变流电路100包括第一至第二功率开关S1‑S2、第一至第四二极管D1‑D4、第一至第二电感L1‑L2、滤波电容Cf、平波电容Co、等效直流电源E或等效直流负载R。

[0038] 第一二极管D1的阴极与第一电感L1的第一端相连，第一电感L1的第二端分别与第二二极管D2的阳极、第一功率开关S1的第一端相连，第二二极管D2的阴极分别与第四二极管D4的阴极、平波电容Co的正极、等效直流电源E或负载R的正极相连，第一功率开关S1的第二端分别与滤波电容Cf的一端、第二电感L2的第二端、平波电容Co的负极、等效直流电源E或负载R的负极相连，第二功率开关S2的第二端与第三二极管D3的阳极相连，第二功率开关S2的第一端分别与第二电感L2的第一端、第四二极管D4的阳极相连。并且，第一二极管D1的阳极分别与第三二极管D3的阴极、滤波电容Cf的另一端相连；

[0039] 本发明实施例中，第一至第二功率开关S1‑S2可以为绝缘栅双极晶体管(IGBT)、集成门极换流晶闸管(IGCT)等等。一种更为优选的实施方式是，第一二极管D1和第三二极管D3可以采用N沟道场效应管代替，以进一步降低导通损耗。一种更为优选的实施方式是，第三二极管D3和第二功率开关S2的整体，也可由逆阻型绝缘栅双极型晶体管替换，可以进一步减少器件的个数。

[0040] 滤波电容Cf，用于对输入变流电路的交流电进行滤波。一种更为优选的实施方式是，本发明实施例中的AC/DC变流器还包括第三电感Lg。第三电感Lg的一端与滤波电容Cf的一端相连，第三电感Lg的另一端与电网Vg的一端相连，并且电网Vg的另一端与滤波电容Cf的另一端相连。

[0041] 检测电路200用于检测变流电路100输出的直流电压、电网电压信号和电网输出电流信号，并将检测的直流电压、电网电压和电网电流信号发送至控制电路300。

[0042] 控制电路300用于根据来自外部的工作模式信号和检测电路的采样信号，向第一至第二功率开关的受控端发送控制第一至第二功率开关S1‑S2的开和关的信号，其中，所述工作模式信号为升压‑升降压信号。

[0043] 其中，当控制电路300接收的工作模式信号为升压‑升降压信号时，所述控制电路300根据来自检测电路测得的变流电路输出的直流电压信号、交流电网的电网电压信号和电网输出电流信号，向第一至第二功率开关S1‑S2的受控端发送控制第一至第二功率开关S1‑S2的开和关的信号包括：

[0044] 接收的工作模式信号为升压‑升降压信号。

[0045] 控制电路300当确定直流电压大于电网电压最大幅值时进行以下操作：

[0046] 在工频正半周内，使变流电路工作于升压模式，具体包括：使第一功率开关S1高频工作,第二功率开关S2断开；在工频负半周内，使变流电路工作于升降压模式，具体包括：使第二功率开关S2高频工作，第一功率开关S1断开。

[0047] 本发明实施例中，在工频负半周内，第一功率开关S1断开。通过闭合第二功率开关S2，使得交流电网Vg与第二电感L2构成闭合回路，对第二电感L2进行储能。通过断开第二功率开关S2，使存储在第二电感L2中的能量能够提供给直流负载R。通过以上控制，保障了AC/DC变流器直流负载两端电压的稳定性。

[0048] 本发明实施例中，在变流器的任何工作状态下，功率回路的器件数量较少。通过检测电路检测获得变流电路输出的直流电压，然后通过控制电路控制第一至第二功率开关的状态，从而可以在各种工况下保障AC/DC变流器的正常运行。本发明的新型AC/DC变流器相比现有技术而言，直流电感损耗少，且在工频负半周期间，AC/DC变流器的功率回路器件数量最少，降低了导通损耗，有利于提高AC/DC变流器的效率，更适用于直流输出电压大于交流电压峰值的应用场景。

[0049] 如图4所示，为本发明存在的另一种拓扑结构。与图2相比，除了电压极性不同外，其工作原理和工作模式与图2相同，故在此不再赘述。

[0050] 上文为参照附图对本发明的示例性实施方式进行的详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。