[发明专利]一种AC-DC及DC-DC变换复用线路及方法

权利要求书

1.一种AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，包括交流输入端、直流输入端、每一相的两个功率变换桥臂电路及两个输出电容，两个所述功率变换桥臂电路分别通过开关K1和K1’连接交流输入端，同时分别通过开关K2和K3连接直流输入端的正负两极；

每一所述功率变换桥臂电路均包括第一至第三桥臂，所述第一桥臂包括第一功率半导体开关，第三桥臂包括第四功率半导体开关，或所述第一桥臂包括第一二极管，第三桥臂包括第四二极管，或所述第一桥臂包括第一功率半导体开关和与之反向并联的第一二极管，第三桥臂包括第四功率半导体开关和与之反向并联的第四二极管，所述第二桥臂包括第二功率半导体开关和第三功率半导体开关，所述第一至第三桥臂的公共连接点通过电感连接交流输入端，两个输出电容串联的中点接地，第一桥臂与公共连接点相反的一端连接至串联的两个输出电容的一端，第三桥臂与公共连接点相反的一端连接至串联的两个输出电容的另一端，第二桥臂与公共连接点相反的一端接地；

所述第二功率半导体开关和第三功率半导体开关反向并联；或者，所述第二功率半导体开关和第三功率半导体开关串联；或者，所述第二功率半导体开关和第三功率半导体开关串联，并且，所述第二桥臂还包括第二二极管和第三二极管，所述第二二极管和第三二极管分别与第二功率半导体开关和第三功率半导体开关反向并联；

其中，在单相或三相AC-DC工作模式下，每相中两功率变换桥臂电路PWM呈180°角度交错并联，负载小于半载时，仅有一个功率变换桥臂电路工作，另一个功率变换桥臂电路休眠；在三相DC-DC工作模式下，每相中每一所述功率变换桥臂电路的三个桥臂PWM呈120°角度交错并联，负载小于半载时，使一个或两个桥臂休眠;

所述交流输入端包括零线、火线、第一过流保护器件和第一电容，所述零线接两个输出电容的中点，同时通过第一电容与火线连接，所述第一过流保护器件串联于第一电容与火线之间或串联于第一电容与K1/K1’公共点之间;

所述直流输入端包括串联的第一直流电源和第二直流电源、第二过流保护器件和第三过流保护器件和串联的第四电容、第五电容，所述第一直流电源和第二直流电源的公共端连接开关K6的一端、第四电容和第五电容的公共端，同时第四电容、第五电容的另一端分别连接第一直流电源和第二直流电源的另一端，所述开关K6的另外一端连接至两输出电容的公共端，所述第二过流保护器件串联于第四电容和开关K2的公共点与第一直流电源之间或串联于第四电容和第一直流电源公共点与开关K2之间，所述第三过流保护器件串联于第五电容和开关K3的公共点与第二直流电源之间或串联于第五电容和第二直流电源的公共点与开关K3之间；

对于AC-DC工作模式，当输入交流在正半周时，第二功率半导体开关始终导通，第四功率半导体开关始终断开，第一功率半导体开关和第三功率半导体开关的PWM互补，当输入交流在负半周时，第三功率半导体开关始终导通，第一功率半导体开关始终断开，第二功率半导体开关和第四功率半导体开关的PWM互补；

对于DC-DC工作模式，一个功率变换桥臂电路的第一功率半导体开关、第二功率半导体开关及第四功率半导体开关始终断开，另一个功率变换桥臂电路的第一功率半导体开关、第三功率半导体开关及第四功率半导体开关始终断开，一个功率变换桥臂电路的第三功率半导体开关和另一个功率变换桥臂电路的第二功率半导体开关由PWM控制。

2.根据权利要求1所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，所述开关K1、K1’、K2、K3、K6为半导体器件开关或可控机械开关，所述第一和第二直流电源为电池或电力电子电源，所述第一至第三过流保护器件为熔断器或固态保险装置，所述第一至第四功率半导体开关为硅器件、宽禁带器件或其组合。

3.根据权利要求2所述的AC-DC及DC-DC变换复用线路，其特征在于，该线路通过功率变换桥臂电路数量的扩展，兼容三相三线、三相四线、单直流源、双直流源配置应用。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的变换复用线路的AC-DC及DC-DC变换方法，其特征在于，通过切换开关K1、K1’、K2、K3、K6以及扩展功率变换桥臂电路数量，使该变换复用线路兼容单相、三相四线、三相三线中任意一项，单直流源、双直流源中任意一项，以及AC-DC、DC-DC中任意一项的任意组合配置的应用，其中，在单相或三相AC-DC工作模式下，每相中两功率变换桥臂电路PWM呈180°角度交错并联，负载小于半载时，仅有一个功率变换桥臂电路工作，另一个功率变换桥臂电路休眠；在三相DC-DC工作模式下，每相中每一所述功率变换桥臂电路的三个桥臂PWM呈120°角度交错并联，负载小于半载时，使一个或两个桥臂休眠。