CN113258800B - 双向电源设备、电源控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双向电源设备、电源控制方法及装置，涉及电力电子的技术领域，包括：依次连接的交直流转换装置、谐振变换电路和同步整流电路；谐振变换电路包括至少两个互相连接的谐振网络；交直流转换装置用于接收外界设备提供的三相交流电压，并将三相交流电压转换为第一直流电压；谐振变换电路用于通过对至少两个互相连接的谐振网络进行交错发波的方式将第一直流电压逆变为目标交流电压；同步整流电路用于将目标交流电压整流为第二直流电压。本发明无需外接大量的电容，结构设计简单，有效减小了第二直流电压的纹波，同时大大提高了双向电源设备的整体性能。

Description

双向电源设备、电源控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种双向电源设备、电源控制方法及装置。
背景技术
现有的双向电源设备大多采用单向交流输入，具有以下明显的不足：（1）由于是单向交流输入，因此不可避免地在***中存在较大的零线电流。该零线点过大容易导致变压器发热严重，时间过长可能会烧毁变压器，存在较大的安全隐患。（2）目前的应用场合大多是三相交流配电，多个现有的双向电源设备并机使用时，需要计算配置每一相的电源功率，尽可能使三相交流输入端的负载功率平衡，以减小交流输入端的零线电流。但是该配置比较复杂，且难以保证真正的三相平衡。（3）现有的双向电源设备由于拓扑自身原因，在直流母线端存在约为100HZ的工频纹波，且幅值较大，该工频纹波会进一步影响后级变换器的输出端纹波，电源性能较差。
现有的方案大多是通过在双向电源设备的直流输出端外接大量电容的方式来减小电源直流输出端纹波，该方法成本高，且大量的外接电容影响电源的动态效果，该方法容易引入一些其他的问题，在实际使用中会有较多限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双向电源设备、电源控制方法及装置，以缓解现有技术中存在的外接大量电容成本高、应用场景受限制且电源性能差的技术问题。
第一方面，本发明提供的一种双向电源设备，其中，包括：依次连接的交直流转换装置、谐振变换电路和同步整流电路；所述谐振变换电路包括至少两个互相连接的谐振网络；所述交直流转换装置用于接收外界设备提供的三相交流电压，并将所述三相交流电压转换为第一直流电压；其中，所述第一直流电压的纹波低于所述三相交流电压的纹波；所述谐振变换电路用于通过对所述至少两个互相连接的谐振网络进行交错发波的方式将所述第一直流电压逆变为目标交流电压；其中，所述目标交流电压的纹波低于所述第一直流电压的纹波；所述同步整流电路用于将所述目标交流电压整流为第二直流电压；其中，所述第二直流电压的纹波低于所述目标交流电压的纹波。
进一步的，所述交直流转换装置包括目标功率变换拓扑电路，所述目标功率变换拓扑电路包括：二电平拓扑电路、三电平拓扑电路或自定义拓扑电路。
进一步的，所述三电平拓扑电路包括：输入电路、第一元器件组、第二元器件组、第三元器件组和电容组；其中，所述输入电路与所述第一元器件组、所述第二元器件组、所述第三元器件组、所述谐振变换电路均连接；所述第一元器件组包括依次连接的第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管，还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的一端连接所述第一三极管和所述第二三极管之间的节点，所述第一二极管的另一端连接所述第二二极管的一端，所述第二二极管的另一端连接所述第三三极管和所述第四三极管之间的节点；所述第二元器件组包括依次连接的第五三极管、第六三极管、第七三极管、第八三极管，还包括第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的一端连接所述第五三极管和所述第六三极管之间的节点，所述第三二极管的另一端连接所述第四二极管的一端，所述第四二极管的另一端连接所述第七三极管和所述第八三极管之间的节点；所述第三元器件组包括依次连接的第九三极管、第十三极管、第十一三极管、第十二三极管，还包括第五二极管和第六二极管，所述第五二极管的一端连接所述第九三极管和所述第十三极管之间的节点，所述第五二极管的另一端连接所述第六二极管的一端，所述第六二极管的另一端连接所述第十一三极管和所述第十二三极管之间的节点；所述输入电路包括第一子输入电路、第二子输入电路和第三子输入电路；所述第一子输入电路包括第一端口、第一电感和第一电容，所述第一端口的一端连接所述三相交流电压中的第一相交流电压，所述第一端口的另一端连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接所述第二三极管和第三三极管之间的节点，所述第一端口的另一端还连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述谐振变换电路；所述第二子输入电路包括第二端口、第二电感和第二电容，所述第二端口的一端连接所述三相交流电压中的第二相交流电压，所述第二端口的另一端连接所述第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接所述第六三极管和第七三极管之间的节点，所述第二端口的另一端还连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述谐振变换电路；所述第三子输入电路包括第三端口、第三电感和第三电容，所述第三端口的一端连接所述三相交流电压中的第三相交流电压，所述第三端口的另一端连接所述第三电感的一端，所述第三电感的另一端连接所述第十三极管和第十一三极管之间的节点，所述第三端口的另一端还连接所述第三电容的一端，所述第三电容的另一端连接所述谐振变换电路。
进一步的，当所述谐振网络的数量为两个时，两个互相连接的谐振网络包括第一谐振网络和第二谐振网络；所述第一谐振网络包括：第十三三极管、第十四三极管、第十五三极管、第十六三极管、第四电感、第四电容、第六电容和第一变压器；所述第二谐振网络包括：第十七三极管、第十八三极管、第十九三极管、第二十三极管、第五电感、第五电容、第七电容和第二变压器；所述第四电容的一端与所述第九三极管的一端连接，所述第四电容的另一端与所述第五电容的一端相连；所述第四电容的一端还与所述第十三三极管的一端连接，所述第十三三极管的另一端与所述第十四三极管的一端连接，所述第十四三极管的另一端与所述第四电容的另一端相连，所述第十五三极管的一端与所述第十三三极管的一端相连，所述第十五三极管的另一端与所述第十六三极管的一端相连，所述第十六三极管的另一端与所述第四电容的另一端相连，所述第四电感的一端连接所述第十三三极管和所述第十四三极管之间的节点，所述第四电感的另一端与所述第六电容的一端连接，所述第六电容的另一端连接第一变压器的一端，所述第一变压器的另一端连接所述第十五三极管和所述第十六三极管之间的节点；所述第五电容的另一端与所述第十二三极管的另一端连接，所述第五电容的一端还与所述第十七三极管的一端连接，所述第十七三极管的另一端与所述第十八三极管的一端连接，所述第十八三极管的另一端与所述第五电容的另一端相连，所述第十九三极管的一端与所述第十七三极管的一端相连，所述第十九三极管的另一端与所述第二十三极管的一端相连，所述第二十三极管的另一端与所述第五电容的另一端相连，所述第五电感的一端连接所述第十七三极管和所述第十八三极管之间的节点，所述第五电感的另一端与所述第七电容的一端连接，所述第七电容的另一端连接第二变压器的一端，所述第二变压器的另一端连接所述第十九三极管和所述第二十三极管之间的节点。
进一步的，所述同步整流电路包括：第二十一三极管、第二十二三极管、第二十三三极管、第二十四三极管和第八电容；所述第二十一三极管的一端与所述第一变压器连接，所述第二十二三极管的一端与所述第一变压器连接，所述第二十一三极管的另一端与所述第二十二三极管的另一端相连；所述第二十三三极管的一端与所述第二变压器连接，所述第二十四三极管的一端与所述第二变压器连接，所述第二十三三极管的另一端与所述第二十四三极管的另一端相连；所述第二十二三极管还与所述第二十四三极管的另一端相连；所述第八电容的一端连接所述第一变压器和所述第二变压器之间的节点；所述第八电容的另一端连接所述第二十二三极管和所述第二十四三极管之间的节点。
进一步的，所述交错发波的方式为：所述第一谐振网络的发波相位与所述第二谐振网络的发波相位相差90度。
第二方面，本发明提供的一种电源控制方法，其中，应用于如第一方面所述的双向电源设备，包括：接收外界设备提供的三相交流电压，并将所述三相交流电压转换为第一直流电压；其中，所述第一直流电压的纹波低于所述三相交流电压的纹波；通过采用交错发波的方式将所述第一直流电压逆变为目标交流电压；其中，所述目标交流电压的纹波低于所述第一直流电压的纹波；将所述目标交流电压整流为第二直流电压；其中，所述第二直流电压的纹波低于所述目标交流电压的纹波。
第三方面，本发明提供的一种电源控制装置，其中，应用于第一方面所述的双向电源设备，包括：接收转换模块，用于接收外界设备提供的三相交流电压，并将所述三相交流电压转换为第一直流电压；其中，所述第一直流电压的纹波低于所述三相交流电压的纹波；逆变模块，用于通过采用交错发波的方式将所述第一直流电压逆变为目标交流电压；其中，所述目标交流电压的纹波低于所述第一直流电压的纹波；整流模块，用于将所述目标交流电压整流为第二直流电压；其中，所述第二直流电压的纹波低于所述目标交流电压的纹波。
第四方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现的所述的电源控制方法的步骤。
第五方面，本发明还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行所述的电源控制方法。
本发明提供的一种双向电源设备、电源控制方法及装置，包括：依次连接的交直流转换装置、谐振变换电路和同步整流电路；谐振变换电路包括至少两个互相连接的谐振网络；交直流转换装置用于接收外界设备提供的三相交流电压，并将三相交流电压转换为第一直流电压；其中，第一直流电压的纹波低于三相交流电压的纹波；谐振变换电路用于通过对至少两个互相连接的谐振网络进行交错发波的方式将第一直流电压逆变为目标交流电压；其中，目标交流电压的纹波低于第一直流电压的纹波；同步整流电路用于将目标交流电压整流为第二直流电压；其中，第二直流电压的纹波低于目标交流电压的纹波。
本发明无需外接大量的电容，从结构上对双向电源设备进行了重新设计，该双向电源设备包括的交直流转换装置、谐振变换电路和同步整流电路均能减小输出电压的纹波，具体的，本发明先利用交直流转换装置在第一阶段得到了低于三相交流电压的纹波的第一直流电压的纹波，然后利用谐振变换电路中的至少两个互相连接的谐振网络的交错发波的方式在第二阶段得到低于第一直流电压的纹波的目标交流电压的纹波，最后利用同步整流电路在第三阶段得到了低于目标交流电压的纹波的第二直流电压的纹波。该双向电源设备结构设计简单，有效减小了第二直流电压的纹波，同时大大提高了双向电源设备的整体性能。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种双向电源设备的结构示意图；
图2为三相PFC母线电压纹波和单相PFC母线电压纹波的对比示意图；
图3为交直流转换装置的结构示意图；
图4为谐振变换电路和同步整流电路的结构示意图；
图5为第十三三极管VT41和第十七三极管VT51的交错发波时序示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电源控制方法的流程图；
图7为本发明实施例提供的一种电源控制装置的结构示意图。
图标：
10-交直流转换装置；20-谐振变换电路；21-第一谐振网络；22-第二谐振网络；30-同步整流电路；71-接收转换模块；72-逆变模块；73-整流模块。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
现有的双向电源设备大多采用单相交流输入的输入方式。由于该方式有零线接入，因此不可避免地在***中存在较大的零线电流。该零线电流过大时会导致电力变压器发热严重，且时间过长可能会烧毁该变压器，存在较大的安全隐患。此外，现有的单相交流输入的双向电源设备，还有以下几项明显不足：（1）单个电源功率小，在大功率应用场合中需要多台电源并机使用。（2）在实际使用中工业配电多为三相交流配电，多个现有的单相交流输入电源（即现有的双向电源设备）并机使用时，需要计算配置每一相的电源功率，尽可能使三相交流输入端的负载功率平衡，以减小交流输入端的零线电流。该配置比较复杂，且难以保证真正的三相平衡。也就是说，目前的应用场合大多是通过在三相供电中尽可能地均衡每相的负载来达到三相负载的近似平衡，此时***配置不够灵活，且配置复杂，难以防止异常情况的发生。（3）现有的单相交流输入电源由于拓扑自身原因，在直流母线端不可避免地存在约100HZ的工频纹波电压，且幅值较大。该工频纹波会进一步影响后级直流变换器的输出端纹波。
在双向电源设备的大功率应用场合中，为了尽可能地减小直流输出端纹波，提高直流输出端的稳压精度，目前的方案多是在双向电源设备的直流输出端外接大量的电容来减小直流输出端的纹波。此方法成本高，且大量的外接电容会影响电源的动态效果，在减小电源直流输出纹波的同时，引入了其他一些问题，在实际使用中会有较多限制。
基于此，本发明的目的在于提供一种双向电源设备、电源控制方法及装置，不但对双向电源设备的结构设计简单，而且在有效减小第二直流电压的纹波的同时，还大大提高了双向电源设备的整体性能。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种双向电源设备进行详细描述。
实施例1：
图1为本发明实施例提供的一种双向电源设备的结构示意图。从连接结构上进行如下分析，如图1所示，该双向电源设备包括：依次连接的交直流转换装置10、谐振变换电路20和同步整流电路30；谐振变换电路20包括至少两个互相连接的谐振网络。当谐振网络的数量为两个时，分别称为第一谐振网络21和第二谐振网络22。
从元件功能上进行如下分析：交直流转换装置10用于接收外界设备提供的三相交流电压，并将三相交流电压转换为第一直流电压；其中，第一直流电压的纹波低于三相交流电压的纹波；谐振变换电路20用于通过对至少两个互相连接的谐振网络进行交错发波的方式将第一直流电压逆变为目标交流电压；其中，目标交流电压的纹波低于第一直流电压的纹波；同步整流电路30用于将目标交流电压整流为第二直流电压；其中，第二直流电压的纹波低于目标交流电压的纹波。
上述交直流转换装置10可以称为AC/DC装置，其本质是一种将交流电变换为直流电的装置。AC/DC装置输出的第一直流电压的纹波，可以称为工频纹波。上述谐振变换电路20可以称为LLC谐振变换电路，或称为LLC谐振网络变换拓扑。上述同步整流电路30输出的第二直流电压的纹波，可以称为高频纹波。从元件功能上还可以进行如下分析：AC/DC装置用于通过下述的目标功率变换拓扑电路将输入的三相交流电压变换为低工频纹波的高压直流（即上述第一直流电压）输出。上述谐振变换电路20是将高压直流通过图4中的连接方式以及功率拓扑变换为低压高频电压（即上述目标交流电压）输出。谐振变换电路20在功率变换过程中需要使用高频变压器（例如，图4中的T1、T2）实现高压侧和低压侧的能量传递和电气隔离。同步整流电路30是将低压高频电压整流为直流电压（即上述第二直流电压）输出，并通过图4中同步整流电路30的连接方式和控制方法来实现低纹波的单路输出。由于交直流转换装置10、谐振变换电路20和同步整流电路30这三部分的功率流均可以实现双向流动，因此可以通过对应的切换控制方法来实现双向电源的功能。
如图2所示，三相PFC母线电压纹波Y1明显比单相PFC母线电压纹波Y0小。针对现有的单相交流输入电源的以上缺陷，本发明实施例提供了一种双向电源设备，该设备是一种基于三相交流输入的低纹波、大功率双向电源设备。由于本发明实施例提供的双向电源设备为三相交流输入，因此可以有效解决单相交流输入电源存在的零线电流大、电力变压器发热严重、电源功率过小、***配置复杂的问题。也就是说，本发明实施例可以有效地降低***配置的难度，有效减少实际应用中零线电流问题。同时，在双向电源设备应用中，直流输出端的纹波是双向电源的重要指标，本发明实施例可以有效减小同步整流电路30输出端（可以理解为直流输出端）第二直流电压的纹波的同时，还能够大大提高双向电源设备的整体性能。
在一个可选的实施例中，交直流转换装置10包括目标功率变换拓扑电路，目标功率变换拓扑电路包括：二电平拓扑电路、三电平拓扑电路或自定义拓扑电路。也就是说，目标功率变换拓扑电路包括但不限于两电平拓扑、三电平拓扑或其他PFC结构。
上述目标功率变换拓扑电路，可以称为PFC功率因数校正电路。该交直流转换装置10的主要功能是实现三相交流输入通过两电平或三电平拓扑电路，将三相交流输入转换为低工频纹波的高压直流电压，该直流电压在本发明实施例中还可以称为第一母线电压。
在一个可选的实施例中，如图3所示，三电平拓扑电路包括：输入电路、第一元器件组、第二元器件组、第三元器件组和电容组；其中，输入电路与第一元器件组、第二元器件组、第三元器件组、谐振变换电路20均连接；
如图3所示，第一元器件组包括依次连接的第一三极管VT11、第二三极管VT12、第三三极管VT13、第四三极管VT14，还包括第一二极管VD11和第二二极管VD12，第一二极管VD11的一端连接第一三极管VT11和第二三极管VT12之间的节点，第一二极管VD11的另一端连接第二二极管VD12的一端，第二二极管VD12的另一端连接第三三极管VT13和第四三极管VT14之间的节点；
如图3所示，第二元器件组的结构与第一元器件组的结构类似，包括依次连接的第五三极管VT21、第六三极管VT22、第七三极管VT23、第八三极管VT24，还包括第三二极管VD21和第四二极管VD22，第三二极管VD21的一端连接第五三极管VT21和第六三极管VT22之间的节点，第三二极管VD21的另一端连接第四二极管VD22的一端，第四二极管VD22的另一端连接第七三极管VT23和第八三极管VT24之间的节点；
如图3所示，第三元器件组的结构也与第一元器件组的结构类似，包括依次连接的第九三极管VT31、第十三极管VT32、第十一三极管VT33、第十二三极管VT34，还包括第五二极管VD31和第六二极管VD32，第五二极管VD31的一端连接第九三极管VT31和第十三极管VT32之间的节点，第五二极管VD31的另一端连接第六二极管VD32的一端，第六二极管VD32的另一端连接第十一三极管VT33和第十二三极管VT34之间的节点；
输入电路包括第一子输入电路、第二子输入电路和第三子输入电路，这三个子输入电路的结构类似。如图3所示，第一子输入电路包括第一端口A、第一电感L1和第一电容C1，第一端口A的一端连接三相交流电压中的第一相交流电压，第一端口A的另一端连接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端连接第二三极管VT12和第三三极管VT13之间的节点，第一端口A的另一端还连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接谐振变换电路20；
第二子输入电路包括第二端口B、第二电感L2和第二电容C2，第二端口B的一端连接三相交流电压中的第二相交流电压，第二端口B的另一端连接第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端连接第六三极管VT22和第七三极管VT23之间的节点，第二端口B的另一端还连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接谐振变换电路20；
第三子输入电路包括第三端口C、第三电感L3和第三电容C3，第三端口C的一端连接三相交流电压中的第三相交流电压，第三端口C的另一端连接第三电感L3的一端，第三电感L3的另一端连接第十三极管VT32和第十一三极管VT33之间的节点，第三端口C的另一端还连接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端连接谐振变换电路20。
结合图1和图3，以三电平拓扑结构为例，选取三相交流输入中的某一相为例对交直流转换装置10进行如下具体分析：
以A相整流为例，当A相正弦波交流输入为正半周时，第一三极管VT11和第三三极管VT13开关工作，第二三极管VT12常通，第四三极管VT14常断，此时电感电流由A端口（即上述第一端口）流入，给第四电容（或称为正母线电容）C4充电。具体的，当第三三极管VT13处于开通状态时，电流由A端口经过第一电感L1-第三三极管VT13-第二二极管VD12，给第一电感L1储能；当第三三极管VT13处于关断状态时，第一电感L1的能量通过第一三极管VT11和第二三极管VT12自带的二极管（例如：体二极管）给第四电容C4升压充电。同理，当A相正弦波交流输入为负半周时，第二三极管VT12和第四三极管VT14开关工作，第三三极管VT13常通，第一三极管VT11常断，此时电感电流由A端口流出，给第五电容（或称为负母线电容）C5充电。具体为，当第二三极管VT12处于开通状态时，电流由第一二极管VD11-第二三极管VT12-第一电感L1从A端口流出，给第一电感L1储能；当第三三极管VT13处于关断状态时，第一电感L1的能量通过第三三极管VT13和第四三极管VT14自带的二极管（例如：体二极管）给第五电容C5升压充电。其他相的工作原理与上述工作方式相同，在此不再赘述。
上述交直流转换装置10的变换功能，可将三相交流电变换为直流电，该直流电的纹波频率为输入频率的6倍，也就是说，第一直流电压的纹波频率是三相交流电压的纹波频率的6倍。而单相交流输入电源设备（即下述单机设备）通过类似的变换，其输出的直流电纹波频率仅为输入频率的2倍。因此在母线电容大小换算成相当容量的情况下，三相交流输入设备（即上述交直流转换装置10）的直流母线纹波比单机设备小很多。该直流母线纹波的大小会直流影响电源低压直流输出端的纹波（即第二直流电压的纹波）的大小，由于三相交流输入设备的直流母线纹波更小，因此在电源低压直流输出端的纹波也会更小，可以使整个双向电源的性能也更加优异。
在一个可选的实施例中，当谐振网络的数量为两个时，两个互相连接的谐振网络包括第一谐振网络21和第二谐振网络22；如图4所示，第一谐振网络21包括：第十三三极管VT41、第十四三极管VT42、第十五三极管VT43、第十六三极管VT44、第四电感L4、第四电容C4、第六电容C6和第一变压器T1；第二谐振网络22包括：第十七三极管VT51、第十八三极管VT52、第十九三极管VT53、第二十三极管VT54、第五电感L5、第五电容C5、第七电容C7和第二变压器T2。
从连接结构上来说，如图4所示，第四电容C4的一端与第九三极管VT31的一端连接，第四电容C4的另一端与第五电容C5的一端相连；第四电容C4的一端还与第十三三极管VT41的一端连接，第十三三极管VT41的另一端与第十四三极管VT42的一端连接，第十四三极管VT42的另一端与第四电容C4的另一端相连，第十五三极管VT43的一端与第十三三极管VT41的一端相连，第十五三极管VT43的另一端与第十六三极管VT44的一端相连，第十六三极管VT44的另一端与第四电容C4的另一端相连，第四电感L4的一端连接第十三三极管VT41和第十四三极管VT42之间的节点，第四电感L4的另一端与第六电容C6的一端连接，第六电容C6的另一端连接第一变压器T1的一端，第一变压器T1的另一端连接第十五三极管VT43和第十六三极管VT44之间的节点；
第五电容C5的另一端与第十二三极管VT34的另一端连接，第五电容C5的一端还与第十七三极管VT51的一端连接，第十七三极管VT51的另一端与第十八三极管VT52的一端连接，第十八三极管VT52的另一端与第五电容C5的另一端相连，第十九三极管VT53的一端与第十七三极管VT51的一端相连，第十九三极管VT53的另一端与第二十三极管VT54的一端相连，第二十三极管VT54的另一端与第五电容C5的另一端相连，第五电感L5的一端连接第十七三极管VT51和第十八三极管VT52之间的节点，第五电感L5的另一端与第七电容C7的一端连接，第七电容C7的另一端连接第二变压器T2的一端，第二变压器T2的另一端连接第十九三极管VT53和第二十三极管VT54之间的节点。
谐振变换电路20，该部分的主要功能是将前述的AC/DC装置输出的高压直流电压，通过LLC谐振网络变换拓扑逆变换为高频交流低压电压（即上述目标交流电压）。该部分通过两个参数相同的谐振网络将高压直流电压分为正母线电压和负母线电压两部分。此时，谐振变换电路20形成了两个谐振腔，分别为第一谐振网络21和第二谐振网络22。虽然这两个谐振网络的硬件参数相同，但在发波控制上采用交错发波的方式来实现低纹波电压（即上述目标交流电压）输出。图4中的第四电感L4和第五电感L5参数相同，第六电容C6和第七电容C7参数相同，变压器T1和变压器T2参数相同。
如图4所示，第四电容C4、第十三三极管VT41-第十六三极管VT44、第四电感L4、第六电容C6、变压器T1组成第一谐振网络21，第五电容C5、第十七三极管VT51-第二十三极管VT54、第五电感L5、第七电容C7、变压器T2组成第二谐振网络22，两个谐振网络的硬件参数一致，发波时采用交错发波的方式，能够实现直流端低纹波电压输出。
在一个可选的实施例中，当谐振网络的数量为两个时，上述交错发波的方式可以为：第一谐振网络21的发波相位与第二谐振网络22的发波相位相差90度。需要注意的是，谐振网络的数量可以是两个，还可以是多个，因此本发明实施例对基于谐振网络进行的交错发波方式并不做具体限定。
图5为第十三三极管VT41和第十七三极管VT51的交错发波时序示意图。由于本申请采用了LLC控制策略，两个谐振网络的发波频率相同，因此两个谐振网络对应开关管的发波相位相差90度。
在一个可选的实施例中，如图4所示，同步整流电路30包括：第二十一三极管VT45、第二十二三极管VT46、第二十三三极管VT55、第二十四三极管VT56和第八电容C8；第二十一三极管VT45的一端与第一变压器T1连接，第二十二三极管VT46的一端与第一变压器T1连接，第二十一三极管VT45的另一端与第二十二三极管VT46的另一端相连；第二十三三极管VT55的一端与第二变压器T2连接，第二十四三极管VT56的一端与第二变压器T2连接，第二十三三极管VT55的另一端与第二十四三极管VT56的另一端相连；第二十二三极管VT46还与第二十四三极管VT56的另一端相连；第八电容C8的一端连接第一变压器T1和第二变压器T2之间的节点；第八电容C8的另一端连接第二十二三极管VT46和第二十四三极管VT56之间的节点。
同步整流电路30，这部分的主要功能是将谐振变换电路20输出的低压高频电压整流为第二直流电压输出，并结合交错发波的控制方法可以实现直流输出端的低纹波，能够提高整个电源设备的性能。上述同步整流电路30可以包括：第一同步整流子电路和第二同步整流子电路，其中，第一同步整流子电路和第二同步整流子电路分别对应第一谐振网络21和第二谐振网络22。这两个同步整流子电路的发波时序和对应的谐振网络的发波时序相对应，由于同步整流电路30也采用了交错发波方式，因此最终在低压直流输出端的高频纹波频率是LLC谐振网络发波频率的4倍。本实施例可以使得低压直流输出端的纹波更小，这样可以大大减小图4中输出电容（即上述第八电容）C8的容量。
需要注意的是，本发明实施例中的双向电源设备可以替换为单向电源设备。本申请对双向电源设备涉及到的上述所有二极管、三极管、电感、电容、变压器等元器件的型号、规格均不做具体限定。
综上所述，三相PFC形成低母线电压纹波的方案、谐振变换电路20中两个谐振腔的连接方式，以及通过交错发波来减小低压直流输出端的高频纹波的控制方式均是本发明实施例的发明点。具体的，（1）与单相PFC相比，三相大功率PFC的功率更大，母线纹波更低，可以为实现AC/DC装置输出端的低工频纹波，且降低了软件难度。（2）本发明实施例中的交错LLC设计，能够将母线电压分为正、负母线电压之后，形成了两个谐振腔，并通过交错发波的方式大大地减小了输出电容的容量，且可以得到较小的高频纹波。
与现有技术相比，本发明实施例可以在更低的成本下使同步整流电路30输出更低的纹波电压，从而使得***的性能更优。具体的，通过以上AC/DC装置可以减小直流母线的工频纹波，同时谐振变换电路20和同步整流电路30的交错发波方式又减小了低压直流输出端的高频纹波，采用以上技术方案即可实现直流输出端的低工频纹波和低高频纹波。
实施例2：
根据本发明实施例，提供了一种电源控制方法的流程图，该方法应用于实施例1中的双向电源设备。需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图6为本发明实施例提供的一种电源控制方法的流程图，如图6所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101，接收外界设备提供的三相交流电压，并将三相交流电压转换为第一直流电压。其中，第一直流电压的纹波低于三相交流电压的纹波。
步骤S102，通过采用交错发波的方式将第一直流电压逆变为目标交流电压。其中，目标交流电压的纹波低于第一直流电压的纹波。
步骤S103，将目标交流电压整流为第二直流电压。其中，第二直流电压的纹波低于目标交流电压的纹波。
本发明实施例通过三相交流输入以及交错发波方式减小了目标交流电压的纹波，采用以上技术方案即可实现目标交流电压的低工频纹波和低高频纹波。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法实施例可以参考前述装置实施例1中各个元件的工作过程，在此不再赘述。
实施例3：
本发明实施例提供了一种电源控制装置，该电源控制装置主要用于执行实施例2上述内容所提供的电源控制方法，以下对本发明实施例提供的电源控制装置做具体介绍。
图7为本发明实施例提供的一种电源控制装置的结构示意图。如图7所示，该电源控制装置主要包括：接收转换模块71，逆变模块72和整流模块73，其中：
接收转换模块71，用于接收外界设备提供的三相交流电压，并将三相交流电压转换为第一直流电压；其中，第一直流电压的纹波低于三相交流电压的纹波；
逆变模块72，用于通过采用交错发波的方式将第一直流电压逆变为目标交流电压；其中，目标交流电压的纹波低于第一直流电压的纹波；
整流模块73，用于将目标交流电压整流为第二直流电压；其中，第二直流电压的纹波低于目标交流电压的纹波。
本发明实施例结合接收转换模块的三相交流输入、以及逆变模块和整流模块的交错发波方式，减小了目标交流电压的纹波，采用以上技术方案即可实现目标交流电压的低工频纹波和低高频纹波。
在一个可选的实施例中，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例方法的步骤。
在一个可选的实施例中，本实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行上述方法实施例方法。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双向电源设备，其特征在于，包括：依次连接的交直流转换装置、谐振变换电路和同步整流电路；所述谐振变换电路包括至少两个互相连接的谐振网络；所述交直流转换装置、所述谐振变换电路和所述同步整流电路的功率流均双向流动；
所述交直流转换装置用于接收外界设备提供的三相交流电压，并将所述三相交流电压转换为第一直流电压；其中，所述第一直流电压的纹波低于所述三相交流电压的纹波；所述第一直流电压的纹波频率是所述三相交流电压的纹波频率的6倍；
所述谐振变换电路用于通过对所述至少两个互相连接的谐振网络进行交错发波的方式将所述第一直流电压逆变为目标交流电压；其中，所述目标交流电压的纹波低于所述第一直流电压的纹波；
所述同步整流电路用于将所述目标交流电压整流为第二直流电压；其中，所述第二直流电压的纹波低于所述目标交流电压的纹波；所述第二直流电压的纹波频率是所述目标交流电压的纹波频率的4倍；
所述交直流转换装置包括目标功率变换拓扑电路，所述目标功率变换拓扑电路包括：二电平拓扑电路、三电平拓扑电路或自定义拓扑电路。
2.根据权利要求1所述的双向电源设备，其特征在于，所述三电平拓扑电路包括：输入电路、第一元器件组、第二元器件组、第三元器件组和电容组；其中，所述输入电路与所述第一元器件组、所述第二元器件组、所述第三元器件组、所述谐振变换电路均连接；
所述第一元器件组包括依次连接的第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管，还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的一端连接所述第一三极管和所述第二三极管之间的节点，所述第一二极管的另一端连接所述第二二极管的一端，所述第二二极管的另一端连接所述第三三极管和所述第四三极管之间的节点；
所述第二元器件组包括依次连接的第五三极管、第六三极管、第七三极管、第八三极管，还包括第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的一端连接所述第五三极管和所述第六三极管之间的节点，所述第三二极管的另一端连接所述第四二极管的一端，所述第四二极管的另一端连接所述第七三极管和所述第八三极管之间的节点；
所述第三元器件组包括依次连接的第九三极管、第十三极管、第十一三极管、第十二三极管，还包括第五二极管和第六二极管，所述第五二极管的一端连接所述第九三极管和所述第十三极管之间的节点，所述第五二极管的另一端连接所述第六二极管的一端，所述第六二极管的另一端连接所述第十一三极管和所述第十二三极管之间的节点；
所述输入电路包括第一子输入电路、第二子输入电路和第三子输入电路；
所述第一子输入电路包括第一端口、第一电感和第一电容，所述第一端口的一端连接所述三相交流电压中的第一相交流电压，所述第一端口的另一端连接所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接所述第二三极管和第三三极管之间的节点，所述第一端口的另一端还连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述谐振变换电路；
所述第二子输入电路包括第二端口、第二电感和第二电容，所述第二端口的一端连接所述三相交流电压中的第二相交流电压，所述第二端口的另一端连接所述第二电感的一端，所述第二电感的另一端连接所述第六三极管和第七三极管之间的节点，所述第二端口的另一端还连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述谐振变换电路；
所述第三子输入电路包括第三端口、第三电感和第三电容，所述第三端口的一端连接所述三相交流电压中的第三相交流电压，所述第三端口的另一端连接所述第三电感的一端，所述第三电感的另一端连接所述第十三极管和第十一三极管之间的节点，所述第三端口的另一端还连接所述第三电容的一端，所述第三电容的另一端连接所述谐振变换电路。
3.根据权利要求2所述的双向电源设备，其特征在于，当所述谐振网络的数量为两个时，两个互相连接的谐振网络包括第一谐振网络和第二谐振网络；
所述第一谐振网络包括：第十三三极管、第十四三极管、第十五三极管、第十六三极管、第四电感、第四电容、第六电容和第一变压器；
所述第二谐振网络包括：第十七三极管、第十八三极管、第十九三极管、第二十三极管、第五电感、第五电容、第七电容和第二变压器；
所述第四电容的一端与所述第九三极管的一端连接，所述第四电容的另一端与所述第五电容的一端相连；所述第四电容的一端还与所述第十三三极管的一端连接，所述第十三三极管的另一端与所述第十四三极管的一端连接，所述第十四三极管的另一端与所述第四电容的另一端相连，所述第十五三极管的一端与所述第十三三极管的一端相连，所述第十五三极管的另一端与所述第十六三极管的一端相连，所述第十六三极管的另一端与所述第四电容的另一端相连，所述第四电感的一端连接所述第十三三极管和所述第十四三极管之间的节点，所述第四电感的另一端与所述第六电容的一端连接，所述第六电容的另一端连接第一变压器的一端，所述第一变压器的另一端连接所述第十五三极管和所述第十六三极管之间的节点；
所述第五电容的另一端与所述第十二三极管的另一端连接，所述第五电容的一端还与所述第十七三极管的一端连接，所述第十七三极管的另一端与所述第十八三极管的一端连接，所述第十八三极管的另一端与所述第五电容的另一端相连，所述第十九三极管的一端与所述第十七三极管的一端相连，所述第十九三极管的另一端与所述第二十三极管的一端相连，所述第二十三极管的另一端与所述第五电容的另一端相连，所述第五电感的一端连接所述第十七三极管和所述第十八三极管之间的节点，所述第五电感的另一端与所述第七电容的一端连接，所述第七电容的另一端连接第二变压器的一端，所述第二变压器的另一端连接所述第十九三极管和所述第二十三极管之间的节点。
4.根据权利要求3所述的双向电源设备，其特征在于，所述同步整流电路包括：第二十一三极管、第二十二三极管、第二十三三极管、第二十四三极管和第八电容；
所述第二十一三极管的一端与所述第一变压器连接，所述第二十二三极管的一端与所述第一变压器连接，所述第二十一三极管的另一端与所述第二十二三极管的另一端相连；
所述第二十三三极管的一端与所述第二变压器连接，所述第二十四三极管的一端与所述第二变压器连接，所述第二十三三极管的另一端与所述第二十四三极管的另一端相连；
所述第二十二三极管还与所述第二十四三极管的另一端相连；
所述第八电容的一端连接所述第一变压器和所述第二变压器之间的节点；所述第八电容的另一端连接所述第二十二三极管和所述第二十四三极管之间的节点。
5.根据权利要求3所述的双向电源设备，其特征在于，所述交错发波的方式为：所述第一谐振网络的发波相位与所述第二谐振网络的发波相位相差90度。
6.一种电源控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1~5任一项所述的双向电源设备，包括：
接收外界设备提供的三相交流电压，并将所述三相交流电压转换为第一直流电压；其中，所述第一直流电压的纹波低于所述三相交流电压的纹波；所述第一直流电压的纹波频率是所述三相交流电压的纹波频率的6倍；
通过采用交错发波的方式将所述第一直流电压逆变为目标交流电压；其中，所述目标交流电压的纹波低于所述第一直流电压的纹波；
将所述目标交流电压整流为第二直流电压；其中，所述第二直流电压的纹波低于所述目标交流电压的纹波；所述第二直流电压的纹波频率是所述目标交流电压的纹波频率的4倍。
7.一种电源控制装置，其特征在于，应用于如权利要求1~5任一项所述的双向电源设备，包括：
接收转换模块，用于接收外界设备提供的三相交流电压，并将所述三相交流电压转换为第一直流电压；其中，所述第一直流电压的纹波低于所述三相交流电压的纹波；所述第一直流电压的纹波频率是所述三相交流电压的纹波频率的6倍；
逆变模块，用于通过采用交错发波的方式将所述第一直流电压逆变为目标交流电压；其中，所述目标交流电压的纹波低于所述第一直流电压的纹波；
整流模块，用于将所述目标交流电压整流为第二直流电压；其中，所述第二直流电压的纹波低于所述目标交流电压的纹波；所述第二直流电压的纹波频率是所述目标交流电压的纹波频率的4倍。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求6所述的方法。
9.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行如权利要求6所述的方法。
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