CN116937941A - 一种三相单级式隔离型ac/dc变换器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相单级式隔离型AC/DC变换器及其控制方法，包括一与三相交流电连接的AC/DC整流电路、以及一与直流负载连接的DC/DC电路，所述AC/DC整流电路包括第一端子MA、第二端子MB、第三端子MC、第四端子P和第五端子N；所述第一端子MA、所述第二端子MB、所述第三端子MC用于输出三相交流电中间值Um、所述第四端子P用于输出三相交流电最大值Up、所述第五端子N用于输出三相交流电最小值Un；与现有技术相比，本发明提出了一种新型的AC/DC变换器及其控制方法，其相比于传统的AC/DC变换器提高了整体效率和功率密度，且更容易实现全范围软开关控制。

Description

一种三相单级式隔离型AC/DC变换器及其控制方法
技术领域
本发明涉及AC/DC变换器，特别是一种三相单级式隔离型AC/DC变换器及其控制方法。
背景技术
隔离型AC/DC变换器通常采用两级式结构，前级采用三相PFC变换器结构，完成三相电流控制任务，应付各种电网畸变问题，保证电网电能质量，后级采用隔离型DC/DC结构，并通过变压器连接前级电路和后级电路，实现供电侧和用电侧之间的电气隔离，在不同负载条件下实现输出电压稳定。但由于是两级功率变换，该结构存在变换效率低，成本高等缺点。另外，两级式结构还需要体积庞大的母线电容器来缓冲前后级变换器的能量，这会降低变换器的可靠性，并限制其功率密度的优化。
相比于两级式结构，单级式AC/DC变换器结构可通过减少能量变换等级和移除中间直流母线电容来提高整体效率和变换器的功率密度，更符合于当前AC/DC电源设备的设计要求。
发明内容
针对现有技术中，两级AC/DC功率变换器存在变换效率低，成本高等问题，本发明提出了一种三相单级式隔离型AC/DC变换器及其控制方法。
本发明的技术方案为，提出了一种三相单级式隔离型AC/DC变换器，包括一与三相交流电连接的AC/DC整流电路、以及一与直流负载连接的DC/DC电路，所述AC/DC整流电路包括第一端子MA、第二端子MB、第三端子MC、第四端子P和第五端子N；
所述第一端子MA、所述第二端子MB、所述第三端子MC用于输出三相交流电中间值Um、所述第四端子P用于输出三相交流电最大值Up、所述第五端子N用于输出三相交流电最小值Un；
所述第一端子MA、所述第二端子MB和所述第三端子MC分别连接到第一开关电路、第二开关电路和第三开关电路，且所述第一开关电路、所述第二开关电路、所述第三开关电路均具有第一开关支路和第二开关支路，所述第一开关支路和所述第二开关支路连接到所述DC/DC电路中桥式电路的桥臂中点，所述第四端子P和所述第五端子N分别连接到DC/DC电路的输入正端与输入负端；
所述三相单级式隔离型AC/DC变换器可通过控制所述DC/DC电路、第一开关支路、第二开关支路中的开关管，以实现软开关控制。
进一步，所述DC/DC电路包括：
第一桥式电路，其与所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述第三开关电路的第一开关支路和第二开关支路连接，且具有第一桥臂和第二桥臂，所述第一开关支路连接到所述第一桥臂的中点，所述第二开关支路连接到所述第二桥臂的中点，所述第四端子P连接到所述第一桥式电路的输入正端，所述第五端子N连接到所述第一桥式电路的输入负端；
第二桥式电路，其与直流负载连接，且具有第三桥臂和第四桥臂；
变压器，其连通所述第一桥式电路与所述第二桥式电路，且具有原边绕组和副边绕组，所述原边绕组的第一端连接到所述第一桥臂的中点、第二端连接到所述第二桥臂的中点，所述副边绕组的第一端连接到所述第三桥臂的中点、第二端连接到所述第四桥臂的中点；
谐振电路，其串联连接在所述变压器与所述第一桥式电路之间。
进一步，所述AC/DC整流电路采用三相全桥电路，且具有第五桥臂、第六桥臂、以及第七桥臂，所述第五桥臂的中点与所述第一开关电路的连接处作为所述第一端子MA、所述第六桥臂的中点与所述第二开关电路的连接处作为所述第二端子MB、所述第七桥臂的中点与所述第二开关电路的连接处作为所述第三端子MC；
所述第五桥臂、所述第六桥臂、以及所述第七桥臂的正端连接所述第四端子P，所述第五桥臂、第六桥臂、以及第七桥臂的负端连接所述第五端子N；
所述第一开关电路包括开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8，所述第二开关电路包括开关管S9、开关管S10、开关管S11、开关管S12，所述第三开关电路包括开关管S13、开关管S14、开关管S15、开关管S16；
其中，所述开关管S5和所述开关管S6串联后组成所述第一开关电路的第一开关支路，且所述第一开关电路的第一开关支路一端连接到所述第五桥臂的中点、另一端连接到所述第一桥臂的中点，所述开关管S7和所述开关管S8串联后组成所述第一开关电路的第二开关支路，且所述第一开关电路的第二开关支路一端连接到所述第五桥臂的中点、另一端连接到所述第二桥臂的中点；
所述开关管S9和所述开关管S10串联后组成所述第二开关电路的第一开关支路，且所述第二开关电路的第一开关支路一端连接到所述第六桥臂的中点、另一端连接到所述第一桥臂的中点，所述开关管S11和所述开关管S12串联后组成所述第二开关电路的第二开关支路，且所述第二开关电路的第二开关支路一端连接到所述第六桥臂的中点、另一端连接到所述第二桥臂的中点；
所述开关管S13和所述开关管S14串联后组成所述第三开关电路的第一开关支路，且所述第三开关电路的第一开关支路一端连接到所述第七桥臂的中点、另一端连接到所述第一桥臂的中点，所述开关管S15和所述开关管S16串联后组成所述第三开关电路的第二开关支路，且所述第三开关电路的第二开关支路一端连接到所述第七桥臂的中点、另一端连接到所述第二桥臂的中点。
进一步，所述第一桥式电路、所述第一开关电路、所述第二开关电路、以及所述第三开关电路中的开关管为由两个单相可控开关器件串联而构成双向可控开关器件；
所述第二桥式电路中的开关管可采用可控开关器件或二极管中的任意一种。
本发明还提出了一种应用于上述三相单级式隔离型AC/DC变换器的控制方法，包括：
采集所述第一端子MA、所述第二端子MB、以及所述第三端子MC上的电压；
依据所述三相交流电最大值Up的绝对值与所述三相交流电最小值Un的绝对值判断所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况；
获取在所述三相单级式隔离型AC/DC变换器处于当前工况下，导通所述三相交流电中间值Um的第一开关管和第二开关管，并依据所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况，调节所述第一开关管和第二开关管的导通状态。
进一步，所述三相单级式隔离型AC/DC变换器具有第一工况和第二工况；
且在所述三相交流电最大值Up的绝对值大于所述三相交流电最小值Un的绝对值时，所述三相单级式隔离型AC/DC变换器处于第一工况；
在所述三相交流电最大值Up的绝对值小于所述三相交流电最小值Un的绝对值时，所述三相单级式隔离型AC/DC变换器处于第二工况。
进一步，当所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况为第一工况时，所述三相单极式隔离型AC/DC变换器包含第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态、第四工作状态；
第一工作状态为第一桥臂上管以及第二桥臂下管共同导通；
第二工作状态为第一桥臂上管以及第二开关管共同导通；
第三工作状态为第二桥臂上管以及第一桥臂下管共同导通；
第四工作状态为第二桥臂上管以及第一开关管共同导通；
或者
第一工作状态为第一桥臂上管以及第二开关管共同导通；
第二工作状态为第一桥臂上管以及第二桥臂下管共同导通；
第三工作状态为第二桥臂上管以及第一开关管共同导通；
第四工作状态为第二桥臂上管以及第一桥臂下管共同导通；
所述第一开关管为所述三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第一开关支路的开关管；
所述第二开关管为所述三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第二开关支路的开关管。
进一步，当所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况为第一工况时，所述控制方法还包括：
采集所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量，所述受控控制量为输出电压、输出电流、输入电压、输入电流中的至少一种；
将所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量与基准量一同作为电压环控制单元的输入，并获取控制单元的输出；
将所述电压环控制单元的输出与所述三相交流电最大值Up的绝对值乘积作为三相交流电最大值Up对应电流值的参考，与三相交流电最大值Up对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对所述三相单级式隔离型AC/DC变换器进行调频移相控制；
将所述电压环控制单元的输出与所述三相交流电最小值Un的绝对值乘积作为三相交流电最小值Un相对应电流值的参考，与三相交流电最小值Un对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对所述三相单级式隔离型AC/DC变换器进行占空比调节。
进一步，当所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况为第二工况时，所述三相单极式隔离型AC/DC变换器特征包含第五工作状态、第六工作状态、第七工作状态、第八工作状态；
第五工作状态为第二桥臂下管以及第一桥臂上管共同导通；
第六工作状态为第二桥臂下管以及第一开关管共同导通；
第七工作状态为第一桥臂下管以及第二桥臂上管共同导通；
第八工作状态为第一桥臂下管以及第二开关管共同导通；
或者
第五工作状态为第二桥臂下管以及第一开关管共同导通；
第六工作状态为第二桥臂下管以及第一桥臂上管共同导通；
第七工作状态为第一桥臂下管以及第二桥臂上管共同导通；
第八工作状态为第一桥臂下管以及第二开关管共同导通；
所述第一开关管为所述三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第一开关支路的开关管；
所述第二开关管为所述三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第二开关支路的开关管。
进一步，当所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况为第二工况时，所述控制方法还包括：
采集所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量，所述受控控制量为输出电压、输出电流、输入电压、输入电流中的至少一种；
将所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量与基准量一同作为电压环控制单元的输入，并获取电压环控制单元的输出；
将所述电压环控制单元的输出与所述三相交流电最小值Un的绝对值乘积作为三相交流电最小值Un对应电流值的参考，与三相交流电最小值Un对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对所述三相单级式隔离型AC/DC变换器进行调频移相控制；
将所述电压环控制单元的输出与所述三相交流电最大值Up的绝对值乘积作为三相交流电最大值Up相对应电流值的参考，与三相交流电最大值Up对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对所述三相单级式隔离型AC/DC变换器进行占空比调节。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明提出了一种新型的三相单级式隔离型AC/DC变换器，其能够通过控制第一开关支路和第二开关支路中的开关管，实现软开关控制。
附图说明
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。
图1为本发明第一实施例中三相单级式隔离型AC/DC变换器的拓扑示意图；
图2为本发明第二实施例中三相单级式隔离型AC/DC变换器的拓扑示意图；
图3为本发明第三实施例中三相单级式隔离型AC/DC变换器的拓扑示意图；
图4为本发明第四实施例中三相单级式隔离型AC/DC变换器的拓扑示意图；
图5为本发明在全工作时段下，三相交流电最大值、三相交流电中间值、三相交流电最小值的选取示意图；
图6为本发明针对第二实施例在全工作时段下，第一开关管和第二开关管的选择示意图；
图7为本发明针对第二实施例在三相交流电最大值的绝对值大于三相交流电最小值的绝对值下的控制时序图；
图8为图7时序下，在三相电输入330°～360°电路中各元器件处电压电流示意图；
图9为本发明针对第二实施例在三相交流电最大值的绝对值小于三相交流电最小值的绝对值下的控制时序图；
图10为本发明在三相交流电最大值绝对值大于三相交流电三相交流电最小值的绝对值下双环控制的逻辑图；
图11为本发明在三相交流电最大值的绝对值大于三相交流电最小值的绝对值下另一实施例中双环控制的逻辑图；
图12为本发明在三相交流电最大值的绝对值小于三相交流电最小值的绝对值下双环控制的逻辑图；
图13为本发明在三相交流电最大值的绝对值小于三相交流电最小值的绝对值下另一实施例中双环控制的逻辑图；
图14至图21为本发明另一实施例中移相控制的控制时序图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的***设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
传统的两级AC/DC功率变换器存在变换效率低，成本高等问题，且控制复杂，难以实现全范围的软开关。本发明的思路在于，提出一种单级式隔离型AC/DC变换器，其相比于两级AC/DC功率变换器可通过减少能量变换等级和移除中间直流母线电容来提高整体效率和变换器的功率密度，且设置有第一开关支路和第二开关支路，通过调节第一开关支路和第二开关支路上的开关管，能够实现全范围的软开关控制。
具体的，本发明提出的三相单级式隔离型AC/DC变换器，包括一与三相交流电连接的AC/DC整流电路、以及一与直流负载连接的DC/DC电路，AC/DC整流电路包括第一端子MA、第二端子MB、第三端子MC、第四端子P和第五端子N；
第一端子MA、第二端子MB、第三端子MC用于输出三相交流电中间值Um、第四端子P用于输出三相交流电最大值Up、第五端子N用于输出三相交流电最小值Un；
第一端子MA、第二端子MB和第三端子MC分别连接到第一开关电路、第二开关电路和第三开关电路，且第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路均具有第一开关支路和第二开关支路，第一开关支路和第二开关支路连接到DC/DC电路中桥式电路的桥臂中点，第四端子P和第五端子N分别连接到DC/DC电路的输入正端与输入负端；
三相单级式隔离型AC/DC变换器可通过控制DC/DC电路、第一开关支路、第二开关支路中的开关管，以实现软开关控制。
请参见图1，其为本发明第一实施例中三相单级式隔离型AC/DC变换器的拓扑示意图，AC/DC整流电路为由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6组成的三相全桥电路，三相交流电分别连接到三相全桥电路的三个桥臂，DC-DC电路也即后级的DC/DC电路；
其中，三相全桥电路具有五个连接端，分别为第一端子MA、第二端子MB、第三端子MC、第四端子P和第五端子N，在第一端子MA、第二端子MB和第三端子MC处均连接有一个开关电路，如开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8组成第一开关电路，其连接到第一端子MA；
开关管S9、开关管S10、开关管S11、开关管S12组成第二开关电路，其连接到第二端子MB；
开关管S13、开关管S14、开关管S15、开关管S16组成第三开关电路，其连接到第三端子MC。
这里，由于三相交流电的电压时刻变化，因此第一端子MA、第二端子MB、第三端子MC上的电压也会发生变化，其中当第一端子MA输出中间电压时，开关管S5～开关管S8动作；
当第二端子MB输出中间电压时，开关管S9～开关管S12动作；
当第三端子MC输出中间电压时，开关管S13～开关管S16动作；
每个开关电路均有连接到DC/DC电路中第一输入端的第一开关支路、以及连接到DC/DC电路中第二输入端的第二开关支路，如开关管S5和开关管S6为第一开关电路的第一开关支路，开关管S7和开关管S8为第一开关电路的第二开关支路，开关管S9和开关管S10为第二开关电路的第一开关支路，开关管S11和开关管S12为第二开关电路的第二开关支路，开关管S13和开关管S14为第三开关电路的第一开关支路，开关管S15和开关管S16为第三开关电路的第二开关支路。
本发明中，匹配不同的三相交流电情况，对DC/DC电路、第一开关支路和第二开关支路中的开关管的通断状态进行调节，可以实现全范围内的软开关控制。
请参见图2，其为本发明第二实施例中三相单级式隔离型AC/DC变换器的拓扑示意图，该实施例中，上述DC/DC电路包括：
第一桥式电路，其与第一开关电路、第二开关电路和第三开关电路的第一开关支路和第二开关支路连接，且具有第一桥臂和第二桥臂，第一开关支路连接到第一桥臂的中点，第二开关支路连接到第二桥臂的中点，第四端子P连接到第一桥式电路的输入正端，第五端子N连接到第一桥式电路的输入负端；
第二桥式电路，其与直流负载连接，且具有第三桥臂和第四桥臂；
变压器，其连通第一桥式电路与第二桥式电路，且具有原边绕组和副边绕组，原边绕组的第一端连接到第一桥臂的中点、第二端连接到第二桥臂的中点，副边绕组的第一端连接到第三桥臂的中点、第二端连接到第四桥臂的中点；
谐振电路，其串联连接在变压器与第一桥式电路之间。
其中，第一桥式电路由开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4组成，且开关管S1和开关管S3组成第一桥臂、开关管S2和开关管S4组成第二桥臂；
第二桥式电路由开关管D7、开关管D8、开关管D9、开关管D10组成，且开关管D7和开关管D9组成第三桥臂、开关管D8和开关管D10组成第四桥臂。
变压器用于连通第一桥式电路与第二桥式电路，并用于起到隔离作用，第一桥式电路用于将AC/DC整流电路输出的直流电转换为交流电，并提供给变压器的原边绕组，第二桥式电路用于获取变压器的副边绕组输出的交流电，并转换为直流电提供给后级的母线电容(电容Co)和直流负载(电阻Ro)。谐振电路由电容Cr、电感Lr、电感Lm组成，用于为电路提供谐振电流，以便电路的软开关控制。
进一步的，该实施例中，AC/DC整流电路采用三相全桥电路，且具有第五桥臂、第六桥臂、以及第七桥臂，第五桥臂与第一开关电路的连接处作为第一端子MA、第六桥臂与第二开关电路的连接处作为第二端子MB、第七桥臂与第二开关电路的连接处作为第三端子MC；
第五桥臂由二极管D1和二极管D2组成、第六桥臂由二极管D3和二极管D4组成，第七桥臂由二极管D5和二极管D6组成；
第一开关电路包括开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8，第二开关电路包括开关管S9、开关管S10、开关管S11、开关管S12，第三开关电路包括开关管S13、开关管S14、开关管S15、开关管S16；
其中，开关管S5和开关管S6串联后组成第一开关电路的第一开关支路，且第一开关电路的第一开关支路一端连接到第五桥臂的中点、另一端连接到第一桥臂的中点，开关管S7和开关管S8串联后组成第一开关电路的第二开关支路，且第一开关电路的第二开关支路一端连接到第五桥臂的中点、另一端连接到第二桥臂的中点；
开关管S9和开关管S10串联后组成第二开关电路的第一开关支路，且第二开关电路的第一开关支路一端连接到第六桥臂的中点、另一端连接到第一桥臂的中点，开关管S11和开关管S12串联后组成第二开关电路的第二开关支路，且第二开关电路的第二开关支路一端连接到第六桥臂的中点、另一端连接到第二桥臂的中点；
开关管S13和开关管S14串联后组成第三开关电路的第一开关支路，且第三开关电路的第一开关支路一端连接到第七桥臂的中点、另一端连接到第一桥臂的中点，开关管S15和开关管S16串联后组成第三开关电路的第二开关支路，且第三开关电路的第二开关支路一端连接到第七桥臂的中点、另一端连接到第二桥臂的中点。
本发明中通过设置第一开关支路和第二开关支路，且第一开关支路和第二开关支路分别连接到DC/DC电路的两个输入端，能够对第一端子MA、第二端子MB、以及第三端子MC输出的三相交流电进行分配，从而调节输出给DC/DC电路的电压，进而为零点压开通提供条件。
图2所示电路为本发明一优选实施例，在本发明其他实施例中，还可以将三相单级式隔离型AC/DC变换器设计成移相全桥式或DAB式结构，也能达到相同的控制效果。
请参见图3，其为本发明第三实施例中三相单级式隔离型AC/DC变换器的拓扑示意图，该实施例中，谐振电路被拆分成电感Lr和电感Lf，其中电感Lr一端连接到变压器的原边绕组的第一端与第一桥臂的中点之间、电感Lf连接在第二桥式电路与母线电容(电容Co)之间，使电路形成移相全桥式结构；
此外，请参见图4，在本发明第四实施例中，还可以采用DAB式结构，该实施例中电感Lr与电容Cr连接到变压器的原边绕组的第一端与第一桥臂的中点之间，同时第二桥式电路中所有开关管均采用MOS管进行同步整流。
进一步的，对本发明中提出的第一桥式电路、第二桥式电路、第一开关电路、第二开关电路、以及第三开关电路中的开关管均可为由两个单相可控开关器件串联而构成双向可控开关器件；
同样的，第二桥式电路中的开关管均可采用可控开关器件或者二极管中的任意一种。
进一步的，本发明还提出了一种应用于上述三相单级式隔离型AC/DC变换器的控制方法，其包括：
采集第一端子MA、第二端子MB、以及第三端子MC上的电压；
依据三相交流电最大值Up的绝对值与三相交流电最小值Un的绝对值判断三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况；
获取在三相单级式隔离型AC/DC变换器处于当前工况下，导通三相交流电中间值Um的第一开关管和第二开关管，并依据三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况，调节第一开关管和第二开关管的导通状态。
其中，采集第一端子MA、第二端子MB、以及第三端子MC上的电压是用于获取此时的三相交流电最大值Up、三相交流电中间值Um、三相交流电最小值Un，由于三相交流电每一相上的电压均会发生变化，因此需要先对其进行实时采样，以获取当前三相交流电最大值Up、三相交流电中间值Um、三相交流电最小值Un。
如图5所示，对三相交流电的一个运行周期(360度)，可以将其拆分为12个区域，每个区域为30度，在每个区域下，三相交流电最大值Up、三相交流电中间值Um、三相交流电最小值Un均不相同。如图1所示，Up表示三相交流电最大值、Um表示三相交流电中间值、Un表示三相交流电最小值，随着三相交流电的运行周期，其Up、Um、Un的选取也随之变化。
本发明的控制思路在于，以三相交流电最大值Up的绝对值与三相交流电最小值Un的绝对值之间的大小来确定三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况，进而实施相应控制。
其中，三相单级式隔离型AC/DC变换器具有第一工况和第二工况，且在三相交流电最大值Up的绝对值大于三相交流电最小值Un的绝对值时，三相单级式隔离型AC/DC变换器处于第一工况；
在三相交流电最大值Up的绝对值小于三相交流电最小值Un的绝对值时，三相单级式隔离型AC/DC变换器处于第二工况。
在确定三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况后，需要获取当前工况下导通三相交流电中间值的第一开关管和第二开关管，本发明的思路在于，调节第一开关管的通断状态和第二开关管的通断状态，从而实现软开关控制。
其中，第一开关管和第二开关管的选取过程为，先依据三相交流电最大值Up和三相交流电最小值Un获取三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况，然后确定当前工况对应的区域(前文中运行周期划分的12个区域)，然后依据该区域获取与此前三相交流电最大值Up、三相交流电最小值Un连接的开关管。
请参见图6，依据上述方法，本发明中第一开关管和第二开关管的选择如下：
当三相交流电工作在330°～30°时，Smp对应开关管S7、开关管S8，Smn对应开关管S5、开关管S6；
当三相交流电工作在30°～90°时，Smp对应开关管S15、开关管S16，Smn对应开关管S13、开关管S14；
当三相交流电工作在90°～150°时，Smp对应开关管S11、开关管S12，Smn对应开关管S9、开关管S10；
当三相交流电工作在150°～210°时，Smp对应开关管S7、开关管S8，Smn对应开关管S5、开关管S6；
当三相交流电工作在210°～270°时，Smp对应开关管S15、开关管S16，Smn对应开关管S13、开关管S14；
当三相交流电工作在270°～330°时，Smp对应开关管S11、开关管S12，Smn对应开关管S9、开关管S10；
这里，Smp为第一开关管，Smn为第二开关管。
第一工况为三相交流电最大值Up的绝对值大于三相交流电最小值Un的绝对值，请参见图5，在90°～120°、210°～240°、330°～360°均符合上述要求，其中对90°～120°情况下，第一开关管选取为开关管S11和开关管S12、第二开关管选取为开关管S9和开关管S10；
对210°～240°情况下，第一开关管选取为开关管S15和开关管S16、第二开关管选取为开关管S13和开关管S14；
对330°～360°情况下，第一开关管选取为开关管S7和开关管S8、第二开关管选取为开关管S5和开关管S6；
对第一工况下，三相交流电处于90°～120°、210°～240°、330°～360°的控制思路相同，本发明以330°～360°为例对本发明的控制思路进行说明，该情况下第一开关管选取为开关管S7和开关管S8、第二开关管选取为开关管S5和开关管S6，请参见图7及图8，此时三相单极式隔离型AC/DC变换器包含第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态、第四工作状态；
第一工作状态为第一桥臂上管以及第二桥臂下管共同导通；
第二工作状态为第一桥臂上管以及第二开关管共同导通；
第三工作状态为第二桥臂上管以及第一桥臂下管共同导通；
第四工作状态为第二桥臂上管以及第一开关管共同导通；
或者
第一工作状态为第一桥臂上管以及第二开关管共同导通；
第二工作状态为第一桥臂上管以及第二桥臂下管共同导通；
第三工作状态为第二桥臂上管以及第一开关管共同导通；
第四工作状态为第二桥臂上管以及第一桥臂下管共同导通；
第一开关管为三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第一开关支路的开关管；
第二开关管为三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第二开关支路的开关管。
具体的，四个阶段的工作过程如下：
第一阶段[t0-t1]：在t0时刻，开关管S1和开关管S4开通，谐振电路输入电压为uPN，电感Lr和电容Cr发生谐振，谐振电流iLr从负变为正。在此阶段同时开通开关管S8，由于开关管S7未开通，且其体二极管方向和电压uYN方向反向相同，在此阶段开通开关管S8可实现零电流开通。在t＝DTs时刻，开关管S4关断，正向谐振电流iLr给开关管S4结电容充电，同时给开关管S7的结电容放电至结电容电压下降为0，同时开关管S7的体二极管导通，为开关管S7提供零电压开通条件。
第二阶段[t1-t2]：在t2时刻开关管S7在零电压情况下开通，谐振电路的输入电压变为uPY，电感Lr和电容Cr继续谐振，若谐振电流iLr等于励磁电流iLm，则会变成Lr、Lm和Cr三元件谐振。在t＝Ts/2时刻，开关管S1、开关管S7和开关管S8同时关断，此时谐振电流iLr依然为正，给开关管S1、开关管S7和开关管S8结电容充电，同时给开关管S2和开关管S3的结电容放电至电容电压下降为0，为开关管S2和开关管S3提供零电压开通条件。
第三阶段[t2-t3]和第四阶段[t3-t4]与第一阶段[t0-t1]、第二阶段[t1-t2]的输入电压正好对称(输入电压变成-uPN和-uPm)，谐振电流iLr波形也正对称，谐振电流iLr由正变负，工作过程也相似，这里不再赘述。
请参见图10及图11，在第一工况下，三相单级式隔离型AC/DC变换器的控制方法还包括：
采集三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量，受控控制量为输出电压、输出电流、输入电压、输入电流中的至少一种；
将三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量与基准量一同作为电压环控制单元的输入，并获取控制单元的输出；
将电压环控制单元的输出与三相交流电最大值Up的绝对值乘积作为三相交流电最大值Up对应电流值的参考，与三相交流电最大值Up对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对三相单级式隔离型AC/DC变换器进行调频移相控制；
将电压环控制单元的输出与三相交流电最小值Un的绝对值乘积作为三相交流电最小值Un相对应电流值的参考，与三相交流电最小值Un对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对三相单级式隔离型AC/DC变换器进行占空比调节。
进一步的，第二工况为三相交流电最大值Up的绝对值小于三相交流电最小值Un的绝对值，请参见图5，在0°～30°、120°～150°、240°～270°均符合上述要求，其中对0°～30°情况下，第一开关管选取为开关管S7和开关管S8、第二开关管选取为开关管S5和开关管S6；
对120°～150°情况下，第一开关管选取为开关管S11和开关管S12、第二开关管选取为开关管S9和开关管S10；
对240°～270°情况下，第一开关管选取为开关管S15和开关管S16、第二开关管选取为开关管S13和开关管S14；
对第一工况下，三相交流电处于0°～30°、120°～150°、240°～270°的控制思路相同，本发明以0°～30°为例对本发明的控制思路进行说明，该情况下第一开关管选取为开关管S7和开关管S8、第二开关管选取为开关管S5和开关管S6，请参见图9，此时三相单极式隔离型AC/DC变换器特征包含第五工作状态、第六工作状态、第七工作状态、第八工作状态；
第五工作状态为第二桥臂下管以及第一桥臂上管共同导通；
第六工作状态为第二桥臂下管以及第一开关管共同导通；
第七工作状态为第一桥臂下管以及第二桥臂上管共同导通；
第八工作状态为第一桥臂下管以及第二开关管共同导通；
或者
第五工作状态为第二桥臂下管以及第一开关管共同导通；
第六工作状态为第二桥臂下管以及第一桥臂上管共同导通；
第七工作状态为第一桥臂下管以及第二桥臂上管共同导通；
第八工作状态为第一桥臂下管以及第二开关管共同导通；
第一开关管为三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第一开关支路的开关管；
第二开关管为三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第二开关支路的开关管。
该第二工况下的工作流程与第一工况相似，仅第二桥臂的下臂开关与第一桥臂的上臂开关互换，第二桥臂的上臂开关与第二桥臂的下臂开关互换，其余工作流程基本相似，在此不再赘述。
请参见图12及图13，在第二工况下，三相单级式隔离型AC/DC变换器的控制方法还包括：
采集三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量，受控控制量为输出电压、输出电流、输入电压、输入电流中的至少一种；
将三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量与基准量一同作为电压环控制单元的输入，并获取电压环控制单元的输出；
将电压环控制单元的输出与三相交流电最小值Un的绝对值乘积作为三相交流电最小值Un对应电流值的参考，与三相交流电最小值Un对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对三相单级式隔离型AC/DC变换器进行调频移相控制；
将电压环控制单元的输出与三相交流电最大值Up的绝对值乘积作为三相交流电最大值Up相对应电流值的参考，与三相交流电最大值Up对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对三相单级式隔离型AC/DC变换器进行占空比调节。
进一步的，本发明还提出了另一实施例下的移相控制方法，其具有两个工况，且在第一工况下，三相交流电最大值Up的绝对值大于三相交流电最小值Un的绝对值，该情况下具有四个工作状态，请参见图14至图17，四个状态分别为：
第一工作状态[t1～t2]:第一桥臂上管S1与第二桥臂下管S4导通，UAB电压为Vpn。
第二工作状态[t2～t3]:第一桥臂上管S1与第二开关管Smp导通，UAB电压为Vpm。
第三工作状态[t4～t5]:第二桥臂上管S2与第一桥臂下管S3导通，UAB电压为-Vpn。
第四工作状态[t0～t1]:第二桥臂上管S2与第一开关管Smn导通，UAB电压为Vmn。
在三相单级式隔离型AC/DC变换器中***不同的工作状态即可进行移相控制和输入功率矫正；
在第二工况下，三相交流电最大值Up的绝对值小于三相交流电最小值Un的绝对值，该情况下具有四个工作状态，请参见图18至图21，四个状态分别为：
第一工作状态[t1～t2]:第二桥臂下管S4与第一桥臂上管S1导通，UAB电压为Vpn。
第二工作状态[t2～t3]:第二桥臂下管S4与第二开关管Smn导通，UAB电压为Vmn。
第三工作状态[t4～t5]:第一桥臂下管S3与第一桥臂下管S2导通，UAB电压为-Vpn。
第四工作状态[t0～t1]:第一桥臂下管S3与第一开关管Smp导通，UAB电压为Vpm。
在三相单级式隔离型AC/DC变换器中***不同的工作状态即可进行移相控制和输入功率矫正。
综上，与现有技术相比，本发明提出的新型三相单级式隔离型AC/DC变换器，能够通过控制第一开关支路和第二开关支路中的开关管，实现全范围内的软开关控制，此外，相比于传统的两级式AC/DC变换器，本发明能够减少能量变换等级，提高整体效率和变换器的功率密度，更符合当前对AC/DC电源设备的设计要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三相单级式隔离型AC/DC变换器，包括一与三相交流电连接的AC/DC整流电路、以及一与直流负载连接的DC/DC电路，其特征在于，所述AC/DC整流电路包括第一端子MA、第二端子MB、第三端子MC、第四端子P和第五端子N；
所述第一端子MA、所述第二端子MB、所述第三端子MC用于输出三相交流电中间值Um、所述第四端子P用于输出三相交流电最大值Up、所述第五端子N用于输出三相交流电最小值Un；
所述第一端子MA、所述第二端子MB和所述第三端子MC分别连接到第一开关电路、第二开关电路和第三开关电路，且所述第一开关电路、所述第二开关电路、所述第三开关电路均具有第一开关支路和第二开关支路，所述第一开关支路和所述第二开关支路连接到所述DC/DC电路中桥式电路的桥臂中点，所述第四端子P和所述第五端子N分别连接到DC/DC电路的输入正端与输入负端；
所述三相单级式隔离型AC/DC变换器可通过控制所述DC/DC电路、第一开关支路、第二开关支路中的开关管，以实现软开关控制。
2.根据权利要求1所述的三相单级式隔离型AC/DC变换器，其特征在于，所述DC/DC电路包括：
第一桥式电路，其与所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述第三开关电路的第一开关支路和第二开关支路连接，且具有第一桥臂和第二桥臂，所述第一开关支路连接到所述第一桥臂的中点，所述第二开关支路连接到所述第二桥臂的中点，所述第四端子P连接到所述第一桥式电路的输入正端，所述第五端子N连接到所述第一桥式电路的输入负端；
第二桥式电路，其与直流负载连接，且具有第三桥臂和第四桥臂；
变压器，其连通所述第一桥式电路与所述第二桥式电路，且具有原边绕组和副边绕组，所述原边绕组的第一端连接到所述第一桥臂的中点、第二端连接到所述第二桥臂的中点，所述副边绕组的第一端连接到所述第三桥臂的中点、第二端连接到所述第四桥臂的中点；
谐振电路，其串联连接在所述变压器与所述第一桥式电路之间。
3.根据权利要求2所述的三相单级式隔离型AC/DC变换器，其特征在于，所述AC/DC整流电路采用三相全桥电路，且具有第五桥臂、第六桥臂、以及第七桥臂，所述第五桥臂的中点与所述第一开关电路的连接处作为所述第一端子MA、所述第六桥臂的中点与所述第二开关电路的连接处作为所述第二端子MB、所述第七桥臂的中点与所述第二开关电路的连接处作为所述第三端子MC；
所述第五桥臂、所述第六桥臂、以及所述第七桥臂的正端连接所述第四端子P，所述第五桥臂、第六桥臂、以及第七桥臂的负端连接所述第五端子N；
所述第一开关电路包括开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8，所述第二开关电路包括开关管S9、开关管S10、开关管S11、开关管S12，所述第三开关电路包括开关管S13、开关管S14、开关管S15、开关管S16；
其中，所述开关管S5和所述开关管S6串联后组成所述第一开关电路的第一开关支路，且所述第一开关电路的第一开关支路一端连接到所述第五桥臂的中点、另一端连接到所述第一桥臂的中点，所述开关管S7和所述开关管S8串联后组成所述第一开关电路的第二开关支路，且所述第一开关电路的第二开关支路一端连接到所述第五桥臂的中点、另一端连接到所述第二桥臂的中点；
所述开关管S9和所述开关管S10串联后组成所述第二开关电路的第一开关支路，且所述第二开关电路的第一开关支路一端连接到所述第六桥臂的中点、另一端连接到所述第一桥臂的中点，所述开关管S11和所述开关管S12串联后组成所述第二开关电路的第二开关支路，且所述第二开关电路的第二开关支路一端连接到所述第六桥臂的中点、另一端连接到所述第二桥臂的中点；
所述开关管S13和所述开关管S14串联后组成所述第三开关电路的第一开关支路，且所述第三开关电路的第一开关支路一端连接到所述第七桥臂的中点、另一端连接到所述第一桥臂的中点，所述开关管S15和所述开关管S16串联后组成所述第三开关电路的第二开关支路，且所述第三开关电路的第二开关支路一端连接到所述第七桥臂的中点、另一端连接到所述第二桥臂的中点。
4.根据权利要求2所述的三相单级式隔离型AC/DC变换器，其特征在于，所述第一桥式电路、所述第一开关电路、所述第二开关电路、以及所述第三开关电路中的开关管为由两个单相可控开关器件串联而构成双向可控开关器件；
所述第二桥式电路中的开关管可采用可控开关器件或二极管中的任意一种。
5.一种应用于权利要求1至4任意一项权利要求所述的三相单级式隔离型AC/DC变换器的控制方法，其特征在于，包括：
采集所述第一端子MA、所述第二端子MB、以及所述第三端子MC上的电压；
依据所述三相交流电最大值Up的绝对值与所述三相交流电最小值Un的绝对值判断所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况；
获取在所述三相单级式隔离型AC/DC变换器处于当前工况下，导通所述三相交流电中间值Um的第一开关管和第二开关管，并依据所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况，调节所述第一开关管和第二开关管的导通状态。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述三相单级式隔离型AC/DC变换器具有第一工况和第二工况；
且在所述三相交流电最大值Up的绝对值大于所述三相交流电最小值Un的绝对值时，所述三相单级式隔离型AC/DC变换器处于第一工况；
在所述三相交流电最大值Up的绝对值小于所述三相交流电最小值Un的绝对值时，所述三相单级式隔离型AC/DC变换器处于第二工况。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况为第一工况时，所述三相单极式隔离型AC/DC变换器包含第一工作状态、第二工作状态、第三工作状态、第四工作状态；
第一工作状态为第一桥臂上管以及第二桥臂下管共同导通；
第二工作状态为第一桥臂上管以及第二开关管共同导通；
第三工作状态为第二桥臂上管以及第一桥臂下管共同导通；
第四工作状态为第二桥臂上管以及第一开关管共同导通；
或者
第一工作状态为第一桥臂上管以及第二开关管共同导通；
第二工作状态为第一桥臂上管以及第二桥臂下管共同导通；
第三工作状态为第二桥臂上管以及第一开关管共同导通；
第四工作状态为第二桥臂上管以及第一桥臂下管共同导通；
所述第一开关管为所述三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第一开关支路的开关管；
所述第二开关管为所述三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第二开关支路的开关管。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，当所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况为第一工况时，所述控制方法还包括：
采集所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量，所述受控控制量为输出电压、输出电流、输入电压、输入电流中的至少一种；
将所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量与基准量一同作为电压环控制单元的输入，并获取控制单元的输出；
将所述电压环控制单元的输出与所述三相交流电最大值Up的绝对值乘积作为三相交流电最大值Up对应电流值的参考，与三相交流电最大值Up对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对所述三相单级式隔离型AC/DC变换器进行调频移相控制；
将所述电压环控制单元的输出与所述三相交流电最小值Un的绝对值乘积作为三相交流电最小值Un相对应电流值的参考，与三相交流电最小值Un对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对所述三相单级式隔离型AC/DC变换器进行占空比调节。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况为第二工况时，所述三相单极式隔离型AC/DC变换器特征包含第五工作状态、第六工作状态、第七工作状态、第八工作状态；
第五工作状态为第二桥臂下管以及第一桥臂上管共同导通；
第六工作状态为第二桥臂下管以及第一开关管共同导通；
第七工作状态为第一桥臂下管以及第二桥臂上管共同导通；
第八工作状态为第一桥臂下管以及第二开关管共同导通；
或者
第五工作状态为第二桥臂下管以及第一开关管共同导通；
第六工作状态为第二桥臂下管以及第一桥臂上管共同导通；
第七工作状态为第一桥臂下管以及第二桥臂上管共同导通；
第八工作状态为第一桥臂下管以及第二开关管共同导通；
所述第一开关管为所述三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第一开关支路的开关管；
所述第二开关管为所述三相交流电中间值Um对应的相电压所连接开关电路中第二开关支路的开关管。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，当所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的当前工况为第二工况时，所述控制方法还包括：
采集所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量，所述受控控制量为输出电压、输出电流、输入电压、输入电流中的至少一种；
将所述三相单级式隔离型AC/DC变换器的受控控制量与基准量一同作为电压环控制单元的输入，并获取电压环控制单元的输出；
将所述电压环控制单元的输出与所述三相交流电最小值Un的绝对值乘积作为三相交流电最小值Un对应电流值的参考，与三相交流电最小值Un对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对所述三相单级式隔离型AC/DC变换器进行调频移相控制；
将所述电压环控制单元的输出与所述三相交流电最大值Up的绝对值乘积作为三相交流电最大值Up相对应电流值的参考，与三相交流电最大值Up对应电流值进入电流环控制单元运算，并以得到的电流环控制单元输出对所述三相单级式隔离型AC/DC变换器进行占空比调节。
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