一种整流采样模块和直流供电系统的制作方法

1.本实用新型涉及整流电路技术领域，具体涉及一种整流采样模块和直流供电系统。


背景技术：

2.随着工业生产的发展和各个行业技术的进步及国防事业的发展，高可靠大功率案基中高压直流电源得到了广泛的关注与应用，具有广阔的市场需求。高可靠大功率案基中高压直流电源广泛应用于工业生产特种供电、中高压直流电解、跨海通信、远距离电能传输、海底观测网络供电等领域。
3.现有的高可靠大功率中高压直流电源中一般包括多个功率模块，该些功率模块中包括有ac/dc整流电路和dc/dc调压电路，其中,电路控制需要获取输入输出电参数进行计算得到控制量从而输出较为稳定的电压，也就需要对该些电路的输入电流、输出电压进行实时的采样，以保证输出电压的稳定，对于三相电路，现有的采样方式需要针对各个相分别进行采样，电路拓扑上较为复杂，并且容易互相干扰。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种整流采样模块和直流供电系统，该整流采样模块能够对三相交流电进行整流，并可在整流过程中分别对各相电流进行实时采样。
5.为达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种整流采样模块，包括整流单元、采样单元和开关组件；所述整流单元具有三相交流输入端、直流输出正端和直流输出负端，其用于由所述三相交流输入端接入三相交流电并在整流后由所述直流输出正端和直流输出负端输出直流电；所述采样单元一端与所述整流单元的直流输出负端连接，另一端与所述交流输入端通过所述开关组件连接；所述开关组件包括第一开关、第二开关和第三开关，三者分别与所述整流单元的交流输入端的三个相连接。
7.进一步的，所述整流单元包括：所述整流单元包括电感组件、第一开关子单元和第二开关子单元；所述电感组件包括第一电感、第二电感和第三电感，三者的一端分别与所述三相交流输入端的三个相连接，三者的另一端通过所述第一开关子单元与所述直流输出正端连接；所述第一开关子单元包括第四开关、第五开关和第六开关，三者的一端分别与所述第一电感、第二电感和第三电感连接，三者的另一端均与所述直流输出正端连接；所述第二开关子单元包括第七开关、第八开关和第九开关，三者的一端分别与所述第四开关、第五开关和第六开关与所述电感组件连接的一端连接，三者的另一端均与所述采样单元与所述直流输出负端连接的一端连接。
8.进一步的，所述第四开关、第五开关和第六开关均为整流管，三者均包括正向端和反向端，三者的正向端分别与所述电感组件连接，三者的反向端均与所述直流输出正端连
接。
9.进一步的，所述整流单元包括第一电感、第一开关子单元和第二开关子单元；所述第二开关子单元包括第七开关、第八开关和第九开关，三者的一端分别与所述三相交流输入端的三个相连接，三者的另一端同时与所述第一开关子单元和第一电感连接；所述第一开关子单元包括第四开关、第五开关和第六开关，三者的一端分别与所述采样单元与所述直流输出负端连接的一端连接，三者的另一端分别与所述第七开关、第八开关和第九开关与所述第一电感连接的一端连接；所述第一电感一端连接所述第一开关子单元和第二开关子单元，另一端连接所述直流输出正端。
10.进一步的，所述第四开关、第五开关和第六开关均为整流管，三者均包括正向端和反向端，三者的正向端均与所述采样单元连接，三者的反向端均与所述第一电感连接。
11.进一步的，所述第七开关、第八开关和第九开关为开关管。
12.进一步的，所述第一开关、第二开关和第三开关为整流管，其包括正向端和反向端，三者的正向端分别与所述采样单元连接，三者的反向端分别与所述三相交流输入端的三个相连接。
13.进一步的，所述采样单元为采样电阻，或为采样互感器。
14.此外，本实用新型还提供一种直流供电系统，其包括依次连接的进线柜、隔离变压柜、整流柜和直流配电柜；所述进线柜用于将市电接入到所述隔离变压柜；所述隔离变压柜包括设置有若干三相绕组的移相变压器，用于对市电进行调压；所述整流柜包括若干整流采样模块，用于对调压后的市电进行整流和采样；所述直流配电柜用于将整流后的市电输出至负载；其中，所述整流采样模块为如上述任一项所述的整流采样模块。
15.由上述对本实用新型的描述可知，相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
16.该整流采样模块，利用整流单元对三相交流电进行整流以得到直流电，其中，在整流单元的直流输出负端与开关组件之间设置有一采样单元，该采样单元可以对整流后的电流进行采样，并且由于该采样单元设置的位置，在该整流采样模块中，可以仅通过一个采样单元，实现对三相电流的采样，使得该整流采样模块的电路拓扑得以简化。
17.本实用新型提供的直流供电系统，由于具有上述整流采样模块，因此具有上述全部有益效果。整流柜包括若干个整流采样模块，当采样单元为采样电阻时，进一步的还具有各个整流采样模块均流的效果。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，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。
19.图1为本实用新型提供的一种整流采样模块的实施例一的电路示意图1；
20.图2为本实用新型提供的一种整流采样模块的实施例一的电路示意图2；
21.图3为本实用新型提供的一种整流采样模块的实施例二的电路示意图1；
22.图4为本实用新型提供的一种整流采样模块的实施例二的电路示意图2。
23.主要附图标记说明：
24.第一电感l1；第二电感l2；第三电感l3；第一开关d4；第二开关d5；第三开关d6；第四开关d1；第五开关d2；第六开关d3；第七开关s1；第八开关s2；第九开关s3；电容c1；采样单元r1。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
27.本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
28.本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
29.本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
30.实施例一
31.本实用新型提供一种整流采样模块，其包括整流单元、采样单元r1和开关组件，其中，整流单元包括三相交流输入端、直流输出正端和直流输出负端，其用于由三相交流输入端接入三相交流电并在整流后由直流输出正端和直流输出负端输出直流电；采样单元r1一端与整流单元的直流输出负端连接，另一端与交流输入端通过开关组件连接；开关组件包括第一开关d4、第二开关d5和第三开关d6，三者分别与整流单元的交流输入端的三个相连接。
32.具体的，参照图1和图2，二者示出了本实用新型实施例一所提供的一种整流采样模块，其中的整流单元包括第一开关子单元、第二开关子单元和电感组件。
33.其中，整流单元的直流输出正端和直流输出负端分别与一电容c1的两个极板连接，该电容c1的两个极板可以与外界负载连接以形成直流电流回路，在本实施例中，电容c1的上极板与整流单元的直流输出正端连接，电容c1的下极板与整流输出负端连接。
34.电感组件包括第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3，三者的一端分别与三相交流输入端的三个相连接，三者的另一端通过第一开关子单元与直流输出正端连接；第一开关子单元包括第四开关d1、第五开关d2和第六开关d3，三者的一端分别与第一电感l1、第二
电感l2和第三电感l3连接，三者的另一端均与直流输出正端连接；第二开关子单元包括第七开关s1、第八开关s2和第九开关s3，三者的一端分别与第四开关d1、第五开关d2和第六开关d3与电感组件连接的一端连接，三者的另一端均与采样单元r1与直流输出负端连接的一端连接。
35.其中，第一开关d4、第二开关d5和第三开关d6为整流管，三者均包括正向端和反向端，即电流只能由正向端朝向反向端流动，三者的正向端分别与采样单元r1连接，三者的反向端分别与三相交流输入端的三个相连接。具体的，具体的，第一开关d4、第二开关d5和第三开关d6可以是二极管，其包括作为正向端的正极和作为反向端的负极，电流只能从正极朝向负极流动。
36.电感组件中，第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3的一端分别与第一开关子单元中的第四开关d1、第五开关d2和第六开关d3连接；第一开关子单元中，第四开关d1、第五开关d2和第六开关d3均是整流管，三者均包括正向端和反向端，三者的正向端分别与电感组件中的第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3连接，三者的反向端均与直流输出正端连接，即反向端与电容c1的上极板连接。本实施例中，上述采用整流管(即整流二极管)也可以是mos管、igbt管或三极管等开关管，只要将开关管控制成二极管那样正能正极朝向负极流动的即可。在其他实施例中也是如此。
37.第二开关子单元中，第七开关s1、第八开关s2和第九开关s3为开关管，其可以是mos管、igbt管或三极管等，三者均可以通过pwm调制方式对其断开和闭合进行控制。第七开关s1、第八开关s2、第九开关s3的发波方式可根据实际情况进行调整，但应当注意的是，当前时刻仅有三相中的一相工作，仅控制当前工作的一相所对应的开关进行高频通断，其余两个开关断开；上述的需要进行高频通断的开关和需要断开的开关，在输入电压的换相点进行交换。
38.采样单元r1在本实施例中为采样电阻，当然，在其他实施例中，也可采用采样互感器等可用于进行电流采样的元器件。在采用电阻作为采样单元r1的情况下，可通过调整采样电阻的阻值，利用输出阻抗法对直流输出进行均流，使得在直流供电系统中，各个整流采样模块的输出功率基本相同。
39.本实施例所提供的整流采样模块在工作时，利用第一开关子单元中各整流管的单向导通特性，在第二开关子单元中各开关管的高频通断调制下，实现对三相交流电的整流，最终得到所需的直流电。
40.具体的,以其中一相交流电为例，图1为第七开关s1闭合的情况下的电流流向示意图，第七开关s1闭合，电流经过第一电感l1、第七开关s1、采样单元r1、第二开关d5回到第二相或第三开关d6回到第三相；图2为第七开关s1断开的情况下的电流流向示意图，第七开关s1断开，电流经过第一电感l1、第四开关d1、电容c1、采样单元r1、第一开关d4回到第一相；另外两相的工作原理相同，从而使得三相交流电经过该整流单元进行整流和升压后能够输出直流电。
41.其中，上述的采样单元r1能够对三相电流均进行采样，可先通过锁相环技术判断当前三相交流电的工作相，即三相电路中电压最高的相，在确定工作相后，控制与该相对应的第七开关s1、第八开关s2或第九开关s3以pwm调制方式按照预设的占空比进行高频开关，并在该工作相的工作期间采样单元r1得到的采样电流即为该相电流，以此类推对三相电流
依次进行采样，从而实现通过单个采样单元即可对三相电流进行采样的技术效果。
42.本实施例提供的整流采样模块，在其整流过程中，采样单元r1由于一直处于三相交流回路上，因此其可以根据三相电各相之间的相位关系，分别且实时地获得各相的电流，实现通过单个采样单元r1对三相电流的实时采样。
43.实施例二
44.参见图3和图4，二者示出了本实用新型实施例二所提供的一种整流采样模块，该整流采样模块与实施例一的区别在于，其中的整流单元采用以下拓扑结构：
45.整流单元包括第一电感l1、第一开关子单元和第二开关子单元；第二开关子单元包括第七开关s1、第八开关s2和第九开关s3，三者的一端分别与三相交流输入端的三个相连接，三者的另一端同时与第一开关子单元和第一电感l1连接；第一开关子单元包括第四开关d1、第五开关d2和第六开关d3，三者的一端分别与采样单元r1与直流输出负端连接的一端连接，三者的另一端分别与第七开关s1、第八开关s2和第九开关s3与第一电感l1连接的一端连接；第一电感l1一端连接第一开关子单元和第二开关子单元，另一端连接直流输出正端。
46.其中，第一开关d4、第二开关d5和第三开关d6为整流管，其包括正向端和反向端，即电流只能由正向端朝向反向端流动，三者的正向端分别与采样单元r1连接，三者的反向端分别与三相交流输入端的三个相连接。具体的，具体的，第一开关d4、第二开关d5和第三开关d6可以是二极管，其包括作为正向端的正极和作为反向端的负极，电流只能从正极朝向负极流动。
47.第一开关子单元中，第四开关d1、第五开关d2和第六开关d3均是整流管，其包括正向端和反向端，三者的正向端均与采样单元r1与直流输出负端连接的一端连接，因此三者的正向端也连接至直流输出负端，三者的反向端分别与第二开关子单元中的第七开关s1、第八开关s2和第九开关s3与第一电感l1连接的一端连接，因此三者的反向端也与第一电感l1的一端连接。具体的，第四开关d1、第五开关d2和第六开关d3可以是二极管，其包括作为正向端的正极和作为反向端的负极，电流只能从正极朝向负极流动。
48.第二开关子单元中，第七开关s1、第八开关s2和第九开关s3为开关管，其可以是mos管、igbt管或三极管等，三者均可以通过pwm调制方式对其断开和闭合进行控制。第七开关s1、第八开关s2、第九开关s3的发波方式可根据实际情况进行调整，但应对注意的是，当前时刻仅有三相中的一相工作，仅控制当前工作的一相所对应的开关进行高频通断，其余两个开关断开；上述的需要进行高频通断的开关和需要断开的开关，在输入电压的换相点进行交换。
49.本实施例二所提供的整流采样模块与实施例一中的整流采样模块的区别在于，二者之一为升压整流，另一为降压整流，但二者均可实现对三相交流电的整流，并均可利用上述的采样单元r1在整流过程中分别且实时地获取各相的电流。
50.具体的，以其中一相交流电为例，图3为第七开关s1闭合的情况下的电流流向示意图，第七开关s1闭合，电流经过第七开关s1、第一电感l1、电容c1、采样单元r1、第二开关d5回到第二相或第三开关d6回到第三相；图4为第七开关s1断开的情况下的电流流向示意图，第七开关s1断开，电流经过第一电感l1、电容c1、第四开关d1或第五开关d2或第六开关d3；另外两相的工作原理相同，从而使得三相交流电经过该整流单元进行整流和降压后能够输
出直流电。
51.实施例三
52.本实用新型实施例三提供一种直流供电系统包括依次连接的进线柜、隔离变压柜、整流柜和直流配电柜；进线柜用于将市电接入到隔离变压柜；隔离变压柜包括设置有若干三相绕组的移相变压器，用于对市电进行调压；整流柜包括若干整流采样模块，用于对调压后的市电进行整流和采样；直流配电柜用于将整流后的市电输出至负载；
53.其中，整流采样模块为上述实施例一或实施例二所提供的整流采样模块。
54.应当理解的是，由于上述的移相变压器具有抵消高次谐波的功能，因此该系统的pfc功能由该移相变压器实现，从而实现输入级硬件和软件上的简化。
55.该直流供电系统，通过上述的整流采样模块，在实现对三相交流电的整流功能的同时，还可通过采样单元r1对各相的电流分别进行实时采样。
56.上述说明书和实施例的描述，用于解释本实用新型保护范围，但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。