一种AC/DC变换器以及充电装置的制作方法

一种ac/dc变换器以及充电装置
技术领域
1.本技术涉及电源技术领域，尤其是一种ac/dc变换器以及充电装置。


背景技术：

2.ac/dc变换器(alternating current/directcurrent converter)是一种将输入交流电转变为输出直流电的电压转换器。以图1中示出的ac/dc变换器为例，电流经过电感l
11
后分别经过绕组t
11
和绕组t
12
。在开关管q
11
和开关管q
12
导通时，无论交流电源处于正半周还是负半周，电感l
11
和绕组t
11
都是与开关管q
11
和开关管q
12
形成闭合回路，整流二极管d
11
需要承受电容c
11
两端的电压，整流二极管d
13
需要承受电容c
12
两端的电压。同理的，在开关管q
13
和开关管q
14
导通时，无论交流电源处于正半周还是负半周，电感l
11
和绕组t
12
都是与开关管q
13
和开关管q
14
形成闭合回路，整流二极管d
12
需要承受电容c
11
两端的电压，整流二极管d
14
需要承受电容c
12
两端的电压。换句话来说，现有技术中的ac/dc变换器中，整流二极管均要承受该ac/dc变换器的一半输出电压。因此，现有技术中的ac/dc变换器对整流二极管的额定电压要求较高。特别是在高压应用的场景下，比如输出电压是800v时，该ac/dc变换器中的整流二极管的额定电压要大于400v来保证该ac/dc变换器可以正常工作。由于整流二极管的额定电压的大小与价格正相关，从而使得该ac/dc变换器成本也较高。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种ac/dc变换器以及充电装置，通过改变切换单元的内部结构，可以降低ac/dc变换器的成本，以及提高变换效率。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种ac/dc变换器，该ac/dc变换器设于交流电源与用电设备之间。该ac/dc变换器包括至少一相电路；每相电路中包括电感、自耦变压器、第一切换单元、第二切换单元、与第一切换单元对应的至少两个第一整流单元以及与第二切换单元对应的至少两个第二整流单元；其中，自耦变压器包括与第一切换单元对应的第一绕组以及与第二切换单元对应的第二绕组。具体实现中，电感的一端耦合交流电源，电感的另一端耦合第一绕组的一端和第二绕组的一端；第一绕组的另一端耦合第一切换单元的绕组连接端，第二绕组的另一端耦合第二切换单元的绕组连接端；第一切换单元的母线连接端通过至少两个第一整流单元耦合ac/dc变换器的母线，第二切换单元的母线连接端通过至少两个第二整流单元耦合ac/dc变换器的母线；ac/dc变换器的母线耦合用电设备；其中，任一切换单元的绕组连接端与该任一切换单元的地线连接端之间包括至少两组切换电路，各组切换电路中包括二极管以及与二极管串联的可控开关；该可控开关可以控制可控开关所在的切换单元的绕组连接端与地线连接端之间连接的导通或断开。相对于现有技术中采用两个开关管串联来切换电感的充放电状态并实现ac/dc变换，本技术实施例改变了切换单元的内部结构。在本技术实施例中，切换单元采用至少两组切换电路，每组切换电路中包括的是二极管以及与该二极管串联的可控开关，ac/dc变换器的输出电压可以由切换电路中的二极管与整流单元承担，或者由切换电路中的可控开关与整流二极管承担。因此，本申
请实施例可以通过改变切换单元的内部结构，减轻整流单元承受的电压差，使得本技术实施例中的ac/dc变换器在与现有技术提供的ac/dc变换器对用电设备提供相同输出电压的情况下，本技术实施例的ac/dc变换器可以选择额定电压较小的整流器件，成本低。并且，整流器件的额定电压的大小与该整流器件的正向压降正相关，即整流器件的额定电压越大，该整流器件带来的损耗越大，所以本技术实施例通过改变切换单元的内部结构，可以选择额定电压较小的整流器件，除了可以降低成本之外，还可以减小ac/dc变换器的损耗，提高变换效率。
5.结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，本技术实施例中的ac/dc变换器还包括控制器；该控制器可以向第一切换单元中各组切换电路包括的第一可控开关发送第一脉冲控制信号，该第一脉冲控制信号可以控制所述第一可控开关的通断；该控制器还可以向第二切换单元中各组切换电路包括的第二可控开关发送第二脉冲控制信号，该第二脉冲控制信号可以控制第二可控开关的通断。其中，第一脉冲控制信号与第二脉冲控制信号之间的频率相同，相位差为180
°
，此时，ac/dc变换器的电流纹波最小。
6.结合第一方面或结合第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，包含在任一切换单元中的至少两组切换电路包括第一组切换电路和第二组切换电路，其中第一组切换电路中包括第一二极管和第一开关管，第二组切换电路中包括第二二极管和第二开关管；ac/dc变换器的母线包括正母线和负母线。具体实现中，第一二极管的阳极与第二二极管的阴极均耦合任一切换单元对应的绕组的另一端；第一二极管的阴极与第一开关管的第一端均通过任一切换单元对应的两个整流单元中的一个整流单元耦合ac/dc变换器的正母线；第二二极管的阳极与第二开关管的第二端均通过任一切换单元对应的两个整流单元中的另一个整流单元耦合ac/dc变换器的负母线；第一开关管的第二端与第二开关管的第一端均耦合ac/dc变换器的地线。在本技术实施例中，绕组的另一端连接的是两个二极管的连接中点，而ac/dc变换器的地线连接的是两个开关管的连接中点，在这种切换单元的电路连接方式中，开关管的开关速度可以比较慢，避免开关管频繁地开关，可以提高ac/dc变换器的寿命。
7.结合第一方面或结合第一方面第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，包含在任一切换单元中的至少两组切换电路包括第一组切换电路和第二组切换电路，其中第一组切换电路中包括第三二极管和第三开关管，第二组切换电路中包括第四二极管和第四开关管；ac/dc变换器的母线包括正母线和负母线。具体实现中，第三二极管的阴极与第三开关管的第一端均通过任一切换单元对应的两个整流单元中的一个整流单元耦合ac/dc变换器的正母线；第三开关管的第二端与第四开关管的第一端均耦合任一切换单元对应的绕组的另一端；第四二极管的阳极与第四开关管的第二端均通过任一切换单元对应的两个整流单元中的另一个整流单元耦合ac/dc变换器的负母线；第三二极管的阳极与第四二极管的阴极均耦合ac/dc变换器的地线。在本技术实施例中，绕组的另一端连接的是两个开关管的连接中点，而ac/dc变换器的地线连接的是两个二极管的连接中点，在这种切换单元的电路连接方式中，二极管导通速度较快，可以提高ac/dc变换器的变换速度。
8.结合第一方面第二种可能的实现方式或结合第一方面第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，本技术实施例提供的ac/dc变换器还包括第一电容和第二电容；其中，该第一电容耦合在ac/dc变换器的正母线与ac/dc变换器的地线之间，该第二电容耦
合在ac/dc变换器的负母线与ac/dc变换器的地线之间。
9.结合第一方面或结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，上述ac/dc变换器包括三相电路；所述三相电路中电流的相量和为零。
10.结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，上述控制器还可以在交流电源的电压小于ac/dc变换器的输出电压的二分之一时，控制第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号的占空比均小于0.5；或者，控制器还可以在交流电源的电压大于ac/dc变换器的输出电压的二分之一时，控制第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号的占空比均大于0.5。
11.结合第一方面或结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，第一绕组与第二绕组的绕组匝数相等。
12.第二方面，本技术实施例提供了一种充电装置，该充电装置可以包括如结合第一方面或结合第一方面任意一种可能的实现方式中的ac/dc变换器以及电能表；其中，电能表串联在交流电源与ac/dc变换器之间。ac/dc变换器可以将所述交流电源输出的交流电变换为第一直流电，并将该第一直流电传输至用电设备；电能表可以对交流电源向用电设备提供的电能进行测量。
13.结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，上述充电装置还包括dc/dc变换器；其中，dc/dc变换器设于ac/dc变换器与所述用电设备之间。ac/dc变换器将交流电源输出的交流电变换得到的第一直流电，经过该dc/dc变换器传输至用电设备；该dc/dc变换器可以对第一直流电进行变换得到第二直流电，并将第二直流电向用电设备提供。
14.应理解的是，本技术上述多个方面的实现和有益效果可以相互参考。
附图说明
15.图1为现有技术中的ac/dc变换器的一电路图；
16.图2为本技术实施例提供的充电装置的一结构框图；
17.图3为本技术实施例提供的ac/dc变换器的一结构框图；
18.图4a-图4b为本技术实施例提供的切换单元的电路图；
19.图5为本技术实施例提供的脉冲控制信号的一时序图；
20.图6a-图6f为本技术实施例提供的ac/dc变换器的一等效电路图；
21.图7a-图7f为本技术实施例提供的ac/dc变换器的又一等效电路图；
22.图8为本技术实施例提供的脉冲控制信号的又一时序图；
23.图9a-图9b为本技术实施例提供的ac/dc变换器的又一等效电路图；
24.图10a-图10b为本技术实施例提供的ac/dc变换器的又一等效电路图；
25.图11为本技术实施例提供的ac/dc变换器的三相电路图；
26.图12为本技术实施例提供的交流电网的波形示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例，都属于本技术保护的范围。
28.下面结合附图来对本技术的技术方案的实施作进一步的详细描述。
29.参见图2，图2为本技术实施例提供的充电装置的一结构框图。如图2所示，充电装置21设于交流电源与用电设备之间。该充电装置21可以包括电能表211以及ac/dc变换器212。其中，交流电源的输出端耦合电能表211的一端，电能表211的另一端耦合ac/dc变换器212的一端，ac/dc变换器212的另一端耦合用电设备。
30.需要指出的是，本技术中所描述的“耦合”指的是直接或间接连接。例如，a与b耦合，既可以是a与b直接连接，也可以是a与b之间通过一个或多个其它电学元器件间接连接，例如可以是a与c直接连接，c与b直接连接，从而使得a与b之间通过c实现了连接。
31.ac/dc变换器212可以将交流电源输出的交流电变换为第一直流电，并将该第一直流电传输至用电设备。其中，电能表211串联在交流电源与ac/dc变换器212之间，可以对交流电源向用电设备提供的电能进行测量。可选的，该ac/dc变换器212还可以包括通信模块(图中未示出)，该通信模块可以将电能表211测量得到的电能数据向用电设备传输。或者，该ac/dc变换器212还可以包括显示模块(图中未示出)，该显示模块可以将电能表211测量得到的电能数据进行显示。
32.示例性的，该ac/dc变换器212可以采用半波整流、全波整流或者有源逆变等电路结构来进行整流。
33.示例性的，该用电设备可以是终端、逆变器或电动汽车等。比如该ac/dc变换器212中的交流电源可以是来自交流电网，则本技术实施例中的充电装置可以具体实现为充电桩，向电动汽车输出直流电。
34.在一些可行的实施实施方式中，该ac/dc变换器212还可以包括dc/dc变换器(图中未示出)，该dc/dc变换器设于ac/dc变换器212与用电设备之间，即ac/dc变换器212的另一端通过dc/dc变换器耦合用电设备。具体实现中，ac/dc变换器212可以将交流电源输出的交流电变换为第一直流电，该dc/dc变换器可以将该第一直流电变换第二直流电，并将该第二直流电传输至用电设备。
35.示例性的，该dc/dc变换器可以例如是buck变换器，该buck变换器可以对第一直流电进行降压得到第二直流电，即第二直流电可以小于第一直流电。该dc/dc变换器可以例如是boost变换器，该boost变换器可以对第一直流电进行升压得到第二直流电，即第二直流电可以大于第一直流电。可选的，该dc/dc变换器还可以例如是buck-boost变换器，该buck-boost变换器可以对第一直流电进行升压或降压得到第二直流电，即第二直流电可以大于或小于第一直流电。可选的，ac/dc变换器212和dc/dc变换器可以具体以电路印制板pcb的形式内置在充电站的充电桩中。
36.下面结合附图对本技术实施例提供的ac/dc变换器的具体结构进行说明。
37.参见图3，图3为本技术实施例提供的ac/dc变换器的一结构框图。如图3所示，本技术提供的ac/dc变换器设于交流电源与用电设备之间。其中，该ac/dc变换器包括至少一相电路。可以理解的是，该ac/dc变换器包括的相电路的数量确定了该ac/dc变换器可以适用的场景。例如，该ac/dc变换器适用于交流电源为交流电网的应用场景，则该ac/dc变换器包括三相电路；又例如，该ac/dc变换器适用于交流电源为单相交流的场景，则该ac/dc变换器包括单相电路。
38.图3以ac/dc变换器包括单相电路为例，该相电路中包括电感l
31
、自耦变压器310、第一切换单元311、第二切换单元312、与第一切换单元311对应的至少两个第一整流单元(例如第一整流单元313a和第一整流单元313b)以及与第二切换单元312对应的至少两个第二整流单元(例如第二整流单元314a和第二整流单元314b)。其中，自耦变压器310包括与第一切换单元311对应的第一绕组t
31
以及与第二切换单元312对应的第二绕组t
32
。
39.可选的，第一绕组t
31
与第二绕组t
32
的绕组匝数相等，此时，自耦变压器310对电感l
31
的电流进行隔离分流，可以提高ac/dc变换器的输出电流。
40.具体实现中，电感l
31
的一端耦合交流电源，电感l
31
的另一端耦合第一绕组t
31
的一端和第二绕组t
32
的一端，第一绕组t
31
的另一端耦合第一切换单元311的绕组连接端
①
，第二绕组t
32
的另一端耦合第二切换单元312的绕组连接端
①
。
41.第一切换单元311的正母线连接端
②
通过第一整流单元313a耦合ac/dc变换器的正母线dc1+，第一切换单元311的负母线连接端
③
通过第一整流单元313b耦合ac/dc变换器的负母线dc1-。
42.第二切换单元312的正母线连接端
②
通过第二整流单元314a耦合ac/dc变换器的正母线dc1+；第二切换单元312的负母线连接端
③
通过第二整流单元314b耦合ac/dc变换器的负母线dc1-。
43.其中，ac/dc变换器的正母线dc1+与负母线dc1-之间耦合用电设备，该ac/dc变换器的输出电压为该ac/dc变换器的正母线dc1+与该ac/dc变换器的负母线dc1-之间的电压差。
44.各个切换单元中的内部结构具体可以是：在任一切换单元的绕组连接端
①
与该任一切换单元的地线连接端
④
之间包括至少两组切换电路，各组切换电路中包括二极管以及与该二极管串联的可控开关。其中，该可控开关可以控制该可控开关所在的切换单元的绕组连接端
①
与地线连接端
④
之间连接的导通或断开。例如，第一切换单元311中的第一组切换电路包括二极管d
31
以及与该二极管d
31
串联的开关管q
31
，若开关管q
31
关断，第一切换单元311的绕组连接端
①
与第一切换单元311的地线连接端
④
之间的连接断开；若开关管q
31
导通，第一切换单元311的绕组连接端
①
与第一切换单元311的地线连接端
④
之间的连接在交流电源处于正半周时导通。第一切换单元311中的第二组切换电路包括二极管d
32
以及与该二极管d
32
串联的开关管q
32
，若开关管q
32
关断，第一切换单元311的绕组连接端
①
与第一切换单元311的地线连接端
④
之间的连接断开；若开关管q
32
导通，第一切换单元311的绕组连接端
①
与第一切换单元311的地线连接端
④
之间的连接在交流电源处于负半周时导通。
45.可以理解的是，图3是以可控开关具体实现为金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)为例，可以理解的是，可控开关还可以具体实现为继电器、接触器、或绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)等。
46.在一些可行的实施方式中，ac/dc变换器还包括第一电容c
31
和第二电容c
32
。其中，第一电容c
31
耦合在ac/dc变换器的正母线dc1+与ac/dc变换器的地线gnd之间，第二电容c
32
耦合在ac/dc变换器的负母线dc1-与ac/dc变换器的地线gnd之间。可以理解的是，第一电容c
31
是ac/dc变换器的正母线dc1+的滤波电容，第二电容c
32
是ac/dc变换器的负母线dc1-的滤波电容。
47.在一些可行的实施方式中，ac/dc变换器还可以包括控制器(图中未示出)。该控制器可以向第一切换单元311中各组切换电路包括的第一可控开关(例如开关管q
31
和开关管q
32
)发送第一脉冲控制信号，该第一脉冲控制信号可以控制开关管q
31
和开关管q
32
的通断；该控制器还可以向第二切换单元312中各组切换电路包括的第二可控开关(即第二切换单元312中的两个开关管)发送第二脉冲控制信号，该第二脉冲控制信号可以控制第二切换单元312中的两个开关管的通断。其中，第一脉冲控制信号与第二脉冲控制信号之间的频率相同。可选的，第一脉冲控制信号与第二脉冲控制信号之间的相位差可以为180
°
，此时ac/dc变换器的电流纹波最小。
48.进一步的，在一些可行的实施方式中，以v
in
代表交流电源的电压，vo代表ac/dc变换器的输出电压，则上述控制器在v
in
＜vo/2时，控制第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号的占空比均小于0.5。或者，上述控制器在v
in
＞vo/2时，控制第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号的占空比均大于0.5。第一脉冲控制信号的占空比与第二脉冲控制信号的占空比相同。控制器通过调节脉冲控制信号的占空比，可以稳定ac/dc变换器的输出电压v0＝2v
in
。
49.相对于现有技术中采用两个开关管串联来切换电感的充放电状态并实现ac/dc变换，本技术实施例改变了切换单元的内部结构。在本技术实施例中，切换单元采用至少两组切换电路，每组切换电路中包括的是二极管以及与该二极管串联的可控开关，ac/dc变换器的输出电压可以由切换电路中的二极管与整流单元承担，或者由切换电路中的可控开关与整流二极管承担。因此，本技术实施例可以通过改变切换单元的内部结构，减轻整流单元承受的电压差，使得本技术实施例中的ac/dc变换器在与现有技术提供的ac/dc变换器对用电设备提供相同输出电压的情况下，本技术实施例的ac/dc变换器可以选择额定电压较小的整流器件，成本低。并且，整流器件的额定电压的大小与该整流器件的正向压降正相关，即整流器件的额定电压越大，该整流器件带来的损耗越大，所以本技术实施例通过改变切换单元的内部结构，可以选择额定电压较小的整流器件，除了可以降低成本之外，还可以减小ac/dc变换器的损耗，提高变换效率。
50.在一些可行的实施方式中，以图4a中示出的第一切换单元的电路图为例，二极管d
31
的阳极与二极管d
32
的阴极均耦合第一切换单元对应的第一绕组t
31
的另一端，即二极管d
31
的阳极与二极管d
32
的阴极的连接点为第一切换单元311的绕组连接端
①
。二极管d
31
的阴极与开关管q
31
的第一端(即漏极)均通过第一切换单元对应的两个整流单元中的一个整流单元(例如第一整流单元313a)耦合ac/dc变换器的正母线dc1+，即二极管d
31
的阴极与开关管q
31
的漏极的连接点为第一切换单元311的正母线连接端
②
。二极管d
32
的阳极与开关管q
31
的第二端(即源极)均通过第一切换单元对应的两个整流单元中的另一个整流单元(例如第一整流单元313b)耦合ac/dc变换器的负母线dc1-，即二极管d
32
的阳极与开关管q
31
的源极的连接点为第一切换单元311的负母线连接端
③
。开关管q
31
的第二端(即源极)与开关管q
32
的第一端(即漏极)均耦合ac/dc变换器的地线，即开关管q
31
的源极与开关管q
32
的漏极的连接点为第一切换单元311的地线连接端
④
。
51.同理的，第二切换单元312的电路图可以参考第一切换单元的描述，此处不作赘述。
52.在本技术实施例中，绕组的另一端连接的是两个二极管的连接中点，而ac/dc变换
器的地线连接的是两个开关管的连接中点，在这种切换单元的电路连接方式中，可以使用开关速度较慢的工频二极管，开关管的开关速度也可以比较慢，避免开关管频繁地开关，可以提高ac/dc变换器的寿命。
53.可选的，在一些可行的实施方式中，以图4b中示出的第二切换单元的电路图为例，开关管q
31
的第二端(即源极)与开关管q
32
的第一端(即漏极)均耦合第一切换单元对应的第一绕组t
31
的另一端，即开关管q
31
的源极与开关管q
32
的漏极的连接点为第一切换单元311的绕组连接端
①
。开关管q
31
的第一端(即漏极)与二极管d
31
的阴极均通过第一切换单元对应的两个整流单元中的一个整流单元(例如第一整流单元313a)耦合ac/dc变换器的正母线dc1+，即开关管q
31
的漏极与二极管d
31
的阴极的连接点为第一切换单元311的正母线连接端
②
。开关管q
32
的第二端(即源极)与二极管d
32
的阳极均通过第一切换单元对应的两个整流单元中的另一个整流单元(例如第一整流单元313b)耦合ac/dc变换器的负母线dc1-，即二极管d
32
的阳极与开关管q
31
的源极的连接点为第一切换单元311的负母线连接端
③
。二极管d
31
的阳极与二极管d
32
的阴极均耦合ac/dc变换器的地线，即二极管d
31
的阳极与二极管d
32
的阴极的连接点为第一切换单元311的地线连接端
④
。
54.同理的，第二切换单元312的电路图可以参考第一切换单元的描述，此处不作赘述。
55.在本技术实施例中，区别于图4a中示出的切换单元，绕组的另一端连接的是两个开关管的连接中点，而ac/dc变换器的地线连接的是两个二极管的连接中点，在这种切换单元的电路连接方式中，二极管导通速度较快，可以提高ac/dc变换器的变换速度。
56.下面结合图5至图7f对本技术实施例提供的ac/dc变换器的工作原理进行介绍。
57.参见图5，图5为本技术实施例提供的脉冲控制信号的一时序图。如图5所示，第一脉冲控制信号与第二脉冲控制信号之间的频率相同，相位差为180
°
，并且第一脉冲控制信号与第二脉冲控制信号的占空比都小于0.5。
58.在一些可行的实施方式中，切换单元内部结构的连接关系是如图4a所示时，结合图5示出的脉冲控制信号的时序图，假设在t
50
至t
53
时间段内，交流电源输出的交流电处于正半周；在t
54
至t
57
时间段内，交流电源输出的交流电处于负半周。则本技术实施例提供的ac/dc变换器可以在不同时刻下得到的等效电路图如图6a至图6f。
59.需要首先说明的是，本技术实施例以整流单元具体实现为整流二极管为例，可以理解为整流单元还可以是其他半导体器件例如三极管、mosfet等。
60.在t
50
至t
51
时间段内，第一脉冲控制信号为高电平，开关管q
31
和开关管q
32
导通，而第二脉冲控制信号为低电平，开关管q
33
和开关管q
34
关断。此时ac/dc变换器的等效电路图如图6a所示，交流电源输出的交流电经过电感l
31
之后分别经过绕组t
31
和绕组t
32
。其中，绕组t
31
上的电流经过二极管d
31
以及开关管q
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
充电；绕组t
32
上的电流经过二极管d
33
、整流二极管d2以及第一电容c
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
放电。ac/dc变换器的正母线dc1+上的电压是电感l
31
经过整流二极管d2放电得到的直流电。
61.在t
51
至t
52
时间段内，第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号均为低电平，开关管q
31
和开关管q
32
关断，以及开关管q
33
和开关管q
34
关断。此时ac/dc变换器的等效电路图如图6b所示，交流电源输出的交流电经过电感l
31
之后分别经过绕组t
31
和绕组t
32
。其中，绕组t
31
上的电流经过二极管d
31
、整流二极管d1以及第一电容c
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
放电；绕组t
32
上的电流经过二极管d
33
、整流二极管d2以及第一电容c
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
放电。ac/dc变换器的正母线dc1+上的电压是电感l
31
经过整流二极管d1以及整流二极管d2放电得到的直流电之和。
62.在t
52
至t
53
时间段内，第一脉冲控制信号为低电平，开关管q
31
和开关管q
32
关断，而第二脉冲控制信号为高电平，开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图6c所示，交流电源输出的交流电经过电感l
31
之后分别经过绕组t
31
和绕组t
32
。其中，绕组t
31
上的电流经过二极管d
31
、整流二极管d1以及第一电容c
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
放电；绕组t
32
上的电流经过二极管d
33
以及开关管q
33
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
充电。ac/dc变换器的正母线dc1+上的电压是电感l
31
经过整流二极管d1放电得到的直流电。
63.在t
54
至t
55
时间段内，由于此时的交流电处于负半周，所以即使t
54
至t
55
时间段内的脉冲控制信号如t
50
至t
51
时间段内的脉冲控制信号(即第一脉冲控制信号为高电平，以及第二脉冲控制信号为低电平)，ac/dc变换器的等效电路图也不同。此时，开关管q
31
和开关管q
32
导通，开关管q
33
和开关管q
34
关断，ac/dc变换器的等效电路图如图6d所示，绕组t
31
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过开关管q
32
和二极管d
32
得到，电感l
31
充电；绕组t
32
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过第二电容c
32
、整流二极管d4和二极管d
34
得到，电感l
31
放电。其中，绕组t
31
和绕组t
32
上的电流均汇流至电感l
31
。ac/dc变换器的负母线dc1-上的电压是电感l
31
经过整流二极管d4放电得到的直流电。
64.同理的，在t
55
至t
56
时间段内，第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号均为低电平，开关管q
31
和开关管q
32
关断，以及开关管q
33
和开关管q
34
关断。此时ac/dc变换器的等效电路图如图6e所示，绕组t
31
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过第二电容c
32
、整流二极管d3和二极管d
32
得到，电感l
31
放电；绕组t
32
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过第二电容c
32
、整流二极管d4和二极管d
34
得到，电感l
31
放电。其中，绕组t
31
和绕组t
32
上的电流均汇流至电感l
31
。ac/dc变换器的负母线dc1-上的电压是电感l
31
经过整流二极管d3和整流二极管d4放电得到的直流电。
65.在t
56
至t
57
时间段内，第一脉冲控制信号为低电平，开关管q
31
和开关管q
32
关断，而第二脉冲控制信号为高电平，开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图6f所示，绕组t
31
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过第二电容c
32
、整流二极管d3和二极管d
32
得到，电感l
31
放电；绕组t
32
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过开关管q
34
和二极管d
34
得到，电感l
31
充电。其中，绕组t
31
和绕组t
32
上的电流均汇流至电感l
31
。ac/dc变换器的负母线dc1-上的电压是电感l
31
经过整流二极管d3放电得到的直流电。
66.可选的，在一些可行的实施方式中，切换单元内部结构的连接关系是如图4b所示时，图5示出的脉冲控制信号的时序图依然适用，只是电感l
31
在各个时刻形成的电流回路有所不同。
67.示例性的，在t
50
至t
51
时间段内，开关管q
31
和开关管q
32
导通，开关管q
33
和开关管q
34
关断。此时ac/dc变换器的等效电路图如图7a所示，交流电源输出的交流电经过电感l
31
之后分别经过绕组t
31
和绕组t
32
。与图6a不同的是，绕组t
31
上的电流经过开关管q
32
以及二极管d
32
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
充电；绕组t
32
上的电流经过开关管q
33
的寄生二极管、
整流二极管d2以及第一电容c
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
放电。ac/dc变换器的正母线dc1+上的电压是电感l
31
经过整流二极管d2放电得到的直流电。
68.在t
51
至t
52
时间段内，开关管q
31
和开关管q
32
关断，以及开关管q
33
和开关管q
34
关断。此时ac/dc变换器的等效电路图如图7b所示，交流电源输出的交流电经过电感l
31
之后分别经过绕组t
31
和绕组t
32
。与图6b不同的是，绕组t
31
上的电流经过开关管q
31
的寄生二极管、整流二极管d1以及第一电容c
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
放电；绕组t
32
上的电流经过开关管q
33
的寄生二极管、整流二极管d2以及第一电容c
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
放电。ac/dc变换器的正母线dc1+上的电压是电感l
31
经过整流二极管d1以及整流二极管d2放电得到的直流电之和。
69.在t
52
至t
53
时间段内，开关管q
31
和开关管q
32
关断，开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图7c所示，交流电源输出的交流电经过电感l
31
之后分别经过绕组t
31
和绕组t
32
。与图6c不同的是，绕组t
31
上的电流经过开关管q
31
的寄生二极管、整流二极管d1以及第一电容c
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
放电；绕组t
32
上的电流经过开关管q
34
以及二极管d
34
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
充电。ac/dc变换器的正母线dc1+上的电压是电感l
31
经过整流二极管d1放电得到的直流电。
70.在t
54
至t
55
时间段内，交流电处于负半周，开关管q
31
和开关管q
32
导通，开关管q
33
和开关管q
34
关断，ac/dc变换器的等效电路图如图7d所示，与图6d不同的是，绕组t
31
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过二极管d
31
以及开关管q
31
得到，电感l
31
充电；绕组t
32
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过第二电容c
32
、整流二极管d4和开关管q
34
的寄生二极管得到，电感l
31
放电。其中，绕组t
31
和绕组t
32
上的电流均汇流至电感l
31
。ac/dc变换器的负母线dc1-上的电压是电感l
31
经过整流二极管d4放电得到的直流电。
71.在t
55
至t
56
时间段内，交流电处于负半周，开关管q
31
和开关管q
32
关断，以及开关管q
33
和开关管q
34
关断。此时ac/dc变换器的等效电路图如图7e所示，与图6e不同的是，绕组t
31
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过第二电容c
32
、整流二极管d3和开关管q
32
的寄生二极管得到，电感l
31
放电；绕组t
32
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过第二电容c
32
、整流二极管d4和开关管q
34
的寄生二极管得到，电感l
31
放电。其中，绕组t
31
和绕组t
32
上的电流均汇流至电感l
31
。ac/dc变换器的负母线dc1-上的电压是电感l
31
经过整流二极管d3和整流二极管d4放电得到的直流电。
72.在t
56
至t
57
时间段内，交流电处于负半周，开关管q
31
和开关管q
32
关断，开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图7f所示，与图6f不同的是，绕组t
31
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过第二电容c
32
、整流二极管d3和开关管q
32
的寄生二极管得到，电感l
31
放电；绕组t
32
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过二极管d
33
以及开关管q
33
得到，电感l
31
充电。其中，绕组t
31
和绕组t
32
上的电流均汇流至电感l
31
。ac/dc变换器的负母线dc1-上的电压是电感l
31
经过整流二极管d3放电得到的直流电。
73.在一些可行的实施方式中，参见图8，图8为本技术实施例提供的脉冲控制信号的又一时序图。如图8所示，第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号的占空比都大于0.5，相较于图5中示出的脉冲控制信号的时序图，可以得出，图5中的脉冲控制信号的时序图的交叠部分是第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号均为低电平，而图8中的脉冲控制信号的时序图的交叠部分是第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号均为高电平。因此在图5中示出
的脉冲控制信号的时序图的控制下，各个切换单元的各个开关管(例如开关管q
31
、q
32
、q
33
和q
34
)可以共同处于关断状态，则在图8中示出的脉冲控制信号的时序图的控制下，开关管q
31
、q
32
、q
33
和q
34
可以共同处于导通状态。
74.在一些可行的实施方式中，切换单元内部结构的连接关系是如图4a所示时，结合图8示出的脉冲控制信号的时序图，假设在t
80
至t
83
时间段内，交流电源输出的交流电处于正半周；在t
84
至t
87
时间段内，交流电源输出的交流电处于负半周。
75.在t
80
至t
81
时间段内，第一脉冲控制信号为低电平，开关管q
31
和开关管q
32
关断，而第二脉冲控制信号为高电平，开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图6c所示，具体实现可以结合图6c的描述，此处不作赘述。
76.在t
81
至t
82
时间段内，第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号均为高电平，开关管q
31
和开关管q
32
导通，以及开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图9a所示，交流电源输出的交流电经过电感l
31
之后分别经过绕组t
31
和绕组t
32
。其中，绕组t
31
上的电流经过二极管d
31
以及开关管q
31
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
充电；绕组t
32
上的电流经过二极管d
33
以及开关管q
33
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
充电。ac/dc变换器的正母线dc+与负母线dc-之间的电压差是t
80
至t
81
时间段输出的电压。
77.在t
82
至t
83
时间段内，第一脉冲控制信号为高电平，开关管q
31
和开关管q
32
导通，而第二脉冲控制信号为低电平，开关管q
33
和开关管q
34
关断。此时ac/dc变换器的等效电路图如图6a所示，具体实现可以结合图6a的描述，此处不作赘述。
78.在t
84
至t
85
时间段内，此时的交流电处于负半周，第一脉冲控制信号为低电平，开关管q
31
和开关管q
32
关断，而第二脉冲控制信号为高电平，开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图6f所示，具体实现可以结合图6f的描述，此处不作赘述。
79.在t
85
至t
86
时间段内，此时的交流电处于负半周，第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号均为高电平，开关管q
31
和开关管q
32
导通，以及开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图9b所示，绕组t
31
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过开关管q
32
和二极管d
32
得到，电感l
31
充电；绕组t
32
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过开关管q
34
和二极管d
34
得到，电感l
31
充电。ac/dc变换器的正母线dc+与负母线dc-之间的电压差是t
84
至t
85
时间段输出的电压。
80.在t
86
至t
87
时间段内，此时的交流电处于负半周，第一脉冲控制信号为高电平，以及第二脉冲控制信号为低电平，开关管q
31
和开关管q
32
导通，开关管q
33
和开关管q
34
关断，ac/dc变换器的等效电路图如图6d所示，具体实现可以结合图6d的描述，此处不作赘述。
81.可选的，在一些可行的实施方式中，切换单元内部结构的连接关系是如图4b所示时，图8示出的脉冲控制信号的时序图依然适用，只是电感l
31
在各个时刻形成的电流回路有所不同。
82.示例性的，在t
80
至t
81
时间段内，开关管q
31
和开关管q
32
关断，开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图7c所示，具体实现可以结合图7c的描述，此处不作赘述。
83.在t
81
至t
82
时间段内，开关管q
31
和开关管q
32
导通，以及开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图10a所示，绕组t
31
上的电流经过开关管q
32
以及二极管d
32
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
充电；绕组t
32
上的电流经过开关管q
34
以及二极管d
34
到ac/dc变换器的地线gnd，电感l
31
充电。ac/dc变换器的正母线dc+与负母线dc-之间的电压差是t
80
至t
81
时间段输出的电压。
84.在t
82
至t
83
时间段内，开关管q
31
和开关管q
32
导通，开关管q
33
和开关管q
34
关断。此时ac/dc变换器的等效电路图如图7a所示，具体实现可以结合图7a的描述，此处不作赘述。
85.在t
84
至t
85
时间段内，此时的交流电处于负半周，开关管q
31
和开关管q
32
关断，开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图7f所示，具体实现可以结合图7f的描述，此处不作赘述。
86.在t
85
至t
86
时间段内，此时的交流电处于负半周，开关管q
31
和开关管q
32
导通，以及开关管q
33
和开关管q
34
导通。此时ac/dc变换器的等效电路图如图10b所示，绕组t
31
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过二极管d
31
和开关管q
31
得到，电感l
31
充电；绕组t
32
上的电流是由ac/dc变换器的地线gnd经过二极管d
33
和开关管q
33
得到，电感l
31
充电。ac/dc变换器的正母线dc+与负母线dc-之间的电压差是t
84
至t
85
时间段输出的电压。
87.在t
86
至t
87
时间段内，此时的交流电处于负半周，开关管q
31
和开关管q
32
导通，开关管q
33
和开关管q
34
关断，ac/dc变换器的等效电路图如图7d所示，具体实现可以结合图7d的描述，此处不作赘述。
88.在一些可行的实施方式中，参见图11，图11为本技术实施例提供的ac/dc变换器的三相电路图。如图11所示，ac/dc变换器包括三相电路，每相电路均包括电感、自耦变压器、第一切换单元、第二切换单元、第一整流单元以及第二整流单元。换句话来说，ac/dc变换器可以包括三个图3中所描述的相电路，其中切换单元可以具体实现为图4a或者图4b所描述的电路。
89.图11以切换单元具体实现为图4a所描述的电路为例，交流电源具体实现为交流电网，包括a、b、c三相电压。一相电压对应输入一相电路中。
90.需要首先说明的是，图11中示出的是ac/dc变换器应用在三相三线制电路，本技术实施例中提供的ac/dc变换器还可以适用于三相四线制、三相五线制等电路，本技术不对此进行限制。
91.a、b、c三相电压的波形示意图可以参见图12，a、b、c三相电压之间的相位差为120
°
，在不同的时刻，每一相电路的状态可以认为是相互独立的过程。在三相电路中，本技术实施例的ac/dc变换器可以具有多种状态，例如切换单元具体实现为图4a时，在图12中示出的第t时刻，a相电压和c相电压处于正半周，b相电压处于负半周，则此时a相电压和c相电压对应的相电路(即电压va所输入支路以及电压vc所输入支路)可以具有前文结合图6a至图6c中的三种状态；b相电压对应的相电路(即电压vb所输入支路)可以具有前文结合图6d至图6f中的三种状态。因此，在第t时刻，该ac/dc变换器可以具有27种可能的回路状态组合。
92.示例性的，电压va所输入支路和电压vc所输入支路均形成如图6a示出的回路，电压vb所输入支路形成如图6d示出的回路。交流电网的地线与ac/dc变换器的地线gnd是不同的，所以电流从交流电网输出，也要回到交流电网的地线，即三相电路中遵循基尔霍夫电流定律。电压va所输入支路和电压vc所输入支路的电流由电压vb所输入支路流回至交流电网的地线。换句话来说，三相电路中电流的相量和总会为零。
93.具体实现中，电压va输入电感la之后分别经过绕组t
a1
和绕组t
a2
。其中，绕组t
a1
上的电流经过二极管d
a1
以及开关管q
a1
到ac/dc变换器的地线gnd；绕组t
a2
上的电流经过二极管da3
、整流二极管d2以及第一电容c
101
到ac/dc变换器的地线gnd。
94.电压vc输入电感lc之后分别经过绕组t
c1
和绕组t
c2
。其中，绕组t
c1
上的电流经过二极管d
c1
以及开关管q
c1
到ac/dc变换器的地线gnd；绕组t
c2
上的电流经过二极管d
c3
、整流二极管d10以及第一电容c
101
到ac/dc变换器的地线gnd。
95.ac/dc变换器的地线gnd处的电流可以经过开关管q
b2
、二极管d
b2
以及绕组t
b1
到交流电网的地线，或者可以经过第二电容c
102
、整流二极管d8、二极管d
b4
以及绕组t
b2
到交流电网的地线。
96.可选的，电压va所输入支路和电压vc所输入支路均形成如图6a示出的回路，电压vb所输入支路形成如图6e示出的回路；或者，电压va所输入支路和电压vc所输入支路均形成如图6a示出的回路，电压vb所输入支路形成如图6f示出的回路；或者，电压va所输入支路形成如图6a示出的回路，电压vc所输入支路形成如图6b示出的回路，电压vb所输入支路形成如图6d示出的回路；电压va所输入支路形成如图6a示出的回路，电压vc所输入支路形成如图6b示出的回路，电压vb所输入支路形成如图6e示出的回路；电压va所输入支路形成如图6a示出的回路，电压vc所输入支路形成如图6b示出的回路，电压vb所输入支路形成如图6f示出的回路等等，此处不作赘述。
97.需要说明的是，上述术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
98.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。