将交流电力转换为直流电力制造技术

一种在非隔离式电力转换器(600)中将交流(AC)电力转换为直流(DC)电力的方法，包括接收三相电源(100)、将所述三相电源转换为六个电压相、对所述AC电流半波整流、应用功率因子校正以实现DC电力，以及输出DC电力信号。所述三相电源具有AC电流。在三相配电变压器(610)的副边(616，616a‑c)处转换六个电压相，所述三相配电变压器(610)包括位于所述三相配电变压器的所述副边处的中间抽头(622)和一个或多个AC导线。所述AC导线载送经变压的电源。在所述三相配电变压器的所述副边发生半波整流。所述AC导线上的整流二极管(652a‑f)的布置实现所述半波整流。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及从交流(AC)电力高效地转换为直流(DC)电力。
技术介绍
通常，电力公司分配交流(AC)电源。为了避免将AC电力转换为直流(DC)电力，许多住宅电气负载，例如大多数家用电器和工具都以AC电力操作。然而，以DC电力操作的电器和其它电气负载由于两个原因而逐渐增多。首先，以DC电力操作的电器和其它负载提供更好的效率，这能够导致大量地节省成本。其次，诸如电池、太阳能电池板和其它可再生能量系统的可替选电源提供DC电电力。对于需要DC电力的电器和其他电气负载的操作来讲，AC至DC电力转换领域的改进是高效地利用电网供电的AC电力所必要的。一些设施已经容纳了需要DC电力的电气负载。容纳服务器/计算机机架和其它计算机系统装置以及用于电子存储和通信的附件的数据中心是具有主要以DC电力操作的负载的设施的一个示例。被容纳在数据中心处的IT系统组件主要以DC电力操作。能量消耗代表数据中心的最主要操作成本，并且电力消耗效率是数据中心设计的重要因素。因而，将AC高效地转换为DC电力以及电力分配系统(诸如DC电力分配)是实现数据中心电力消耗降低的新兴选项。
技术实现思路
本公开的一方面提供一种在非隔离式电力转换器中将交流(AC)电力转换为直流(DC)电力的方法。该方法包括接收三相电源，并且将该三相电源转换为六个电压相。该方法也包括对AC电流半波整流、应用功率因子校正以实现DC电力，并且输出DC电力信号。三相电源具有作为全波正弦AC电流的AC电流。在包括中间抽头和一个或多个AC导线的三相配电变压器的副边处转换六个电压相。中间抽头位于三相配电变压器的副边。AC导线载送(carry)经变压的电源。在三相配电变压器的副边发生半波整流。AC导线上的整流二极管的布置实现半波整流。输出DC电力信号在DC输出端具有输出电压。本公开的实施方式可以包括一个或多个下列可选特征。在一些实施方式中，该方法包括以输出电压对一个或多个DC负载供电。在一些示例中，跨一个或多个电容器测量输出电压，并且该方法还包括操作一个或多个Q1涌流和关断场效应晶体管。该一个或多个Q1场效应晶体管限制电流流动，并且对所述一个或多个电容器充电。在一些实施方式中，该方法还包括操作一个或多个Q2ORing场效应晶体管。该一个或多个Q2ORing场效应晶体管一旦感测到来自DC输出端的负电流流动就出于故障隔离而切断。在一些实施中，该方法包括在一个或多个AC导线上提供AC额定装置以用于AC保护。DC输出端可以包括正DC输出端和DC输出端地线，并且三相配电变压器的副边处的AC电力可以通过中性导线与DC输出端地线非隔离地连通。在一些示例中，三相配电变压器的副边处的AC电力通过从中线导线至安全地线的连接接地，并且DC输出端地线通过从中性导线至安全地线的连接接地，并且安全地线是实心的低或者高阻抗的接地线。本公开的另一方面提供用于将交流(AC)电力转换为直流(DC)电力的电力转换器。该电力转换器包括用于三相交流电的三相配电变压器、具有正DC输出端和DC输出端地线的非隔离的三相整流器、大容量电解电容，以及在DC输出端地线和变压器中性点之间的直接连接。所述用于三相交流电的三相配电变压器具有原边和副边。所述三相配电变压器的副边处具有形成变压器中性点的中间抽头。所述非隔离的三相整流器与所述三相配电变压器连通。所述大容量电解电容器连接正DC输出端和DC输出端地线。本公开的这一方面的实施方式可以包括一个或多个下列可选特征。在一些实施方式中，所述非隔离的三相整流器包括每个输入AC相上的整流二极管，以及与输入AC相中的每个输入AC相相对应的至少一个升压转换器。所述副边处的中间抽头可以提供六相AC电压，所述原边处的电流可以是全波正弦AC电流，并且所述副边处的AC电流可以经半波整流。在一些示例中，所述DC输出端地线和所述变压器中性点之间的直接连接以实心、低或者高阻抗接地线安全接地。本公开的又另一方面提供一种包括三相输入绕组和与三相输入绕组连通的副绕组的三相配电变压器。所述三相输入绕组被布置成接收交流(AC)电力。所述副绕组包括六个输出导线、每个输出导线上的整流二极管、以及中间抽头。每个整流二极管都被布置成用于对所述副绕组处的AC电流半波整流。所述中间抽头被配置成与所述六个输出导线一起输出六相AC电压。所述中间抽头也提供直接连接至DC输出端地线的变压器中性点。本公开的这一方面的实施可以包括一个或多个下列可选特征。在一些实施中，三相配电变压器还包括连接至六个输出导线的非隔离的三相整流器，所述非隔离的三相整流器平衡三相输入绕组上的AC电流输入。在一些实施例中，六个输出导线将AC电力传输至多个并联整流器系统。本公开的又另一方面提供一种包括输入端、未经电镀隔离的单级功率因子端、以及输出导线的非隔离的三相整流器。输入端接受具有经半波整流的电流的六相AC电压输入。未经电镀隔离的单级功率因子校正端与所述输入端连通。所述输出导线与所述未经电镀隔离的单级功率因子校正端连通。所述输出导线包括被配置成将DC地线连接至配电变压器中性点的第一输出导线，以及被配置成将正DC电压输送至单DC总线的第二输出导线。本公开的这一方面的实施方式可以包括一个或多个下列可选特征。在一些实施方式中，所述非隔离的三相整流器还包括连接至第二输出导线的ORing场效应晶体管。所述ORing场效应晶体管被配置成当故障发生时隔离整流器。在一些示例中，所述非隔离的三相整流器还包括AC涌流和关断场效应晶体管以及大容量电解电容器。所述AC涌流和关断场效应晶体管连接至所述第二输出导线。所述大容量电解电容器连接至所述第一输出导线和第二输出导线。所述AC涌流和关断场效应晶体管限制电流，并且对所述大容量电解电容器充电。本公开的又另一方面提供一种包括多个非隔离的三相整流器和至少一个配电变压器的电力转换系统。所述多个非隔离的三相整流器被配置成并联地操作。所述多个非隔离的三相整流器中的至少一个包括输入端、未经电镀隔离的单级功率因子校正端以及输出导线。所述输入端被布置成接收具有半波整流电流的六相AC电压输入。所述未经电镀隔离的单级功率因子校正端与所述输入端连通。与所述未经电镀隔离的单级功率因子校正端连通的输出导线包括被配置成将DC地线连接至配电变压器中性点的第一输出导线，以及被配置成将正DC电压输送至单DC总线的第二输出导线。所述至少一个配电变压器具有接受三相AC电力的原绕组，以及具有形成变压器中性点的中间抽头的副绕组。所述整流器的第一输出端被不隔离地直接连接至配电变压器中性点。本公开的这一方面的实施方式可以包括一个或多个下列可选特征。在一些实施方式中，所述电力转换系统还包括被配置成在所述配电变压器的副绕组处对三相AC电力半波整流的整流二极管。所述副绕组处的中间抽头提供六相电压。所述六相电压可以对所述多个整流器中的至少一个整流器进行馈电。所述六相电压可以对多个整流器中的多于一个整流器进行馈电。在附图和下文描述中提出本公开的一个或多个实施方式的细节。通过描述和附图以及通过权利要求，其它方面、特征和优点将显而易见。附图说明图1A是示例电力系统中的AC-DC电力转换器的示意图。图1B是三相AC电源的示意图。图1C是三相AC电源的电压的矢量图。图2A是传统的电力转换器的示意图。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在非隔离式电力转换器(600)中将交流(AC)电力转换为直流(DC)电力的方法，所述方法包括：接收三相电源(100)，所述三相电源(100)具有全波正弦AC电流的AC电流；将所述三相电源(100)在三相配电变压器(610)的副边(616，616a、616b、616c)处变换为六个电压相，所述三相配电变压器(610)包括在所述副边(616，616a、616b、616c)上的中间抽头(622，622a、622b、622c)和载送经变压的电源的一个或多个AC导线(630a‑f)；在所述三相配电变压器(610)的所述副边(616，616a、616b、616c)处对所述AC电流半波整流，所述半波整流是通过所述一个或多个AC导线(630a‑f)上的整流二极管(652a‑f)的布置来实现的；应用功率因子校正以实现DC电力；以及输出在DC输出端具有输出电压(V0)的DC电力信号。

【技术特征摘要】
2015.08.10 US 62/203,154;2015.09.17 US 14/856,7481.一种在非隔离式电力转换器(600)中将交流(AC)电力转换为直流(DC)电力的方法，所述方法包括：接收三相电源(100)，所述三相电源(100)具有全波正弦AC电流的AC电流；将所述三相电源(100)在三相配电变压器(610)的副边(616，616a、616b、616c)处变换为六个电压相，所述三相配电变压器(610)包括在所述副边(616，616a、616b、616c)上的中间抽头(622，622a、622b、622c)和载送经变压的电源的一个或多个AC导线(630a-f)；在所述三相配电变压器(610)的所述副边(616，616a、616b、616c)处对所述AC电流半波整流，所述半波整流是通过所述一个或多个AC导线(630a-f)上的整流二极管(652a-f)的布置来实现的；应用功率因子校正以实现DC电力；以及输出在DC输出端具有输出电压(V0)的DC电力信号。2.根据权利要求1所述的方法，还包括利用所述输出电压(V0)对一个或多个DC负载供电。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述输出电压(V0)是跨一个或多个电容器(658、660)来测量的，并且其中，所述方法还包括操作一个或多个Q1涌流和关断场效应晶体管(662)，所述一个或多个Q1涌流和关断场效应晶体管(662)被配置成限制电流流动并且对所述一个或多个电容器(658、660)充电。4.根据权利要求1所述的方法，还包括操作一个或多个Q2ORing场效应晶体管(664)，所述一个或多个Q2ORing场效应晶体管(664)被配置成一旦感测到来自所述DC输出端的负电流流动就出于故障隔离而切断。5.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述一个或多个AC导线(630a-f)上提供AC额定装置以用于AC保护。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述DC输出端包括正DC输出端(686a)和DC输出端地线(686b)，并且其中，所述三相配电变压器(610)的所述副边(616，616a、616b、616c)处的AC电力通过中性导线(624)与所述DC输出端地线(686b)非隔离地连通。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三相配电变压器(610)的所述副边(616，616a、616b、616c)处的AC电力通过从所述中线导线(624)至安全地线(628)的连接接地，其中，所述DC输出端地线(686b)通过从所述中性导线(624)至所述安全地线(628)的所述连接接地，并且其中，所述安全地线(628)是实心的低或者高阻抗的接地线。8.一种用于将交流(AC)电力转换为直流(DC)电力的电力转换器(600)，所述电力转换器(600)包括：用于三相交流电的具有原边(614，614a、614b、614c)和副边(616，616a、616b、616c)的三相配电变压器(610)，在所述三相配电变压器(610)的所述副边(616，616a、616b、616c)处的中间抽头(622，622a、622b、622c)形成变压器中性点；与所述三相配电变压器(610)连通并且具有正DC输出端(686a)和DC输出端地线(686b)的非隔离三相整流器(650)；在所述正DC输出端(686a)和所述DC输出端地线(686b)之间连接的大容量电解电容(660)；以及在所述DC输出端地线(686b)和所述变压器中性点之间的直接连接。9.根据权利要求8所述的电力转换器(600)，其中，所述非隔离三相整流器(650)包括每个输入AC相上的整流二极管(652a-f)，以及与每个输入AC相相对应的至少一个升压转换器(654，654a、654b、654c)。10.根据权利要求9所述的电力转换器(600)，其中，所述副边(616，616a、616b、616c)处的所述中间抽头(622，622a、622b、622c)提供六相AC电压，其中，所述原边(614，614a、614b、614c)处的AC电流是全波正弦AC电流，并且其中，所述副边(616，616a、616b、616c)处的AC电流经半波整流。11.根据权利要求8所述的电力转换器(600)，其中，在所述DC输出端地线(686b)和所述变压器中性点之间的所述直接连接以实心、低或者高阻抗接地线安全接地。12.一种三相配电变压器(610)，包括：被布置成接收交流(AC)电力的三...

【专利技术属性】
技术研发人员：金相善，弗朗西斯科·哈维尔·伊莱亚斯，科尔内留斯·本迪克特·奥沙利文，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：发明
国别省市：美国;US