提供可变DC链接电压的DC到DC转换器制造技术

一种逆变器‑转换器系统，包括DC源、DC到DC升压转换器、DC链接电容器、逆变器电路、变速电机和控制器。DC到DC升压转换器从DC源接收输入DC电压。逆变器电路将可变升压电压转换为AC电压，以驱动变速电机。控制器感测来自变速电机的多个参数，并且控制DC到DC升压转换器基于所述多个参数和/或变速电机所需的电压(或负载)将输入DC电压升高到可变输出电压。逆变器‑转换器系统的设计可以实现整个系统的电效率和成本节省。

【技术实现步骤摘要】
提供可变DC链接电压的DC到DC转换器
本公开一般涉及用于加热、通风、空调和/或制冷系统(HVACR)的直流(DC)到直流转换器(DC到DC转换器)的电源管理。更具体地，本公开涉及用于有效地提供多个DC链接电压以驱动HVACR系统中的变速电机的装置、系统和方法。
技术介绍
升压转换器是DC到DC转换器，其将源(即输入)电压改变为大于源电压的输出电压。源电压可以是任何合适的DC源，例如整流器、DC发电机、电池、太阳能电池板等。典型的开关模式升压转换器包括电感器、开关和续流二极管。开关可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或双极结晶体管(BJT)等。续流二极管可以用MOSFET代替。典型的升压转换器可以将固定的源电压升高到固定的输出电压。
技术实现思路
本公开一般涉及DC到DC转换器的电源管理，用于为诸如气候系统等系统供电。气候系统可以是HVACR系统。更具体地，本公开涉及用于有效地提供多个DC链接电压以驱动HVACR系统中的变速电机的装置、系统和方法。本文公开的实施例可用于运输制冷单元、用于车辆电池系统、和/或用于辅助电能存储系统等。在一些实施例中，一种用于HVACR系统的逆变器-转换器系统包括DC到DC升压转换器、向DC到DC升压转换器提供输入DC电压的DC源、控制器和变速电机。控制器被配置为获得多个感测参数(例如，变速电机的负载)，以控制DC到DC升压转换器基于感测到的多个参数产生第一升压电压和第二升压电压之一。在一些实施例中，DC到DC升压转换器包括具有第一电磁线圈的第一升压电路。DC到DC升压转换器还包括具有第二电磁线圈的第二升压电路。DC到DC升压转换器还包括开关组。在一个实施例中，开关组可以是N型金属氧化物半导体(NMOS)开关元件。在一些实施例中，第一电磁线圈和/或第二电磁线圈可以是带磁芯或不带磁芯的抽头绕组电磁线圈。在另一实施例中，第一电磁线圈和/或第二电磁线圈可以是带磁芯或不带磁芯的反激变压器。在一些实施例中，能量存储磁性元件(例如，电感器)可以具有多个可用的抽头。可以选择抽头以优化DC到DC升压转换器所需的电感量，从而降低DC到DC升压转换器中的功率损耗。抽头可以配有一对开关元件。针对磁性元件的每个附加抽头，将需要另外一对开关元件。如果不需要上游抽头，则关闭该抽头的一对开关元件。为了执行升压功能，DC到DC升压转换器必须与针对其相应抽头/电感器的一对开关元件进行同步整流。在一个实施例中，公开了一种用于HVACR系统的DC到DC升压转换器。DC到DC升压转换器包括具有第一电磁线圈的第一升压电路、具有第二电磁线圈的第二升压电路和开关组。开关组可以在第一电压状态和第二电压状态下操作。当开关组在第二电压状态下操作时，第一电磁线圈串联连接到第二电磁线圈。当开关组在第一电压状态下操作时，第一升压电路被配置为将输入DC电压升高到第一升压电压。当开关组在第二电压状态下操作时，第一升压电路和第二升压电路被配置为将输入DC电压升高到第二升压电压。第一升压电压不同于第二升压电压。在另一实施例中，公开了一种用于HVACR系统的逆变器-转换器系统。逆变器-转换器系统包括DC到DC升压转换器。DC到DC升压转换器包括具有第一电磁线圈的第一升压电路、具有第二电磁线圈的第二升压电路和开关组。开关组可以在第一电压状态和第二电压状态下操作。当开关组在第二电压状态下操作时，第一电磁线圈串联连接到第二电磁线圈。当开关组在第一电压状态下操作时，第一升压电路被配置为将输入DC电压升高到第一升压电压。当开关组在第二电压状态下操作时，第一升压电路和第二升压电路被配置为将输入DC电压升高到第二升压电压。第一升压电压不同于第二升压电压。逆变器-转换器系统还包括：DC源，向DC到DC升压转换器提供输入DC电压；变速电机；以及控制器，确定变速电机的负载，并且基于感测到的变速电机的负载来控制开关组。DC到DC升压转换器被配置为基于感测到的变速电机的负载将第一升压电压和第二升压电压中的一个提供给变速电机。在又一实施例中，公开了一种用于操作DC到DC升压转换器的方法。DC到DC升压转换器包括具有第一电磁线圈的第一升压电路、具有第二电磁线圈的第二升压电路和开关组。开关组可以在第一电压状态和第二电压状态下操作。当开关组在第二电压状态下操作时，第一电磁线圈串联连接到第二电磁线圈。所述方法包括从DC源接收输入DC电压，并且感测变速电机的负载。所述方法还包括当感测到变速电机的负载需要第一升压电压时，在第一电压状态下操作开关组，并且第一升压电路将输入DC电压升高到第一升压电压。所述方法还包括当感测到变速电机的负载需要第二升压电压时，在第二电压状态下操作开关组，并且第一升压电路与第二升压电路组合，将输入DC电压升高到第二升压电压。如本文所述的逆变器-转换器系统的优点可以是通过如下方式来优化电效率：在DC到DC升压转换器中使用多个绕组电磁线圈，以向DC链接提供多个升压电压来驱动变速电机。多输出电压DC到DC升压转换器(可以产生可变升压电压)可以比单输出电压升压转换器具有高得多的效率。基于变速电机的最佳操作点，DC到DC升压转换器可以设计成利用电磁线圈的最佳绕组产生最佳升压电压。如本文所述的逆变器-转换器系统的另一个优点可以是在部分负载下优化变速电机的效率，这可以构成变速电机的整个运行时间的重要部分。逆变器-转换器系统可以包括DC链接电容器。DC到DC升压转换器的升压电压和DC链接电容器的电容可以设计用于变速电机的最高负载和最高电压操作。在变速电机的较低负载和较低电压操作下，这种设计可以具有额外的设计余量(例如，额外的电容设计余量)，这可以导致组件的寿命延长，例如，DC链接电容器的寿命延长。如本文所述的逆变器-转换器系统的又一个优点可以是实现使用能量源(例如，用于车辆HVACR系统的辅助动力单元(APU)应用中最终驱动变速电机的容量有限的电池)的最佳性能或最大效率。如本文所述的逆变器-转换器系统的另一个优点可以是实现最佳或最大系统效率以满足排放法规。附图说明参考形成本公开的一部分的附图，附图示出了可以实践本说明书中描述的系统和方法的实施例。图1A是根据一个实施例的用于HVACR系统的逆变器-转换器的示意图。图1B示出了根据一个实施例的图1A所示的逆变器-转换器系统的DC到DC升压转换器的示意图。图2是根据第一实施例的用于HVACR系统的升压转换器单元中的DC到DC升压转换器的电路图。图3是根据第二实施例的用于HVACR系统的升压转换器单元中的DC到DC升压转换器的电路图。图4示出了根据一些实施例的变速电机的扭矩/功率-速度关系图。图5A和图5B是根据第三实施例的用于HVACR系统的升压转换器单元中的DC到DC升压转换器的电路图。图6是根据第四实施例的用于HVACR系统的升压转换器单元中的DC到DC升压转换器的电路图。图7A和图7B是根据第五实施例的用于HVACR系统的升压转换器单元中的DC到DC升压转换器的电路图。图8是根据第六实施例的用于HVACR系统的升压转换器单元中的DC到DC升压转换器的电路图。类似的附图标记始终表示类似的部分。具体实施方式本公开一般涉及DC到DC转换器的电源管理，用于为诸如气候系统等系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于气候系统的DC到DC升压转换器，包括：第一升压电路，具有第一电磁线圈；第二升压电路，具有第二电磁线圈；以及开关组，所述开关组能够在第一电压状态和第二电压状态下操作，其中当所述开关组在所述第二电压状态下操作时，所述第一电磁线圈串联连接到所述第二电磁线圈，其中当所述开关组在所述第一电压状态下操作时，所述第一升压电路被配置为将输入DC电压升高到第一升压电压，其中当所述开关组在所述第二电压状态下操作时，所述第一升压电路和所述第二升压电路被配置为将所述输入DC电压升高到第二升压电压，以及其中所述第一升压电压不同于所述第二升压电压。

【技术特征摘要】
2017.09.22 US 15/713,1711.一种用于气候系统的DC到DC升压转换器，包括：第一升压电路，具有第一电磁线圈；第二升压电路，具有第二电磁线圈；以及开关组，所述开关组能够在第一电压状态和第二电压状态下操作，其中当所述开关组在所述第二电压状态下操作时，所述第一电磁线圈串联连接到所述第二电磁线圈，其中当所述开关组在所述第一电压状态下操作时，所述第一升压电路被配置为将输入DC电压升高到第一升压电压，其中当所述开关组在所述第二电压状态下操作时，所述第一升压电路和所述第二升压电路被配置为将所述输入DC电压升高到第二升压电压，以及其中所述第一升压电压不同于所述第二升压电压。2.根据权利要求1所述的DC到DC升压转换器，其中所述第一升压电路包括第一电桥电路，所述第一电磁线圈为第一变压器，并且第一电桥电路驱动所述第一变压器的初级绕组，其中所述第二升压电路包括第二电桥电路和开关组，所述第二电磁线圈为第二变压器，所述第二电桥电路驱动所述第二变压器的初级绕组。3.根据权利要求2所述的DC到DC升压转换器，其中所述开关组包括第一开关和第二开关，其中当所述第一开关和所述第二开关都接通时，所述开关组在所述第一电压状态下操作，并且所述第一电桥电路和所述第一变压器被配置为将所述输入DC电压升高到所述第一升压电压，其中当所述第一开关和所述第二开关中的一个接通并且所述第一开关和所述第二开关中的另一个断开时，所述第一变压器的次级绕组和所述第二变压器的次级绕组被配置为串联工作，所述开关组在所述第二电压状态下操作，并且所述第一电桥电路、第一变压器、第二电桥电路和第二变压器被配置为将所述输入DC电压升高到所述第二升压电压。4.根据权利要求1所述的DC到DC升压转换器，其中所述开关组包括第一组MOSFET开关。5.根据权利要求1所述的DC到DC升压转换器，还包括：第三升压电路，具有第三电磁线圈，所述开关组能够在第三电压状态下操作；其中当所述开关组在所述第三电压状态下操作时，所述第一电磁线圈、所述第二电磁线圈和所述第三电磁线圈串联连接；其中当所述开关组在所述第三电压状态下操作时，所述第一升压电路、所述第二升压电路和所述第三升压电路被配置为将所述输入DC电压升高到不同于所述第一升压电压和所述第二升压电压的第三升压电压。6.根据权利要求1所述的DC到DC升压转换器，其中：所述开关组包括第一组开关和第二组开关，所述第一组开关位于所述第一升压电路内，所述第二组开关位于所述第二升压电路内，当所述开关组在所述第二电压状态下操作时，所述第一组开关断开，从而所述第一升压电路和所述第二升压电路被配置为将所述输入DC电压升高到所述第二升压电压，当所述开关组在所述第一电压状态下操作时，所述第二组开关断开，从而所述第一升压电路被配置为将所述输入DC电压升高到所述第一升压电压。7.根据权利要求6所述的DC到DC升压转换器，其中所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈是电感器。8.根据权利要求6所述的DC到DC升压转换器，还包括：DC链接电容器，具有第一端和第二端，其中所述第一电磁线圈具有第一端和第二端；其中所述第二电磁线圈具有第一端和第二端；其中所述第一组开关包括第一开关元件和第二开关元件，所述第二组开关包括第三开关元件和第四开关元件；其中所述第二开关元件的漏极端子和所述第四开关元件的漏极端子连接到所述DC链接电容器的第一端；其中所述第一开关元件的源极端子和所述第三开关元件的源极端子连接到所述DC链接电容器的第二端；其中所述第三开关元件的漏极端子和所述第四开关元件的源极端子连接到所述第二电磁线圈的第二端；以及其中所述第一电磁线圈的第二端、所述第一开关元件的漏极端子和所述第二开关元件的源极端子连接到所述第二电磁线圈的第一端。9.一种用于气候系统的逆变器-转换器系统，包括：DC到DC升压转换器，所述DC到DC升压转换器包括：第一升压电路，具有第一电磁线圈，第二升压电路，具有第二电磁线圈，以及开关组，所述开关组能够在第一电压状态和第二电压状态下操作，其中当所述开关组在所述第二电压状态下操作时，所述第一电磁线圈串联连接到所述第二电磁线圈，其中当所述开关组在所述第一电压状态下操作时，所述第一升压电路被配置为将输入DC电压升高到第一升压电压，其中当所述开关组在所述第二电压状态下操作时，所述第一升压电路和所述第二升压电路被配置为将所述输入DC电压升高到第二升压电压，以及其中所述第一升压电压不同于所述第二升压电压；DC源，向所述DC到DC升压转换器提供所述输入DC电压；变速电机；以及控制器，确定所述变速电机的负载，并且基于感测到的所述变速电机的负载来控制所述开关组，其中，所述DC到DC升压转换器被配置为基于感测到的所述变速电机的负载将所述第一升压电压和所述第二升压电压中的一个提供给所述变速电机。10.根据权利要求9所述的逆变器-转换器系统，其中所述第一升压电路包括第一电桥电路，所述第一电磁线圈为第一变压器，并且所述第一电桥电路驱动所述第一变压器的初级绕组，其中所述第二升压电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞安·韦恩·舒马赫，约翰内斯·亨德里克斯·菲瑟斯，卡斯·巴克尔，
申请(专利权)人：冷王公司，普罗佐弗，
类型：发明
国别省市：美国,US