用于对电力负载供电的变流器系统技术方案

一种变流器系统包括用于输入AC功率信号的每一相的DC母线；每一相的第一开关单元，包括在DC母线两端串联耦合的第一两个有源开关并在第一两个有源开关之间形成第一开关单元AC电极，该第一开关单元AC电极被耦合到相应的相；以及每一相的第二开关单元，包括在DC母线两端串联耦合的第二两个有源开关并在第二两个有源开关之间形成第二开关单元AC电极，这些第二开关单元AC电极彼此耦合以形成飞中性线。第一开关单元和第二开关单元中的一个开关单元以大于线路频率至少一个数量级的频率进行开关。第一开关单元和第二开关单元中的另一个开关单元以近似等于线路频率的频率进行开关。

Converter system for power supply to power load

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对电力负载供电的变流器系统
本申请总体上涉及电力系统，并且更具体地，但不排他地涉及用于对电力负载供电的变流器系统。
技术介绍
多种类型的变流器系统，例如，单位功率因数变流器系统，仍然是感兴趣的领域。相对于某些应用，一些现有系统具有各种短处、缺点和弊端。例如，在一些变流器系统中，开关速度可能不够快，从而不足以实现期望的大小和重量目标。因此，在该
中仍然需要进一步的贡献。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例是独特的变流器系统。另一个实施例是独特的变流器系统。另一个实施例是独特的变流器系统。其他实施例包括用于变流器系统装置、系统、设备、硬件、方法和变流器组合。通过本文提供的描述和附图，本申请的进一步的实施例、形式、特征、方面、益处和优点将变得清楚。附图说明本文的描述参考以下附图，其中在所有的数个图中相同的参考标记指代相同的部分，并且其中：图1示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的非限制性示例的一些方面的计划图。图2示意性地示出了根据本专利技术的实施例的交流高频开关单元的非限制性示例的一些方面。图3示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的非限制性示例的一些方面。图4示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。图5示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。图6示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。图7示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。图8示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。图9示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。图10示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。图11示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。图12示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的负载级的非限制性示例的一些方面。图13示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的负载级的非限制性示例的一些方面。图14示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的负载级的非限制性示例的一些方面。图15示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统的负载级的非限制性示例的一些方面。具体实施方式为了促进对本专利技术的原理的理解，将参考附图中所示的实施例，并使用特定的语言以描述这些实施例。然而要理解的是本专利技术的范围并不因此而受到限制。描述的实施例中的任何的变化和进一步的修改，以及如本文中描述的本专利技术的原理的任何进一步的应用均被视为本专利技术相关领域的技术人员通常会想到的。参考图1，示意性地示出了根据本专利技术的实施例的变流器系统10的非限制性示例的一些方面。变流器系统10是隔离的三相变流器系统。在一种形式中，变流器系统10是电动汽车充电器或其他电源。在其他实施例中，变流器系统10可以是其他形式。例如，变流器系统10可以被配置为对电动机供电，例如，三相电动机。在一些实施例中，变流器系统10提供功率因数校正，例如输出处的单位功率因数。在一种形式中，输入电压标称380/480线-线/rmsVAC。在其他实施例中，可以采用其他输入值。在一种形式中，输出标称50-1000VDC。在其他实施例中，输出电压可以根据应用的需要而变化。在一种形式中，输出功率在10kW-50kW的范围内。在其他实施例中，输出功率可以根据应用的需要而变化。变流器系统10以例如，50Hz或60Hz的线路频率耦合到具有相U1、U2、U3的三相AC(交流)电源12。变流器系统10包括用于每个相应的相U1、U2、U3的DC(直流)母线D1、D2、D3。每个DC母线具有正轨D1+、D2+、D3+和负轨D1-、D2-、D3-。变流器系统10包括用于AC电源12的每一相U1、U2、U3的高频开关单元14、低频开关单元16，其中每个开关单元都被配置为将AC转换成DC，以及变换级180，被配置为将DC转换成AC。在其他实施例中，变流器单元和级的数目可以根据应用的需要而变化。变流器系统10包括负载级20，在一些实施例中将变换级18的AC输出转换成DC，用于对DC负载供电，然而在其他实施例中，负载级对AC负载供电。高频单元14包括至少两个高频有源开关22，两个高频有源开关22在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，母线在高频有源开关22之间形成AC电极24。术语“有源”是指这些开关是受控的开关，例如，通过门极驱动信号控制，而不是无源开关，例如，仅二极管。为了减小变流器系统10中的输入滤波器(特别是磁性的-电感器和变压器)的大小，期望使用能够以高频开关的晶体管。GaN(氮化镓)晶体管可以以>3倍等量Si(硅)晶体管的频率进行开关，特别是IGBT(绝缘栅双极晶体管)，其是在建议的功率水平(例如，10kW或以上)最常用的器件。然而，GaN器件额定电压通常只有650V或以下，这可能不足以用于具有380V或更高的三相AC输入的传统桥电路。另一个考虑是GaN器件开关非常迅速，并且具有短功率回路非常重要，与具有多电平开关单元短功率回路相比，具有两电平开关单元的短功率回路更容易实现。因此，在一种形式中，高频有源开关22是GaN器件。在其他实施例中，高频有源开关22可以采用其他材料或是由其他材料形成，例如，SiC(碳化硅)。在一种形式中，高频有源开关22是GaNMOSFET。在其他实施例中，高频有源开关22可以采用其他形式，例如，GaNHEMT(高电子迁移率晶体管)或IGBT。在一些实施例中，高频有源开关22可以是SiCMOSFET(碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)。高频有源开关22可操作为以大于线路频率至少一个数量级的频率进行开关，以将AC转换成DC。在一种形式中，高频有源开关22可操作为以20kHz到200kHz的范围的频率进行开关，并且在一些实施例中以大于200kHz或小于20kHz的频率进行开关。去耦电容器26在有源开关22两端直接耦合。去耦电容器26可操作为滤掉高频信号。去耦电容器26未在DC母线D1、D2、D3两端耦合，而是在有源开关22本身两端直接耦合，以限制由两个高频有源开关和去耦电容器形成的回路的长度。对于每一相，大容量DC链路电容器28在DC母线D1、D2、D3两端耦合，以限制在DC链路D1、D2、D3上的整体电压纹波。去耦电容器26的能量储存需求与大容量DC链路电容器28相比通常较小。每个开关单元14的AC电极24耦合到AC电源12的相应相U1、U2、U3。在一种形式中，电感器30耦合到每个AC电极24。每相支路U1、U2、U3耦合到电感器32。对于每一相U1、U2、U3，电感器30和32彼此耦合。对于每一相，在一端电容器34耦合到电感器3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变流器系统，用于将来自AC电源的、具有处于线路频率的一相或多相的多相AC功率信号转换为DC功率信号以对负载供电，所述变流器系统包括：/n用于所述AC功率信号的每一相的DC母线；/n用于所述AC功率信号的每一相的第一开关单元，每个第一开关单元包括在所述DC母线两端串联耦合的第一两个有源开关，并在所述第一两个有源开关之间形成第一开关单元AC电极，所述第一开关单元AC电极被耦合到所述AC电源的相应的相；以及/n用于所述AC功率信号的每一相的第二开关单元，每个第二开关单元包括在所述DC母线两端串联耦合的第二两个有源开关，并在所述第二两个有源开关之间形成第二开关单元AC电极，其中所述第二开关单元AC电极彼此耦合以形成飞中性线，/n其中所述第一开关单元和所述第二开关单元中的一个开关单元可操作为以大于所述线路频率至少一个数量级的第一频率进行开关以将AC转换成DC；以及/n其中所述第一开关单元和所述第二开关单元中的另一个开关单元可操作为以近似等于所述线路频率的第二频率进行开关以将AC转换成DC。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种变流器系统，用于将来自AC电源的、具有处于线路频率的一相或多相的多相AC功率信号转换为DC功率信号以对负载供电，所述变流器系统包括：
用于所述AC功率信号的每一相的DC母线；
用于所述AC功率信号的每一相的第一开关单元，每个第一开关单元包括在所述DC母线两端串联耦合的第一两个有源开关，并在所述第一两个有源开关之间形成第一开关单元AC电极，所述第一开关单元AC电极被耦合到所述AC电源的相应的相；以及
用于所述AC功率信号的每一相的第二开关单元，每个第二开关单元包括在所述DC母线两端串联耦合的第二两个有源开关，并在所述第二两个有源开关之间形成第二开关单元AC电极，其中所述第二开关单元AC电极彼此耦合以形成飞中性线，
其中所述第一开关单元和所述第二开关单元中的一个开关单元可操作为以大于所述线路频率至少一个数量级的第一频率进行开关以将AC转换成DC；以及
其中所述第一开关单元和所述第二开关单元中的另一个开关单元可操作为以近似等于所述线路频率的第二频率进行开关以将AC转换成DC。


2.根据权利要求1所述的变流器系统，其中所述第一频率在20kHz到200kHz的范围内或超过所述范围。


3.根据权利要求1所述的变流器系统，其中所述第一两个有源开关和/或所述第二两个有源开关是氮化镓(GaN)器件。


4.根据权利要求1所述的变流器系统，还包括：
用于每一相的变压器；
用于所述AC功率信号的每一相的第三开关单元，每个第三开关单元包括在所述DC母线两端串联耦合的第三两个有源开关，并在所述第三两个有源开关之间形成第三开关单元AC电极，其中所述第三开关单元AC电极耦合到用于每一相的所述变压器；并且其中所述第三开关单元可操作为以大于所述线路频率至少三个数量级的第三频率进行开关以将DC转换成AC；以及
整流器，可操作为针对每一相将AC整流成DC。


5.根据权利要求4所述的变流器系统，其中所述第三频率在100kHz到1MHz的范围内或超过所述范围。


6.根据权利要求1所述的变流器系统，还包括滤波器中性线，所述滤波器中性线经由电容器耦合到所述AC电源的每一相。


7.根据权利要求6所述的变流器系统，其中对于每一相，两个电感器在所述第一开关单元AC电极与所述AC电源之间串联耦合；并且所述电容器在所述两个电感器之间耦合。


8.根据权利要求6所述的变流器系统，其中所述飞中性线被耦合到所述滤波器中性线。


9.根据权利要求1所述的变流器系统，还包括机壳接地，其中所述飞中性线被耦合到所述机壳接地。


10.根据权利要求1所述的变流器系统，其中在不需要任何介于中间的电感器或电容器的情况下，所述第二开关单元AC电极直接彼此耦合，以形成所述飞中性线。


11.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·巴拉，A·卡达菲鲁谷，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH