通用功率转换器制造技术

公开了一种用于伴热应用的功率转换器。该功率转换器包括被配置为控制输入切换级的控制器。该功率转换器还包括输出滤波器，输出滤波器电耦合到输入切换级。进一步的，功率转换器包括无源冷却元件，无源冷却元件耦合到功率转换器。控制器被配置为选择峰值电压，以及基于至少峰值电压和功率转换器输入电压之一来设置功率转换器输出电压。无源冷却元件被配置为降低功率转换器的温度以及避免以移动配件冷却的需求，从而使系统除了非危险区域之外，还对危险区域可行。输入切换级包括多个晶体管。功率转换器输出电压和功率转换器输入电压两者均为交流电。

Universal power converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通用功率转换器相关申请的交叉引用这个申请是非临时性申请，并且要求于2017年5月18日提交的标题为“UniversalPowerConverter”的美国临时专利申请序列No.62/508,282的权益，并且通过引用将其完整地并入本文。
技术介绍
AC-AC功率转换器允许在各种应用中的灵活的输出功率控制。传统地，用于许多AC负载的功率控制是由占空比切换算法执行的，该占空比切换算法实质上跨越整个线周期(linecycle)，因此在没有改变峰值输出电压的情况下调节了输出功率。当前，存在用于kW范围中的AC-AC转换器的解决方案。然而，这些解决方案依赖于输入切换级、储能电路(tankstorage)(诸如在谐振转换器中)以及输出切换级(或逆变器)，以及一些解决方案依赖于DC链路。在“危险”区域中实施这解决方案变得昂贵且困难。既在kW范围中操作又是商业上可负担的所有现有的解决方案依赖于内部冷却风扇的使用，而这样的冷却风扇被禁止用于在危险区域中的功率转换器中。具体地，工业伴热(heattracing)市场不允许在许多关键应用中的功率转换器中的冷却风扇。因此，将用于具有达到峰值电压的AC-AC转换器的当前解决方案扩展到伴热应用和危险区域应用变得非常昂贵。现有的功率转换器是昂贵的，并且许多不满足在危险区域中的使用的要求，并且具体是在工业伴热应用中的使用的要求。因此，需要一种用于在危险区域中的使用的改善的功率转换器。
技术实现思路
经由现在所公开的被配置用于危险区域或非危险区域中的使用的通用功率转换器来满足前述需求。该专利技术的实施例提供了一种AC-AC功率转换器，该AC-AC功率转换器产生在千瓦范围中的AC功率以及控制峰值输出电压，同时维持许多AC负载所要求的基本上正弦的波形。在一个实施例中，公开了一种用于伴热应用的功率转换器。该功率转换器包括被配置为控制输入切换级的控制器。功率转换器还包括输出滤波器，该输出滤波器电耦合到输入切换级。进一步的，功率转换器包括无源冷却元件(passivecoolingelement)，该无源冷却元件耦合到功率转换器。控制器被配置为选择峰值电压，以及基于至少峰值电压和功率转换器输入电压之一来设置功率转换器输出电压。无源冷却元件被配置为降低功率转换器的温度。输入切换级包括诸如MOSFET、IGBT或其它晶体管的多个固态开关。功率转换器输出电压和功率转换器输入电压包括交流电(AC)。无源冷却元件可以是散热器，使得功率转换器不被具有移动配件的冷却系统冷却，从而使得功率转换器能够在危险区域中操作。输出滤波器可以包括电阻器、电容器和电感器中的至少一个；电感器可以被配置为优化功率转换器的效率。功率转换器还可以被配置为：与多个自调节加热器一起使用，该多个自调节加热器中的每个自调节加热器被配置用于不同的额定功率；和/或与各自具有不同的线缆输入电压的多条矿物绝缘的加热线缆一起使用，该控制器基于功率转换器输入电压来控制输入切换级，以产生，作为功率转换器输出电压，任意的不同的线缆输入电压。在另一个实施例中，公开了一种AC-AC功率转换器。该AC-AC功率转换器包括控制器，该控制器被配置为控制输入切换级。另外地，AC-AC功率转换器包括输出滤波器，该输出滤波器电耦合到输入切换级。进一步的，AC-AC功率转换器包括散热器，该散热器耦合到AC-AC功率转换器。控制器被配置为设置AC-AC功率转换器的峰值输出电压。散热器被配置为冷却AC-AC功率转换器。输入切换级可以包括全桥输入切换级，以及输出滤波器可以包括多个无源电气部件。散热器的尺寸被确定为以避免需要冷却风扇和具有移动配件的任何其它冷却系统，从而使得AC-AC功率转换器能够在危险区域中操作。全桥输入切换级可以包括多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，该输入切换级将AC-AC功率转换器配置为降压转换器。输出滤波器的无源电气部件可以包括电阻器、电容器和电感器中的至少一个；例如，输出滤波器可以包括电容器和电感器，电感器电连接到电容器以形成LC滤波器。控制器可以使得AC-AC功率转换器能够实现1kW至60kW的操作范围，以及可以将功率转换器配置用于：与各自具有不同的线缆输入电压的多条矿物绝缘的加热线缆一起使用，该控制器基于功率转换器输入电压控制输入切换级，以产生，作为功率转换器输出电压，任意的不同的线缆输入电压；和/或与多个自调节加热器一起使用，该多个自调节加热器中的每个自调节加热器被配置用于不同的额定功率。附图说明图1是根据本公开的通用功率转换器的实施例的电路级示意图；图2A是根据本公开的通用功率转换器的另一个实施例的电路级示意图；图2B是示出根据本公开的图2A的通用功率转换器的操作的波形图；图3A-图3B图示了根据本公开的通用功率转换器的另一个实施例的物理表示；图4是根据本公开的过零(zero-crossing)控制器的实施例的高层次框图；以及图5是根据本公开的关于图4的过零控制器的模拟输出；图6是本文所描述的AC-AC功率转换器的实施例的测量的输入和输出的曲线图。具体实施方式在详细解释该专利技术的任何实施例之前，要理解的是，该专利技术在其应用中不限于下面描述中所阐述的或在下面附图中所图示的部件的构造和布置的细节。该专利技术能够为其它实施例和能够以各种方式实践或执行。还要理解的是，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应当被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意味着涵盖其后列出的项及其等同物以及另外的项。除非另有指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变体被广泛使用以及涵盖直接和间接安装、连接、支撑和耦合两者。进一步的，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。提出下面的讨论以使得本领域技术人员能够制造和使用该专利技术的实施例。对于本领域技术人员来说，对所示实施例的各种修改将是显而易见的，以及本文的一般原理可以在不脱离该专利技术的实施例的情况下应用于其它实施例和应用。因而，该专利技术的实施例不旨在限于所示实施例，而是与符合本文所公开的原理和特征的最宽范围相一致。下面的详细描述要参考附图来阅读，其中不同图中的相似元素具有相似的标号。附图并不必然按比例绘制，附图描绘了所选择的实施例，并且不旨在限制本专利技术的实施例的范围。本领域技术人员将认识到的是，本文所提供的示例具有许多有用的替代并且落入该专利技术的实施例的范围内。本公开的实施例提供了一种用于在伴热应用、自调节加热器、恒瓦数加热器和其它加热应用中使用的AC-AC转换器的系统和方法。本公开的附加实施例提供了一种用于在伴热应用、自调节加热器、恒瓦数加热器和其它加热应用中使用的AC/DC、DC/AC、DC/DC或任何其它组合的转换器的系统和方法。图1是根据本公开的功率转换器102的示意图。功率转换器102可以是定制的降压转换器(Buckconverter)或包括定制的降压转换器。功率转换器102可以包括输入切换级104以及输出滤波器106。AC电压源108可以与电感器110串联设置。电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于伴热应用的功率转换器，所述功率转换器包括：/n控制器，所述控制器被配置为控制包括多个晶体管的输入切换级，以及还被配置为选择峰值电压和基于至少所述峰值电压和功率转换器输入电压之一来设置功率转换器输出电压，所述功率转换器输出电压和所述功率转换器输入电压包括交流电(AC)；/n输出滤波器，所述输出滤波器电耦合到所述输入切换级；以及/n无源冷却元件，所述无源冷却元件耦合到所述功率转换器以降低所述功率转换器的温度。/n，以及/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170518 US 62/508,2821.一种用于伴热应用的功率转换器，所述功率转换器包括：
控制器，所述控制器被配置为控制包括多个晶体管的输入切换级，以及还被配置为选择峰值电压和基于至少所述峰值电压和功率转换器输入电压之一来设置功率转换器输出电压，所述功率转换器输出电压和所述功率转换器输入电压包括交流电(AC)；
输出滤波器，所述输出滤波器电耦合到所述输入切换级；以及
无源冷却元件，所述无源冷却元件耦合到所述功率转换器以降低所述功率转换器的温度。
，以及


2.如权利要求1所述的功率转换器，其中所述无源冷却元件包括散热器，以及所述功率转换器不被具有移动配件的冷却系统冷却，从而使得所述功率转换器能够在危险区域中操作。


3.如权利要求1所述的功率转换器，其中所述输出滤波器包括电阻器、电容器和电感器中的至少一个。


4.如权利要求3所述的功率转换器，其中所述电感器被配置为优化所述功率转换器的效率。


5.如权利要求1所述的功率转换器，所述功率转换器还被配置用于与多个自调节加热器一起使用，所述多个自调节加热器中的每个自调节加热器被配置用于不同的额定功率。


6.如权利要求1所述的功率转换器，所述功率转换器还被配置用于与各自具有不同的线缆输入电压的多条矿物绝缘的加热线缆一起使用，所述控制器基于所述功率转换器输入电压来控制所述输入切换级，以产生，作为所述功率转换器输出电压，任意的所述不同的线缆输入电压。


7.一种AC-AC功率转换器，所述AC-AC功率转换器包括：
输入切换级；
控制器，所述控制器被配置为控制所述输入切换级，从而引起所述AC-AC功率转换器的期望的峰值输出电压；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·扎克，A·舍克哈尼，D·考艾特，J·F·贝雷斯，
申请(专利权)人：恩文特服务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH