具有可变电感器的谐振变流器制造技术

公开了用于具有可变谐振槽的ZVT ZCT谐振变流器的独特系统、方法、技术及装置。一个示例性实施例是一种系统，该系统包括双向谐振变流器，该双向谐振变流器包括输入/输出端子、与输入/输出端子耦合的开关设备、与开关设备耦合并且包括可变电感器的谐振电路、与谐振电路耦合的输出/输入端子、以及与可变电感器可操作性地耦合的DC偏置电路。可变电感器包括环形芯、缠绕在环形芯周围并且与开关设备和输出/输入端子耦合的第一绕组、被构造为重叠环形芯的一部分的第二芯、以及缠绕第二芯并且与DC偏置电路耦合的第二绕组。DC偏置电路可被控制为通过使环形芯的一部分饱和来改变可变电感器的电感。

Resonant converter with variable inductor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可变电感器的谐振变流器
技术介绍
谐振变流器包括零电压转换(ZVT)脉冲宽度调制(PWM)变流器和零电流转换变流器(ZCT)PWM变流器，其提供了很多益处，包括例如允许高开关频率、降低电磁噪声发射、以及允许使用较小的无源组件。现有的谐振变流器存在许多缺点和不足。仍然存在未被满足的需求，包括增大谐振操作范围、减小开关损耗、以及降低变流器组件上的应力。例如，当谐振变流器在其谐振操作范围之外工作时，变流器开关损耗增大并且开关上的应力增加。存在对于本文所公开的独特的装置、方法、系统及技术的显著的需求。
技术实现思路
出于清楚地、简明地及准确地描述本公开的非限制性示例实施例及其制造和使用的方式和过程，以及使得能够实践制造和使用本公开的方式和过程的目的，现在将参考某些示例性实施例，包括在附图中图示的那些实施例，并且将使用特定的语言来描述它们。然而，应当理解的是不会由此产生对本公开范围的限制，并且本公开包括和保护如本领域技术人员将通过本公开的益处而想到的示例性实施例的替代、改变及进一步的应用。示例性实施例包括用于具有可变谐振槽(tank)的零电压转换零电流转换谐振变流器的独特系统、方法、技术及装置。根据以下描述和附图，本公开的其他实施例、形式、目的、特征、优势、方面和益处将变得显而易见。附图说明图1图示了示例性谐振变流器。图2-图5图示了示例性可变电感器。图6图示了另一示例性谐振变流器。图7是图示诸如图1和图6的变流器等示例性变流器的谐振操作范围的多个图表。具体实施方式参考图1，其中图示了示例性谐振变流器100。应当理解的是变流器100可以在各种应用中实现，仅列举几个示例，包括电动车、混合动力车、电机驱动器及中压配电。在所示实施例中，变流器100被构造为将DC功率变换为三相AC功率。在其他实施例中，变流器100被构造为将在一个电压电平的DC功率变换为在第二电压电平的DC功率，或者将DC功率变换为单相AC功率。变流器100被耦合到具有正极和负极的DC电源101。具体地，电源101被耦合到具有正轨105和负轨107的DC母线103。DC母线103的正轨105被耦合到DC电源101的正极，并且DC母线103的负轨107被耦合到DC电源101的负极。正轨105与负轨107之间的电压差为Vdc。应当理解的是，电源101可以直接被耦合到DC母线103、或者可以经由一个或多个中间组件而被耦合到DC母线103，并且这同样适于这里所述的其他元件被耦合到另一元件或与另一元件耦合的情况，除非明确地指示相反。变流器100还包括辅助电路110，该辅助电路110具有对应于三个变流器相的三个支路。应当理解的是，其他实施例可以利用具有对应于不同数目的变流器相的不同数目的支路的变流器，该不同数目的范围从最少一个相/支路至最多三个相/支路。第一支路包括第一开关设备111a，第一开关设备111a具有被耦合到正轨105的第一端子和被耦合到谐振节点115a的第二端子。在图示实施例中，开关设备111a是具有续流二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。开关设备111a可以是任何类型的半导体开关设备。应当理解的是，开关设备111a的任何或全部前述特征也可以存在于本文所公开的其他开关设备中。电路110的第一支路还包括第二开关设备113a，第二开关设备113a具有被耦合到谐振节点115a的第一端子和被耦合到负轨107的第二端子。第二支路包括第一开关设备111b，第一开关设备111b具有被耦合到正轨105的第一端子和被耦合到谐振节点115b的第二端子。第二支路还包括第二开关设备113b，第二开关设备113b具有被耦合到谐振节点115b的第一端子和被耦合到负轨107的第二端子。第三支路包括第一开关设备111c，第一开关设备111c具有被耦合到正轨105的第一端子和被耦合到谐振节点115c的第二端子。第三支路还包括第二开关设备113c，第二开关设备113c具有被耦合到谐振节点115c的第一端子和被耦合到负轨107的第二端子。变流器100还包括耦合到谐振节点115a-115c的可变谐振槽120。具体来说，槽120包括被耦合到谐振节点115a的、串联耦合的第一可变电感器121a和第一电容器123a；被耦合到谐振节点115b的、串联耦合的第二可变电感器121b和第二电容器123b；以及被耦合到谐振节点115c的、串联耦合的第三可变电感器121c和第三电容器123c。在某些实施例中，电容器123a-123c是可变电容器。如下面更详细地讨论的，可变电感器121a-121c包括：环形芯；缠绕在环形芯周围并且与辅助电路110和主电路130耦合的第一绕组；被构造成重叠环形芯的一部分的第二芯；以及第二绕组，第二绕组也被称作DC偏置线圈，其缠绕在第二芯周围并且与控制器150耦合，控制器150也被称作DC偏置电路。主电路110包括三个支路。第一支路包括第一开关设备131a，第一开关设备131a具有被耦合到正轨105的第一端子和被耦合到输出节点135a的第二端子。第一支路还包括第二开关设备133a，第二开关设备133a具有被耦合到输出节点135a和负轨107的第一端子。第二支路包括第一开关设备131b，第一开关设备131b具有被耦合到正轨105的第一端子和被耦合到输出节点135b的第二端子。第二支路还包括第二开关设备133b，第二开关设备133b具有被耦合到输出节点135b的第一端子和被耦合到负轨107的第二端子。第三支路包括第一开关设备131c，第一开关设备131c具有被耦合到正轨105的第一端子和被耦合到输出节点135c的第二端子。第三支路还包括第二开关设备133c，第三开关设备133c具有被耦合到输出节点135c的第一端子和被耦合到负轨107的第二端子。输出节点135a被耦合到谐振槽120的电容器123a和输出线140a；输出节点135b被耦合到电容器123b和输出线140b；并且输出节点135c被耦合到电容器123c和输出线140c。输出节点135a-135c被耦合到负载，该负载被构造成接收三相AC功率。控制器150被耦合到开关设备111a-111c、113a-113c、131a-131c和133a-133c以及可变电感器121a-121c。控制器150被构造成通过向每个开关设备发送激活信号来操作开关设备。控制器150还被构造成通过利用磁通使环形芯的一部分饱和，来改变可变电感器的电感值。通过使环形芯的一部分饱和，可变电感器的电感被降低。控制器150通过向可变电感器的DC偏置线圈提供DC功率来使环形芯饱和。控制器150可以是一个控制器或者多个控制器。应当理解的是，变流器100的任意或全部前述特征也可以存在于本文公开的其他变流器中。参考图2，其中图示了示例性可变电感器200。在一个实施例中，电感器200是图1中的变流器100的可变电感器121a-121c中的一个可变电感器。电感器200具有带有外表面的螺绕环(toroid)201。在所示实施例中，螺绕环被构造成具有圆形横截面的圆环。在其他实施例中，螺绕环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n双向谐振变流器，所述双向谐振变流器包括：输入/输出端子、与所述输入/输出端子耦合的开关设备、与所述开关设备耦合并且包括可变电感器的谐振电路、与所述谐振电路耦合的输出/输入端子、以及与所述可变电感器可操作性地耦合的DC偏置电路；/n其中所述可变电感器包括：环形芯、缠绕在所述环形芯周围并且与所述开关设备和所述输出/输入端子耦合的第一绕组、被构造为重叠所述环形芯的一部分的第二芯、以及缠绕在所述第二芯周围并且与所述DC偏置电路耦合的第二绕组；以及/n其中所述DC偏置电路能够被控制为通过利用磁通使所述环形芯的一部分饱和来改变所述可变电感器的电感。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20160519 US 15/159,1591.一种系统，包括：
双向谐振变流器，所述双向谐振变流器包括：输入/输出端子、与所述输入/输出端子耦合的开关设备、与所述开关设备耦合并且包括可变电感器的谐振电路、与所述谐振电路耦合的输出/输入端子、以及与所述可变电感器可操作性地耦合的DC偏置电路；
其中所述可变电感器包括：环形芯、缠绕在所述环形芯周围并且与所述开关设备和所述输出/输入端子耦合的第一绕组、被构造为重叠所述环形芯的一部分的第二芯、以及缠绕在所述第二芯周围并且与所述DC偏置电路耦合的第二绕组；以及
其中所述DC偏置电路能够被控制为通过利用磁通使所述环形芯的一部分饱和来改变所述可变电感器的电感。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二芯包括被定位在所述环形芯的中心内的柱状部分，以及径向向外延伸以重叠所述环形芯的一部分的顶板部分和底板部分。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二芯包括C形结构，所述C形结构包括重叠所述环形芯的顶部分、所述第二绕组在周围缠绕的中间部分、以及重叠所述环形芯的第三部分。


4.根据权利要求1所述的系统，其中所述可变电感器包括第三芯和第三绕组，所述第三芯被构造为重叠所述环形芯的第二部分，所述第三绕组缠绕在所述第三芯周围并且与第二DC偏置电路耦合，所述第二DC偏置电路能够被控制为通过利用磁通使所述环形芯的第二部分饱和来改变所述可变电感器的电感。


5.根据权利要求1所述的系统，其中用于所述第一绕组的、穿过所述环形芯的第一磁通路径总体是环形的，以及用于所述第二绕组的、穿过所述环形芯的第二磁通路径垂直于所述第一磁通路径。


6.根据权利要求1所述的系统，其中所述环形芯包括气隙，所述气隙被定位为使得所述气隙和所述第一绕组沿着所述环形芯的一部分重叠。


7.一种可变电感器，包括：
螺绕环，所述螺绕环包括第一外表面；
第一绕组，所述第一绕组缠绕在所述第一外表面的至少一部分周围，所述绕组被耦合到AC电源以在AC磁通路径中生成AC磁通；
芯，所述芯包括第二外表面；以及
第二绕组，所述第二绕组缠绕在所述芯的所述第二外表面周围，被耦合到向所述第二绕组提供DC功率的控制器，并且被构造为在DC磁通路径中生成DC磁通，所述DC磁通路径穿过所述螺绕环的一部分，
其中由所述第二绕组生成的DC磁通的存在改变所述电感器的电感值。


8.根据权利要求7所述的电感器，其中所述芯被构造为相对于所述螺绕环能够选择性地被移动，从而有效地选择性地改变所述DC磁通所穿过的所述螺绕环的所述部分。


9.根据权利要求7所述的电感器，其中所述控制器被构造为通过向所述第二绕组提供DC功率来选择性地使所述AC磁通路径饱和。


10.根据权利要求7所述的电感器，其中所述芯包括：具有第一端部和第二端部的柱体、被耦合到所述芯的所述第一端部并且与所述螺绕环的所述第一外表面接触的顶板、以及被耦合到所述芯的所述第二端部并且与所述螺绕环的所述第一外表面接触的底板...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·苏亚纳拉亚纳，梁嘉祺，Jp·基蒂拉，欧阳文，
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