一种功率变换器、保护方法及系统技术方案

本申请提供了一种功率变换器、保护方法及系统，涉及电力电子技术领域。该功率变换器包括保护电路、控制器以及功率变换电路。其中，所述保护电路包括第一正温度系数PTC电阻、第一开关单元和第二开关单元。功率变换电路包括直流母线，直流母线包括正直流母线和负直流母线。第一开关单元连接在电源和功率变换电路的输入端之间，或串联在功率变换电路的直流母线上，第一PTC电阻与第一开关单元并联，第二开关单元并联在功率变换电路的输入端的正端口和负端口之间，或并联在正直流母线和负直流母线之间；第二开关单元包括可控开关管。控制器用于控制第一开关单元，以及第二开关单元中的可控开关管。该功率变换器的可靠性高且便于小型化设计。化设计。化设计。

【技术实现步骤摘要】
Semiconductor Filed Effect Transistor，MOSFET)或碳化硅场效应管(Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor，SiC MOSFET)。
[0009]在一种可能的实现方式中，控制器通过向可控开关管发送脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号或脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，PFM)信号以控制可控开关管的工作状态。
[0010]该功率变换器利用了PTC电阻具有正温度系数的特性实现输入缓起需求，即通过第一PTC电阻对直流母线进行限流充电，PTC电阻不需要与额外的继电器串联，相较于现有技术，减少了使用继电器的数量，降低了功率变换器的成本，便于功率变换器的小型化设计。该第一PTC电阻还可以限制流过第二开关单元的电流，使得在长期过压条件下，通过控制额定电流较小的可控开关管的工作状态即可实现对母线电容进行充电，以使功率变换器的控制器能够正常取电，避免了使用继电器，进而避免了粘连与打火现象，因此还提升了功率变换器的可靠性。
[0011]在一种可能的实现方式中，控制器当确定所述电源的电压大于第一电压阈值，或确定所述直流母线的电压大于第二电压阈值中的至少一项满足时，控制第一开关单元断开，并通过控制可控开关管以为功率变换电路的母线电容充电。
[0012]具体的，控制器根据对电源的输入电压的第一采样信号确定外接电源的电压与第一电压阈值的大小关系；控制器根据对直流母线的电压的第二采样信号确定直流母线的电压与第二电压阈值的大小关系。
[0013]当功率变换器在工作过程中交流输入出现过压时，进行过压脱离控制，通过控制第一开关单元断开以使第一PTC电阻接入电路，起到限流的作用。并通过切换可控开关管的工作状态，使得母线电容的电压维持合适的范围内，以确保在长期过压的条件下母线电容始终能够正常供电。
[0014]在一种可能的实现方式中，控制器当根据第二采样信号确定直流母线电压小于第三电压阈值时，通过控制可控开关管以为母线电容充电，以及当根据第二采样信号确定直流母线电压大于或等于第四电压阈值时，通过控制可控开关管以停止为母线电容充电。其中，第三电压阈值小于第四电压阈值，第四电压阈值小于或等于第二电压阈值。
[0015]在一种可能的实现方式中，第二开关单元包括的可控开关管为功率变换电路的可控开关管，进而能够降低成本，节省空间。
[0016]在一种可能的实现方式中，电源为交流电源，功率变换电路包括全桥整流电路和升压(Boost)电路，Boost电路包括第一电感、第一二极管、第一开关管和母线电容。全桥整流电路的第一输出端连接第一电感的第一端，第一电感的第二端通过第一开关管连接全桥整流电路的第二输出端，第一电感的第二端连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接母线电容的第一端，全桥整流电路的第二输出端连接母线电容的第二端；第二开关单元为所述第一开关管，即功率变换电路的拓扑结构为升压型有桥功率因素校正(Power Factor Correction，PFC)电路。
[0017]控制器当确定直流母线的电压小于所述第三电压阈值时，控制第一开关管断开，进而对母线电容进行限流充电；当确定直流母线的电压大于或等于第四电压阈值时，控制第一开关管闭合，将母线电容旁路，停止为母线电容进行充电。
[0018]在一种可能的实现方式中，电源为交流电源，功率变换电路包括全桥整流电路和
Boost电路，Boost电路包括第二电感、第三电感、第二二极管、第三二极管、第二开关管、第三开关管和母线电容。全桥整流电路的第一输出端连接第二电感的第一端和所述第三电感的第一端，第二电感的第二端通过第二开关管连接全桥整流电路的第二输出端，第三电感的第二端通过第三开关管连接全桥整流电路的第二输出端，第二电感的第二端连接第二开关管的阳极，第二二极管的阴极连接母线电容的第一端，第三电感的第二端连接第三二极管的阳极，第三二极管的阴极连接母线电容的第一端，全桥整流电路的第二输出端连接母线电容的第二端；第二开关单元包括第二开关管和第三开关管，即功率变换电路的拓扑结构为交错并联型有桥PFC电路。
[0019]控制器当确定直流母线电压小于第三电压阈值时，控制第二开关管和第三开关管断开，或控制第二开关管和第三开关管交替导通，进而对母线电容进行限流充电；当确定直流母线电压大于或等于第四电压阈值时，再控制第二开关管和第三开关管均闭合，以将母线电容旁路，停止为母线电容进行充电。
[0020]在一种可能的实现方式中，第一开关单元位于电源和全桥整流电路的输入端之间，或位于全桥整流电路的输出端和Boost电路之间。
[0021]在一种可能的实现方式中，电源为交流电源，功率变换电路为Boost电路，Boost电路包括第四电感、第四开关管、第五开关管、第四二极管、第五二极管和母线电容。第四电感的第一端通过第一PTC电阻连接电源的第一端，第四电感的第二端通过第四开关管连接母线电容的第一端，第四电感的第二端通过第五开关管连接母线电容的第二端；第四二极管的阳极连接第五二极管的阴极和电源的第二端，第四二极管的阴极连接母线电容的第一端，第五二极管的阳极连接母线电容的第二端；第二开关单元包括第四开关管和第五开关管，即该功率变换电路的拓扑结构为无桥Boost型PFC电路。
[0022]控制器当确定直流母线电压小于第三电压阈值时，若电源的第一端的电压大于电源的第二端电压，控制第四二极管闭合且控制第五二极管断开，若电源的第一端的电压小于或等于电源的第二端电压，控制第四二极管断开且控制第五二极管闭合；以及当确定直流母线电压大于或等于第四电压阈值时，若电源的第一端的电压大于电源的第二端电压，控制第四二极管断开且控制第五二极管闭合，若电源的第一端的电压小于或等于电源的第二端电压，控制第四二极管闭合且控制第五二极管断开。
[0023]在一种可能的实现方式中，电源为直流电源，功率变换电路为Boost电路、降压(Buck)电路、Buck
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Boost电路、全桥电路、正激变换电路、移相全桥变换电路或LLC谐振变换电路中的一种，此时该功率变换器为DC
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DC变换器。
[0024]在一种可能的实现方式中，电源为直流电源，功率变换电路为DC
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AC电路，此时该功率变换器为逆变器。
[0025]在一种可能的实现方式中，电源为交流电源，功率变换电路为AC
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DC
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AC电路，功率变换电路包括整流电路、逆变电路和母线电容。保护电路还包括第二PTC电阻、第三开关单元和第四开关单元；第二PTC电阻串联在逆变电路的第一输出端和功率变换器的第一输出端之间；第三开关单元与第二PTC电阻并联；第二开关单元包括整流电路内的可控开关管；第四开关单元包括逆变电路内的可控开关管。
[0026]控制器当确定直流母线电压小于第三电压阈值时，通过控制第二开关单元和第四开关单元以为母线电容充电；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率变换器，用于连接电源，其特征在于，所述功率变换器包括：保护电路、控制器以及功率变换电路；其中，所述保护电路包括第一正温度系数PTC电阻、第一开关单元和第二开关单元；所述功率变换电路包括直流母线，所述直流母线包括正直流母线和负直流母线；所述第一开关单元连接在所述电源和所述功率变换电路的输入端之间，或串联在所述功率变换电路的所述直流母线上；所述第一PTC电阻与所述第一开关单元并联；所述第二开关单元并联在所述功率变换电路的输入端的正端口和负端口之间，或并联在所述正直流母线和所述负直流母线之间；所述第二开关单元包括可控开关管；所述控制器，用于对所述第一开关单元以及第二开关单元中的可控开关管进行控制。2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，当以下至少一项满足时：确定所述电源的电压大于第一电压阈值，或，确定所述直流母线的电压大于第二电压阈值，所述控制器控制所述第一开关单元断开，并通过控制所述可控开关管为所述功率变换电路的母线电容充电。3.根据权利要求1或2所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器当根据所述第二采样信号确定所述直流母线电压小于第三电压阈值时，通过控制所述可控开关管为所述母线电容充电，以及当根据所述第二采样信号确定所述直流母线电压大于或等于第四电压阈值时，通过控制所述可控开关管停止为所述母线电容充电；所述第三电压阈值小于所述第四电压阈值，所述第四电压阈值小于或等于所述第二电压阈值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第二开关单元包括的可控开关管为所述功率变换电路的可控开关管。5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述电源为交流电源，所述功率变换电路包括全桥整流电路和升压Boost电路，所述Boost电路包括第一电感、第一二极管、第一开关管和所述母线电容；所述全桥整流电路的第一输出端连接所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端通过所述第一开关管连接所述全桥整流电路的第二输出端，所述第一电感的第二端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接所述母线电容的第一端，所述全桥整流电路的第二输出端连接所述母线电容的第二端；所述第二开关单元为所述第一开关管；所述控制器当确定所述直流母线的电压小于所述第三电压阈值时，控制所述第一开关管断开，当确定所述直流母线的电压大于或等于所述第四电压阈值时，控制所述第一开关管闭合。6.根据权利要求1至4中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述电源为交流电源，所述功率变换电路包括全桥整流电路和Boost电路，所述Boost电路包括第二电感、第三电感、第二二极管、第三二极管、第二开关管、第三开关管和所述母线电容；所述全桥整流电路的第一输出端连接所述第二电感的第一端和所述第三电感的第一端，所述第二电感的第二端通过所述第二开关管连接所述全桥整流电路的第二输出端，所
述第三电感的第二端通过所述第三开关管连接所述全桥整流电路的第二输出端，所述第二电感的第二端连接所述第二开关管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述母线电容的第一端，所述第三电感的第二端连接所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述母线电容的第一端，所述全桥整流电路的第二输出端连接所述母线电容的第二端；所述第二开关单元包括所述第二开关管和第三开关管；所述控制器当确定所述直流母线电压小于第三电压阈值时，控制所述第二开关管和第三开关管断开，或控制所述第二开关管和第三开关管交替导通；当确定所述直流母线电压大于或等于第四电压阈值时，控制所述第二开关管和第三开关管均闭合。7.根据权利要求5或6所述的功率变换器，其特征在于，所述第一开关单元位于所述电源和所述全桥整流电路的输入端之间，或位于所述全桥整流电路的输出端和所述Boost电路之间。8.根据权利要求1至4任一项所述的变换器，其特征在于，所述电源为交流电源，所述功率变换电路为Boost电路，所述Boost电路包括第四电感、第四开关管、第五开关管、第四二极管、第五二极管和所述母线电容；所述第四电感的第一端通过所述第一PTC电阻连接所述电源的第一端，所述第四电感的第二端通过所述第四开关管连接所述母线电容的第一端，所述第四电感的第二端通过所述第五开关管连接所述母线电容的第二端；所述第四二极管的阳极连接所述第五二极管的阴极和所述电源的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈保国，张颖聪，于鹏鹏，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：