功率变换器制造技术

本发明专利技术的功率变换器包括多个开关元件、电感器和滤波电容器。通过以高频接通和关断开关元件中断来自于ＡＣ电源的低频输入电流，并通过该电感器限制流向负载的输出电流。这些开关元件被以不同的方式控制。只要重复这些方式就可以始终将电流提供给负载和电感器。因此，该功率变换器可以提供预期的输出功率，并使电感器所需的电感最小。也就是，该功率变换器能够兼具小型化和高效率的优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率变换器(power converter)，该功率变换器从交流(AC)电源中为负载提供电功率。
技术介绍
日本未审专利公开号No.8-223915公开了一种传统的功率变换器。该功率变换器将来自于AC电源的AC功率改变为DC功率，并将该DC功率提供给负载。升压变换器和降压变换器并联设置，它们中的任意一个都根据电源电压来进行操作。这两个变换器分别包括有开关元件，并通过使每个开关元件以比该AC功率的频率高很多的频率进行接通和关断来将电流提供给负载，以改善谐波失真。这种功率变换器包括两个或两个以上开关元件和一个由这些变换器共用的电感器。为了提供多种供电模式，以不同的方式来控制这些开关元件。通过重复这些供电模式，将功率提供给了负载，从而改善了谐波失真。但是，由于在这些模式中的一种模式中，电流没有同时流过电感器和负载，因此能量储存在电感器中，而电流没有被提供给负载。所以，与提供给负载的平均输出电流相比，输入到电感器中的电流量临时地变大了。为此，电感器和开关元件需要能耐压；因此，很难将电路小型化。
技术实现思路
考虑到上述问题，本专利技术的目的是提供一种功率变换器，该功率变换器具有很小的谐波失真，并能够兼具小型化和高效率的优点。根据本专利技术的功率变换器包括多个开关元件，该多个开关元件重复接通和关断，以中断来自于所述AC电源的输入电流，用以给负载提供输出电流；电感器，将该电感器设置在从AC电源到负载的输入电流的路径上；滤波电容器(smoothing capacitor)，该滤波电容器对提供给负载的输入电流进行滤波；控制电路，用于控制开关元件进行接通和关断。电感器和负载串联连接后，与AC电源并联，使得AC电源的电流可以直接地流到负载。电感器和负载串联连接后，与滤波电容器并联，因此，流过滤波电容器的电流被提供给了负载，并减小了低频的纹波。控制电路以不同的方式控制多个开关元件接通和关断，用以给出第一种电流供应模式和第二种电流供应模式。第一种电流供应模式在包括有电感器和负载的闭合回路中提供来自于AC电源的输入电流，在该过程中，来自于AC电源的电流直接供应给负载。第二种电流供应模式在包括有电感器和负载但不包括AC电源的闭合回路中将输出电流提供给负载，在该过程中，储存在电感器中的能量将电流提供给负载。控制电路在AC电源提供的AC电流的每个半周期内交替地重复第一种电流供应模式和第二种电流供应模式，从而使电流持续地流过电感器和负载。因此，总是包括有电感器和负载的电流回路始终存在，电感器只流过接近于负载所需的平均输出电流的输入电流。因而，使得使用具有较小电感的小电感器，并改善谐波失真成为可能。因此，可以实现整个装置的小型化。也就是，可以提供一种高效、小型的功率变换器。优选地，控制电路以三种不同的方式控制多个开关元件，用以连续地以第一种方式、第二种方式和第三种方式这样的顺序重复这三种方式。三种方式之一限定了第一种电流供应模式和第二种电流供应模式中的一种；剩下的两种方式限定了第一种电流供应模式和第二种电流供应模式中的另一种。施加给电感器的电压根据从第一种方式到第三种方式的发展而不断减小。因此，使通过电感器给负载提供足够的电流，并减小流到电感器的电流的峰值成为可能。从而，可以实现功率变换的损失减小以及装置的小型化。此外，第一种方式允许滤波电容器的放电电流流过电感器，第二种方式保持滤波电容器与流过电感器的电流无关，以及第三种方式允许滤波电容器通过流过电感器的电流而进行充电。因此，始终有电流提供给电感器，并且流过电感器的电流的变化沿时间轴呈现出通常的梯形形状。因此，减小了流过电感器的电流的峰值，并可以实现电感器的小型化。在实现上述功率变换器的一个具体的电路布置中，在该功率变换器中包括有整流器电路DB，该整流器电路DB对AC电源的AC电流进行整流，以给出DC电压。开关元件包括第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3。第一开关元件Q1、第二开关元件Q2和第三开关元件Q3与电感器L、负载LD、第一二极管D1和滤波电容器C1串联连接后，与整流器电路DB并联。第二二极管D2与滤波电容器C1和第三开关元件Q3的串联电路并联连接。第二二极管D2与第三二极管D3串联连接后，与电感器L、第一二极管D1、负载LD和第二开关元件Q2的串联电路并联。第四二极管D4与滤波电容器串联连接后，与第二开关元件Q2并联。控制电路通过以三种不同的方式控制第一、第二和第三开关元件Q1-Q3，可以使电流始终流过负载和电感器，改善了谐波失真，即，功率因数。根据另一种具体电路布置的功率变换器除包括整流器电路DB以外，其中该整流器电路DB对所述AC电源的AC电流进行整流，以给出DC电压，还包括五个开关元件Q1-Q5。第二开关元件Q2和第四开关元件Q4中的每一个都具有允许反向电流流经每个开关元件的旁路。第一开关元件Q1和第二开关元件Q2与第一二极管串联连接后，与整流器电路DB并联，该第一二极管D1插入在整流器DB的高压侧和第一开关元件Q1之间，第一二极管D1的阴极连接到第一开关元件Q1。第三开关元件Q3和第四开关元件Q4与第二二极管串联连接后，与整流器电路DB并联，该第二二极管D2插入在整流器DB的高压侧和第三开关元件Q3之间，第二二极管D2的阴极连接到第三开关元件Q3。第二开关元件Q2和第四开关元件Q4通过公共的第三二极管D3连接到整流器DB的低压侧。电感器L与负载LD串联连接在第一开关元件Q1与第二开关元件Q2的连接点和第三开关元件Q3与第四开关元件Q4的连接点之间。第五开关元件Q5串联连接于第一二极管D1，第一开关元件Q1、电感器L、负载LD、第四开关元件Q4和滤波电容器C1后，与整流器DB并联。而且，第五开关元件Q5与第二二极管D2、第三开关元件Q3、负载LD、电感器L、第二开关元件Q2和滤波电容器C1串联连接后，与整流器DB并联。第四二极管D4与第二开关元件Q2的旁路、电感器L和负载LD串联连接后，与滤波电容器C1并联。以及第五二极管D5与第四开关元件Q4的旁路、负载LD和电感器L串联连接后，与滤波电容器C1并联。控制电路通过使第一和第四开关元件Q1、Q4同时接通和关断，并与此同时使第二和第三开关元件Q2、Q3都关断，同时使第五开关元件Q5在预定周期内接通和关断，以使电流在一个方向上流过负载。而且，控制电路通过使第二和第三开关元件Q2、Q3同时接通和关断，与此同时使第一和第四开关元件Q1、Q4关断，同时使第五开关元件Q5在预定周期接通和关断，来使电流在相反的方向上流过负载。通过这种方式，控制电路可以用预定频率的交流电来驱动负载。因此，可以通过只使用五个开关元件来同时实现AC-DC的功率变换和DC-AC的功率变换，使电流始终流过负载和电感器。因为第二开关元件Q2和第四开关元件Q4中的每一个都具有允许反向电流流经每个开关元件的旁路，由电感器L储存的能量所产生的电流就会通过第二开关元件Q2或者第四开关元件Q4给滤波电容器C1充电。根据另一种具体电路布置的功率变换器除包括整流器电路DB以外，其中该整流器电路DB对所述AC电源的AC电流进行整流，以给出DC电压，还包括五个开关元件Q1-Q5。第一开关元件Q1和第二开关元件Q2与第一二极管D1串联连接后，与整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率变换器，用于将ＡＣ电源的电功率提供给负载，所述功率变换器包括：多个开关元件，用以重复地接通和关断，以中断来自于所述ＡＣ电源的输入电流，从而提供输出电流给所述负载；电感器，设置于从所述ＡＣ电源到所述负载的所述输入电流的 路径上；滤波电容器，用以对提供给所述负载的所述输入电流进行滤波；控制电路，用于控制所述开关元件进行接通和关断；所述电感器和所述负载串联连接后与所述ＡＣ电源并联；所述电感器和所述负载串联连接后与所述滤波电容器并 联；所述控制电路以不同的方式控制多个所述的开关元件接通和关断，用以给出第一种电流供应模式和第二种电流供应模式；所述第一种电流供应模式将来自于所述ＡＣ电源的所述输入电流提供给包括有所述电感器和所述负载的闭合回路，在该过程中，来 自于所述ＡＣ电源的电流直接供应给所述负载，所述第二种电流供应模式提供所述输出电流给闭合回路中的所述负载，该闭合回路包括有所述电感器和所述负载但不包括所述ＡＣ电源，在该过程中，储存在所述电感器中的能量将电流提供给所述负载，在所 述ＡＣ电源提供的ＡＣ电流的每个半周期内，所述控制电路交替地重复所述第一种电流供应模式和所述第二种电流供应模式，从而使电流始终流过所述电感器和所述负载。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：岩堀裕，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]