一种用于在具有三个相电压的AC信号与DC信号之间进行转换的电转换器，该电转换器包括三个相端子(A，B，C)、第一DC端子(P)和第二DC端子(N)、第一转换器级(11)、第二转换器级(12)和控制器(40)。该第一转换器级在该三个相端子处的AC信号与第一中间节点(x)和第二中间节点(y)处的第一DC信号之间进行转换。该第二转换器级(12)包括升压电路(19，20)，该升压电路可操作用于在第四中间节点和第五中间节点(r，s)处的第二DC信号与该第一DC端子和第二DC端子(P，N)处的第三DC信号之间进行转换。链路将该第一中间节点(x)连接到该第四中间节点(r)，并且将该第二中间节点(y)连接到该第五中间节点(s)。该电转换器进一步包括相选择器(25)和电流注入电路(14)，该相选择器被配置为选择性地将该三个相端子连接到第三中间节点(z)，该电流注入电路可操作用于将该第三中间节点(z)连接到该第一DC端子(P)和该第二DC端子(N)。控制器(40)以第一操作模式和第二操作模式实施，该第一操作模式被配置为在该AC信号与该第三DC信号之间进行转换，该第二操作模式被配置为在该三个相端子中的至少两个之间施加的单相AC信号与该第一DC端子和该第二DC端子(P，N)处的第四DC信号之间进行转换。在该第二操作模式下，获得通过该第三中间节点(z)的第三电流路径，该第三电流路径与通过该第一中间节点(x)的第一电流路径并联工作、或者与通过该第二中间节点(y)的第二电流路径并联工作、或者交替与该第一电流路径和该第二电流路径并联工作。与该第一电流路径和该第二电流路径并联工作。与该第一电流路径和该第二电流路径并联工作。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力转换器
[0001]本专利技术涉及电力转换领域。具体地，本专利技术涉及一种允许从三相AC电力和单相AC电力两者转换成DC电力(反之亦然)的电转换器拓扑结构，并且涉及一种用于控制这种电转换器的方法。
技术介绍
[0002]US 5784269披露了一种包括整流器和DC/DC转换器的三相功率因数校正(PFC)电路，并且包括相选择电路。相选择开关电路选择三相AC输入电力的内部相。开关网络被耦合到相选择开关电路，并且控制被递送到DC/DC转换器的至少内部相的波形，从而减少与三相AC输入电力相关联的谐波。
[0003]已知一些三相AC到DC转换器拓扑结构基本上也可以用于将单相AC转换成DC。为此，三个相输入端子中的一个被用作正向导体，而这三个相输入端子中的另一个被用作回路导体，并且第三个端子未被使用或者被短路到其他两个相端子中的一个。
[0004]US 2019/0288539披露了一种三相PFC电路，该三相PFC电路包括三相维也纳(Vienna)型整流器级，该三相维也纳型整流器级通过第一DC电源总线电容器和第二DC电源总线电容器链接到包括第一LLC谐振转换器和第二LLC谐振转换器的DC
‑
DC转换器级。PFC电路可以连接到单相AC电网，并根据不同的单相连接模式进行操作，以向DC输出端递送7kW、14kW和22kW的功率，其中，22kW对应于三相操作中可递送的最大功率。
[0005]在单相AC到DC操作中，可以在AC侧与DC侧之间传输的功率取决于连接在用于单相操作的相输入的电流路径中的电子部件的额定功率。在US 2019/0288539的情况下，这归结为将两个LLC谐振DC
‑
DC转换器中的每一个的额定功率的大小确定为22kW，而不是三相操作中需要的仅仅11kW。因此，使用三相AC到DC转换器进行单相操作是不经济的，因为三相转换器的标称拓扑结构必须被放大以允许在相同功率水平下的单相操作，这使得单相利用效率低下。此外，在三相AC到DC转换器中实施单相AC到DC操作并不简单，并且需要对转换器的控制进行复杂的改变。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种可以高效地用于三(多)相升压型PFC AC
‑
DC转换和单相升压型PFC AC
‑
DC转换两者的低成本电转换器拓扑结构。目的是提供一种这样的电转换器拓扑结构，以允许在不增加复杂性的情况下以单相操作。
[0007]根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种如所附权利要求中阐述的电转换器。
[0008]根据本专利技术的电转换器包括三个相端子、第一DC端子和第二DC端子、第一转换器级和第二转换器级。该第一转换器级被配置用于在该三个相端子处的AC信号与第一中间节点和第二中间节点处的第一(开关或DC)信号之间进行转换。
[0009]第一转换器级可以例如包括(三相)桥式转换器，该桥式转换器例如包括用于每个对应相端子的桥臂。第一转换器级进一步包括相选择器，该相选择器包括被配置用于选择
性地将三个相端子连接到第三中间节点的第一有源开关。
[0010]第二转换器级包括升压电路，该升压电路可操作用于通过至少一个第二有源开关在第四中间节点和第五中间节点处的第二(开关或DC)信号与第一DC端子和第二DC端子处的第三DC信号之间进行转换。第二转换器级进一步包括(三次谐波)电流注入电路，该电流注入电路包括可操作用于将第三中间节点选择性地连接到第一DC端子和第二DC端子的第三有源开关。DC链路将第一中间节点连接到第四中间节点，并且将第二中间节点连接到第五中间节点。
[0011]控制器可操作地连接到第一有源开关、第二有源开关和第三有源开关。第二有源开关和第三有源开关有利地通过脉冲宽度调制(PWM)来操作。
[0012]根据本专利技术，控制器以第一操作模式和第二操作模式实施，该第一操作模式被配置为在具有三个相电压的AC信号与第三DC信号之间进行转换，该第二操作模式被配置为在单相AC信号(即，仅具有一个相电压)与第一DC端子和第二DC端子处的第四DC信号之间进行转换。单相AC信号至少可以施加在这三个相端子中的第一相端子与第二相端子之间。
[0013]上述电转换器的一个优点是其紧凑性，因为它允许更少或更小尺寸的电感和/或电容储存元件。通过实施上述用于单相模式的电转换器，获得了可以用于单相操作和三相操作两者的紧凑且经济的转换器。
[0014]另外，在单相操作中，相选择器和电流注入电路与升压电路一起操作，以有利地获得比三相额定功率的三分之一更高的额定功率。有利地，升压电路和注入电路的交错PWM操作避免了对尺寸过大的电感部件的需要，使得可以在不增加成本的情况下获得更高的额定功率。
[0015]升压电路可以被布置为包括连接在第一DC端子与第二DC端子之间的桥臂的单个升压电路。替代性地，升压电路有利地由连接在第一DC端子与第二DC端子之间的两个堆叠的桥臂形成，并且具有公共电压节点。使用两个堆叠的升压臂允许利用更小的电感部件，因为升压电感器仅被馈送DC总线电压的一半。这还允许通过控制公共电压节点处的电压电势来控制共模DC电压。
[0016]根据本披露内容的第二方面，提供了一种包括电源单元的电池充电系统或磁共振成像装置，该电源单元包括第一方面所述的电转换器。
[0017]根据第三方面，本文描述了一种利用三相升压型PFC转换器在单相AC信号与DC信号之间进行转换的方法。该方法有利地在如上所述的电转换器中实施。
附图说明
[0018]现在将参考附图更详细地描述本专利技术的方面，其中相同的附图标记展示了相同的特征，并且在附图中：
[0019]图1示意性地示出了根据本专利技术的实施例的单向电转换器。
[0020]图2A是示出了AC市电电压的360
°
周期期间的三相市电电压v
a
、v
b
和v
c
的图。
[0021]图2B是示出了在AC市电电压的360
°
周期期间电转换器的中间节点之间的电压的图，并且展示了根据本专利技术实施例的电转换器的整体操作原理。
[0022]图2C是示出了在AC市电电压的360
°
周期期间根据本专利技术实施例的电转换器的DC链路电容器C
x
、C
y
、C
z
两端的电压的图。
[0023]图2D和图2C是示出了在AC市电电压的360
°
周期期间电转换器的电流的图，并且展示了根据本专利技术实施例的电转换器的整体操作原理。
[0024]图2F是示出了在AC市电电压的360
°
周期期间相选择器开关的开关状态的图，并且展示了根据本专利技术实施例的电转换器的整体操作原理。
[0025]图2G是示出了在AC市电电压的360
°
周期期间升压(上部和下部)电路和降压
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升压电路的开关的开关状态的图，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在具有三个相电压的AC信号与DC信号之间进行转换的电转换器(100，200，300，400，500，600)，该电转换器包括：三个相端子(A，B，C)、第一DC端子(P)和第二DC端子(N)，第一转换器级(11)，该第一转换器级可操作地耦合到该三个相端子，并且包括第一中间节点(x)和第二中间节点(y)，其中，该第一转换器级被配置为在该三个相端子处的AC信号与该第一中间节点(x)和该第二中间节点(y)处的第一DC信号之间进行转换，其中，该第一转换器级进一步包括相选择器(25)，该相选择器包括被配置用于选择性地将该三个相端子连接到第三中间节点(z)的第一有源开关(S
aza
，S
bzb
，S
czc
)，第二转换器级(12)，该第二转换器级可操作地耦合到该第一DC端子和该第二DC端子(P，N)，并且包括第四中间节点(r)和第五中间节点(s)，其中，该第二转换器级包括升压电路(19，20，29)，该升压电路可操作用于通过至少一个第二有源开关(S
xm
，S
my
，S
xy
)在该第四中间节点和该第五中间节点(r，s)处的第二DC信号与该第一DC端子和该第二DC端子(P，N)处的第三DC信号之间进行转换，其中，该第二转换器级进一步包括电流注入电路(14)，该电流注入电路包括可操作用于将该第三中间节点(z)连接到该第一DC端子(P)和该第二DC端子(N)的第三有源开关(S
Pz
，S
zN
)，链路，该链路将该第一中间节点(x)连接到该第四中间节点(r)，并且将该第二中间节点(y)连接到该第五中间节点(s)，以及控制器(40)，该控制器以第一操作模式实施，该第一操作模式被配置为在该AC信号与该第三DC信号之间进行转换，其特征在于，控制器(40)以第二操作模式实施，该第二操作模式被配置为在该三个相端子中的至少两个之间施加的单相AC信号与该第一DC端子和该第二DC端子(P，N)处的第四DC信号之间进行转换，其中，在该第二操作模式下，该控制器被配置为操作这些第一有源开关(S
aza
，S
bzb
，S
czc
)和这些第三有源开关(S
Pz
，S
zN
)，以便获得通过该第三中间节点(z)的第三电流路径，该第三电流路径与通过该第一中间节点(x)的第一电流路径并联工作、或者与通过该第二中间节点(y)的第二电流路径并联工作、或者交替与该第一电流路径和该第二电流路径并联工作。2.如权利要求1所述的电转换器，其中，在该第一操作模式下，该至少一个第二有源开关(S
xm
，S
my
，S
xy
)通过脉冲宽度调制操作，使得该第二转换器级作为升压转换器操作，并且这些第一有源开关(S
aza
，S
bzb
，S
czc
)根据切换模式操作，在该切换模式下，具有该三个相电压中的最小绝对瞬时电压值的相端子持续连接到该第三中间节点(z)。3.如权利要求1或2所述的电转换器，其中，在该第二操作模式下，该至少一个第二有源开关(S
xm
，S
my
，S
xy
)通过脉冲宽度调制操作，使得该电转换器作为单相升压转换器操作。4.如权利要求1或2所述的电转换器，其中，在该第二操作模式下，该控制器(40)被配置为经由脉冲宽度调制来操作该至少一个第二有源开关(S
xm
，S
my
...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔迪，
申请(专利权)人：浦卓科技创新服务有限公司，
类型：发明
国别省市：
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