具有预充电操作模式的电力转换器制造技术

一种电转换器(100)包括第一转换器级(11)、输出滤波器(15)、布置在该第一转换器级与该输出滤波器之间的第二转换器级(12)、以及以第一操作模式实施的用于将三相AC信号转换成DC信号的控制器(40)。该第一转换器级包括三相桥式整流器(24)和相选择器(25)，该三相桥式整流器将三个相端子连接到上部中间节点(x)和下部中间节点(y)，该相选择器包括将该三个相端子连接到中部中间节点(z)的第一有源开关(S

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有预充电操作模式的电力转换器


[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电转换器和一种用于控制该电转换器的方法。

技术介绍

[0002]从US 5784269中可知，向三相整流器添加相选择开关电路以选择中间相。相选择开关电路耦合到降压
‑
升压型电流注入开关电路，以减少与三相AC输入电力相关联的谐波。三相整流器进一步包括升压电路，该升压电路将DC输出电压提高到超过由三相AC输入提供的电压。
[0003]上述类型的三相整流器在车辆电池充电系统中和磁共振成像(MRI)设备(其典型的输出电压额定值大约在800至1000V DC之间)的梯度放大器中得到了有用的应用。
[0004]与上述整流器相关联的一个缺点是预充电，即，启动时输出电压的升高并不直接。已知使用通过继电器连接的电阻元件来执行预充电。然而，这种解决方案需要很大的体积，并导致电阻元件中的功率损耗。

技术实现思路

[0005]因此，在本领域中需要提供改进的上述类型的三相整流器。特别地，需要提供以有限的附加成本实现平稳且安全的预充电(启动)过程的三相整流器。
[0006]因此，根据本专利技术的第一方面，提供了一种如在所附权利要求中所阐述的用于将具有三个相电压的AC信号转换成DC信号(反之亦然)的电转换器。
[0007]根据本专利技术的电转换器的特征在于第一转换器级。第一转换器级可操作用于将在三个相端子处的AC信号转换成在上部中间节点和下部中间节点处的第一DC信号。第一转换器级可以包括三相桥式转换器/整流器(例如，三桥臂六开关转换器/整流器)，例如，该三相桥式转换器/整流器包括三个桥臂或由三个桥臂构成，这三个桥臂的中点分别连接到三个相端子中的每一个。第一转换器级进一步包括相选择器，该相选择器可操作用于通过第一有源(可控制)开关将三个相端子连接到中部中间节点。有利地，第一开关是有源半导体开关。电转换器进一步包括布置在第一转换器级与输出滤波器之间的第二转换器级。第二转换器级包括开关节点和将开关节点连接到DC端子中相应的一个端子的一对第二开关。中部中间节点连接到开关节点。第二开关有利地被配置为形成将中部中间节点连接到DC端子的电流注入电路，例如，第二开关通过脉冲宽度调制来操作。电流注入电路有利地是降压
‑
升压电路。电转换器有利地包括输入滤波器，有利地，该输入滤波器包括被配置为对通过中部中间节点的电流进行滤波的第一电感器。第一电感器可以将中部中间节点连接到开关节点。包括一个或多个电容器的输出滤波器连接在电转换器的两个DC端子之间。
[0008]电转换器包括被配置为根据第一操作模式(被称为正常操作)操作用于将三相AC信号转换成DC信号的电转换器的控制器。在正常操作期间，控制器操作相选择器的第一开关，使得具有三个相电压中的最高电压与最低电压之间的中间电压(即，具有三个相电压中
的最小瞬时绝对值)的相端子连接到中部中间节点。同时，三相桥式整流器将具有最高电压的相端子连接到上部中间节点，并且将具有最低电压的相端子连接到下部中间节点。
[0009]根据本专利技术，电转换器被配置为将上部中间节点和/或下部中间节点与所有相端子断开连接。该功能可以通过第三开关来实现，该第三开关被配置为中断三相桥式转换器/整流器与上部中间节点或下部中间节点之间的电连接。第三开关由控制器控制，并且在第一操作模式(正常操作)中保持闭合，以确保具有最高电压的相输入被施加到上部中间节点、和/或具有最低电压的相输入被施加到下部中间节点。替代性地，上述功能可以通过为三相桥式整流器提供有源或可控制开关以允许(有源地或可控制地)将上部中间节点和/或下部中间节点与所有相端子断开连接来实现。
[0010]根据一方面，控制器以第二操作模式实施。在第二操作模式期间，控制器被配置为控制第一开关以及可能地第二开关的切换，以便在中部中间节点与输出滤波器之间施加相电流，同时保持上部中间节点或下部中间节点与所有相端子断开连接。在第二操作模式期间，第一开关有利地(由控制器)操作，使得电流被引导为对(多个)输出滤波电容器充电。
[0011]因此，在第二操作模式下，上部中间节点或下部中间节点保持与所有相端子断开连接，以(部分地)禁用三相桥式整流器的操作，同时相选择器被控制为允许间歇地将相电流注入到(多个)输出滤波电容器，以便逐步对(多个)电容器充电，因此提高输出端子处的输出电压。控制器有利地被配置为在启动时以第二操作模式操作，并且一旦达到期望的输出电压就切换到第一操作模式。
[0012]当使用第三开关时，该第三开关在第二操作模式下保持断开。第三开关可以被提供为有源半导体开关(比如，MOSFET)，或者被提供为继电器，这两者都可以由控制器操作。
[0013]在第二操作模式期间，第一开关有利地(由控制器)操作，以便将具有比上部输出端子处的电压更高的下落/下降电压的相输入施加到中部中间节点。该相输入可以从下落电压下落到预定阈值电压以下的时刻开始施加，该预定阈值电压高于上部输出端子的瞬时电压。替代性地，第一开关有利地(由控制器)操作，以便将具有比下部输出端子处的电压更低的上升电压的相输入施加到中部中间节点。该相输入可以从上升电压达到预定阈值电压的时刻开始施加，该笃定阈值电压低于下部输出端子的瞬时电压。
[0014]根据本专利技术的电转换器设计允许以最少的添加硬件对DC总线电压进行受控的预充电，并且因此允许以最小的成本提高操作的简易性并延长使用寿命。
[0015]有利地，输出级包括与输出滤波器并联连接到上部中间节点和下部中间节点的升压电路。升压电路有利地包括连接到上部中间节点的上部升压电路和连接到下部中间电压节点的下部升压电路。上部升压电路和下部升压电路分别连接在公共节点与上部输出端子和下部输出端子之间。上部升压电路和下部升压电路可以各自包括桥臂或由桥臂构成，每个桥臂包括有利地由脉冲宽度调制(PWM)控制信号控制的可有源切换的半导体开关，以控制穿过电路的电流，具体地穿过升压电路的对应电感器的电流。于是，在第一操作模式下，上部升压电路控制具有三相AC输入电压中的最高电压的相输入端中的电流，并且下部升压电路控制具有三相AC输入电压中的最低电压的相输入端中的电流。另外，电流注入电路控制具有介于最高电压与最低电压之间的电压的相输入端中的电流。
[0016]有利地，提供了电流控制回路，该电流控制回路生成适当的脉冲宽度调制(PWM)控制信号，该PWM控制信号控制(上部和下部)升压电路和电流注入电路两者的半导体开关，以
便控制每个电感器或相输入端中的电流。有利地，对控制升压电路(上部升压电路和下部升压电路)和电流注入电路的半导体开关的这些脉冲宽度调制控制信号进行交织，以便减少输出滤波电容器的电流应力(并且因此潜在地也减小尺寸)，例如从而最小化输出电容器电流的纹波值和/或RMS值。
[0017]有利地，电转换器包括输入滤波器。该输入滤波器可操作地耦合到升压电路并且可以被认为形成升压电路的一部分。该输入滤波器有利地包括可操作地连接到上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将具有三个相电压的AC信号转换成DC信号的电转换器(100，200，300，400，500)，包括：三个相端子(A，B，C)以及第一DC端子(P)和第二DC端子(N)，第一转换器级(11)，该第一转换器级包括三相桥式整流器(24)和相选择器(25)，该三相桥式整流器将该三个相端子连接到上部中间节点(x)和下部中间节点(y)，该相选择器包括将该三个相端子连接到中部中间节点(z)的第一有源开关(S
aza
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)，输出滤波器(15)，该输出滤波器包括连接在该第一DC端子与该第二DC端子(P，N)之间的至少一个电容器(S
Pm
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)，第二转换器级(12)，该第二转换器级布置在该第一转换器级与该输出滤波器之间，其中，该第二转换器级包括开关节点(t)和将该开关节点(t)连接到该第一DC端子和该第二DC端子(P，N)中相应的一个端子的一对第二开关(S
Pz
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zN
)，其中，该中部中间节点(z)连接到该开关节点(t)，以及控制器(40)，该控制器以第一操作模式实施，用于将该AC信号转换成该DC信号，其特征在于：该控制器(40)以第二操作模式实施，其中，该电转换器被配置为将该上部中间节点(x)和/或该下部中间节点(y)与所有这些相端子(A，B，C)断开连接，并且其中，该控制器被配置为控制这些第一开关(S
aza
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)的切换，同时保持该上部中间节点(x)或该下部中间节点(y)与所有这些相端子(A，B，C)断开连接，以便允许电流在该中部中间节点(z)与该输出滤波器(15)之间流动，从而允许在启动期间逐步提高跨这些输出端子(P，N)两端的电压。2.如权利要求1所述的电转换器，其中，在该第二操作模式下，该控制器被配置为控制这些第一开关(S
aza
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)，以便：将这三个相电压中的具有比该第一DC端子(P)处的电压更高的下降电压的相电压施加到该中部中间节点(z)，或者将这三个相电压中的具有比该第二DC端子(N)处的电压更低的上升电压的相电压施加到该中部中间节点(z)。3.如权利要求1或2所述的电转换器，包括第三开关(23，43)，该第三开关被配置为中断该三相桥式整流器(16，17，18)与该上部中间节点(x)、该下部中间节点(y)、或者该上部中间节点和该下部中间节点之间的电连接，其中，该第三开关在该第一操作模式下闭合，并且其中，该第三开关在该第二操作模式下保持断开。4.如权利要求3所述的电转换器，其中，该第三开关(23)连接在该三相桥式整流器(11，211)的上部节点与该上部中间节点(x)之间。5.如权利要求3或4所述的电转换器，其中，该第三开关(43)连接在该三相桥式整流器(11，211)的下部节点与该下部中间节点(y)之间。6.如权利要求3至5中任一项所述的电转换器，其中，该第三开关(23，43)是半导体开关。7.如权利要求3至5中任一项所述的电转换器，其中，该第三开关是继电器。8.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，其中，在该第一操作模式下，该控制器被配置为根据切换模式来控制这些第一开关(S
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【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：