电力转换器制造技术

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)，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)，该第一转换器级被配置用于在该至少三个相端子处的AC信号与第一中间节点(x)和第二中间节点(y)处的第一信号之间进行转换；第二转换器级(12)，该第二转换器级可操作用于在第三中间节点和第四中间节点(r，s)处的第二信号与该第一DC端子和该第二DC端子(P，N)处的DC信号之间进行转换，其中，该第二转换器级包括至少一个第一有源开关(S

【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电转换器和一种用于操作该电转换器的方法。

技术介绍

[0002]当电动车辆的电池充电时，来自电网的AC电压通过电转换器被转换成DC电压，该DC电压然后被提供给正在充电的电池。例如，电转换器可以将三相AC电压转换成DC总线的端子之间的DC电压，车辆的高压(例如，800V)电池可以连接到该DC总线。同样，用于电动汽车的无线充电系统或用于磁共振成像(MRI)扫描仪的梯度放大器通常也需要这种三相AC到DC转换，以创建可以从中汲取电力的高压DC总线。
[0003]通常，例如当负载从电转换器的DC输出汲取电力时，电转换器从三相电网的每个相汲取的电流需要基本上是正弦的并且基本上与该特定相的正弦电压同相，从而导致功率因数基本上等于一。因此，三相AC到DC转换有利地需要三相功率因数校正(PFC)AC到DC电转换器。对于这种PFC转换器，通常还要求电网电流的低失真，例如低总谐波失真(THD)。
[0004]通常，当DC总线端子之间的电压高于全波整流AC电压时，使用包括升压型PFC级的升压型电转换器，该升压型PFC级具有700V到800V的DC输出。
[0005]升压型PFC转换器的输出通常递送到串联连接的电流隔离式DC/DC转换器级，该转换器级生成最终输出电压和/或电池充电电流。这两个转换器级的操作和控制通常是解耦的，以允许两个级被单独调试。然而，当所需的输出电压较低时——这可能是电池电量大量减少的情况，隔离式DC/DC转换器级必须充分吸收高电压比，这会给转换器部件施加应力并要求转换器部件具有过大的尺寸，因而会减少使用寿命并增加成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种上述类型的转换器系统，并且特别是提供一种允许克服上述缺点的用于三相升压型PFC AC到DC转换的电转换器。
[0007]因此，根据本专利技术的第一方面，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允许将具有三个相电压的AC信号转换成DC信号、优选地DC电压。该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、第二转换器级、电流注入电路以及控制单元。该电转换器可选地包括用于连接电网的中性导体的中性端子。第一转换器级可操作地耦合到三个相端子，并且包括第一中间节点和第二中间节点。第一转换器级被配置用于在三个相端子处的AC信号与第一中间节点和第二中间节点处的第一信号之间进行转换。第一信号可以是(切换的)电压或电流。第二转换器级可操作地耦合到第一DC端子和第二DC端子，并且包括第三中间节点和第四中间节点。第二转换器级包括至少一个第一有源开关，并且可操作用于在第三中间节点和第四中间节点处的第二信号(例如，(切换的)电压或电流)与第一DC端子和第二DC端子处的DC信号之间进行转换。
[0009]链路将第一中间节点连接到第三中间节点，并将第二中间节点连接到第四中间节
点。该链路可以是DC链路，并且可以包括电能储存元件(比如，电容器和/或电感器)，或者该链路可以替代性地没有电能储存元件。
[0010]电流注入电路可操作用于通过第二有源开关连接在具有三个相电压中的最小绝对瞬时电压值的相端子与第一DC端子和第二DC端子之间、或者连接在具有最小绝对瞬时电压值的相端子与第一中间节点和第二中间节点之间。
[0011]控制单元(或控制器)以第一操作模式实施，在该第一操作模式下，通过脉冲宽度调制来操作该至少一个第一有源开关和这些第二有源开关。第二转换器级包括升压电路或由升压电路组成，以允许电转换器在第一操作模式下在第一DC端子和第二DC端子处获得DC电压，该电压高于AC信号的相电压的瞬时全波整流电压。这可以通过进行(经由控制单元的)脉冲宽度调制以操作(电流注入电路的)(多个)第一有源开关和可能的第二有源开关来实现。
[0012]根据本专利技术，控制单元以第二操作模式实施，在该第二操作模式下，第二有源开关通过(经由控制单元的)脉冲宽度调制来操作，而第二转换器级(例如，升压电路)不工作，具体地，第三中间节点和第四中间节点分别持续连接到第一DC端子和第二DC端子。通过这样做，可以获得第一DC端子和第二DC端子处的DC电压，该电压等于AC信号的相电压的瞬时全波整流电压。
[0013]本专利技术的一个优点是，当负载需要低电压时，第二操作模式允许降低平均DC总线电压。这减小了连接在DC端子上的任何转换器级上的应力。另一个优点是，通过在第二操作模式期间持续操作电流注入电路，可以在AC侧获得正弦电流和单位功率因数，同时DC信号是脉动电压(和电流)。当第三转换器级连接到第一DC端子和第二DC端子时尤其如此，该第三转换器级比如有利地是在恒定功率模式下操作的(电流隔离式)DC/DC转换器或DC/AC转换器。
[0014]电流注入电路可以以各种方式实施。一种实施方式涉及相选择器，该相选择器包括第三有源开关，这些第三有源开关被配置用于选择性地将三个相端子连接到第五中间节点，并且第二有源开关可操作用于将第五中间节点连接到第一DC端子和第二DC端子。控制单元被配置为根据切换模式控制第三有源开关的切换，在该切换模式下，具有最小绝对瞬时电压值的相端子持续连接到第五中间节点。一种替代实施方式将电流注入电路集成在第一转换器级的有源桥式转换器中。通过对有源桥式转换器的有源开关的有源(脉冲宽度调制)控制，可以将具有最小绝对瞬时电压值的相端子连接到第一中间节点和第二中间节点。
[0015]根据本专利技术的电转换器可以包括一个或多个电压测量传感器，用于测量AC信号的相电压和/或第一DC端子和第二DC端子处的电压和/或第一中间节点和第二中间节点处的电压。控制器可以可操作地耦合到(多个)电压测量传感器，并且可以包括用于接收表示第一DC端子和第二DC端子处的设定或测量电压的第三信号的第一输入端。控制器可以被配置为确定表示AC信号的瞬时全波整流电压值的阈值，并且基于第三信号和阈值之间的比较，例如当第三信号的(电压)值等于或低于阈值时，自动将操作切换到第二操作模式。
[0016]根据本专利技术的第二方面，提供了一种包括电源单元的电池充电系统、电动马达驱动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，本文描述了一种将三相AC输入转换成DC输出的方法。该方法有利地在如上所述的电转换器中实施。
[0018]本专利技术的一方面涉及一种电转换器，该电转换器例如可以用于将来自电网(其可以是低压(例如，50Hz频率下的380
‑
400Vrms)电网)的三相AC电压转换成高DC输出电压(例如，800V)。
附图说明
[0019]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：
[0020]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。
[0021]图2A至图2G分别示出了在AC市电电压的360
°
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【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)、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用于在该至少三个相端子处的AC信号与该第一中间节点(x)和该第二中间节点(y)处的第一信号之间进行转换，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)并且包括第三中间节点(r)和第四中间节点(s)，其中，该第二转换器级包括升压电路(19，20)，其可操作用于在该第三中间节点和该第四中间节点(r，s)处的第二信号与该第一DC端子和该第二DC端子(P，N)处的DC信号之间进行转换，其中，该升压电路包括至少一个第一有源开关(S
xm
，S
my
)，链路，该链路将该第一中间节点(x)连接到该第三中间节点(r)，并将该第二中间节点(y)连接到该第四中间节点(s)，电流注入电路，该电流注入电路可操作用于通过第二有源开关连接在具有该至少三个相端子中的最小绝对瞬时电压值的相端子与该第一DC端子和该第二DC端子(P，N)之间、或者连接在具有最小绝对瞬时电压值的该相端子与该第一中间节点和该第二中间节点之间，控制器(40)，该控制器以第一操作模式实施，在该第一操作模式下，通过脉冲宽度调制来操作该至少一个第一有源开关(Sxm，Smy)和这些第二有源开关，其特征在于，该电转换器进一步包括第三转换器级，该第三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)，并且可操作用于将该第一DC端子和该第二DC端子处的DC信号转换成至少两个第三端子(P
’
，N
’
)处的第四信号，以及该控制器(40)以第二操作模式实施，在该第二操作模式下，该第三中间节点和该第四中间节点(r，s)分别持续连接到该第一DC端子和该第二DC端子(P，N)，使得该第二转换器级(12)不工作，这些第二有源开关通过脉冲宽度调制操作，并且该第三转换器级被配置为在恒定功率模式下操作。2.如权利要求1所述的电转换器，其中，该控制器包括用于接收表示该第一DC端子和该第二DC端子处的设定或测量电压的第三信号的第一输入端，其中，该控制器被配置为确定表示该AC信号的瞬时全波整流电压值的阈值，并且基于该第三信号与该阈值之间的比较而在该第二操作模式下操作。3.如权利要求2所述的电转换器，其中，该控制器被配置为当该第三信号等于或低于该阈值时在该第二操作模式下操作。4.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，其中，该控制器被配置为通过该升压电路(19...

【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：