AC-DC转换器及其控制器制造技术

本发明专利技术提供一种AC

【技术实现步骤摘要】
AC
‑
DC转换器及其控制器
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2021年10月26日提交的美国临时专利申请63/272,154的优先权，其公开内容整体并入于此作为参考。


[0003]本专利技术涉及AC
‑
DC转换器
，具体涉及用于实现两种或更多种工作模式的AC
‑
DC转换器及其控制器，其中每种工作模式确定带功率因数校正的转换器整流电路的增益并且提供宽范围的DC输出电压。

技术介绍

[0004]Boost转换器通常用作AC
‑
DC整流器以实现功率因数校正。Boost转换器的输出电压将高于输入交流电压的峰值。对于普通应用，交流电压从90V变为264V，以覆盖120V(60Hz)的交流系统和220V(50Hz)的交流电压系统。因此，升压转换器的输出电压通常被调节在400V。由于(1)负载通常需要不同于升压输出电压的电压(例如400V)，并且(2)负载需要与交流电压进行电气隔离，因此需要另一个DC
‑
DC转换器来转换400V升压输出电压到输出电压Vout。图1显示了根据现有方法实现此目标的典型电路图。电容器CBST用作储能电容器，用于存储能量以缓冲来自交流电源的脉动输入功率。它包含大约400V的平均电压(直流电压)加上倍频纹波(60Hz交流线为120Hz，50Hz线为100Hz)。倍频纹波电压的峰值通常在10到20V左右，具体取决于设计需要。
[0005]在某些应用中，交流输入电压的变化很大，例如从90V到264V，变化比为3:1。输出电压的变化也很大。例如，如果使用图1的电路为电动汽车(EV)的电池充电，电池电压将从250V(电池完全放电时)变为430V(电池完全充电时)。因此，当输入电压处于最低电平，如90V，输出电压处于最高电平，如430V时，电压增益计算为Vgain_max＝430V/90V＝4.8。当输入电压为最高电平，如264V，输出电压为最低电平，如250V时，电压增益计算为Vgain_min＝250V/264V＝0.95。为了满足电动汽车电池的充电需求，电动汽车充电器的电压增益会有4.8/0.95＝5的变化范围，这是一个非常大的范围。现有方法只能在非常窄的范围内实现最佳性能。例如，当输入电压为220V，输出电池电压在330V至380V之间时，电源将实现最高效率运行。当输入电压和电池电压超出此范围时，EV充电器的效率会显着降低。因此，当输入电压和输出电压具有大的变化时，如上文所述，现有技术中AC
‑
DC转换器无法在宽电压变化范围内实现最佳性能。

技术实现思路

[0006](一)解决的技术问题
[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种AC
‑
DC转换器及其控制器，解决了现有技术中AC
‑
DC转换器无法在宽电压变化范围内实现最佳性能的技术问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种用于AC
‑
DC转换器的控制器，包括将AC输入电压转换为DC输出电压的整流电路，控制器包括：
[0011]根据两种或多种工作模式控制整流电路的控制逻辑；
[0012]其中，所述两种或更多种工作模式中的每种工作模式确定所述整流电路的增益；
[0013]所述控制器基于交流输入电压值和所需直流输出电压值中的至少一个从两种或更多种运行模式中选择一种运行模式；
[0014]所述AC
‑
DC转换器提供具有功率因数校正的宽范围DC输出电压。
[0015]优选的，所述工作模式包括高增益模式、低增益模式和零增益模式。
[0016]优选的，所述高增益模式、低增益模式和零增益模式由所述控制器控制交替实施。
[0017]优选的，控制器控制整流电路在第一和第二模式下工作；
[0018]其中，整流电路在第一模式下工作用于交流输入电压的半周期的第一整数值，整流电路在第二模式下工作用于交流输入电压的半周期的第二整数值。
[0019]优选的，所述直流输出电压包括纹波频率低于交流线路频率的纹波电压。
[0020]优选的，所述整流电路采用LLC转换器；
[0021]其中，
[0022]控制器按全桥工作模式、半桥工作模式和非工作模式控制整流电路；
[0023]整流电路在交流输入电压的交流工频半周期的第一整数值期间工作于全桥工作模式；
[0024]整流电路在交流输入线电压的交流工频半周期的第二整数值期间工作于半桥工作模式；
[0025]整流电路在交流输入电压的交流工频半周期的第三整数值期间处于非工作模式。
[0026]优选的，所述AC
‑
DC转换器的直流输出电压包括低频纹波电压；
[0027]其中，低频纹波电压的频率与交流输入线电压的频率相关。
[0028]优选的，
[0029]当输入交流电压处于低电压范围时，整流电路工作于全桥模式；
[0030]当输入交流电压处于高电压范围时，整流电路工作于半桥模式；
[0031]当输入交流电压处于低电压范围时，通过改变全桥模式下整流电路的增益，将输出直流电压调节到所需的直流值；
[0032]当输入交流电压处于高电压范围时，通过改变半桥模式下整流电路的增益，将输出直流电压调节到所需的直流值。
[0033]优选的，当输入AC电压在低范围和高范围之间时，通过在全桥模式和半桥模式之间交替工作，整流电路将输出DC电压调节到所需值。
[0034]优选的，所述整流电路在所述交流输入电压的交流工频半周期的一个整数值期间以全桥模式工作，并且在所述交流输入电压的交流工频半周期的另一整数值期间内停止工作。.
[0035]优选的，当整流电路在全桥模式下工作时，通过改变所述整流电路的增益，将所述输出DC电压调节到所需值。
[0036]优选的，通过改变所述第一整数值和所述第二整数值的比率，将所述输出DC电压
调节到所需值。
[0037]优选的，通过改变整流电路的增益和改变第一和第二整数值的比率的组合，将输出DC电压调节到所需值。
[0038]优选的，所述整流电路在所述AC输入电压的交流工频半周期的第一整数值期间以半桥模式工作，并且在所述AC输入电压的交流工频半周期的第二整数值期间停止工作。
[0039]优选的，通过改变在半桥工作模式下整流电路的增益，将输出DC电压调节到所需值。
[0040]优选的，所述控制器控制所述整流电路，使得所述整流电路在所述AC输入电压交流工频半周期内的第一部分运行，所述整流电路在所述AC输入电压交流工频周期的第二部分不运行。
[0041]优选的，当瞬时交流输入电压处于峰值或在其峰值
±
45度范围内时，整流电路工作，而当瞬时交流输入电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于AC
‑
DC转换器的控制器，其特征在于，包括将AC输入电压转换为DC输出电压的整流电路，控制器包括：根据两种或多种工作模式控制整流电路的控制逻辑；其中，所述两种或更多种工作模式中的每种工作模式确定所述整流电路的增益；所述控制器基于交流输入电压值和所需直流输出电压值中的至少一个从两种或更多种运行模式中选择一种运行模式；所述AC
‑
DC转换器提供具有功率因数校正的宽范围DC输出电压。2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述工作模式包括高增益模式、低增益模式和零增益模式。3.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述高增益模式、低增益模式和零增益模式由所述控制器控制交替实施。4.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，控制器控制整流电路在第一和第二模式下工作；其中，整流电路在第一模式下工作用于交流输入电压的交流工频半周期的第一整数值，整流电路在第二模式下工作用于交流输入电压的交流工频半周期的第二整数值。5.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述直流输出电压包括纹波频率低于交流线路频率的纹波电压。6.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述整流电路采用LLC转换器；其中，控制器按全桥工作模式、半桥工作模式和非工作模式控制整流电路；整流电路在交流输入电压的交流工频半周期的第一整数值期间工作于全桥工作模式；整流电路在交流输入线电压的交流工频半周期的第二整数值期间工作于半桥工作模式；整流电路在交流输入电压的交流工频半周期的第三整数值期间处于非工作模式。7.如权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述AC
‑
DC转换器的直流输出电压包括低频纹波电压；其中，低频纹波电压的频率与交流输入线电压的频率相关。8.如权利要求6所述的控制器，其特征在于，当输入交流电压处于低电压范围时，整流电路工作于全桥模式；当输入交流电压处于高电压范围时，整流电路工作于半桥模式；当输入交流电压处于低电压范围时，通过改变全桥模式下整流电路的增益，将输出直流电压调节到所需的直流值；当输入交流电压处于高电压范围时，通过改变半桥模式下整流电路的增益，将输出直流电压调节到所需的直流值。9.如权利要求8所述的控制器，其特征在于，当输入AC电压在低范围和高范围之间时，通过在全桥模式和半桥模式之间交替工作，整流电路将输出DC电压调节到所需值。10.如权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述整流电路在所述交流输入电压的交流工频半周期的一个整数值期间以全桥模式工作，并且在所述交流输入电压的交流工频半周期的另一整数值期间内停止工作。
11.如权利要求6所述的控制器，其特征在于，当整流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雁飞，何炳慧，陈扬，盛波，刘文搏，
申请(专利权)人：金斯顿女王大学，
类型：发明
国别省市：