功率变换电路和功率变换系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种功率变换电路和功率变换系统。该功率变换电路包括：多路功率桥臂，至少一个第一开关，耦合电感和控制器。至少一个第一开关，分别连接在多路功率桥臂中的至少一路功率桥臂与耦合电感包括的多个绕组中的至少一个绕组之间；控制器，在功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制至少一个第一开关断开。在本发明实施例中，在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，可以通过控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流不会流过与该功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率。
【专利说明】功率变换电路和功率变换系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子【技术领域】，尤其是涉及一种功率变换电路和功率变换系统。【背景技术】
[0002]目前，采用交错关联技术的多电平逆变器得到广泛应用。这种多电平逆变器包括并联的多个功率桥臂，多个功率桥臂通过耦合电感中的多个绕组或线圈耦合，并且以交错方式运行。采用交错并联技术，既可以提高多电平逆变器的功率等级，又可以减小输入、输出电流波纹，还可以减小电路中磁性元件的体积。
[0003]然而，在轻载情况下，多个功率桥臂同时工作带来的开关损耗极大的影响了整机效率的提升。尽管在轻载情况下，可以通过控制部分功率桥臂停止工作来提升整机效率，但是耦合电感感应出的电流还会流过与停止工作的功率桥臂并联的二极管，这将会带来额外的功率损耗，从而不利于整机效率的进一步提升。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供一种功率变换电路和功率变换系统，能够减少耦合电感感应出的电流带来的功率损耗。
[0005]第一方面，提出一种功率变换电路，包括:多路功率桥臂，通过功率变换电路的第一端子与直流电连接；耦合电感，包括多个绕组，通过功率变换电路的第二端子与交流电连接；至少一个第一开关，分别连接在多路功率桥臂中的至少一路功率桥臂与多个绕组中的至少一个绕组之间；控制器，在功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制至少一个第一开关断开。
[0006]结合第一方面，在第一种可能的实现方式下，控制器还控制多路功率桥臂交错工作，并且在功率变换电路的输出功率小于所述第一阈值时，控制至少一路功率桥臂停止工作。
[0007]结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式下，控制器还在功率变换电路的输出功率大于第二阈值时，控制至少一个第一开关闭合，并且控制至少一路功率桥臂工作。
[0008]结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式下，控制器在功率变换电路的输出功率在第一阈值与第二阈值之间时，控制至少一个第一开关中的部分第一开关断开，并且控制与部分第一开关连接的功率桥臂停止工作。
[0009]结合第一方面或第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式下，耦合电感还包括:至少一个电压箝位器件，至少一个电压箝位器件分别跨接在至少一个绕组的两端，用于对至少一个绕组两端进行过压保护。
[0010]结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式下，至少一个电压箝位器件包括压敏电阻、瞬态电压抑制器和稳压二极管中的一种，或压敏电阻、瞬态电压抑制器和稳压二极管的任意组合。
[0011]结合第一方面或上述任何一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式下，功率变换电路还包括:第二开关，连接在耦合电感与第二端子之间，用于在控制器的控制下将功率变换电路连接到电网或从电网断开。
[0012]结合第一方面或上述任何一种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式下，至少一个第一开关为接触器、继电器、金属氧化层半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor, MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)、集成门极换流晶闸管(IntegratedGate Commutated Thyristor, IGCT)和可控娃整流器(Silicon Controlled Rectifier, SCR)之一,或者至少一个第一开关为接触器、继电器、MOSFET、IGBT、IGCT 和 SCR 的任意组合。
[0013]结合第一方面或上述任何一种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式下，第一端子为功率变换电路输入端和输出端之一，第二端子为功率变换电路的输入端和输出端中的另一个。
[0014]结合第一方面或上述任何一种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式下，功率变换电路还包括:滤波电路，滤波电路连接在耦合电感与第二端子之间，用于对交流电进行滤波。
[0015]第二方面，提供了一种三相功率变换器，包括:三相功率变换电路，用于在三相交流电与直流电之间进行功率变换，其中每相功率变换电路包括如第一方面或第一方面的第一种至第八种可能的实现方式中任一种可能的实现方式下的功率变换电路。
[0016]结合第二方面，在第一种可能的实现方式下，三相功率变换器还包括:三个电容，分别与三相功率变换电路的耦合电感相连接，用于对三相交流电进行滤波。
[0017]结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式下，三相功率变换器还包括:第一中线，用于与电网的中线相连接，其中第一中线连接到三个电容的连接在一起的一端。
[0018]第三方面，提供一种功率变换系统，包括:第一功率变换电路和第二功率变换电路，其中第一功率变换电路为如第一方面的任一种可能的实现方式下的功率变换电路或如第二方面的任何一种可能的实现方式下的功率变换电路，用于将直流电变换成交流电，其中第一功率变换电路的第一端子为第一功率变换电路的输入端子，第一功率变换电路的第二端子为第一功率变换电路的输出端子；第二功率变换电路为如第一方面的任一种可能的实现方式下的功率变换电路，用于将交流电变换成直流电，其中，第二功率变换电路的第二端子为第二功率变换电路的输入端子，第二功率变换电路的第一端子为第二功率变换电路的输出端子，并且第一功率变换电路的输出端子与第二功率变换电路的输入端子相连接，或第二功率变换电路的输出端子与第一功率变换电路的输入端子相连接。
[0019]第四方面，提供一种功率变换方法，该包括:控制功率变换电路的多路功率桥臂交错工作，其中该多路功率桥臂中的至少一路功率桥臂通过至少一个第一开关与该功率变换电路的耦合电感的多个绕组中的至少一个绕组连接；在该功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制该至少一个第一开关断开。
[0020]结合第四方面，在第一种可能的实现方式下，该方法还包括:在该功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制该至少一路功率桥臂停止工作。[0021]结合第四方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式下，在该功率变换电路的输出功率大于第二阈值时，控制该至少一个第一开关闭合，并且控制该至少一路功率桥臂工作。
[0022]结合第四方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式下，该方法还包括:在该功率变换电路的输出功率在该第一阈值与该第二阈值之间时，控制该至少一个第一开关中的部分第一开关断开，并且控制与该部分第一开关连接的功率桥臂停止工作。
[0023]基于上述技术方案，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是根据本发明的一个实施例的功率变换电路的示意性框图。
[0026]图2示出了本发明的另一实施例的功率变换电路的示意性框图。
[0027]图3示出了本发明的另一实施例的功率变换电路的示意性框图。
[0028]图4示出了本发明的另一实施例的功率变换电路的示意性框图。
[0029]图5示出了本发明的另一实施例的功率变换电路的示意性框图。
[0030]图6示出了本发明的另一实施例的功率变换电路的示意性框图。
[0031]图7示出了本发明的另一实施例的功率变换电路的示意性框图。
[0032]图8是根据本发明的一个实施例的三相功率变换器的示意性框图。
[0033]图9是根据本发明的一个实施例的功率变换系统的示意性框图。
[0034]图10是根据本发明的另一实施例的功率变换系统的示意性框图。
[0035]图11是根据本发明的一个实施例的功率变换方法的示意流程图。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0037]本发明的实施例应用于采用交错并联技术的多电平功率变换器，本发明的实施例对多电平功率变换器的电平等级不作限定，例如，多电平功率变换器可以二电平功率变换器，三电平功率变换器和五电平功率变换器等等。本发明的实施例对多电平功率变换器的类型也不作限定，例如，多电平功率变换器可以为二极管箝位型多电平功率变换器，也可以是电容箝位型多电平功率变换器等等。
[0038]在轻载情况下，可以通过控制多电平功率变换器的部分功率桥臂停止工作得到多电平效果的同时提升整机的效率，但是由于耦合电感的存在，停止工作的功率桥臂所连接的绕组会感应出电流，且该感应出的电流会流过与停止工作的功率桥臂并联的二极管，从而带来额外的功率损耗，不利于整机效率的进一步提升。
[0039]图1是根据本发明的一个实施例的功率变换电路100的示意性框图。
[0040]功率变换电路100包括多路功率桥臂120，至少一个第一开关130，耦合电感140和控制器150。其中，多路功率桥臂120通过功率变换电路100的第一端子110与直流电连接；耦合电感140，包括多个绕组，通过功率变换电路100的第二端子160与交流电连接；至少一个第一开关130，分别连接在N路功率桥臂120中的至少一路功率桥臂与N个绕组中的至少一个绕组之间；控制器150，在功率变换电路100的输出功率小于第一阈值时，控制至少一个第一开关130断开。
[0041]根据本发明的实施例，多路功率桥臂120可以包括N路功率桥臂，N是大于或者等于2的整数，耦合电感140包括的多个绕组也可以是N个绕组，至少一个第一开关130可以包括M个第一开关，其中，M是小于N的整数。N个绕组通过一个磁芯耦合成耦合电感140，N路功率桥臂中的M路功率桥臂分别通过M个第一开关连接至耦合电感140的N个绕组中的M个绕组，N路功率桥臂中的N-M路功率桥臂分别与耦合电感140的N-M个绕组直接连接。在功率变换电路正常工作(即功率变换电路的负载正常)的情况下，控制器150控制N路功率桥臂120交错工作，例如，N路功率桥臂120在驱动信号的开关周期内以相位错开的角度为360/N度的方式进行交错并联工作。另外，在功率变换电路100的输出功率小于第一阈值时，即功率变换电路的负载为轻载时，控制器150控制M个第一开关130断开。换句话说，当功率变换电路100的负载为轻载时，控制器150可以控制M个第一开关130断开。相应地，控制器150还可以控制N路功率桥臂120中分别与M个第一开关130连接的M路功率桥臂停止工作，例如:可以在功率变换电路100的输出功率小于第一阈值时，控制M路功率桥臂停止工作，也可以在功率变换电路100的输出功率小于另一阈值时，控制M路功率桥臂停止工作。换句话说，控制第一开关断开和控制M路功率桥臂停止工作的阈值可以为同一阈值也可以为不同阈值。
[0042]根据本发明的实施例，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率。
[0043]可选地，作为另一实施例，所述控制器还控制所述多路功率桥臂交错工作，并且在所述功率变换电路的输出功率小于所述第一阈值时，控制所述至少一路功率桥臂停止工作。
[0044]换句话说，当功率变换电路100的负载为轻载时，控制器150可以控制M个第一开关130断开，并且可以控制N路功率桥臂120中分别与M个第一开关130连接的M路功率
桥臂停止工作。
[0045]可替代地，作为一另实施例，所述控制器还控制N路功率桥臂交错工作，并且在功率变换电路的输出功率小于第三阈值时，控制至少一路功率桥臂停止工作。第三阈值可以大于第一阈值，也可以小于第一阈值，本发明的实施例对此不作限定。应理解，功率变换电路的输出功率小于第三阈值时，功率变换电路的负载为轻载。
[0046]根据本发明的实施例，功率变换电路100可以为整流电路或逆变电路。例如，当第一端子110为输入端，第二端子160为输出端时，功率变换电路100为逆变电路。相反，当第二端子160为输入端，第一端子110为输出端时，功率变换电路100为整流电路。
[0047]根据本发明实施例，控制器150还在所述功率变换电路的输出功率大于第二阈值时，控制至少一个第一开关130闭合，并且控制至少一路功率桥臂120工作。
[0048]例如，当功率变换电路100的输出功率大于第二阈值时，控制器150可以控制M个第一开关130闭合，并且可以控制N路功率桥臂120中与M个第一开关130连接的M路功率桥臂工作。这里，当功率变换电路100的输出功率大于第二阈值时，可以认为功率变换电路100是在正常负载的情况下运行。换句话说，当功率变换电路100从在轻载的情况下运行恢复到在正常负载的情况下运行时，控制器150可以控制M个第一开关130闭合，并且可以控制N路功率桥臂120中与M个第一开关130分别连接的M路功率桥臂交错工作，以便减小额外的功率损耗，提高功率变换电路的效率。
[0049]根据本发明实施例，控制器150还在功率变换电路100的输出功率在第一阈值与第二阈值之间时，控制至少一个第一开关130中的部分第一开关断开，并且控制与部分第一开关分别连接的功率桥臂停止工作。
[0050]例如，当功率变换电路100的输出功率在第一阈值与第二阈值之间时，控制器150可以控制M个第一开关130中的K个第一开关断开，并且可以控制与部分第一开关连接的功率桥臂停止工作。换句话说，当功率变换电路100的负载位于轻载与正常负载之间时，控制器150可以控制M个第一开关130中的部分开关断开，并且控制与断开的这部分开关分别连接的功率桥臂停止工作，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率，同时使得功率变换电路的控制更加灵活。
[0051]应理解，根据本发明的实施例，本发明的至少一个第一开关可以但不限于接触器、继电器、MOSFET、IGBT、IGCT或SCR等功率器件或不同功率器件的任意组合形式。
[0052]本发明的实施例采用上述智能休眠方式来控制功率变换电路的功率桥臂工作，通过在功率桥臂与对应的耦合电感绕组之间添加开关器件，在不同输出功率的情况下控制开关器件的通断，以实现不同功率等级下的部分功率模块的智能休眠功能，从而减少了额外的功率损耗，提高功率变换电路的效率。
[0053]为了方便描述本发明实施例，以三个功率桥臂为例对本发明实施例的技术方案进行详细的说明，但本发明实施例并不仅限于此。
[0054]图2示出了本发明的另一实施例的功率变换电路200的示意性框图。图2所示的功率变换电路200是图1的实施例的例子。如图2所示的功率变换电路200包括:三路功率桥臂220，第一开关230，耦合电感240和控制器250。
[0055]其中，功率桥臂1、功率桥臂2和功率桥臂3通过功率变换电路200的第一端子210与直流电连接的；耦合电感240，包括绕制在一个公共磁芯上的三个绕组L1、L2和L3，且绕组L1、L2和L3通过功率变换电路200的第二端子260与交流电连接；第一开关230，包括第一开关Ql和第一开关Q2。第一开关Ql连接在功率桥臂I与绕组LI之间，第一开关Q2连接在功率桥臂2与绕组L2之间，其中，功率桥臂3直接与绕组L3相连接；控制器150，用于控制三路功率桥臂220交错工作，并且在功率变换电路200的输出功率小于第一阈值时，控制第一开关230断开，并且控制三路功率桥臂220中与第一开关230分别连接的功率桥臂停止工作。[0056]具体地，当功率变换电路200的输出功率小于第一阈值时，控制器250可以控制第一开关Ql和第一开关Q2断开，并且可以控制三路功率桥臂220中与第一开关Ql相连接的功率桥臂I和与第一开关Q2相连接的功率桥臂2停止工作。
[0057]具体地，当功率变换电路200的输出功率大于第二阈值时，控制器250可以控制第一开关Ql和第一开关Q2闭合，并且可以控制三路功率桥臂220中与第一开关Ql相连接的功率桥臂I和与第一开关Q2相连接的功率桥臂2工作。
[0058]具体地，当功率变换电路200的输出功率在第一阈值与第二阈值之间时，控制器250可以控制第一开关Ql和第一开关Q2中的一个第一开关断开，并且可以控制与断开的第一开关相连接的功率桥臂停止工作。例如:控制器250可以控制第一开关Q2断开，并且可以控制与第一开关Q2相连接的功率桥臂2停止工作。
[0059]根据本发明的实施例，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率。
[0060]可选地，作为本发明的另一实施例，耦合电感还包括:至少一个电压箝位器件，至少一个电压箝位器件分别跨接在至少一个绕组的两端，用于对至少一个绕组两端进行过压保护。
[0061]图3示出了本发明的另一实施例的功率变换电路300的示意性框图。如图3所示的功率变换电路300，包括:N路功率桥臂320、至少一个第一开关330、耦合电感340和控制器350。功率变换电路300与图1的功率变换电路100类似，在此适当省略详细的描述。
[0062]图3的功率变换电路300的耦合电感340还包括:至少一个电压箝位器345件分别跨接在至少一个绕组的两端，用于对至少一个绕组两端进行过压保护。
[0063]根据本发明实施例，至少一个第一开关330可以包括M个第一开关，其中，M是小于N的整数。耦合电感340包括的N个绕组中的M个绕组分别通过M个第一开关与N路功率桥臂中的M路功率桥臂连接，其余N-M个绕组分别与N路功率桥臂中的N-M路功率桥臂直接连接。至少一个电压箝位器件345可以包括M个电压箝位器件，M个电压箝位器件分别跨接在M个绕组的两端，用于对M个绕组两端进行过压保护。
[0064]根据本发明的实施例，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率。
[0065]另外，由于第一开关在闭合和断开时会在稱合电感的绕组中产生较高的电压，因此，将电压箝位器件跨接在绕组两端能够对绕组进行过压保护，避免绕组因过高的电压而
[0066]根据本发明实施例，至少一个电压箝位器件345包括压敏电阻、瞬态电压抑制器和稳压二极管中的一种，或压敏电阻、瞬态电压抑制器和稳压二极管的任意组合。
[0067]为了方便描述本发明实施例，以三个功率桥臂为例对本发明实施例的技术方案进行详细的说明，但本发明实施例并不仅限于此。
[0068]图4示出了本发明的另一实施例的功率变换电路400的示意性框图。图4所示的功率变换电路400是图3的实施例的例子。如图4所示的功率变换电路400包括:三路功率桥臂420、第一开关430、耦合电感440、控制器450和电压箝位器件445。
[0069]其中，功率桥臂1、功率桥臂2和功率桥臂3通过功率变换电路400的第一端子410与直流电连接的；耦合电感440，包括绕制在一个公共磁芯上的三个绕组L1、L2和L3，且绕组L1、L2和L3通过功率变换电路400的第二端子460与交流电连接；第一开关430，包括第一开关Ql和第一开关Q2。第一开关Ql连接在功率桥臂I与绕组LI之间，第一开关Q2连接在功率桥臂2与绕组L2之间，其中，功率桥臂3直接与绕组L3相连接；控制器450，用于控制三路功率桥臂420交错工作，并且在功率变换电路400的输出功率小于第一阈值时，控制第一开关430断开，并且控制三路功率桥臂420中与第一开关430相连接的功率桥臂停止工作；电压箝位器件445，包括电压箝位器件Kl和电压箝位器件K2。Kl跨接在绕组LI的两端，K2跨接在绕组L2的两端，用于对绕组LI和L2的两端进行过压保护。
[0070]例如:当功率变换电路400的输出功率小于第一阈值时，控制器450控制第一开关Ql和第一开关Q2断开的瞬间，耦合电感440中分别与功率桥臂I和功率桥臂2连接的绕组LI和L2上会产生较高的电压，此时，需要通过分别跨接在绕组LI和L2的两端的电压箝位器件Kl和K2对绕组LI和L2的两端进行过压保护，避免绕组LI和L2因电压过高被烧毁。
[0071]根据本发明的实施例，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率。
[0072]另外，由于第一开关在闭合和断开时会在耦合电感的绕组中产生较高的电压，因此，将电压箝位器件跨接在绕组两端能够对绕组进行过压保护，避免绕组因过高的电压而
[0073]可选地，作为本发明的另一实施例，功率变化电路还包括:第二开关，连接在耦合电感与第二端子之间，用于在控制器的控制下将功率变换电路连接到电网或从电网断开。
[0074]图5示出了本发明的另一实施例的功率变换电路500的示意性框图。如图5所示的功率变换电路500，包括:Ν路功率桥臂520、至少一个第一开关530、耦合电感540和控制器550。功率变换电路500与图1的功率变换电路100类似，在此适当省略详细的描述。
[0075]图5的功率变换电路500还包括:第二开关570，连接在耦合电感540与第二端子560之间，用于在控制器550的控制下将功率变换电路500连接到电网或从电网断开。
[0076]根据本发明实施例，第二开关连接在耦合电感540与第二端子560之间，当控制器550根据功率变换电路500的输出功率控制M个第一开关530的闭合或断开之前，控制器550要控制第二开关实现功率变换电路500连接到电网或从电网断开。
[0077]根据本发明的实施例，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率。
[0078]根据本发明实施例，当功率变换电路500的输出功率小于第一阈值时，控制器550可以控制第二开关断开，使得功率变换电路500从电网断开，再控制M个第一开关530断开，并且可以控制N路功率桥臂520中与M个第一开关530连接的M路功率桥臂停止工作。[0079]根据本发明实施例，当功率变换电路500的输出功率大于第二阈值时，控制器550可以控制第二开关闭合，使得功率变换电路500连接到电网，再控制M个第一开关530闭合，并且可以控制N路功率桥臂520中与M个第一开关530连接的M路功率桥臂工作。
[0080]具体地，根据本发明实施例，当功率变换电路500的输出功率在第一阈值与第二阈值之间时，控制器550可以控制M个第一开关530中的部分第一开关断开，并且可以控制与部分第一开关连接的功率桥臂停止工作。
[0081]为了方便描述本发明实施例，以两个功率桥臂为例对本发明实施例的技术方案进行详细的说明，对于两个功率桥臂的功率变换电路，其输出功率的阈值为一个，即:第一阈值等于第二阈值，但本发明实施例并不仅限于此，也可以设置更多的阈值。
[0082]图6是根据本发明的另一实施例的功率变换电路600的示意性框图。图6所示的功率变换电路600是图5的实施例的例子。功率变换电路600包括:两路功率桥臂620、第一开关Q1、耦合电感640、控制器650和第二开关670。两路功率桥臂620为功率桥臂I和2，耦合电感640包括绕制在同一磁芯上的绕组LI和L2。第一开关Ql连接在功率桥臂I与绕组LI之间，功率桥臂2与绕组L2直接连接。
[0083]当所述功率变换电路600的输出功率小于第一阈值时，控制器650可以控制第二开关670断开，使得功率变换电路600从电网断开，再控制第一开关Ql断开，并且可以控制两路功率桥臂620中与第一开关Ql连接的功率桥臂I停止工作。
[0084]当所述功率变换电路600的输出功率大于第一阈值时，控制器650可以控制第二开关670闭合，使得功率变换电路600连接到电网，再控制第一开关Ql闭合，并且可以控制两路功率桥臂620中与第一开关Ql连接的功率桥臂I工作。
[0085]可选地，根据本发明实施例，耦合电感640还可以包括:一个电压箝位器件(未示出)，一个电压箝位器件跨接在绕组LI的两端，用于对绕组LI两端进行过压保护。
[0086]可选地，作为本发明的另一实施例，功率变化电路还包括:滤波电路，滤波电路连接在耦合电感与第二端子之间，用于对交流电进行滤波。
[0087]图7示出了本发明的另一实施例的功率变换电路700的示意性框图。如图7所示的功率变换电路700，包括:N路功率桥臂720、至少一个第一开关730、耦合电感740和控制器750。功率变换电路700与图1的功率变换电路100类似，在此适当省略详细的描述。
[0088]图7的功率变换电路700还包括:滤波电路780，连接在耦合电感740与第二端子760之间，用于对交流电进行滤波。
[0089]根据本发明实施例，滤波电路可以为电容，本发明的实施例并不限于此，例如，滤波电路780也可以为由电感和电容组成的LC滤波电路或者其它形式的滤波电路。
[0090]应理解，当功率变换电路700为整流器时，滤波电路780与交流电源(未示出)相连接，即滤波电路780接收交流电输入。
[0091]可选地，根据本发明实施例，功率变换电路700可以包括:第二开关(未示出)，该第二开关可以连接在耦合电感740与滤波电路780之间，也可以连接在滤波电路780与第二端子760之间，本发明实施例并不仅限于此。
[0092]可选地，根据本发明实施例，耦合电感740还可以包括:至少一个电压箝位器件(未示出)，该至少一个电压箝位器件分别跨接在至少一个绕组的两端，用于对至少一个绕组两端进行过压保护。[0093]图8是根据本发明的一个实施例的三相功率变换器800的示意性框图。三相功率变换器800包括:A相多电平功率变换电路820、B相多电平功率变换电路830和C相多电平功率变换电路840，用于在三相交流电与直流电之间进行功率变换。
[0094]A相多电平功率变换电路820、B相多电平功率变换电路830、C相多电平功率变换电路840中的每相功率变换电路为如图1至图6的实施例所述的功率变换电路。
[0095]可选地，作为另一实施例，三相功率变换器800还包括:三个电容，包括A相电容CUB相电容C2和C相电容C3，用于与功率变换电路的耦合电感的漏感结合，对三相交流电进行滤波，三个电容中的每个电容的一端分别与三相功率变换电路中的一相功率变换电路的第二端子相连接，这三个电容中的另一端连接在一起。
[0096]可选地，作为另一实施例，三相功率变换器800还包括第一中线N,用于与电网的中线相连接，其中该第一中线连接到A相电容C1、B相电容C2和C相电容C3中的每个电容的连接在一起的一端。
[0097]应理解，三相功率变换器800可以为三相功率逆变器，分别接收接入的直流电压810，并经过逆变输出三相交流电压V_a、V_b和V_c。
[0098]应理解，三相功率变换器800也可以为三相功率整流器，分别用于接收三相交流输入电压V_a、V_b和V_c，并经过整流输出直流电压。
[0099]根据本发明的实施例，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流流过不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换器的效率。
[0100]图9是根据本发明的一个实施例的功率变换系统900的示意性框图。功率变换系统900包括第一功率变换电路和第二功率变换电路，用于实现交流/交流(AC/AC)变换。第一功率变换电路可以为如图3所述的功率变换电路300，用于将直流电变换成交流电。第二功率变换电路可以为如图5所述的功率变换电路500，用于将交流电变换成直流电。功率变换电路300的输入端子与功率变换电路500的输出端子相连接。换句话说，第二功率变换电路的直流输出连接到第一功率变换电路直流输入，从而实现AC/AC变换。
[0101]应理解，在本实施例中，第一功率变换电路和第二功率变换电路可以分别受控制于控制器350和控制器550,也可以受控于同一个控制器950。
[0102]根据本发明的实施例，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流流过不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换系统的效率。
[0103]图10是根据本发明的另一实施例的功率变换系统1000的示意性框图。功率变换系统1000包括第一功率变换电路和第二功率变换电路，用于实现直流/直流(DC/DC)变换。第一功率变换电路可以为如图3所述的功率变换电路300，用于将直流电变换成交流电。第二功率变换电路可以为如图5所述的功率变换电路500，用于将交流电变换成直流电。功率变换电路300的输出端子与功率变换电路500的输入端子相连接。换句话说，第一功率变换电路的交流输出连接到第二功率变换电路交流输入，从而实现DC/DC变换。
[0104]应理解，在本实施例中，第一功率变换电路和第二功率变换电路可以分别受控制于控制器350和控制器550,也可以受控于同一个控制器1050。
[0105]根据本发明的实施例，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流流过不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率。
[0106]图11是根据本发明的一个实施例的功率变换方法1100的示意流程图。
[0107]图11所示的功率变换方法1100包括如下内容。
[0108]1110，控制功率变换电路的多路功率桥臂交错工作，其中该多路功率桥臂中的至少一路功率桥臂通过至少一个第一开关与该功率变换电路的耦合电感的多个绕组中的至少一个绕组连接。
[0109]1120,在该功率变换电路的输出功率小于第一阈值时,控制该至少一个第一开关断开。
[0110]根据本发明实施例，功率变换方法1100可以由控制器执行。在功率变换器正常工作(即功率变换器的负载正常)的情况下，控制器可以控制多路功率桥臂交错工作，其中该多路功率桥臂中的至少一路功率桥臂通过至少一个第一开关与该功率变换电路的耦合电感的多个绕组中的至少一个绕组连接。在功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，即功率变换电路的负载为轻载时，控制器可以控制该至少一个第一开关断开。相应地，控制器还可以控制至少一路功率桥臂停止工作，例如:可以在功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制至少一路功率桥臂停止工作，也可以在功率变换电路的输出功率小于另一阈值时，控制至少一路功率桥臂停止工作。换句话说，控制器控制第一开关断开和控制至少一路功率桥臂停止工作的阈值可以为同一阈值也可以为不同阈值。停止工作的该至少一路功率桥臂是与断开的该至少一个开关对应连接的功率桥臂。
[0111]根据本发明的实施例，可以在功率变换电路的输出功率小于预设的阈值时，控制设置在功率桥臂与耦合电感的绕组之间的开关断开，使得耦合电感的绕组感应出的电流流过不会流过与功率桥臂并联的二极管，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率。
[0112]可选地，作为本发明的另一实施例，功率变换方法1100还包括:在功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制至少一路功率桥臂停止工作。
[0113]根据本发明实施例，在功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，即功率变换电路的负载为轻载时，控制器可以在控制至少一个第一开关断开的同时控制控制至少一路功
率桥臂停止工作。
[0114]可替代的，作为另一实施例，控制器在功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制至少一个第一开关断开，在功率变换电路的输出功率小于第三阈值时，控制至少一路功率桥臂停止工作。第三阈值可以大于第一阈值，也可以小于第一阈值，本发明的实施例对此不作限定。应理解，功率变换电路的输出功率小于第三阈值时，功率变换电路的负载为轻载。
[0115]可选地，作为本发明的另一实施例，功率变换方法1100还包括:在该功率变换电路的输出功率大于第二阈值时，控制该至少一个第一开关闭合，并且控制该至少一路功率桥臂交错工作。[0116]根据本发明实施例，当功率变换电路的输出功率大于第二阈值时，可以认为功率变换器是在正常负载的情况下运行的，控制器可以控制该至少一个第一开关闭合，并且可以控制与该至少一个第一开关分别连接的该至少一路功率桥臂交错工作，以便减小额外的功率损耗，提高功率变换电路的效率。
[0117]可选地，作为本发明的另一实施例，功率变换方法1100还包括:在该功率变换电路的输出功率在该第一阈值与该第二阈值之间时，控制该至少一个第一开关中的部分第一开关断开，并且控制与该部分第一开关连接的功率桥臂停止工作。
[0118]根据本发明实施例，当功率变换电路的输出功率在该第一阈值与该第二阈值之间时，可以认为功率变换电路的负载位于轻载与正常负载之间，控制器可以控制至少一个第一开关中的一部分开关断开，并且控制与断开的这部分开关分别连接的功率桥臂停止工作，从而减小了额外的功率损耗，提高了功率变换电路的效率，同时使得功率变换电路的控制更加灵活。
[0119]尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内。
【权利要求】
1.一种功率变换电路，其特征在于，包括: 多路功率桥臂，通过所述功率变换电路的第一端子与直流电连接； 耦合电感，包括多个绕组，通过所述功率变换电路的第二端子与交流电连接； 至少一个第一开关，分别连接在所述N路功率桥臂中的至少一路功率桥臂与所述多个绕组中的至少一个绕组之间； 控制器，在所述功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制所述至少一个第一开关断开。
2.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，所述控制器还控制所述多路功率桥臂交错工作，并且在所述功率变换电路的输出功率小于所述第一阈值时，控制所述至少一路功率桥臂停止工作。
3.根据权利要求2所述的功率变换电路，其特征在于，所述控制器还在所述功率变换电路的输出功率大于第二阈值时，控制所述至少一个第一开关闭合，并且控制所述至少一路功率桥臂工作。
4.根据权利要求3所述的功率变换电路，其特征在于，所述控制器还在所述功率变换电路的输出功率在所述第一阈值与所述第二阈值之间时，控制所述至少一个第一开关中的部分第一开关断开，并且控制与所述部分第一开关连接的功率桥臂停止工作。
5.根据权利要求1-4中任 一项所述的功率变换电路，其特征在于，所述耦合电感还包括:至少一个电压箝位器件，所述至少一个电压箝位器件分别跨接在所述至少一个绕组的两端，用于对所述至少一个绕组两端进行过压保护。
6.根据权利要求5所述的功率变换电路，其特征在于，所述至少一个电压箝位器件包括压敏电阻、瞬态电压抑制器和稳压二极管中的一种，或所述压敏电阻、瞬态电压抑制器和稳压二极管的任意组合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的功率变换电路，其特征在于，还包括:第二开关，连接在所述耦合电感与所述第二端子之间，用于在所述控制器的控制下将所述功率变换电路连接到电网或从所述电网断开。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的功率变换电路，其特征在于，所述至少一个第一开关为接触器、继电器、金属氧化层半导体场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT和可控硅整流器SCR之一，或者所述至少一个第一开关为接触器、继电器、MOSFET、IGBT、IGCT和SCR的任意组合。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的功率变换电路，所述第一端子为所述功率变换电路输入端和输出端之一，所述第二端子为所述功率变换电路的输入端和输出端中的另一个。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的功率变换电路，其特征在于，还包括:滤波电路，所述滤波电路连接在所述耦合电感与所述第二端子之间，用于对所述交流电进行滤波。
11.一种三相功率变换器，其特征在于，包括: 三相功率变换电路，用于在三相交流电与直流电之间进行功率变换，其中每相功率变换电路包括根据权利要求1-9中任一项所述的功率变换电路。
12.根据权利要求11所述的三相功率变换器，其特征在于，还包括:三个电容，分别与所述三相功率变换电路的耦合电感相连接，用于对所述三相交流电进行滤波。
13.根据权利要求12所述的三相功率变换器，其特征在于，还包括: 第一中线，用于与电网的中线相连接，其中所述第一中线连接到所述三个电容的连接在一起的一端。
14.一种功率变换系统，其特征在于，包括:第一功率变换电路和第二功率变换电路， 其中所述第一功率变换电路为根据权利要求1-13中任一项所述的功率变换电路，用于将直流电变换成交流电，其中所述第一功率变换电路的第一端子为第一功率变换电路的输入端子，所述第一功率变换电路的第二端子为所述第一功率变换电路的输出端子； 所述第二功率变换电路为根据权利要求1-13中任一项所述的功率变换电路，用于将交流电变换成直流电，其中，所述第二功率变换电路的第二端子为第二功率变换电路的输入端子，所述第二功率变换电路的第一端子为第二功率变换电路的输出端子，并且所述第一功率变换电路的输出端子与所述第二功率变换电路的输入端子相连接，或所述第二功率变换电路的输出端子与所述第一功率变换电路的输入端子相连接。
15.一种功率变换方法，其特征在于，包括: 控制功率变换电路的多路功率桥臂交错工作，其中所述多路功率桥臂中的至少一路功率桥臂通过至少一个第一开关与所述功率变换电路的耦合电感的多个绕组中的至少一个绕组连接； 在所述功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制所述至少一个第一开关断开。
16.根据权利要求15所述的功率变换方法，其特征在于，还包括: 在所述功率变换电路的输出功率小于第一阈值时，控制所述至少一路功率桥臂停止工作。
17.根据权利要求16所述的功率变换方法，其特征在于，还包括: 在所述功率变换电路的输出功率大于第二阈值时，控制所述至少一个第一开关闭合，并且控制所述至少一路功率桥臂工作。
18.根据权利要求17所述的功率变换方法，其特征在于，还包括: 在所述功率变换电路的输出功率在所述第一阈值与所述第二阈值之间时，控制所述至少一个第一开关中的部分第一开关断开，并且控制与所述部分第一开关连接的功率桥臂停止工作。
【文档编号】H02M7/48GK104009658SQ201410231197
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】石磊, 胡炎申, 石勇 申请人:华为技术有限公司