包括飞跨电容器的谐振变流器的制作方法

文档序号:18745464发布日期:2019-09-21 02:17阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种零电压转换PWM谐振变流器,包括:

DC母线,所述DC母线包括第一轨和第二轨;

第一开关装置,所述第一开关装置与所述第一轨和变流器输出节点耦合;

第二开关装置,所述第二开关装置与所述第二轨和所述变流器输出节点耦合;

谐振槽电路,所述谐振槽电路包括第一谐振电容器、第二谐振电容器、以及与所述变流器输出节点耦合的谐振电感器;

辅助电路,所述辅助电路包括被串联耦合在所述第一轨与所述第二轨之间的多个辅助开关装置、以及跨所述辅助开关装置中的两个辅助开关装置并联耦合的飞跨电容器,所述谐振电感器被耦合至所述辅助开关装置中的所述两个辅助开关装置中间的节点;以及

控制器,所述控制器被构造为控制所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述多个辅助开关装置,以提供所述槽电路的谐振操作,所述谐振操作有效地在导通或关断所述第一开关装置时在所述第一开关装置两端提供基本上零电压条件,并且在导通或关断所述第二开关装置时在所述第二开关装置两端提供基本上零电压条件。

2.根据权利要求1所述的变流器,其中所述多个辅助开关装置包括被串联耦合在所述第一轨与所述第二轨之间的第一辅助开关装置、第二辅助开关装置、第三辅助开关装置和第四辅助开关装置,所述飞跨电容器跨所述第二辅助开关装置和所述第三辅助开关装置并联耦合,并且所述谐振电感器被耦合至所述第二辅助开关装置和所述第三辅助开关装置中间的节点。

3.根据权利要求2所述的变流器,其中所述控制器被构造为执行换向方案,在所述换向方案中,所述第一辅助开关装置在所述第一开关关断且所述第二开关导通的第一时间处被导通,从而有效地增加所述谐振电感器的电流,并且所述第二开关在大于所述第一时间的第二时间处、在所述基本上零电压条件下被关断,从而有效地提供所述槽电路的谐振操作。

4.根据权利要求3所述的变流器,其中当所述第一开关装置两端的电压由于所述槽电路的谐振操作而变得基本上为零时,所述第一开关装置在大于所述第二时间的第三时间处被导通。

5.根据权利要求4所述的变流器,其中所述飞跨电容器包括薄膜电容器。

6.一种被耦合至具有正极和负极的直流(DC)电源的零电压转换变流器,所述变流器包括:

第一主开关装置,所述第一主开关装置具有被电耦合至所述DC电源的所述正极的第一端子和被电耦合至负载的第二端子;

第二主开关装置,所述第二主开关装置具有被电耦合至所述负载的第一端子和被耦合至所述DC电源的所述负极的第二端子;

第一谐振电容器,所述第一谐振电容器被并联耦合至所述第一主开关装置;

第二谐振电容器,所述第二谐振电容器被并联耦合至所述第二主开关装置;

飞跨电容器(FC)电路,所述FC电路被电耦合至所述电源和所述负载,所述FC电路包括至少一个飞跨电容器和至少四个FC开关装置;

谐振电感器,所述谐振电感器与所述第一主开关、第二主开关、所述负载和所述FC电路电耦合;以及

控制器,所述控制器被构造为通过断开和闭合所述第一主开关装置和所述第二主开关装置来操作所述第一主开关装置和所述第二主开关装置,以便将来自所述DC电源的DC功率变换为输出功率,并且将所述输出功率传输至所述负载,

其中所述控制器被构造为操作所述FC开关装置,以便在所述第一主开关装置和所述第二主开关装置的所述断开和所述闭合期间在所述第一主开关装置和所述第二主开关装置两端生成基本上零电压开关条件,以及

其中所述控制器被构造为通过操作所述FC开关装置来生成谐振电流,使得电流流过所述谐振电感器。

7.根据权利要求6所述的变流器,其中所述控制器被构造为传输用以操作所述第一主开关装置、所述第二主开关装置和所述FC开关装置的多个脉冲宽度调制信号,所述脉冲宽度调制信号引起所述装置中的一个装置的所述闭合以允许电流流过所述开关装置、或者引起所述装置中的所述一个装置的所述断开以防止电流沿至少一个方向流过所述一个装置。

8.根据权利要求7所述的变流器,其中所述控制器通过向所述第一主开关装置的所述第一端子和所述第二端子供应相等的电压,来在基本上零电压开关条件期间断开所述第一主开关装置,并且通过向所述第二主开关装置的所述第一端子和所述第二端子供应相等的电压,来在基本上零电压开关条件期间断开所述第二主开关装置。

9.根据权利要求8所述的变流器,其中所述控制器操作所述FC开关装置,以便在所述控制器断开所述第一主开关装置和所述第二主开关装置中的一个主开关装置之前对所述谐振电感器进行充电。

10.根据权利要求7所述的变流器,其中所述控制器被构造为通过以下操作来在零电压开关条件期间闭合所述第一主开关装置和所述第二主开关装置中的一个主开关装置:通过操作所述FC开关装置来提供通过所述谐振电感器的电流,使得所述谐振电感器、所述第一谐振电容器和所述第二谐振电容器实现谐振;以及响应于实现所述零电压开关条件而闭合所述第一主开关装置或所述第二主开关装置。

11.根据权利要求10所述的变流器,其中所述控制器被构造为响应于在所述FC开关装置处的零电流条件,而在所述控制器闭合所述第一主开关装置或所述第二主开关装置之后断开所述FC开关装置中的一个FC开关装置。

12.根据权利要求6所述的变流器,其中所述FC电路包括具有阳极和阴极的一个飞跨电容器、以及四个FC开关装置,所述第一FC开关装置具有被电耦合至所述DC电源的所述正极的第一端子和被电耦合至所述飞跨电容器的所述阴极的第二端子;所述第二FC开关装置具有被电耦合至所述飞跨电容器的所述阴极的第一端子和被电耦合至所述电感元件的第二端子;所述第三FC开关装置具有被电耦合至所述电感元件的第一端子和被电耦合至所述飞跨电容器的所述阳极的第二端子;并且所述第四FC开关装置具有被电耦合至所述飞跨电容器的所述阳极的第一端子和被电耦合至所述DC电源的所述负极的第二端子。

13.根据权利要求6所述的变流器,其中所述变流器另外包括被构造为对所述飞跨电容器进行充电的充电电路,其中所述充电电路被耦合在所述DC电源与所述飞跨电容器电路之间,所述充电电路包括被并联耦合的开关装置和电阻元件。

14.根据权利要求13所述的变流器,其中所述变流器另外包括被并联耦合至所述FC开关装置中的至少一个FC开关装置的电阻器,每个电阻器的电阻足以允许电流流至所述飞跨电容器。

15.根据权利要求6所述的变流器,其中所述谐振电感器包括软饱和磁性材料。

16.一种用于通过操作被耦合至DC电源的脉冲宽度调制变流器来生成输出功率的方法,所述方法包括:

对电路系统进行操作,所述电路系统包括

飞跨电容器电路,所述飞跨电容器电路具有飞跨电容器、以及与所述DC电源并联耦合的多个半导体开关,

主半导体开关对,所述主半导体开关对与所述DC电源并联耦合,

谐振槽电路,所述谐振槽电路具有谐振电感器和两个谐振电容器,所述谐振槽电路与所述飞跨电容器电路、所述主开关对和

负载耦合;

通过操作所述飞跨电容器电路来在所述谐振槽中生成谐振电流,使得所述主半导体开关中的一个主半导体开关两端的电压是基本上零电压条件;

断开所述主半导体开关中的一个开关;

在基本上零电压条件下闭合所述主半导体开关对中的另一主半导体开关;以及

通过利用所述飞跨电容器电路生成中点电压,来减少所述谐振电感器中的电流。

17.根据权利要求16所述的方法,其中所述输出功率是交流功率。

18.根据权利要求16所述的方法,所述方法另外包括:通过在所述DC电源与所述飞跨电容器之间断开所述飞跨电容器电路的半导体装置,来对所述谐振电感器进行充电。

19.根据权利要求16所述的方法,其中所述基本上零电压条件是幅值为0的电压、或者幅值为所述DC电源的电压的小的百分比的电压。

20.根据权利要求19所述的方法,其中所述基本上零电压条件是幅值小于所述DC电源的电压的20%的电压。

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