领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以作出修改，包括增设和/或替换。可以省略具体细节以免模糊本发明；然而，本发明记载了为允许本领域技术人员在不需要过度实验的情况下实施本文中的教导。
[0025]参见图la。图1a示出了具有双向AC半导体开关SI和S2的AC串联降压转换器。另外，图1a示出了增加的HF滤波组件以抑制并过滤在输入和输出端的HF(例如，IKHz至I，000ΚΗζ)开关频率。在输入端，滤波电感器LI和L2具有滤波旁通电容器Cl和C2，并且在输出端，滤波电感器L4和L5具有滤波旁通电容器C3和C4。滤波电感器L4和L5具有滤波旁通电容器C4，其使HF电压PWM脉动平均而成为平均直流(DC)电平以创建平滑已调节的AC输出电压。电感器L3是被设计成在HF(例如，IKHz至I ,OOOKHz)操作的功率电感器。
[0026]由于双向AC半导体开关器件SI和S2在通过模拟电路或数字和模拟电路的混合的电子PWM控制，但通常在具有DSP的数字控制电路或微处理器信号处理下在HF(例如，IKHz至I，OOOKHz)切换，并且来自控制电子电路的PffM输出以HF(例如，IKHz至I，OOOKHz )PWM调制来驱动双向AC半导体开关SI和S2，并且沿LF(通常为50Hz或60Hz)电源AC电压输入每个HF点，PffM控制电子电路产生宽度足以驱动双向AC半导体开关SI和S2与功率电感器L3组合的的特定PffM脉冲，因此，与沿输入AC电压的每个点降低并调节输出电压为控制设置电压参考设置的所需的值。
[0027]例如，如果控制以25,OOOHz的设计频率切换，则对于每40微秒(microseconds)，输入电源LF(通常为50Hz或60Hz)电压的幅值在该点相对于设置电压参考降压并降低。因此，对于每40ys，电路使输入AC电压降压以调整并调节所需的设置输出AC电压。输入滤波器包括电容器Cl和C2，以及滤波电感器LI和L2。输出滤波器包括电容器C3和C4以及滤波电感器L4和L5。可替代地，HF滤波组件的各种组合可以用于过滤并旁通在HF (例如，在此实例中为25，000Ηζ)切换的双向AC半导体开关的HF切换频率，并且使HF电压PffM脉动平均为平均DC电平以创建平滑已调节的AC输出电压。
[0028]参见图lb。图1b示出了具有双向AC半导体开关S3和S4的AC串联升压转换器。另外，图1b示出了增加的HF滤波组件以抑制并过滤在输入和输出端的HF(例如，IKHz至I，000ΚΗζ)开关频率。在输入端滤波电感器L6和L7具有滤波旁通电容器C5和C6。在输出端滤波电感器L9和LlO具有滤波旁通电容器C7和C8。滤波电感器L9和LlO具有滤波旁通电容器C8，其使HF电压PWM脉动平均为平均DC电平以创建平滑已调节的AC输出电压。电感器L8是被设计成在HF(例如，IKHz至I ,OOOKHz)操作的功率电感器。
[0029]由于双向AC半导体开关S3和S4是在通过模拟电路或数字和模拟电路的混合的电子PffM控制，但通常在具有DSP的数字控制电路或微处理器信号处理下在HF(例如，IKHz至I，OOOKHz)切换，并且来自控制电子器件的PffM输出以HF(例如，IKHz至I，OOOKHz)PffM调制来驱动双向AC半导体开关S3和S4，并且沿LF(通常为50Hz或60Hz)电源AC电压输入每个HF点，控制电子器件产生宽度足以驱动双向AC半导体开关S3和S4与功率电感器L8的组合的特定PWM脉冲，因此，与沿输入AC电压的每个点上升并调节输出电压为控制电压参考设置的所需的值。
[0030]例如，如果控制以25，000Ηζ的设计频率切换，则对于每40微秒，输入电源LF(通常为50Hz或60Hz)电压的幅值在该点相对于设置电压参考升压并增大。因此，对于每40微秒，驱动双向AC半导体开关S3和S4与功率电感器L8的组合的PWM控制电路，使输入AC电压上升以调整并调节所需的设置输出AC电压。输入滤波器包括电容器C5和C6，以及滤波电感器L6和L7。输出滤波器包括电容器C7和C8，以及滤波电感器L9和LlO。可替代地，HF滤波组件的各种组合可以用于过滤并旁通在HF(如，在此实例中为25，000Hz)切换的AC双向半导体开关的HF开关频率，并且使HF电压PffM脉动平均为平均DC电平以创建平滑已调节的AC输出电压。
[0031]本领域的普通技术人员可以选择使用图1a所示的单个降压AC串联调压器部分作为AC串联降压调压器、或图1b所示的单个升压AC串联调压器作为AC串联升压调压器、图1a所示的降压AC调压器与图1b所示的升压AC调压器的组合作为完整的全HF AC串联调压器、或图2所示的自动调压器(AVR)作为全HF AC-ACAVR自动电压控制拓扑结构。
[0032]图2示出了本发明作为能够使每个HF点的AC输入电压下降或上升的完整的全AVRHF AC串联调压器的基本操作原理。例如，如果AVR HF AC调压器的操作频率被配置成25kHz，则电子模拟电路或数字和模拟混合电路感测输入电压并且将其与电压参考进行比较，然后在PWM控制下驱动AC双向半导体开关S1、S2、S3和S4与功率电感器L3和L4的组合以使AVR HF AC串联调压器输出端的AC输入电压下降(减小)或上升(增大)。在每个LF(通常为，但不限于，50Hz或60Hz)电源电压周期，电压在每40微秒间隔点得以调节。因此，在参照固定参考电压电平的模拟或数字电子PWM控制下，全AVR HF AC串联调压器能够完全调节AC输出电压为所需的设置电平。
[0033]图2还示出了由HF Pmi降压或升压的AVR HF AC串联调压器输出端的输入AC电压的波形，并且输入滤波组件C1、C2、L1和L2的组合用于消除HF切换能量回传到输入AC电源；并且输出滤波组件C3、C4、L5和L6的组合用于消除输出的HF PffM切换脉冲并且使HF电压PWM脉动平均为平均DC电平，从而创建平滑已调节的AC输出电压。
[0034]为了清楚的目的简化了本文所公开的电路以及其描述，并且在应用本发明的原理时，可使用各种其它的电路配置和装置。比如，双向AC开关是半导体装置并且可以由各种电路配置组成，但是这些开关仍然充当本行业中常用的AC双向半导体开关。这种双向AC半导体开关，例如，但不限于，可以是整流桥，其包括插入到整流桥中的具有单极半导体装置配置的四个整流管，如SCR、GT0、IGBT、M0SFET，或与能够建立受控的双向AC半导体开关装置的PffM驱动控制具有相同效果的任何其它半导体装置。另外，本行业中使用的具有或不具有整流器的其它半导体AC开关配置和装置，如背对背或反并联SCR、GTO、IGBT、RB-1GBT、MOSFET、任何其它背对背或反并联双向AC半导体装置或配置或未来的任何其它类似的新半导体装置，如，但不限于，GaN、SiC，是本发明的替代实施方案。
[0035]尽管本文中仅描述了单相电气系统，但是本发明的原理可以应用于其它AC频率和多相AC系统，例如，普通的三相电气系统，可通过利用并互连多个HF AC串联降压拓扑结构、HF串联升压拓扑结构、或用于全HF AC AVR自动电压控制部分或单元以建立多相调压器的组合的AVR HF串联降压-升压拓扑结构实现。由于可以独立地控制这些HF串联电压部分，所以它们也可以被设计成用于电压平衡配置以使失去平衡的多相电压再平衡。
[0036]图2中示出的AVR HF降压-升压AC串联调压器利用HF(例如，IKHz至I，OOOKHz)功率电感器L3与AC双向半导体开关SI和S2的组合使AC输入电压下降，以及HF功率电感器L4与AC双向半导体开关S3和S4的组合以使AC输入电压上升。来自电子控制电路的HVM输出单独驱动AC双向半导体开关S1、S2、S3和S4以创建能够使输入AC电压下降(降压)或上升(升压)以调节AC输出电压为设置的所需的电平的AVR自动电压控制拓扑结构。该设计是功率流双向直接单级，并且没有内部DC链路电容器，其通常为不可靠的电解电容器。
[0037]在其它实施方案中，降压拓扑结构和升压拓扑结构可以独立工作。与图2所示组合的AVR HF降压-升压AC串联调压器拓扑结构一起，这些拓扑结构中的任一个仅需要根据AC输入电压电平的范围和变化处理全部输出功率的一部分。
[0038]在每个HF PWM间隔，例如，25kHz下的40微秒P丽间隔，在HF开关P丽的控制下得到的下降(降低)或上升(升高)的输入电压被提供至控制电子器件，以便降低或升高并校正输出AC电压电平至所需的设置输出AC电压参考，其中该HF开关PWM在低频电源(通常为50或60Hz)的每个HF点产生正确的PffM驱动信号至双向AC半导体开关。
[0039]其它实施方案包括能够创建如上所述的所需的效果的各种滤波器配置，输入滤波配置消除高频开关脉冲以免进入输入AC电源，并且输出滤波配置消除高频开关脉冲以免进入输出AC电压。另外其它实施方案包括AC输出电压反馈回路和控制电子器件以调节输出电压从而满足AC输出电压的均方根(RMS)参数，优选实施方案，AC输出电压的平均电压或峰值电压电平。
[0040]另外，AVRHF AC串联降压-升压AC调压器以及独立的降压或升压部分(如果单独使用)，只需要分别处理降压和升压电感器L3和L4