确定的其它组件来相关且适当地选择如半导体功率装置的组件，如本发明所公开的。
[0057]总而言之，参见图2的全降压部分，结合输入和输出滤波器和组件，用于独立控制的功率半导体器件的PffM开关序列(5):图2的SI的Ql和Q2，和PffM开关序列(6):图2的S2的Q3和Q4，通过产生功率电感器L3的电流电平和方向的电流变换器CTl利用功率电感器L3中的电流信息，结合用于AC调压器降压部分的控制功能部分，如在实例(I)、(2)、(3)和(4)中创建创新的发明，在此实例中，AC HF调压器克服仅使用用于WM开关序列的电压极性信息的限制、折衷和风险，与本发明的关键改进一起，使用如上所述的关键功率电感器电流方向。因此，这种新的创新的PWM控制方法从不产生用于功率半导体的未定义的PWM开关序列，并且当然不会产生故意的“击穿” PWM序列。所以
[0058]参见图3a和图3b。用于本发明的例如降压部分的PffM控制方法的步骤如下所述:
[0059]I)从输入电压信息(Vi)建立输入电压极性信号(Vp)。输入电压极性信号(Vp)包括三种逻辑状态:正(+VE)、负(-VE)和零(O);其中零(O)指的是低于预定的绝对值(例如，IV或更低)的输入电压。例如参见图3a，使用模拟电路部分(2)从输入电压(Vi)得到输入电压极性信号(Vp) ο
[0060]2)从来自功率电感器L3电流变换器CTl的功率电感器L3电流信号(Ii)建立电感器电流极性信号(Ip)，以获得功率电感器L3电流方向极性信息(IP)。功率电感器电流极性信号(Ip)包括三种逻辑状态:正(+VE)、负(-VE)和零(O);其中零(O)指的是低于预定的绝对值(例如，全负载电感器电流的2%或更低)的电感器电流。例如参见图3a，从功率电感器L3电流变换器CTl的功率电感器电流(Ii)信号得到功率电感器L3中的电感器电流极性信号(Ip)，并且用模拟电路(2)产生电感器电流极性信号(Ip)。
[0061]3)四个独立的功率半导体器件的开关状态受到PWM控制并且由从数字电路(4)得到的开关信号ql、q2、q3和q4驱动，数字电路例如可以是，但不限于，逻辑阵列，在此实例中参见图3a的部分(4)所示。在优选的实施方案中，AVR HF AC串联降压-升压AC调压器的降压部分的双向AC半导体开关(参见图2中的SI和S2)显示为背对背单极MOSFET功率半导体器件Ql、Q2、Q3和Q4，就例如形状和配置而言，但不限于，在此例如如图3a所示的(5)和(6)，现在基于以上电压和电流极性信息参考步骤I)和步骤2)正确且清楚地确定(5)和(6)的开关序列。例如，且参见图3a，且优选的实施方案是使用四个背对背独立受控的单极半导体功率开关Ql、Q2、Q3和Q4，如，在此实例中的单极MOSFET，再次参见图3a，其被配置成作为双向AC半导体开关操作，再次如图2的SI和S2所示，仅参考图2的AVR HF AC串联降压-升压AC调压器的降压部分。在此实例中参见图3a所示的四个独立受控的单极功率半导体器件Q1、Q2、Q3和Q4具有从以上步骤I)得到的具体的HVM开关序列，并且非常关键的是，且本发明的基本原理一功率电感器L3，在此实例中，电流极性一步骤2)。因此，每个PffM开关序列绝对且清楚地专门受控并且产生用于每次向前至惯性转换(forward to freewheel transit1n)以及惯性至向前转换(freewheel to forward transit1n)，这保证了针对所有操作条件清晰定义所有的开关状态，包括重反应超前或滞后负载，并且在开关序列中绝不出现如美国专利号5，747，972所教导的危险且故意的“击穿”状态。
[0062]可以对降压拓扑结构，如在此实例中，和升压拓扑结构，构造类似的PWM控制和开关序列，以用于任何互补的AC功率半导体开关的两种过渡。
[0063]本文公开的实施方案可以使用通用或专用计算装置、计算机处理器、微控制器或电子电路来实施，电子电路包括但不限于数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及根据本发明的教导被配置成或被编程的其它可编程逻辑装置。在通用或专用计算装置、计算机处理器或可编程逻辑装置中运行的计算机指令或软件代码可以由软件或电子领域的普通技术人员基于本发明的教导而容易地制备。
[0064]已经针对说明和描述的目的提供了本发明的上述描述。它并非旨在穷举性的或限制本发明的范围为公开的精确形式。许多修改和变型对于本领域技术人员来说是显而易见的。
[0065]选择并描述实施方案以便最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员理解本发明的各种实施方案以及用适于预期的特定用途的多种修改来理解本发明。意图是本发明的范围由以下权利要求书及其等效项限定。
【主权项】
1.一种交流(AC)串联调压器，其用于调节AC输出电源的AC输出电压，其特征在于，所述AC串联调压器包括: 用于降低AC输入电源的AC输入电压的AC高频(HF)串联电压降压电源调控器拓扑结构(series voltage buck power regulator topology)，其包括: 第一和第二独立可控的AC双向开关， 第一功率电感器，以及 用于产生指示第一功率电感器电流方向的第一功率电感器电流方向数据信号的第一电流变换器(current transformer)； 用于升高所述AC输入电压的AC HF串联电压升压电源调控器拓扑结构(seriesvoltage boost power regulator topology)，其包括: 第三和第四独立可控的AC的双向开关， 第二功率电感器，以及 用于产生指示第二功率电感器电流方向的第二功率电感器电流方向数据信号的第二电流变换器；以及 控制电路，其用于接收所述AC输入电压、AC参考电压、所述AC输出电压、所述第一功率电感器电流方向数据信号和所述第二功率电感器电流方向数据信号，且产生用于所述AC双向开关的的开关驱动信号。2.根据权利要求1所述的AC串联调压器，其特征在于，所述ACHF串联电压降压电源调控器拓扑结构被激活(activated)并操作，并且其中所述AC HF串联电压升压电源调控器拓扑结构被失活(inactivated)。3.根据权利要求1所述的AC串联调压器，其中所述ACHF串联电压升压电源调控器拓扑结构被激活并操作，并且其中所述AC HF串联电压降压调压器的拓扑结构被失活。4.根据权利要求1所述的AC串联调压器，其特征在于，进一步包括用于消除回传至AC输入电源的HF切换能量的输入滤波器。5.根据权利要求4所述的AC串联调压器，其特征在于，所述输入滤波器包括两个电容器和两个电感器。6.根据权利要求1所述的AC串联调压器，其特征在于，进一步包括输出滤波器，其用于平均HF电压脉动以创建用于所述AC输出电压的平滑的已调节电压电平。7.根据权利要求6所述的AC串联调压器，其特征在于，所述输出过滤器包括两个电容器和两个电感器。8.根据权利要求1所述的AC串联调压器，其特征在于，进一步包括第三电流变换器，其用于产生输出电流测量信号到所述控制电路以实现过电流保护。9.根据权利要求1所述的AC串联调压器，其特征在于，用于所述AC双向开关的开关驱动信号为脉冲宽度调制(PWM)控制信号。10.根据权利要求1所述的AC串联调压器，其特征在于，每个AC双向开关包括一个或多个功率半导体器件。11.根据权利要求10所述的AC串联调压器，其特征在于，所述功率半导体器件为背靠背单极MOSFET功率半导体器件、硅控整流器(SCR)、作为反并联AC开关(ant1-parallel ACswitches)连接的门极可关断晶闸管(GTO)、TRIAC、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、M0SFET晶体管或配置为AC开关的SCR。12.根据权利要求1所述的AC串联调压器，其特征在于， 所述控制电路使用AC输入电压极性，并且所述第一功率电感器电流方向数据信号和所述第二功率电感器电流方向数据信号中的一个或两个用于确定所述AC双向开关的开关序列(switching sequence)； 所确定的所述AC双向开关的所述开关序列是清楚的;并且 确定所述AC双向开关的所述清楚的开关序列消除了所述开关序列中任何功率“击穿”的任何必要性。
【专利摘要】本发明涉及一种双向AC串联调压器，其利用仅处理总输出功率的比例的高频串联电感器调节输出AC电压电平，不管AC输入电压的变化。所述AC串联调压器检测功率电感器电流方向数据信号并且可以产生用于其控制的功率电感器电流方向数据信号以随时确定AC输入电压极性；其中确定AC输入电压极性在AC输入电压零交叉期间或零点附近是清楚的；并且其中确定AC输入电压极性在AC输入电压零交叉期间和零点附近允许AC双向开关的正常开关序列以防止功率“击穿”。
【IPC分类】H02M5/293
【公开号】CN105723603
【申请号】CN201480059170
【发明人】郑永宁, 斯图尔特·尼尔乔治
【申请人】逸节电子有限公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2014年10月28日
【公告号】US9148058, US20150115913, WO2015062483A1