可重新配置的模块化AC/DC电转换器的制作方法

本发明涉及一种ac/dc电转换器，该ac/dc电转换器允许单相ac到dc操作和三相ac到dc操作两者。具体地，本发明涉及具有降压和升压能力的这种电转换器。

背景技术：

1、为了支持电动车辆(ev)的进一步普及，电池充电器系统应该允许在附接到欧洲三相电网(例如，400vrms线间电压)以及美国分裂单相电网(例如，240vrms线间电压电压，针对2×120vrms线与中性点间电压的分裂单相连接)时的标称功率操作。此外，充电系统需要覆盖通常为400v至750v的宽dc输出电压范围，以允许与各种ev电池标称电压兼容，使得需要降压-升压能力。

2、典型的三相整流器系统可以通过将一个相端子附接到(第一)线路导体并且将第二相端子附接到一个相端子未连接到的中性/第二线路导体而在单相电网上操作。因此，在单相操作中，在所采用的部件没有超尺寸的情况下，仅可以提供大约1/3的标称输出功率。

3、wo 2020/079019公开了一种允许三相操作和单相操作两者的ac/dc转换器拓扑结构。在单相操作中，整流器的三个相并联操作并且连接到线路导体，而中性导体连接到低频展开桥臂。需要四相共模扼流圈来避免在单相操作中铁芯饱和。因此，该拓扑结构允许在三相操作和单相操作两者中实现全功率转换。然而，该拓扑结构包括单级功率因数校正(pfc)整流器，该单级pfc整流器限于降压或升压操作并且因此需要额外的dc/dc转换器级以符合宽dc输出电压范围。

4、antivachis m.等人，three-phase buck-boost y-inverter with wide dcinput voltage range[具有宽dc输入电压范围的三相降压-升压y型逆变器]，proc,of theieee applied power electronics conference and exposition(apec)[ieee应用电力电子会议暨展览会(apec)论文集]，第1492-1499页，2018年3月公开了一种相模块化的三模块y型逆变器，该相模块化的三模块y型逆变器允许三相升压和降压操作，而不需要额外的dc/dc转换器级，从而实现了超紧凑且非常高效的转换器。然而，y型逆变器仅允许三相操作。

技术实现思路

1、因此，本公开的目的是提供一种ac/dc电转换器，该ac/dc电转换器允许三相ac/dc转换和单相ac/dc转换两者，与现有技术的ac/dc转换器相比具有改进的系统性能，并且可能减少硬件数量和/或无需超尺寸的部件。本公开的目的是提供一种上述类型的、允许在三相操作以及单相操作中维持模块性电转换器。

2、根据本发明的第一方面，因此提供了一种如所附权利要求中阐述的电转换器。如本文所描述的电转换器能够操作用于在ac信号与dc信号之间进行转换，并且有利地用于整流器操作、逆变器操作或两者，即用于双向功率流。

3、根据本公开的电转换器包括多个ac端子、第一dc端子和第二dc端子以及多个转换器模块。该多个转换器模块中的每一个包括ac节点、第一转换器级、第二转换器级、第一电感器和第一电容器，第一转换器级包括第一开关节点，第二转换器级包括第二开关节点。第一开关节点和第二开关节点连接到该第一电感器的相对端子。ac节点和第二dc端子连接到第一电容器的相对端子，使得第二dc端子形成该多个转换器模块的第一电容器的公共节点。该多个转换器模块的ac节点与多个ac端子之间的连接可重新配置，从而允许电转换器根据第一操作模式并且根据第二操作模式进行操作。第一操作模式被配置成在具有第一多个(p1≥2)相电压的第一ac信号与dc信号之间进行转换。第二操作模式被配置成在具有单相电压或第二多个(p2个)相电压的第二ac信号与dc信号之间进行转换，使得在第一操作模式中有助于在第一ac信号与dc信号之间进行转换的该多个转换器模块在第二操作模式中有助于在第二ac信号与dc信号之间进行转换或者有助于有源电容能量存储。

4、根据本公开的电转换器的特征在于包括多个转换器模块的模块化结构，该多个转换器模块被配置成在ac端子与dc端子之间的并联组中操作。ac电网电流在转换器模块之间共享，从而允许以模块化方式单独地控制每个转换器模块。本发明的电转换器的一个优点是，当在三相操作与单相操作之间切换时，可以通过重新布置并联转换器模块的组来重新配置转换器，而不会丧失模块性。该模块化方法进一步允许减少开关损耗，并且消除对超尺寸的部件的需要。

5、根据本公开的另一方面，提供了一种如所附权利要求中阐述的电池充电系统。

6、根据本公开的另一方面，本文描述了一种用于在ac信号与dc信号之间进行转换的方法。在第一操作模式中，该方法包括配置多个转换器模块，以及在具有第一多个(p1≥2)相电压(有利地，p1≥3个相电压)的ac信号与dc信号之间进行转换。在第二操作模式中，该方法包括重新配置该多个转换器模块，以及在具有单相电压或第二多个(p2个)相电压的ac信号与dc信号之间进行转换。

7、有利地，多个转换器模块是至少p1k个转换器模块，k是等于或大于二的正整数。在第一操作模式中，p1k个转换器模块被分组为p1个第一组，以在具有第一多个(p1≥2个)相电压的第一ac信号与dc信号之间进行转换。在第二操作模式中，p1k个转换器模块被重新布置为至少两个第二组。分配到第一组和第二组中的同一组中的转换器模块并行操作。

技术特征：

1.一种用于在ac信号与dc信号之间进行转换的电转换器(10，20)，包括：

2.如权利要求1所述的电转换器，其中，p1≥3。

3.如权利要求2所述的电转换器，其中，所述第二ac信号具有单相电压。

4.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，其中，所述第一组(101，102，103)具有相等数量的转换器模块(11，21)。

5.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，其中，所述第二组具有相等数量或不同数量的转换器模块(11，21)。

6.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，其中，所述第二ac信号具有单相电压，并且其中，所述第二组有两个(104，105)。

7.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，包括第二电容器(cdc)，所述第二电容器跨所述第一dc端子与所述第二dc端子连接，其中，所述多个转换器模块的所述第二转换器级并联连接到所述第二电容器。

8.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，包括ac滤波器(14)，所述ac滤波器连接在所述多个ac端子(a，b，c，g，n)与所述ac节点(111)之间，其中，所述ac滤波器包括共模滤波器，所述共模滤波器包括共模扼流圈(lcm)。

9.如权利要求8所述的电转换器，其中，所述共模扼流圈(lcm)包括用于所述多个转换器模块中的每一个转换器模块的支路，其中，所述支路连接到或能够连接到所述多个转换器模块中的相应的一个转换器模块的所述ac节点(111)。

10.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，包括第一开关装置(112)，所述第一开关装置用于以可重新配置的方式将所述第一电容器(c)的在所述ac节点(111)侧的端子互连。

11.如权利要求10结合权利要求1至6中任一项所述的电转换器，其中，所述第一开关装置(112)被配置成：将分配到所述第一组和/或所述第二组中的同一组的所述转换器模块的所述第一电容器(c)的所述端子互连。

12.如权利要求10或11结合权利要求9所述的电转换器，其中，所述第一开关装置(112)被配置成：将第一数量的所述支路连接到第二数量的所述多个转换器模块，所述第一数量和所述第二数量不相等。

13.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，包括控制单元(15)，其中，所述控制单元被配置成：根据第三操作模式操作所述多个转换器模块(11)中的每一个转换器模块，其中，跨所述第一dc端子和所述第二dc端子的dc电压(udc)小于或等于跨相应的所述第一电容器(c)的第一电压(uan，ugn)；并且根据第四操作模式操作所述多个转换器模块(11)中的每一个转换器模块，其中，所述dc电压(udc)大于所述第一电压(uan，ugn)。

14.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，包括控制单元(15)，其中，所述第一转换器级(12)和所述第二转换器级(13)包括能够操作地连接到相应的所述第一开关节点和所述第二开关节点(a，b)的有源半导体开关(t1，t2，t3，t4)，其中，所述控制单元被配置成经由脉冲宽度调制相互排斥地操作所述第一转换器级和所述第二转换器级的所述有源半导体开关。

15.如权利要求14所述的电转换器，其中，所述第二ac信号具有单相电压，其中，所述控制单元(15)被配置成操作连接到所述多个ac端子(n)之一的所述多个转换器模块中的一个或多个第一转换器模块的所述有源半导体开关(t1，t2，t3，t4)，以用于在所述第二操作模式中进行展开操作，优选地，其中，所述控制单元被配置成在所述第一操作模式中经由脉冲宽度调制来操作所述一个或多个第一转换器模块。

16.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，包括控制单元(15)，其中，所述控制单元被配置成基于跨相应的所述第一电容器(c)的第一参考电压(u*an，u*gn)来独立地确定所述多个转换器模块中的每一个转换器模块的占空比(da，db)。

17.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，其中，所述多个转换器模块(22)中的至少一个转换器模块被配置成在所述第二操作模式中作为功率脉动缓冲器操作。

18.如权利要求17所述的电转换器，其中，被配置成作为功率脉动缓冲器操作的所述至少一个转换器模块(21)被配置成在所述第二操作模式中对所述第一电容器(c)进行充电和放电。

19.如权利要求17或18所述的电转换器，其中，被配置成作为功率脉动缓冲器操作的所述至少一个转换器模块(21)进一步包括缓冲电容器(cppb)和第二开关装置，所述第二开关装置被配置成能够在所述第二操作模式中将所述缓冲电容器(cppb)操作地连接到所述至少一个转换器模块(21)，以对所述缓冲电容器进行充电和放电。

20.如权利要求19所述的电转换器，其中，所述第二开关装置被配置成将所述缓冲电容器(cppb)并联连接到所述第一电容器(c)。

21.如权利要求19所述的电转换器，其中，所述第二开关装置(212)被配置成在所述第一开关节点(a)与所述缓冲电容器(cppb)的端子之间切换所述第一电感器(l)的端子(213)的连接，使得所述第二转换器级(13)能够操作用于在所述第二操作模式中对所述缓冲电容器进行充电和放电。

22.如权利要求21所述的电转换器，其中，所述第二开关装置(212)进一步被配置成在所述第二操作模式中将所述第一dc端子和所述第二dc端子与所述第一开关节点(a)之间的所述第一转换器级(12)的桥臂(24)连接到相应的ac端子。

23.一种电池充电系统，所述电池充电系统具体用于对电动车辆驱动电池进行充电，其中，所述电池充电系统包括电源，所述电源包括如前述权利要求中任一项所述的电转换器(10)。

技术总结
一种电转换器(10)包括多个AC端子、第一DC端子和第二DC端子以及多个转换器模块(11)。该多个转换器模块中的每一个包括AC节点。第二DC端子形成该多个转换器模块的公共节点。该多个转换器模块的AC节点与该多个AC端子之间的连接可重新配置，从而允许电转换器：根据在具有第一多个相电压的第一AC信号与DC信号之间进行转换的第一操作模式进行操作，其中，该转换器模块被分组为第一组(101，102，103)；并且根据在具有单相电压的第二AC信号与该DC信号之间进行转换的第二操作模式进行操作，其中，该转换器模块被重新布置成第二组。该电转换器被配置成并行操作分配到第一组和第二组中的同一组的多个转换器模块。

技术研发人员：J·W·戈拉尔,D·门兹,J·埃弗茨
受保护的技术使用者：浦卓科技创新服务有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15