用于单有源桥转换器的系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明的领域一般涉及功率转换器，并且更具体地说，涉及单有源桥功率转换器。
[0002]鲁棒的功率系统允许向一个或更多个负载供应功率。此类功率系统可包括发电，输电，功率变换和转换的组合以供应用于电、光、机械和/或核应用和负载的能量。在实现功率系统和体系结构时，实际考虑包括成本、大小、可靠性和实现的简便性。
[0003]至少一些功率系统包括诸如交流(AC)到直流(DC)转换器、DC到DC转换器、DC到AC转换器和AC到AC转换器的功率转换器。图1是已知的DC到DC功率转换系统10的电路图，该系统10包括单有源桥转换器11 (S卩，仅在一侧上包括Η桥的转换器)。具体而言，转换器11包括通过变压器16耦合到次级侧14的初级侧12。初级侧12包括Η桥20，但次级侧14不包括任何有源组件。相应地，转换器11不是双向的。
[0004]此外，为确保转换器11的适当操作，变压器16较大，导致转换器11具有较高成本和较大的占用面积(footprint)。具体而言，变压器匝数比设计成在降压操作中操作，并且不反映在初级与次级侧之间的电压比。相应地，比较大的无功功率由变压器吸收，阻止最佳有功/视在功率比，并且要求较大的变压器。
【发明内容】
[0005]一方面，提供了一种单有源桥转换器。单有源桥转换器包括:包括初级线圈和次级线圈的变压器；电耦合到初级线圈并且包括Η桥电路的初级侧电路；以及电耦合到次级线圈的次级侧电路，次级侧电路包括配置成选择性地使变压器次级线圈短路的开关。
[0006]另一方面，提供了一种功率转换系统。功率转换系统包括电源、负载和耦合在电源与负载之间的单有源桥转换器。单有源桥转换器包括:包括初级线圈和次级线圈的变压器；电耦合到初级线圈并且包括Η桥电路的初级侧电路；以及电耦合到次级线圈的次级侧电路，次级侧电路包括配置成选择性地使变压器次级线圈短路的开关。
[0007]在又一方面，提供了一种用于操作功率转换系统的方法。方法包括:在电源与负载之间电耦合单有源桥转换器，单有源桥转换器包括具有初级线圈和次级线圈的变压器、电耦合到初级线圈并且具有Η桥电路的初级侧电路以及电耦合到次级线圈的次级侧电路；并且操作开关以选择性地使变压器次级线圈短路。
[0008]技术方案1:一种单有源桥转换器，包括:
变压器，包括初级线圈和次级线圈；
电耦合到所述初级线圈并且包括Η桥电路的初级侧电路；以及电耦合到所述次级线圈的次级侧电路，所述次级侧电路包括配置成选择性地使所述变压器次级线圈短路的开关。
[0009]技术方案2:如技术方案1所述的单有源桥转换器，其中所述次级线圈包括第一端和第二端，并且其中所述开关电耦合在所述第一端与第二端之间。
[0010]技术方案3:如技术方案1所述的单有源桥转换器，其中所述开关包括:
第一二极管； 与所述第一二极管串联电耦合的第二二极管；
与所述第一二极管并联电耦合的第一开关装置；以及
与所述第二二极管并联电耦合的第二开关装置，其中所述开关可操作以在通过所述第一二极管和所述第二开关装置的第一方向上以及在通过所述第二二极管和所述第一开关装置的第二方向上传导电流，以及其中所述第二方向与所述第一方向相反。
[0011]技术方案4:如技术方案4所述的单有源桥转换器，其中所述第一开关装置和第二开关装置至少之一是IGBT。
[0012]技术方案5:如技术方案4所述的单有源桥转换器，其中在相反的方向上偏置所述第一二极管和第二二极管。
[0013]技术方案6:如技术方案1所述的单有源桥转换器，其中所述开关包括:
第一电流路径，包括与第二二极管串联的第一二极管；
第二电流路径，包括与第四二极管串联的第三二极管，其中所述第二电流路径与所述第一电流路径并联电耦合；以及
电耦合在第一节点与第二节点之间的开关装置，其中所述第一节点定位在所述第一二极管与第二二极管之间，并且其中所述第二节点定位在所述第三二极管与第四二极管之间。
[0014]技术方案7:如技术方案6所述的单有源桥转换器，其中所述开关装置是IGBT。
[0015]技术方案8:如技术方案1所述的单有源桥转换器，其中所述单有源桥转换器包括直流(DC)到DC转换器。
[0016]技术方案9:一种功率转换系统，包括:
电源；
负载；以及
耦合在所述电源与所述负载之间的单有源桥转换器，所述单有源桥转换器包括: 变压器，包括初级线圈和次级线圈；
电耦合到所述初级线圈并且包括Η桥电路的初级侧电路；以及电耦合到所述次级线圈的次级侧电路，所述次级侧电路包括配置成选择性地使所述变压器次级线圈短路的开关。
[0017]技术方案10:如技术方案9所述的功率转换系统，还包括以通信方式耦合到所述开关的控制器，所述控制器可操作以控制所述开关以选择性地使所述变压器次级线圈短路。
[0018]技术方案11:如技术方案9所述的功率转换系统，其中所述次级线圈包括第一端和第二端，并且其中所述开关电耦合在所述第一端与第二端之间。
[0019]技术方案12:如技术方案9所述的功率转换系统，其中所述开关包括:
第一二极管；
与所述第一二极管串联电耦合的第二二极管；
与所述第一二极管并联电耦合的第一开关装置；
与所述第二二极管并联电耦合的第二开关装置，其中所述开关可操作以在通过所述第一二极管和所述第二开关装置的第一方向上以及在通过所述第二二极管和所述第一开关装置的第二方向上传导电流，以及其中所述第二方向与所述第一方向相反。
[0020]技术方案13:如技术方案12所述的功率转换系统，其中所述第一开关装置和第二开关装置至少之一是IGBT。
[0021]技术方案14:如技术方案12所述的功率转换系统，其中在相反的方向上偏置所述第一二极管和第二二极管。
[0022]技术方案15:如技术方案9所述的功率转换系统，其中所述开关包括:
第一电流路径，包括与第二二极管串联的第一二极管；
第二电流路径，包括与第四二极管串联的第三二极管，其中所述第二电流路径与所述第一电流路径并联电耦合；以及
电耦合在第一节点与第二节点之间的开关装置，其中所述第一节点定位在所述第一二极管与第二二极管之间，并且其中所述第二节点定位在所述第三二极管与第四二极管之间。
[0023]技术方案16:如技术方案15所述的功率转换系统，其中所述开关装置是IGBT。
[0024]技术方案17:如技术方案9所述的功率转换系统，其中所述电源是直流(DC)电源，并且其中所述单有源桥转换器包括直流(DC)到DC转换器。
[0025]技术方案18:—种用于操作功率转换系统的方法，所述方法包括:
在电源与负载之间电耦合单有源桥转换器，所述单有源桥转换器包括:具有初级线圈和次级线圈的变压器；电耦合到所述初级线圈并且具有Η桥电路的初级侧电路；以及电耦合到所述次级线圈的次级侧电路；以及
操作开关以选择性地使所述变压器次级线圈短路。
[0026]技术方案19:如技术方案18所述的方法，其中操作开关包括操作包含以下组件的开关:第一电极；与所述第一电极串联电耦合的第二电极；与所述第一二极管并联电耦合的第一开关装置；以及与所述第二二极管并联电耦合的第二开关装置，其中所述开关可操作以在通过所述第一二极管和所述第二开关装置的第一方向上以及在通过所述第二二极管和所述第一开关装置的第二方向上传导电流，以及其中所述第二方向与所述第一方向相反。
[0027]技术方案20:如技术方案18所述的方法，其中操作开关包括操作包含以下组件的开关:第一电流路径，包括与第二二极管串联的第一二极管；第二电流路径，包括与第四二极管串联的第三二极管，其中所述第二电流路径与所述第一电流路径并联电耦合；以及电耦合在第一节点与第二节点之间的开关装置，其中所述第一节点定位在所述第一二极管与第二二极管之间，并且其中所述第二节点定位在所述第三二极管与第四二极管之间。
【附图说明】
[0028]图1是已知功率转换系统的电路图。
[0029]图2是示范