[发明专利]使用中点法的复合AC到DC功率转换器

说明书

背景技术

本发明涉及一种用于采用复合技术的电功率交流(AC)到直流(DC)转换器的装置和方法，并且，尤其涉及一种用于利用并行运行的多于一种类型的转换技术的电功率AC到DC转换器的装置和方法。

AC到DC转换器在现代航天/军事工业中扮演着重要角色。尤其在用于飞机和太空船的多电结构(MEA)领域中更是如此。

商用飞机业务正朝着MEA前进，其不具有放气环境控制系统(ECS)、变频(VF)功率分配系统，以及电驱动。典型的例子是波音787平台。空客A350飞机采用了大量的MEA元件。在未来，下一代波音飞机(代替737)和空客飞机(代替A320)，将最有可能使用MEA。一些军用飞机除了其他功能外尤其已经将MEA用于主要和辅助飞行控制。

军用地面车辆向混合电动技术迁移，其主推进是由电力驱动来执行的。因此，在该领域中已经出现了对增强的功率电子技术的大量需求。未来的太空交通工具将需要用于推力矢量和飞行控制驱动的发电系统。与现有的航天飞机电力系统相比，这些系统必须更加健壮，并且提供大大降低的运行成本以及安全性。

这些新的航天和军事趋势显著增加了发电需要。总的结果是使电气设备适应新平台的挑战已经显著增加。一组新的电力品质和电磁干扰(EMI)要求已经被创建以满足系统质量和性能。最新的趋势，作为MEA的一部分，是高效节能飞机，其中电力和热管理是相互关联的。因此，总体系统性能提高以及特别是功率密度增加对新一代的硬件而言是必需的。这导致运行电压的增加，以及对降低系统损耗、重量和体积的努力。这特别适用于AC到DC转换，而AC到DC转换对功率转换电子设备的重量、体积和成本有重大影响。

电能质量是MEA飞机关注的重点，因为大量的电力系统和设备被安装于同一总线上。对这些系统和设备的电能质量有更严格的要求，以确保所有的电源/用电设备一起正常工作。对于电源设备而言，额外的监控特征被实施以检测和隔离可能经历电能质量问题的设备、或设备组。这种隔离能力用来保护其他运行的电源和用电设备。

对于用电设备，强加了严格的电能质量要求。所述要求的一些原因在下面被列出：

·导致电能质量问题的设备引起其他设备故障；

·由于源电能质量的降低，妨碍了设备达到其设计的性能或可靠性；

·或许为了满足期望的最小重量，设计具有降低的功率裕度或没有功率裕度的设备倾向于更容易受电能质量问题的影响。同样，设计为最小化重量的设备易于导致电能质量问题。

·由于自发电质量问题的缘故，设备可能会发生故障。

AC电气设备的电能质量要求包括大量的参数。其中的一些参数列举如下：

·电流畸变

·浪涌电流

·电压畸变

·电压调制

·功率因数

·相位平衡

·直流分量

由交流谐波构成的电流畸变是设备的关键设计驱动因素。电流谐波，次谐波，和间谐波的要求规定了作为输入电压基波频率的倍数的函数的容许失真。AC到DC转换器的典型的电流谐波谱包括所有的一直到39次的奇次谐波，范围限制为最大电流基波的10％到0.25％。电流畸变要求是关键的设计驱动因素，这是因为它通常会显著影响设备的重量。电流畸变也被指定为设备额定功率的函数，因为更高功率的设备对电源总线有更大的影响。

对AC到DC转换器，对DC输出的要求也很重要。所述要求包括纹波电压和电压降。纹波电压和电压降决定了输出设备如逆变器的直流运行范围。

当将三相交流转换为直流时，最典型的方法是采用单个三相全波整流器，其中六个整流元件以桥形结构连接。在这样的三相全波整流器中，通过转换整流元件以使它们每隔60°接连地导通来输出直流电压。然而，利用该方法，整流后的直流电压包含具有六倍于电源频率的周期的大振幅的电压纹波，从而产生谐波。

可以看出，需要改进的AC到DC转换器，该转换器可以提供足够的功率密度，同时基本上不增加功率转换电子设备的重量、体积和成本。

发明内容