[发明专利]具有电绝缘和信号校正器的AC/DC转换器

说明书

本发明涉及电隔离的交流(AC)-直流(DC)转换器，并适用于例如飞机的配电网络。

在飞机中，电能是借助由飞机引擎驱动的交流发电机传递的。交流发电机传送交流电压，该交流电压被转换成DC电压以供飞机甲板上的电气设备零件使用。在其最简单版本中，借助具有连接至交流发电机的初级绕组和连接至与滤波电容器相关联的整流器桥的次级绕组的变压器进行这种转换。来自整流器桥的输出电压是全波整流的正弦波，而电流消耗受到高程度失真的影响，这种失真降低了变压器和交流发电机的效率，加热导体，并在高频率下产生电磁辐射，这是干扰源。

弥补该缺陷的一种方式是在变压器的初级电路上执行串联滤波。然而，当交流电压的频率可变时这种选择不是总是合适的，例如由喷气涡轮机驱动的交流发电机，其频率大约在360Hz（赫兹）至800Hz的范围内变化。

还已知利用功率因数校正器（PFC）电路通过强制消耗的电流遵循与输入电压的波形相同的波形——即全波整流正弦波——来减少失真。

存在多种PFC结构。

在“升压”式结构中，电路不具有电隔离，这使得将电路与执行该功能的DC/DC转换器相关联变得必需。这种组件表现出相对低的总效率以及较大的尺寸和重量。

在“反激（flyback）”式结构中，电路包括初级和次级绕组沿相反方向绕制的隔离变压器。这种类型的PFC电路的操作导致大量能量被周期性地存储在变压器的磁芯中。因此需要将大变压器用于高功率，由此增加电路的重量和尺寸。

在“前馈”式结构中，电路同样具有隔离变压器，但其初级和次级绕组沿同一方向绕制。在这种类型的电路中，不可能在获得的全部正弦波上使用电流，因此消耗遵循输入电压波形的电流。

文献FR-A-2925790中提出一种性能改进的AC/DC转换器结构，该AC/DC转换器结构包括隔离变压器，该隔离变压器具有：连接至通过脉宽调制(PWM)操作的控制电路驱动的斩波开关的初级绕组；与初级绕组沿同一方向绕制的第一次级绕组，该第一次级绕组经由二极管和滤波器线圈连接至转换器的输出线路；以及第二次级绕组，该第二次级绕组沿与初级绕组相反的方向绕制并经由二极管直接连接至输出线路。因此，对于高电压的介质，能量经由第一次级绕组、二极管和滤波器线圈转移至输出端。这使得高功率通过变得可能。当电压为低时，存储在变压器的磁芯中的能量可被转移，当斩波开关断开时，经由第二次级绕组和连接于此的二极管转移至输出线路的输出电容器。第二次级绕组因此使得存储在磁芯中的能量能被排放到输出端，并由此避免浪费能量。还有可能在电压低时（正弦波的低振幅部分）传递由输出端使用的能量以供消耗。此外，当斩波开关断开时磁芯中存在的剩余磁通激发第二次级绕组，将相应的能量排放至输出端，由此在斩波开关断开时使浪涌的出现最小化，这种浪涌具有损坏斩波开关的危险。由于相对高的效率，单转换级由此能以简单、可靠和高效的方式获得电隔离和PFC功能。

尽管这种解决方案的优势明显，但它们在实践中表现出难以与工作在峰值电流模式下的PWM-PFC调节器兼容的缺陷。对于低电压，当仅有第二次级绕组导通时，初级电流呈现完全适合于这种操作模式的三角波(反激式操作的特征)。相反，对于中至高电压，两个次级绕组相继地导通，这引起梯形波形的初级电流，这是反激式操作的三角波形特征叠加在前馈式操作的特征的大致方波波形上的结果。遗憾的是，这种梯形波形有损于这种调节器(遵照标准DO-160)的良好操作。

本发明的一个目的是提供不具有上述缺陷的转换器。

为此，本发明提供一种AC/DC转换器，该AC/DC转换器包括与隔离变压器的初级绕组串联并连接至斩波开关的输入整流器电路，所述斩波开关基于表征初级电流的信号使用脉宽调制通过控制电路来驱动，所述隔离变压器具有：第一次级绕组，该第一次级绕组沿与初级绕组相同的方向绕制并经由二极管和滤波器线圈连接至转换器的输出线路；以及第二次级绕组，该第二次级绕组沿与初级绕组相反的方向绕制并经由二极管直接连接至输出线路，该输出线路连接至输出电容器。转换器包括用于校正初级电流的模拟校正电路，该电路连接至控制电路和传递表征初级电流的信号的测量元件，并被配置成将所述信号转换成适于驱动控制电路的三角波信号。

由此，模拟校正电路通过向控制电路输送三角波信号而不是通常被传递至控制电路的梯形信号而允许控制电路以最佳方式操作。