[发明专利]具有延长的保持时间的功率转换器

说明书

本发明公开了具有延长的保持时间的功率转换器。根据一个方面，本文的实施例提供AC‑DC转换器系统，其包括整流器；电容器；耦合到电容器的DC母线；耦合到DC母线的多个第一开关；耦合在整流器和多个第一开关之间的多个第二开关；具有初级绕组和次级绕组的变压器，初级绕组耦合到多个第一开关、多个第二开关和整流器，以及次级绕组耦合到输出端；以及控制器，其被配置为响应于确定输入AC功率是可接受的而操作多个第二开关和多个第一开关，使得输出DC电压保持在期望输出DC电压电平处，并且操作多个第一开关使得DC母线上的DC母线电压保持在期望DC母线电压电平处。

技术领域

本发明通常涉及用于提供AC到DC转换的系统和方法。

发明背景

AC-DC转换器通常在各种应用中用于将所供应的AC功率转换成具有期望电压电平的DC功率。例如，AC-DC转换器通常用作在高频隔离的不间断电源(UPS)系统中、在用于向配电母线提供期望DC电压(例如48V)的电信系统中和在高电压直流(HVDC)数据中心电源中的电池充电器或前端转换器，以向配电母线提供期望DC电压(例如240V或380V)。

概述

本发明的至少一个方面目的在于一种AC-DC转换器系统，其包括被配置为从AC源接收输入AC功率的输入端；被配置为向负载提供具有输出DC电压的输出DC功率的输出端；耦合到输入端的整流器；耦合到整流器的电容器；耦合到电容器的DC母线；耦合到DC母线的多个第一开关；耦合在整流器和多个第一开关之间的多个第二开关；具有初级绕组和次级绕组的变压器，初级绕组耦合到多个第一开关、多个第二开关和整流器，以及次级绕组耦合到输出端；以及控制器，其被配置为监测输入AC功率，并且响应于确定输入AC功率是可接受的而操作多个第二开关和多个第一开关，使得输出DC电压保持在期望输出DC电压电平处，并且操作多个第一开关，使得DC母线上的DC母线电压保持在期望DC母线电压电平处。

根据一个实施例，在操作多个第二开关和多个第一开关使得输出DC电压保持在期望输出DC电压电平处时，控制器还被配置为以互补的方式操作多个第二开关和多个第一开关。在另一个实施例中，在操作多个第一开关使得DC母线上的DC母线电压保持在期望DC母线电压电平处时，控制器进一步被配置为响应于DC母线电压接近期望DC母线电压电平而减小提供给多个第一开关的控制信号的占空比。

根据另一实施例，AC-DC转换器系统还包括第一电感器，其中变压器的初级绕组包括中心抽头，并且其中中心抽头经由第一电感器耦合到整流器。在一个实施例中，AC-DC转换器系统还包括第二电感器，其中初级绕组经由第二电感器耦合到多个第一开关。在另一个实施例中，AC-DC转换器系统还包括第三电感器，其中初级绕组经由第三电感器耦合到多个第二开关。

根据一个实施例，响应于确定输入功率是不可接受的，控制器还被配置为在保持操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关以从电容器抽取能量，使得输出DC电压在保持时间段期间保持在期望输出DC电压电平处。在一个实施例中，保持时间段至少为10ms。在另一个实施例中，在保持操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关时，控制器还被配置成在全桥相移操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关。在另一个实施例中，在保持操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关时，控制器还被配置成在全桥脉宽调制(PWM)操作模式中操作多个第二开关和多个第一开关。

本发明的另一方面目的在于一种用于操作AC-DC转换器系统的方法，该系统包括输入端；输出端；耦合到输入端的整流器；耦合到整流器的电容器；耦合到电容器的DC母线；耦合到DC母线的多个第一开关；耦合在整流器和多个第一开关之间的多个第二开关；以及具有初级绕组和次级绕组的变压器，初级绕组耦合到多个第一开关、多个第二开关和整流器，以及次级绕组耦合到输出端，其中该方法包括下列行动：在输入端处从AC源接收输入AC功率，确定输入AC功率是否是可接受的，响应于确定AC功率是可接受的而操作多个第二开关和多个第一开关使得在输出端处保持输出DC电压电平，以及响应于确定AC功率是可接受的而操作多个第一开关使得DC母线电压电平保持在DC母线上。