[发明专利]功率转换器及模块化功率转换器

说明书

公开了一种具有模块化的紧凑架构的功率转换器，所述模块化的紧凑架构具有减少的部件计数。所述功率转换器包括并联功率转换区段并且利用具有多个绕组的一个或多个互耦输入电感器。所述绕组在电源与所述并联功率转换区段之间以差分模式成对连接。每个功率转换区段接收相同的输入电压并且产生相同的输出电压。由于所述绕组连接和所述相同的输入电压和输出电压，所述功率转换器的所述输入在所述并联配置的每个分支之间呈现电流平衡和共享，从而允许单个电流传感器提供对所述电流的测量并允许单个控制器控制功率转换区段中的每一者的操作。

背景技术

本文公开的主题涉及一种具有模块化的紧凑架构的功率转换器，所述模块化的紧凑架构具有减少的部件计数。更具体地，功率转换器包括并联功率转换区段并且利用具有多个绕组的一个或多个互耦输入电感器，所述多个绕组在电源与并联功率转换区段之间以差分模式成对连接，从而产生在并联配置的每个分支之间的电流平衡和共享。

如本领域的技术人员已知，功率转换器允许从输入电源供应受控输出电压和/或电流。输入电源可以是具有第一振幅和第一频率的交流(AC)或直流(DC)电压。功率转换器的输出可以是具有第二振幅和第二频率的AC或DC电压，其中第二振幅和/或第二频率不同于第一振幅和/或第一频率。根据功率转换器的配置，功率转换器的输出可以是固定或可变的。一个或多个有源或无源开关器件以及电感或电容装置的许多配置被布置成提供受控的输出电压。

为了将电压从输入端处的第一振幅和第一频率转换为输出端处的第二振幅和第二频率，功率转换器利用一个或多个功率开关器件，诸如晶闸管、可控硅整流器(SCR)、二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、其他功率晶体管等等。功率开关器件可以是有源或无源的，并且控制器可以产生开关信号以控制有源装置的操作。开关器件以范围为数百赫兹到数百千赫兹的频率接通和断开，以便从输入电压合成期望的输出电压。

然而，将器件接通和断开形成具有不期望的传导和/或辐射发射的电噪声环境。不期望的传导发射包括功率转换器的输入端和输出端处的瞬态电压和/或电流。为了限制不期望的传导发射，可以在输入端或输出端处连接滤波器件。随着功率转换器的额定功率增大，开关器件以及滤波器件必须要相应地调整大小。增大开关器件和/或滤波器件的额定功率通常造成成本增加，例如由于更昂贵的材料、增大大小以处理增大的电流容量或它们的组合。

在高功率水平下，这些器件可能不再额定为处理期望功率，或可额定为处理期望功率的器件的成本太高。历史上，这些缺点已经通过提供并行操作的多个功率转换区段克服。每个功率转换区段处理系统功率的一部分，并且因此，每个区段的部件仅需额定为处理功率的对应部分。

然而，此类系统并非没有缺点。每个电源转换区段需要其自己的滤波器和开关器件。因此，系统的物理大小增大。

本发明的第一特征是提供具有减小的大小的并联功率转换器系统。

本发明的另一特征是提供具有减少的部件计数的并联功率转换器系统，这继而降低成本并进一步减小大小。

还已知提供单独的控制器来控制每个功率转换区段。每个功率转换区段的控制器必须被同步以一起操作并产生期望的输出电压。同步需要控制器之间的通信。如先前所指出，开关器件的快速切换产生电噪声环境。电噪声可能导致控制器之间的通信错误或需要附加屏蔽以防止发生错误。

本发明的另一特征是提供并联功率转换器系统，所述系统不需要功率转换区段之间的通信。

发明内容