[发明专利]功控电容器电路及其控制方法

说明书

本发明实施例公开了一种功率变换器控制的串联电路及其控制方法、电源系统。该串联电路包括：一个具有第一端口A和第二端口的电容器；一个功率变换器，其第一输出端口连接到所述电容器的第二端口，其第二输出端口为端口B，所述功率变换器用于输出一个辅助电压；一个根据所选功能控制所述功率变换器输出辅助电压的控制器；其中，所述串联电路根据所选功能可以表现为一个等效的电容器、电感器或阻抗器。此辅助电压可基本消除电容器两端的低频交流电压纹波，从而将基本纯净的直流输出电压输出到负载。

技术领域

本发明涉及AC-DC电源变换器领域，更具体地，本发明涉及一种用以减弱或消除AC-DC变换器直流输出中的低频交流纹波的电路与方法。

背景技术

具有功率因数校正(PFC)的单相AC-DC电源变换器在电源行业中有广泛的应用。如图1所示，此类电源最常使用升压式变换器(如Boost变换器)实现功率因数校正的功能。在实现功率因数校正时，Boost变换器输入电流的波形(二极管整流桥之前)是一个与输入交流电压同相位的正弦波。因此，如图1所示，Boost变换器的输出电压Vout含有二倍工频(欧洲、亚洲为100Hz，北美洲为120Hz)的电压纹波成分，此电压纹波的幅值(或峰峰值)取决于输出电容容值Cout和直流负载电流Iout。如图2所示，DC/DC变换器作为第二级变换器消除了二倍工频电压纹波。该图2中的应用场合为电动汽车(EV)电池充电器，其中假定整个电源都被用于为EV的电池组充电。

上述(图2所示例)方法的问题在于，输出功率需要经过两级变换：第一级变换是利用Boost变换器实现功率因数校正，第二级变换是利用DC-DC变换器消除输出电压上的二倍工频纹波，并调整输出电压。因此，该变换器的电能转换效率偏低，且电源的体积较大；同时，这二级变换器的每一级都需要能够处理全部的输出功率，也会增加了电源的成本。

除此之外，Boost变换器还需要一个大电容来减小Boost变换器输出上的二倍工频电压纹波，该大电容一般采用电解电容。对于一个额定输出功率为6.6kW，电池电压范围250V～430V(Vbattery)的用于电动汽车的电池充电器，电池的充电电流约为24A。在6.6kW最大输出功率，且Boost变换器的输出电压(Vboost)为400V时，Boost变换器的输出电流约为16.5A。为了将二倍工频电压纹波限制在约+/-10V，Boost变换器的输出电容值(Cout)约为3200uF，该电容值是一个非常大的电容值，例如将六个560uF的电容并联可以获得3,360μF的总电容值。一般地，与其他种类电容相比(如薄膜电容)，电解电容的使用寿命相对较短(2000小时或5000小时)，这将会降低电动汽车充电器的整体使用寿命。然而，薄膜电容的电容值远小于同等体积的电解电容，例如一个电容值为560uF，电压耐量为450V的电解电容的高度为4.5cm，直径为3.5cm，总体积为55cm³；类似体积的薄膜电容(56.7cm³)的电压耐量为500V，电容值仅有50uF，即相同体积的薄膜电容的容量仅有电解电容容量的9％。综上所述，如果使用薄膜电容来提高电池充电器的可靠性，其在电源中所占的体积要比电解电容大11倍，在实际应用中是不可接受的。

发明内容

本公开提供一种功率变换器控制的串联电路及其控制方法、电源系统，以解决相关技术的不足。

本发明的一个方面提供了一个串联电路，包括：一个具有第一端口A和第二端口的电容器；一个功率变换器，其第一输出端口连接到电容器的第二端口，其第二输出端口为端口B，所述功率变换器用于输出一个辅助电压；一个根据所选功能控制所述功率变换器输出辅助电压的控制器；所述串联电路根据所选功能可以表现为一个等效的电容器、电感器或阻抗器。

在一个实施例中，控制器包括一个用于检测电容器两端电压的采样电路，并利用检测到的电压和所选功能控制所述功率变换器输出辅助电压。

在一个实施例中，所述串联电路根据所选功能表现为一个电容值无穷大的等效电容。