用于执行功率转换的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种功率转换器，所述功率转换器适用于将至少一个AC输入电压转换成AC输出电压，功率转换器(2)包括：输入信号转换电路(6)，其具有半桥式连接开关(SW1、SW2)，所述半桥式连接开关(SW1、SW2)在信号输入节点SIN处彼此连接，AC电压电源(3)将所述AC输入电压施加给所述信号输入节点SIN；输出信号转换电路(7)，其具有半桥式连接开关(SW3、SW4)，所述半桥式连接开关(SW3、SW4)在信号输出节点SON处彼此连接，来自所述信号输出节点SON的所述输出电压被供应到负载(9)；中间DC总线电路(8)，其通过总线将所述输入信号转换电路(6)与所述输出信号转换电路(9)连接起来；DC总线电路(8)，其具有电容器(C1、C2)，所述电容器(C1、C2)在中性节点NN处彼此连接；以及控制电路(11)，其适用于控制所述输入信号转换电路(6)和所述输出信号转换电路(7)的开关，从而使所述总线的所述总线电压与电压信号包络保持一致，所述电压信号包络对应于所述AC输入电压和/或所述AC输出电压的最大电压。
【专利说明】用于执行功率转换的方法和设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于执行功率转换的方法和设备，尤其涉及AC/DC/AC功率转换的执 行，在AC/DC/AC功率转换过程中，AC电压电源所提供的至少一个AC输入电压被转换成供 应给负载的AC输出电压。
【背景技术】
[0002] 在许多应用中，第一 AC输入电压都必须转换成第二AC输入电压。例如，在在线式 不间断电源（UPS)系统中，AC-DC-AC功率转换器可以具有中间DC电路，所述中间DC电路 具有DC总线电压，其中DC总线电路将输入信号转换电路与输出信号转换电路连接起来，如 图1中所描绘。
[0003] 传统不间断电源（UPS)包括：三相AC/DC/AC功率转换器，其具有恒定DC总线电 压，如图1中所示；以及电池 DC/DC转换器，其连接到AC/DC功率转换器的中间DC总线电路。 这种不间断电源系统可以在电网模式与电池模式之间切换。在电网模式中，AC/DC/AC功率 转换器的输入信号转换电路从三相电源电网接收AC相信号，以生成供给电信中心或医院 医疗设备等关键负载（critical load)的AC输出电压。如果电源电网中出现了故障，那么 不间断电源系统（UPS)便切换到电池模式，并且DC/DC转换器将DC电压施加给AC/DC/AC 功率转换器的中间DC总线电路。AC/DC/AC功率转换器的输入信号转换电路可以由输入整 流器组成，其中所述输入整流器调节DC电压以使DC电压具有某些恒定值。如图1中所示 的传统AC/DC/AC功率转换器中的输出信号转换电路可以是输出逆变器，例如，三相PWM逆 变器。所述AC/DC/AC功率转换器执行具有恒定DC总线电压的双AC-DC-AC转换。
[0004] 从图1中可以看到，传统AC/DC功率转换器包括输入信号转换电路，所述输入信号 转换电路经由输入电感器L IN1、Lin2和Lin3连接到三相电网，并且通过输出电感器LotitP Lotit2 和Lqut3连接到三相负载。所述中间DC电路包括两个电容器C1、C2,这两个电容器在公共中 性节点NN处彼此连接。中间DC电路的公共中性节点NN连接到中性线N，所述中性线N将 三相电网与三相负载连接在一起，如图1中所示。当图1中所示的传统AC/DC/AC功率转换 器执行双转换时，中间DC电路的总线处具有恒定DC总线电压。这会导致信号转换电路内 产生高开关损耗，并且使得输入和输出电感器具有高感应率。因此，UPS系统在电网模式下 的效率相对较低。
[0005] 因此，本发明的一个目标在于，提供一种能够以最高效率将AC输入电压转换成AC 输出电压的设备和方法。
【发明内容】
[0006] 根据本发明第一方面，本发明提供一种功率转换器，所述功率转换器适用于将至 少一个AC输入电压转换成AC输出电压，执行该转换的功率转换器包括权利要求1所述的 特征。
[0007] 按照根据本发明第一方面的功率转换器的第一可行实施方案，所述功率转换器适 用于将至少一个AC输入电压转换成AC输出电压，其中所述功率转换器包括：
[0008] 输入信号转换电路，其具有半桥式连接（half-bridge connected)开关，所述半桥 式连接开关在信号输入节点处彼此连接，AC电压电源将所述AC输入电压施加给所述信号 输入节点，
[0009] 输出信号转换电路，其具有半桥式连接开关，所述半桥式连接开关在信号输出节 点处彼此连接，来自所述信号输出节点的所述AC输出电压被供应到负载，
[0010] 中间DC总线电路，其通过总线将所述输入信号转换电路与所述输出信号转换电 路连接起来，
[0011] 所述DC总线电路，其具有半桥式连接电容器，所述电容器在中性节点处彼此连 接；以及
[0012] 控制电路，其适用于控制所述输入信号转换电路和所述输出信号转换电路的开 关，从而使所述总线的所述总线电压与电压信号包络保持一致，所述电压信号包络对应于 所述AC输入电压和/或所述AC输出电压的最大电压。
[0013] 根据本发明第一方面的功率转换器具有以下优点：它能在信号转换电路中提供最 小开关损耗，并因此提供最1?效率，所述最1?效率可以接近99%。
[0014] 根据本发明第一方面的功率转换器的另一个优点在于，它可以在UPS系统中实 施，所述UPS系统能够实现从电网模式到电池模式的瞬时转变。
[0015] 根据本发明第一方面的功率转换器的另一个优点在于，它可以具有最小尺寸。
[0016] 以根据本发明第一方面的第一实施方案为依据的所述功率转换器具有可行的第 二实施方案，在所述第二实施方案中，所述输入信号转换电路具有第一和第二半桥式连接 输入开关，所述开关在所述信号输入节点处彼此连接，并且由所述控制电路来控制。
[0017] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第二实施方案具有另一个可行的第三 实施方案，在所述第三实施方案中，所述第一输入开关设置在所述信号输入节点与所述DC 总线电路的正总线之间。
[0018] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第二或第三实施方案具有另一个可行 的第四实施方案，在所述第四实施方案中，所述输入信号转换电路的所述第二输入开关设 置在所述信号输入节点与所述DC总线电路的负总线之间。
[0019] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的所述第一到第四实施方案具有另一个 可行的第五实施方案，在所述第五实施方案中，所述输出信号转换电路具有第一和第二半 桥式连接输出开关，所述开关在所述信号输出节点处彼此连接，并且由所述控制电路来控 制。
[0020] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第五实施方案具有另一个可行的第六 实施方案，在所述第六实施方案中，第一输出开关设置在所述信号输出节点与所述DC总线 电路的正总线之间。
[0021] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第五或第六实施方案具有另一个可行 的第七实施方案，在所述第七实施方案中，第二输出开关设置在所述信号输出节点与所述 DC总线电路的负总线之间。
[0022] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第一到第七实施方案具有另一个可行 的第八实施方案，在所述第八实施方案中，在所述输入转换电路或所述输出转换电路的每 个开关处，有一个二极管按照反并联方向连接到所述开关，所述二极管连接在所述输入转 换电路的相应信号节点与所述DC总线电路的总线之间。
[0023] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的所述第一到第八实施方案具有另一个 可行的第九实施方案，在所述第九实施方案中，所述DC总线电路具有第一和第二半桥式连 接电容器，这两个电容器在所述中性节点处彼此连接。
[0024] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第九实施方案具有另一个可行的第十 实施方案，在所述第十实施方案中，所述第一电容器设置在所述中性节点与所述DC总线电 路的正总线之间。
[0025] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第九或第十实施方案具有另一个可行 的第十一实施方案，在所述第十一实施方案中，所述第二电容器设置在所述中性节点与所 述DC总线电路的负总线之间。
[0026] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第九到第十一实施方案中的任一个实 施方案具有另一个可行的第十二实施方案，在所述第十二实施方案中，所述DC总线电路的 电容器均包括按照反并联方向进行连接的二极管，所述二极管连接在所述DC总线电路的 中性节点与所述DC总线电路的正总线或负总线之间
[0027] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第一到第十二实施方案具有另一个可 行的第十三实施方案，在所述第十三实施方案中，输入电感器连接在所述AC电压电源与所 述输入信号转换电路的所述信号输入节点之间。
[0028] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第一到第十三实施方案具有另一个可 行的第十四实施方案，在所述第十四实施方案中，输出电感器连接在所述输出信号转换电 路的信号输出节点与所述负载之间。
[0029] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第一到第十四实施方案具有另一个可 行的第十五实施方案，在所述第十五实施方案中，控制电路至少适用于监控所述中间DC总 线电路的总线的总线电压以及AC输入电压。
[0030] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第一到第十四实施方案具有另一个可 行的第十六实施方案，在所述第十六实施方案中，控制电路至少适用于监控所述中间DC总 线电路的总线处的总线电压以及AC输出电压。
[0031] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第一到第十四实施方案具有另一个可 行的第十七实施方案，在所述第十七实施方案中，控制电路至少适用于监控所述中间DC总 线电路的总线处的总线电压以及AC输入电压和AC输出电压。
[0032] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第一到第十七实施方案具有另一个可 行的第十八实施方案，在所述第十八实施方案中，控制电路包括输入控制器，所述输入控制 器适用于将中间DC总线电路的总线的总线电压与参考总线电压作比较，以计算出输入忙 闲度。
[0033] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第十八实施方案具有另一个可行的第 十九实施方案，在所述第十九实施方案中，所述控制电路的输入控制器进一步包括输入电 桥调制器，所述计算出的输入忙闲度被施加给所述输入电桥调制器，并且所述输入电桥调 制器适用于根据所述输入忙闲度生成开关控制信号，所述开关控制信号被施加给所述输入 信号转换电路的所述第一输入开关和所述第二输入开关。
[0034] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第一到第十九实施方案具有另一个可 行的第二十实施方案，在所述第二十实施方案中，所述控制电路进一步包括输出控制器，所 述输出控制器适用于将AC输出电压与参考输出电压作比较，以计算出输出忙闲度。
[0035] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第二十实施方案具有另一个可行的第 二i 实施方案，在所述第二i 实施方案中，控制电路的输出控制器包括输出电桥调制 器，所述计算出的输出忙闲度被施加给所述输出电桥调制器，并且所述输出电桥调制器适 用于根据所述输出忙闲度生成开关控制信号，所述开关控制信号被施加给所述输出信号转 换电路的所述第一开关和所述第二开关。
[0036] 根据本发明第一方面的所述功率转换器的第一到第二十一实施方案中的任一个 实施方案具有另一个可行的第二十二实施方案，在所述第二十二实施方案中，所述AC输入 电压是由三相电网供应给所述功率转换器的单个AC相信号。
[0037] 根据第二方面，本发明还提供了一种不间断电源系统，根据权利要求14所述，所 述不间断电源系统包括根据本发明第一方面的至少一个功率转换器。
[0038] 根据本发明第二方面的不间断电源系统具有可行的第一实施方案，根据所述第一 实施方案，所述UPS系统包括：至少一个功率转换器，所述功率转换器是以根据本发明第一 方面的功率转换器的实施方案中的任一个实施方案为依据的；针对每个功率转换器的对应 DC电池转换器，所述DC电池转换器具有可变电压增益，其中所述DC/DC电池转换器连接在 电池与相应功率转换器的DC总线电路之间。
[0039] 根据第三方面，本发明还提供了一种用于将至少一个AC输入电压转换成AC输出 电压的方法，如权利要求15所述。
[0040] 相应地，根据本发明第三方面的用于将至少一个AC输入电压转换成AC输出电压 的方法具有可行的第一实施方案，本发明在所述第一实施方案中提供了一种方法，在所述 方法中，在公共信号输入节点处接收所述AC输入电压的输入信号转换电路的半桥式连接 开关，以及在公共信号输出节点处输出所述AC输出电压的输出信号转换电路的半桥式连 接开关，经控制以使将所述输入信号转换电路与所述输出信号转换电路连接起来的中间DC 总线电路中总线的总线电压与电压信号包络保持一致，所述电压信号包络对应于所述AC 输入电压和/或所述AC输出电压的最大电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0041] 在下文中，将参照附图，更详细地描述用于将至少一个AC输入电压转换成AC输出 电压的设备和方法的可行实施例。
[0042] 图1所示为具有恒定DC总线电压的传统AC/DC/AC功率转换器的框图；
[0043] 图2所示为根据本发明第二方面的不间断电源系统的一个可行实施方案的框图， 所述可行实施方案包括根据本发明第一方面的功率转换器的一个可行实施方案；
[0044] 图3所示为用于对根据本发明第一方面的功率转换器的一个可行实施方案的操 作进行说明的信号图；
[0045] 图4所示为根据本发明第一方面的功率转换器的一个可行实施方案的电路图；
[0046] 图5所示为用于对根据本发明第一方面的功率转换器的一个可行实施例所采用 的控制电路的一个可行实施方案进行说明的框图；
[0047] 图6所示为用于对根据本发明第一方面的功率转换器的一个可行实施例所采用 的控制电路的另一个可行实施方案进行说明的另一个框图；
[0048] 图7a)到7e)所示为输入电桥等效电路的电路图，用于对根据本发明第一方面的 功率转换器的一个可行实施方案的操作进行说明；
[0049] 图8a)到Se)所示为用于对根据本发明第一方面的功率转换器的一个可行实施方 案的操作进行说明的信号图；
[0050] 图9a)到9e)所示为根据本发明第一方面的功率转换器的一个可行实施方案的输 出电桥等效电路图；
[0051] 图IOa)到IOe)所示为用于对根据本发明第一方面的功率转换器的一个可行实施 方案的操作进行说明的信号图；
[0052] 图11所示为用于对顶部和底部开关的额定电压的界定进行说明的信号图，所述 顶部和底部开关是根据本发明第一方面的功率转换器的一个可行实施方案所采用的开 关；
[0053] 图12所示为用于对相对电感随根据本发明第一方面的功率转换器所提供的输入 输出电压比值的变化情况进行说明的信号图；
【具体实施方式】
[0054] 从图2中的框图中可以看到，根据本发明第一方面的不间断电源UPS系统包括根 据本发明第一方面的至少一个功率转换器2。所述UPS系统可以是单相系统，或者如图2中 的实施例所示，可以是三相UPS系统。所述三相UPS系统包括针对三相电网3中每个相L1、 L2、L3的根据本发明第一方面的单相功率转换器2。此外，UPS系统1还包括DC/DC转换器 4, DC/DC转换器4连接到电池5,如图2中所示。图2中的实施方案所示的AC功率转换器 由以下二者构成：AC/DC/AC转换器，其包括输入信号转换电路6和输出信号转换电路7 ;以 及中间DC总线电路8,其通过总线将所述输入信号转换电路6与所述输出信号转换电路7 连接起来。在一个可行实施方案中，输入信号转换电路6包括两个半桥式连接开关，这两个 开关在信号输入节点SIN处彼此连接。输入信号转换电路6的这个信号输入节点SIN例如 经由图2中所示的输入电感L in来接收待转换的AC输入电压。此外，输出信号转换电路7 可以包括两个半桥式连接开关，这两个开关在信号输出节点SON处彼此连接。信号输出节 点SON处电压的施加方式为，例如，将该电压作为AC输出电压，经由输出电感L tm施加到负 载9,如图2中所示。
[0055] 图2中所示的三相UPS系统1包括三个单相UPS转换器1-1、1-2、1-3,三个单相 UPS转换器1-1、1-2、1-3中的每一者都具有AC/DC/AC功率转换器2-i和DC/DC转换器4-i， 如图2中所示。图2中所示的负载9是三相负载，负载9连接到三个单相UPS转换器1-1、 1-2、1-3的输出端子。图2中所示的UPS系统1的AC信号源是三相电网3,三相电网3将三 个AC信号电压或三个相LI、L2、L3施加给AC输入端子，S卩，三个单相UPS转换器1-1、1-2、 1-3的AC输入端A、AC输入端B、AC输入端C。每个单相UPS转换器1-1、1-2、1-3包括另一 个DC电压输入端，所述DC电压输入端连接到公共电池5,从而为单相UPS转换器Ι-i内的 相应DC/DC转换器4-i供应电池5的DC电压。
[0056] 三相电网3和三相负载9进一步经由中性线N彼此连接，并且还连接到三相UPS系 统1中每个AC/DC/AC转换器2-i的中间DC功率电路8内的中性节点NN。每个中间DC总 线电路8-i通过两根总线将相应输入信号转换电路6-i与相应输出信号转换电路7-i连接 起来，所述两根总线包括正总线（正）和负总线（负）。相对于中性线N，正总线（正）具 有正电位，并且负总线（负）具有负电位。图2中所示的DC总线电路8包括两个半桥式连 接电容器Cl、C2，这两个电容器在中性节点NN处彼此连接。
[0057] 在一个可行实施方案中，中间DC总线电路8还可以进一步包括两个反并联二极管 Dl、D2,这两个二极管按照反并联方向连接在DC总线电路8的中性节点NN与DC总线电路 8的正总线和相应总线（正、负）之间，如图2中所示。控制电路ΙΙ-i是针对每个单相AC/ DC/AC转换器2-i而设置的，适用于控制输入信号转换电路6和输出信号转换电路7的开 关，从而使DC总线电路8的总线（正、负）的总线电压与电压信号包络保持一致，所述电压 信号包络对应于施加到相应功率转换器Ι-i的AC输入端处的AC输入电压和/或从相应功 率转换器Ι-i的AC输出端输出的AC输出电压的最大电压。
[0058] 因此，控制电路11能监控供应给功率转换器Ι-i的AC输入电压和/或AC/DC/AC 功率转换器Ι-i所输出的AC输出电压。在一个可行实施例中，控制电压可以监控图2中所 不的相应单相UPS转换器Ι-i的输入和输出端子处的AC输入电压和AC输出电压，或者直 接监控输入信号转换电路6的信号输入节点SIN处以及输出信号转换电路7的信号输出节 点SON处的AC输入电压和AC输出电压。稍后描述的图5、图6将更详细地示出控制电路 11的可行实施方案。
[0059] 从图2中可以看到，DC/DC电池转换器4-i的输入端可以经由图2中所示的三根电 线或经由两根电线连接到电池5。DC/DC转换器4-i的输出侧直接连接到表示成"正"、"负" 和"中性"的DC总线。在根据本发明的功率转换器的一个可行实施例中，输入信号转换电 路6可以由输入整流器构成。此输入整流器可以是脉冲宽度调制（PWM)电压电源转换器， 该转换器具有DC侧电容器和AC侧滤波电感器。输入整流器的DC侧电容器是中间DC总线 电路8的电容器C1、C2。此外，输出信号转换电路7可以作为输出逆变器来实施，并且可以 作为具有DC侧电容器和AC侧滤波电感器的脉冲宽度调制PWM电压电源转换器来实施。DC 侦1J电容器同样是中间DC总线电路8的电容器C1、C2。在一个可行实施方案中，输入整流器 和输出逆变器可以用IGBT等有源开关来实施或由IGBT等有源开关组成，或者输入整流器 和输出逆变器可以包括并联续流二极管。
[0060] 根据本发明第一方面的功率转换器2可以用于控制DC总线电压，从而使DC总线 电压与输入或输出电压的包络保持一致。控制电路ΙΙ-i适用于控制输入信号转换电路6 和输出信号转换电路7的开关，从而使中间DC总线电路8的总线"正"、"负"处的总线电压 与电压信号包络保持一致，所述电压信号包络对应于AC输入电压和/或AC输出电压的最 大电压。
[0061] 图3图示了通过控制电路ΙΙ-i的控制而产生的信号波形。控制电路11以某一方 式控制输入信号转换电路6和输出信号转换电路7,从而使两个电路的正DC总线电压与输 入或输出电压的正包络保持一致。控制电路11以某一方式对输入信号转换电路6和输出 信号转换电路7进行进一步控制，从而使两个电路的负DC总线电压与AC输入电压或AC输 出电压的负包络保持一致。在控制电路11的控制下，DC总线电压与AC输入电压和/或AC 输出电压保持一致。这样能够减少输入信号转换电路6和输出信号转换电路7的半桥式连 接开关处的开关损耗。此外，相比于传统AC/DC功率转换器，这样还能够减小输入电感器Lin 和输出电感器Lotjt的尺寸和损耗。
[0062] 图4更详细地示出了单相UPS转换器1内的功率转换器2的一个可行实施方案。 从图4中可以看到，功率转换器2具有单相AC/DC/AC功率转换器1，单相AC/DC/AC功率转 换器1包括输入信号转换电路6、输出信号转换电路7以及中间DC总线电路8,所述中间DC 总线电路8将所述输入信号转换电路6与所述输出信号转换电路7连接起来。AC电压电源 经由输入电感Lin将AC输入电压施加给输入信号转换电路6的信号输入节点SIN。此外， AC输出电压从输出信号转换电路7的信号输出节点SON输出，并经由输出电感Ltot输出到 负载9,如图4中所示。从图4中可以看到，输入信号转换电路6具有第一和第二半桥式连 接输入开关SW1、SW2,这两个开关在信号输入节点SIN处彼此连接。第一输入开关SWl设 置在所述信号输入节点SIN与DC总线电路8的正总线"正"之间。第二输入开关SW2设置 在信号输入节点SIN与DC总线电路8的负总线"负"之间。
[0063] 在图4中的实施例中，中间DC总线电路8包括第一电容器Cl和第二电容器C2。 电容器C1、C2在公共中性节点NN处彼此连接，如图4中所示。中性节点NN连接到中性线， 所述中性线将输入电压电源与负载9连接起来。中间DC总线电路8的第一电容器Cl设置 在中性节点NN与DC总线电路8的正总线（正）之间。第二电容器C2设置在中性节点NN 与DC总线电路8的负总线（负）之间。DC总线电路8的电容器Cl、C2包括二极管Da和 Dc2，这两个二极管按照反并联方向连接在DC总线电路8的中性节点NN与DC总线电路8的 正总线或负总线之间，如图4中所示。
[0064] 输入信号转换电路6中还设置了反并联续流二极管。从图4中可以看到，二极管 Dswi和Dsw2按照反并联方向连接在信号输入节点SIN与DC总线电路8的相应总线之间。二 极管D swi并联连接到输入信号转换电路6的第一输入开关SWl。第二二极管Dsw2并联连接 到输入信号转换电路6的第二输入开关SW2。
[0065] 输出信号转换电路7也包括第一和第二半桥式连接输出开关SW3、SW4,这两个开 关在信号输出节点SON处彼此连接，并且由相应AC/DC/AC功率转换器2的所述控制电路11 来控制。信号输出节点SON经由线圈Ltjut连接到负载9,负载9连接在节点IOa与节点IOb 之间。第一输出开关SW3设置在所述信号输出节点SON与中间DC总线电路8的正总线"正" 之间。第二输出开关SW4设置在信号输出节点SON与DC总线电路8的负总线"负"之间。 第一和第二半桥式连接输出开关SW3、SW4也是由控制电路11来控制的。二极管D sw3按照 反并联方向连接到第一输出开关SW3,如图4中所示。此外，二极管Dsw4按照反并联方向连 接到第二输出开关SW4。开关SW1、SW2、SW3、SW4是连接到控制电路11的电子开关，例如， IGBT开关或M0SFETS，其中开关操作是由控制电路11来控制的，控制电路11向相应电子开 关SW1、SW2、SW3、SW4的控制电极供应控制信号SI、S2、S3、S4。
[0066] 图4中所示的电路能实现图3中所示的满DC总线电压包络跟踪。图3中图示了 AC输入电压和AC输出电压的DC总线电压的波形。例如，输入AC电压是正弦电压：
[0067] vIN = VINsin ω?, (1)
[0068] 其中Vin是电压幅值，并且ω是角频率。
[0069] AC输出电压也是纯正弦电压：
[0070] Vout = V0UTsin ω?, (2)
[0071] 其中Vtm是输出电压幅值，ω是角频率，并且t是时间。
[0072] 图4中所示的AC/DC/AC功率转换器2、输入/输出电压以及DC总线电压具有以下 关系：
[0073] VBUS2 < vIN < vBUSl 并且 VBUS2 < vOUT < vBUSl。 (3)
[0074] 可能出现三种不同情况。在第一种情况中，输入电压低于输出电压（VIN〈V QUT)。在 第二种情况中，输入电压等于输出电压（VIN = Vott)，以及在第三种情况中，输入电压高于输 出电压（VIN>V OT)。
[0075] 如果，在第一种情况中输入电压低于输出电压，那么可以按照图7a)中所示来描 绘输入信号转换电路6的简化等效电路图。在所述等效电路中，DC总线电容器C1、C2的模 型为电压电源V busJP Vbus2，如图7a)中所示。DC总线电压可以是任何正电压。如果输入电 压Vin为正值（〇〈 ω t〈 π )，那么第一输入开关SWl和反并联二极管Dsw2承载输入电流iIN，而 第二输入开关SW2以及并联连接到第一输入开关SWl的反并联二极管D swi是无源的。从图 7b)中可以看到，第一输入开关SWl闭合，并且该电路可以通过以下等式来描述：
【权利要求】
1. 一种功率转换器，适用于将至少一个AC输入电压转换成AC输出电压，其特征在于， 所述功率转换器（2)包括： 输入信号转换电路（6)，具有半桥式连接开关（SW1、SW2)，所述半桥式连接开关（SW1、 SW2)在信号输入节点SIN处彼此连接，AC电压电源（3)将所述AC输入电压施加给所述信 号输入节点SIN ; 输出信号转换电路（7)，具有半桥式连接开关（SW3、SW4)，所述半桥式连接开关（SW3、 SW4)在信号输出节点SON处彼此连接，来自所述信号输出节点SON的所述输出电压被供应 到负载（9); 中间DC总线电路（8)，通过总线将所述输入信号转换电路（6)与所述输出信号转换电 路（9)连接起来； DC总线电路（8)，具有电容器沁、(：2)，所述电容器（Ci、C2)在中性节点NN处彼此连接； 以及 控制电路（11)，用于控制所述输入信号转换电路（6)和所述输出信号转换电路（7)的 所述开关，从而使所述总线的所述总线电压与电压信号包络保持一致，所述电压信号包络 对应于所述AC输入电压和/或所述AC输出电压的最大电压。
2. 根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，所述输入信号转换电路（6)具有第 一半桥式连接输入开关（SW1)和第二半桥式连接输入开关（SW2)，这两个开关在所述信号 输入节点SIN处彼此连接，并且由所述控制电路（11)来控制， 其中所述第一输入开关（SW1)设置在所述信号输入节点SIN与所述DC总线电路（8) 的正总线（正）之间； 其中所述第二输入开关（SW2)设置在所述信号输入节点SIN与所述DC总线电路（8) 的负总线（负）之间。
3. 根据权利要求1或2所述的功率转换器（2)，其特征在于，所述输出信号转换电路 (7)具有第一半桥式连接输出开关（SW3)和第二半桥式连接输入开关（SW4)，这两个开关在 所述信号输出节点SON处彼此连接，并且由所述控制电路（11)来控制， 其中所述第一输出开关（SW3)设置在所述信号输出节点SON与所述DC总线电路（8) 的所述正总线（正）之间， 其中所述第二输出开关（SW4)设置在所述信号输出节点SON与所述DC总线电路（8) 的负总线（负）之间。
4. 根据前述权利要求1至3中任一权利要求所述的功率转换器，其特征在于，在所述 输入转换电路（6)和所述输出转换电路（7)的每个开关处，有一个二极管按照反并联方向 连接到所述开关，所述二极管连接在所述转换电路的相应信号节点与所述DC总线电路（8) 的总线之间。
5. 根据前述权利要求1至4中任一权利要求所述的功率转换器， 其特征在于，所述DC总线电路（8)具有第一半桥式连接电容器（Q)和第二半桥式连 接电容器（C2)，这两个电容器在所述中性节点NN处彼此连接， 其中所述第一电容器（CJ设置在所述中性节点NN与所述DC总线电路（8)的所述正 总线（正）之间， 其中所述第二电容器（C2)设置在所述中性节点NN与所述DC总线电路（8)的所述负 总线（负）之间。
6. 根据前述权利要求1至5中任一权利要求所述的功率转换器，其特征在于，所述DC 总线电路（8)的所述中性节点NN连接到所述AC电压电源（3)和所述负载（9)。
7. 根据权利要求5所述的功率转换器，其特征在于，在所述DC总线电路（8)的电容器 (1、2)处，均有一个二极管按照反并联方向连接到所述电容器，所述二极管连接在所述DC 总线电路（8)的所述中性节点NN与所述DC总线电路（8)的所述正总线或所述负总线（正、 负）之间。
8. 根据前述权利要求1至7中任一权利要求所述的功率转换器，其特征在于，输入电 感器（L1)连接在所述AC电压电源（3)与所述输入信号转换电路（6)的所述信号输入节点 SIN之间。
9. 根据前述权利要求1至8中任一权利要求所述的功率转换器，其中输出电感器（L2) 连接在所述输出信号转换电路（7)的所述信号输出节点SON与所述负载（9)之间。
10. 根据前述权利要求1至9中任一权利要求所述的功率转换器，其特征在于，所述控 制电路（11)至少适用于监控所述中间DC总线电路⑶的所述总线（正、负）处的所述总 线电压以及所述AC输入电压和/或所述AC输出电压。
11. 根据前述权利要求1至10中任一权利要求所述的功率转换器，其特征在于，所述 控制电路（11)包括输入控制器（11C)，所述输入控制器（11C)适用于将所述中间DC总线电 路（8)的所述总线的所述总线电压与参考总线电压作比较，以计算出输入忙闲度din，所述 输入忙闲度din被施加给输入电桥调制器（lid)，所述输入电桥调制器（lid)适用于生成开 关控制信号（SI、S2)，所述开关控制信号（SI、S2)被施加给所述输入信号转换电路（6)的 所述第一输入开关（SW1)和所述第二输入开关（SW2)。
12. 根据前述权利要求1至11中任一权利要求所述的功率转换器，其特征在于，所述控 制电路（11)包括输出控制器（lie)，所述输出控制器（lie)适用于将所述AC输出电压与参 考输出电压作比较，以计算出输出忙闲度cU，所述输出忙闲度cU被施加给输出电桥调制 器（llf)，所述输出电桥调制器（Ilf)适用于生成开关控制信号（SW3、SW4)，所述开关控制 信号（SW3、SW4)被施加给所述输出信号转换电路（7)的所述第一输出开关和所述第二输出 开关。
13. 根据前述权利要求1至12中任一权利要求所述的功率转换器，其特征在于，所述 AC输入电压是由三相电网⑶供应给所述功率转换器⑵的信号相。
14. 一种不间断电源UPS系统，包括根据前述权利要求1至13中任一权利要求所述 的至少一个功率转换器（2)，并且包括针对每个功率转换器（2)的对应DC/DC电池转换器 (4)，所述DC/DC电池转换器（4)具有可变电压增益，其中所述DC/DC电池转换器（4)连接 在电池（5)与相应功率转换器⑵的DC总线电路⑶之间。
15. -种用于将至少一个AC输入电压转换成AC输出电压的方法，其中，在公共信号输 入节点处接收所述AC输入电压的输入信号转换电路（6)的半桥式连接开关，以及在公共信 号输出节点处输出所述AC输出电压的输出信号转换电路（7)的半桥式连接开关，经控制以 使将所述输入信号转换电路（6)与所述输出信号转换电路（7)连接起来的中间DC总线电 路（8)中总线的总线电压与电压信号包络保持一致，所述电压信号包络对应于所述AC输入 电压和/或所述AC输出电压的最大电压。
【文档编号】H02M5/42GK104350663SQ201280073496
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2012年6月15日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】佩塔尔·格尔博维奇 申请人:华为技术有限公司