[发明专利]用于执行功率转换的方法和设备

说明书

技术领域

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

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。

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。

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、L_IN2和L_IN3连接到三相电网，并且通过输出电感器L_OUT1、L_OUT2和L_OUT3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。

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

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。

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：

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，

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，

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，

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

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。

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，并因此提供最高效率，所述最高效率可以接近99％。

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。

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。