[发明专利]具有升压能力的复合AC至DC功率转换器

说明书

本发明涉及具有升压能力的复合AC至DC功率转换器。升压AC至DC转换器可以包括主整流器、第一和第二辅助整流器、以及自耦变压器。自耦变压器可以包括多个绕组组装件，每个具有连接到AC功率源的初级端、连接到主整流器的主次级端、连接到第一辅助整流器的第一辅助次级端、以及连接到第二辅助整流器的第二辅助次级端。每个绕组组装件的初级端与主整流器之间的阻抗小于每个绕组组装件的初级端与第一辅助整流器或第二辅助整流器任一之间的阻抗。每个第一绕组组装件的初级端与第一辅助整流器之间的阻抗不同于每个绕组组装件的初级端与第二辅助整流器之间的阻抗。

技术领域

本发明大体上涉及AC至DC转换器，并且更特别地涉及具有升压能力的无源AC至DC转换器。

背景技术

AC至DC转换器在现代航天/军事产业中扮演着重要角色。特别在用于飞行器和宇宙飞船的更加电气化的架构(MEA)的领域中更是如此。功率质量对于MEA飞行器是主要的关注，这是因为安装在同一总线上的大量的电功率系统和设备。这些系统和设备的功率质量具有确保所有的电源/用电设备一起合适地起作用的迫切需要。

术语“复合AC至DC转换器”被创造以区别并行使用两种或更多转换方法的转换器。针对复合AC至DC转换器的概念源于向更小尺寸、更轻重量和更高效率的进一步改进。

虽然复合AC至DC转换器呈现向性能改进的一大步，但其未包含高效的升压能力。它们通常提供三相115-Vac系统的整流，从而导致270Vdc的典型输出电压值。存在其中输出电压为了连续功率调节的更好性能而被期望成高得多的应用。在一些配电系统中使用的典型值为540Vdc、+/-270Vdc和610Vdc。这意味着将期望用于三相115-Vac系统中的复合AC至DC转换器，以产生约为其整流输出两倍高的输出电压。换而言之，将期望成在复合AC至DC转换器中提供升压能力。

将期望成实现此类无源升压，同时仅将最小谐波失真引入到输入AC电流。通常，可以通过采用具有高脉冲配置的AC至DC转换器来降低更低频率谐波失真。例如，当利用24脉冲转换器来执行三相AC功率的转换时，输入功率的谐波失真可以被维持在合理低的水平处。当然，24脉冲转换器必须具有比12脉冲或18脉冲转换器更高数量的变压器绕组(winding)。因此，24脉冲转换器通常比12脉冲或18脉冲转换器更重、更大和更昂贵。此类尺寸和重量可以通过考虑表达式W/VA而客观地评价：其中W是以瓦特的DC功率；并且VA是变压器以伏特-安培表达的额定值。对于具有1∶2升压能力的典型18脉冲转换器而言，W/VA可以为约0.5。

此外，将期望成与基于有源半导体的升压电路相比，采用自耦变压器来实现无源升压。在航天应用的上下文中，无源系统的固有可靠性与有源系统相比是重要的考虑。

在复合AC至DC转换器的自耦变压器内，内部的绕组匝数比负责其升压因数。然而，当被用于升压时，典型的自耦变压器的转换比(ACR)将开始降低。升压拓扑中的降低ACR的主要原因可以视为随着自耦变压器绕组伏特*安培(VA)之和上升，自耦变压器输出功率保持恒定。在宇航飞行器中的自耦变压器中高ACR是期望的，因为此类自耦变压器可以被构造有比具有低ACR的自耦变压器更小的绕组和有更轻重量。

如可以看出的，存在针对具有升压能力的无源复合AC至DC转换器的需要。更特别地，存在针对可以利用自耦变压器无源地产生升压的此类转换器的需要，所述自耦变压器可以以高ACR以及输入电压的最小谐波失真来操作。

发明内容