[发明专利]具有可配置输入的高压电源转换器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年8月7日递交的第62/034,602号美国临时申请的权益。上述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及高压电源转换器。更具体地，本发明涉及具有可配置输入的单相或多相电源转换器，以适应宽范围的交流(AC)或直流(DC)电源输入。

背景技术

本章节提供了与本发明相关的背景信息，其不一定是现有技术。

以非常高的输出功率级(例如大于三千瓦(KW))运行的设备通常使用高压输入馈电，用于将取自AC通用电线的电流维持在实际水平上。根据应用和地理位置，通用电线通常具有230伏特(V)的三相输入或380V、400V、415V或480V的三相输入。某些应用也可以基于单相运行，但具有200V或更高的优选的高输入电压。

已知的高压电源转换器通常被设计为用于特定的输入电压并且不适应宽范围的输入电压。这导致多种产品设计和制造版本以适应世界各地所需要的许多不同的输入电压。对这些多种产品配置的需求增加了开发成本、增大了库存部件需求并且使确定成品的库存需求的计算复杂化。

而且，大多数三相功率因数校正拓扑最初被设计且开发为用于电机控制如下应用：其相对于接地端固有地具有不良的高频摆动电压节点。摆动节点引起不能接受的高共模噪音，从而使得难以在许多电流应用所要求的较高频率下运行。例如，大多数三相功率因数校正(PFC)拓扑(包括三相三开关三电平(Vienna)整流器)具有高压总线，该高压总线以切换频率的速度对地摆动。这种电压摆动是共模辐射的主要来源，这里，共模电流通过直流对直流(DC-DC)转换器的变压器的寄生电容得以接地。这使得控制电磁干扰(electromagneticinterference，EMI)非常困难；最终需要减小摆动频率和/或使用体积大的EMI滤波器。

一些设计者更喜欢在具有电流分配机构的输出端使用并联连接的三个独立的单相AC-DC转换器。这种设计使用传统的单相PFC拓扑，其带来极佳的谐波抑制、高PFC以及稳定的DC链路总线。这种方法通过使用简单的、已验证过的设计块来减小设计的复杂性。然而，每个AC-DC转换器可能需要利用480V±10％的AC输入馈电来运行，从而要求PFC升压型转换器带来800V的DC链路。使用已知的升压型PFC方法需要等级超过1000V的升压开关和二极管，这些升压开关和二极管与更常用的较低电压的开关和二极管相比是昂贵的。如果不使用昂贵的1000V的设备，则转换器的性能将受影响或者需要更复杂的使用600V高性能设备的转换器设计。另外，如果转换器需要适应230V的、三角形三相输入以及380V到480V的、三角形三相输入，则宽电压范围需求使该设计进一步复杂化。公知的是，大范围的升压使转换器的效率恶化并且显著地增加了电源转换器的制造成本。对于一些能够接受成本增加和功率代价的产品，采用这种宽电压范围的电源。例如，诸如手机或笔记本电脑的移动电子设备的用户可能环球旅行，从而要求该设备的充电器以及电源与世界范围的通用馈电相兼容。

一种已知的三相三角形输入电源使用三个独立的单相、隔离的电源，每个电源在输出端具有其自己的并联连接的PFC和DC-DC转换器块，并且每个电源部署了有源或无源的电流分配。如图1所示，一种已知的单相栏使用廉价的高性能600V设备并且产生升压到800V的DC链路总线。