[发明专利]直流-直流功率变换器及其方法

说明书

本发明提供直流‑直流功率变换器及其方法。直流‑直流功率变换方法包括将直流功率变换为交流功率；将交流功率的第一部分变换为第一直流功率；将交流功率的第二部分变换为第二直流功率；调制第二直流功率；将第一直流功率和经调制的第二直流功率串联作为输出功率；对输出功率进行低通滤波以便将输出功率中的开关频率谐波基本上滤除；提取经低通滤波的输出功率电压的交流分量信号；其中第二直流功率的调制是基于交流分量信号，该经调制的第二直流功率的交流分量基本上与所提取的交流分量信号反相。通过复用带有感性器件的低通滤波器，在不增加额外器件的情况下同时抑制了开关高频谐波和线路谐波对直流‑直流功率变换器的直流输出电压的不利影响。

技术领域

本发明涉及直流功率输入变换为直流功率输出的功率变换器及其方法，更具体地说，涉及应用有源元件以减少直流功率输出谐波成分的功率变换器及其方法。

背景技术

近来，开发具有较高功率变换率和较好纹波质量的直流-直流功率变换器成为一种趋势。特别是在直流-直流功率变换器的输入受到低频谐波扰动的影响的情况下，对于其输出电压和电流的纹波的调节变得尤为重要。

通常，可以采用三种技术方案来减小直流-直流功率变换器输入电压的变化对其输出直流电压的影响：无源技术方案、有源调制技术方案和有源补偿技术方案。

无源技术方案是通过接入额外的容性器件来减小电压的变化。该方案最为简单，但是效果较差。其带来较高的成本和较低的功率密度。

有源调制技术方案是通过采用诸如脉宽调制和频率调制一样的手段来根据输入端的电压变化来调节输出电压。有源调制技术方案是常用的方案并且是比较有效的。但是，其缺点是仅能对较窄的输入或输出电压范围提供调节。

有源补偿技术方案是通过采用补偿电路来对谐波电压进行补偿。该方案可以保证较高的功率变换率并且受电压谐波的影响较小。中国专利申请CN104054226A公开了采用有源补偿技术方案的交流-直流功率变换器。主输出包括具有第一交流电压脉动的主直流电压。脉动抵消变换器提供的是与主输出相互串联的第二交流电压脉动，以致第一交流电压脉动实质上得以抵消。其结果是，可以提供实质上无脉动的直流输出功率。根据该中国专利申请所提供的技术方案，被实质上抵消的第一交流电压脉动仅是线路频率的谐波，例如二次谐波(例如，北美使用的120Hz或者中国、欧洲使用的100Hz)。但是，对于该交流-直流功率变换器的高频变压器原边侧的可控开关器件所引起的开关频率谐波无法补偿。在对直流功率输出的开关频率谐波有要求的应用 场合，比如电动汽车充电桩，将带来不利影响。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种直流-直流功率变换器，包括：带有中间变换为交流功率的直流-直流功率变换电路，包括直流-交流功率变换电路、第一交流-直流功率变换电路和第二交流-直流功率变换电路，其中直流-交流功率变换电路适用于提供所述交流功率，第一交流-直流功率变换电路适用于将所述交流功率的第一部分变换为第一直流功率并且在其输出端输出所述第一直流功率，并且第二交流-直流功率变换电路适用于将所述交流功率的第二部分变换为第二直流功率并且在其输出端输出所述第二直流功率；调制电路，其适用于对由第二直流功率变换电路输出的第二直流功率的电压执行调制并且在其输出端输出经调制的电压，其中调制电路的第一输出端与第一交流-直流功率变换电路的第二输出端电气连接；包括感性器件的低通滤波电路，其第一和第二输入端分别与第一交流-直流功率变换电路的第一输出端和所述调制电路的第二输出端电气连接，并且其适用于将直流-交流功率变换电路和调制电路的可控开关器件产生的开关频率谐波基本上滤除并且在其输出端输出所述直流-直流功率变换器的输出功率；交流信号提取电路，其适用于提取所述输出功率电压的交流分量信号；和控制器，其适用于控制所述调制电路以便在所述调制电路的输出端产生其交流分量基本上与所提取的交流分量信号反相的电压。