[发明专利]采用改进的下垂控制的DC转换器和使用方法

说明书

一种可变频率谐振转换器（310、320；400）包含逆变器级（402）、谐振电路（404）、变压器（406）、整流器级（408）和控制器（250）。逆变器和整流器级包含第一和第二FET装置（410、412、420、422）。逆变器将DC输入信号转换成第一AC信号。谐振电路耦合到逆变器级，并且过滤第一AC信号。变压器耦合到谐振电路，并且将第一AC信号转换成第二AC信号。整流器级耦合到变压器，并且将第二AC信号转换成DC输出信号。控制器配置成基本上在至少部分由谐振电路定义的谐振频率操作第一和第二FET装置两者以来根据电压设定点生成DC输出信号。

背景技术

本公开的领域一般涉及直流（DC）转换器，并且更具体地说，涉及DC转换器的改进的下垂控制和使用方法。

许多已知电功率应用利用并联功率源或冗余功率源来共享电气负载。并联功率源通过在负载和功率源被连接和断开连接时动态控制功率输出来改进对于整个电功率系统的可靠性。此类应用通常需求来自电源的特定范围的输出电压，并且正确地共享电气负载，并联功率源的输出电压应是平衡的。例如，在其中相等地共享电气负载的应用中，每个并联功率源应具有基本上相等的输出电压。相反，不等的输出电压导致电气负载的不等共享。

许多已知电功率应用还利用DC转换器将交流（AC）功率转换成DC，以将DC电压逐步增加或者将DC电压逐步减低到用于DC母线或DC负载的适当范围。此类DC转换器包含DC-DC和AC-DC转换器。在一些电功率应用中，DC转换器接收需求由DC转换器执行的某个电压调节的可变输入电压。一个这样已知的DC转换器是可变频率谐振转换器，有时称为LLC转换器（因其的电感器-电感器-电容器功率电路的使用而如此命名）。在可变频率谐振转换器中，通过调整在转换器内半导体装置的切换频率，控制转换器的输出电压。

通常，并联可变频率谐振转换器的特征在于下垂（droop），其包含频率下垂分量和电压下垂分量。给定转换器的下垂特性在切换频率变化时管控其有功和无功功率输出。谐振频率转换器的特征在于转换器实现峰值效率所处的谐振频率。用于并联可变频率谐振转换器的常见控制方案是下垂控制。在电气负载更改时，需求的功率也更改。在下垂控制方案中，基于功率输出来调整切换频率以保持输出电压设定点。因此，可变频率谐振转换器的效率相应地变化。

发明内容

在一个方面中，提供了一种可变频率谐振转换器。直流（DC）到DC转换器包含逆变器级、谐振电路、变压器、整流器级和控制器。逆变器和整流器级包含第一和第二FET装置。逆变器将DC输入信号转换成第一AC信号。谐振电路耦合到逆变器级，并且过滤第一AC信号。变压器耦合到谐振电路，并且将第一AC信号转换成第二AC信号。整流器级耦合到变压器，并且将第二AC信号转换成DC输出信号。控制器配置成基本上在至少部分由谐振电路定义的谐振频率操作第一和第二FET装置两者以根据电压设定点生成DC输出信号。

在另一方面中，提供了一种电功率系统。DC到DC转换器系统包含DC母线、第一DC转换器和第二DC转换器。DC母线配置成耦合到电气负载。第一DC转换器定义第一下垂特性和第一谐振频率。第一DC转换器耦合到DC母线，并且配置成根据第一可变电压设定点基本上在第一谐振频率操作以在DC母线上生成DC输出电压。第二DC转换器定义第二下垂特性和第二谐振频率。第二DC转换器耦合到DC母线，并且配置成根据第二可变电压设定点基本上在第二谐振频率操作以在DC母线上生成DC输出电压。第二DC转换器还配置成与第一DC转换器一起共享电气负载。

在又一个方面中，提供了一种控制DC到DC转换器的方法。方法包含测量DC到DC转换器的输出电流。方法还包含生成作为DC到DC转换器的输入电压、输出电流和对于DC到DC转换器的电压设定点的函数的参考电压。方法还包含计算电压设定点，使得参考电压基本上是恒定的。方法还包含计算参考电压以便与DC到DC转换器的谐振频率相对应。方法还包含根据参考电压基本上在谐振频率操作DC到DC转换器以生成DC输出电压。

本发明提供一组技术方案，如下所述。

1. 一种可变频率谐振转换器，包括：