[发明专利]通用功率转换器

说明书

公开了一种用于伴热应用的功率转换器。该功率转换器包括被配置为控制输入切换级的控制器。该功率转换器还包括输出滤波器，输出滤波器电耦合到输入切换级。进一步的，功率转换器包括无源冷却元件，无源冷却元件耦合到功率转换器。控制器被配置为选择峰值电压，以及基于至少峰值电压和功率转换器输入电压之一来设置功率转换器输出电压。无源冷却元件被配置为降低功率转换器的温度以及避免以移动配件冷却的需求，从而使系统除了非危险区域之外，还对危险区域可行。输入切换级包括多个晶体管。功率转换器输出电压和功率转换器输入电压两者均为交流电。

相关申请的交叉引用

这个申请是非临时性申请，并且要求于2017年5月18日提交的标题为“UniversalPower Converter”的美国临时专利申请序列No.62/508,282的权益，并且通过引用将其完整地并入本文。

背景技术

AC-AC功率转换器允许在各种应用中的灵活的输出功率控制。传统地，用于许多AC负载的功率控制是由占空比切换算法执行的，该占空比切换算法实质上跨越整个线周期(line cycle)，因此在没有改变峰值输出电压的情况下调节了输出功率。当前，存在用于kW范围中的AC-AC转换器的解决方案。然而，这些解决方案依赖于输入切换级、储能电路(tankstorage)(诸如在谐振转换器中)以及输出切换级(或逆变器)，以及一些解决方案依赖于DC链路。在“危险”区域中实施这解决方案变得昂贵且困难。既在kW范围中操作又是商业上可负担的所有现有的解决方案依赖于内部冷却风扇的使用，而这样的冷却风扇被禁止用于在危险区域中的功率转换器中。具体地，工业伴热(heat tracing)市场不允许在许多关键应用中的功率转换器中的冷却风扇。因此，将用于具有达到峰值电压的AC-AC转换器的当前解决方案扩展到伴热应用和危险区域应用变得非常昂贵。

现有的功率转换器是昂贵的，并且许多不满足在危险区域中的使用的要求，并且具体是在工业伴热应用中的使用的要求。因此，需要一种用于在危险区域中的使用的改善的功率转换器。

发明内容

经由现在所公开的被配置用于危险区域或非危险区域中的使用的通用功率转换器来满足前述需求。该发明的实施例提供了一种AC-AC功率转换器，该AC-AC功率转换器产生在千瓦范围中的AC功率以及控制峰值输出电压，同时维持许多AC负载所要求的基本上正弦的波形。

在一个实施例中，公开了一种用于伴热应用的功率转换器。该功率转换器包括被配置为控制输入切换级的控制器。功率转换器还包括输出滤波器，该输出滤波器电耦合到输入切换级。进一步的，功率转换器包括无源冷却元件(passive cooling element)，该无源冷却元件耦合到功率转换器。控制器被配置为选择峰值电压，以及基于至少峰值电压和功率转换器输入电压之一来设置功率转换器输出电压。无源冷却元件被配置为降低功率转换器的温度。输入切换级包括诸如MOSFET、IGBT或其它晶体管的多个固态开关。功率转换器输出电压和功率转换器输入电压包括交流电(AC)。

无源冷却元件可以是散热器，使得功率转换器不被具有移动配件的冷却系统冷却，从而使得功率转换器能够在危险区域中操作。输出滤波器可以包括电阻器、电容器和电感器中的至少一个；电感器可以被配置为优化功率转换器的效率。功率转换器还可以被配置为：与多个自调节加热器一起使用，该多个自调节加热器中的每个自调节加热器被配置用于不同的额定功率；和/或与各自具有不同的线缆输入电压的多条矿物绝缘的加热线缆一起使用，该控制器基于功率转换器输入电压来控制输入切换级，以产生，作为功率转换器输出电压，任意的不同的线缆输入电压。

在另一个实施例中，公开了一种AC-AC功率转换器。该AC-AC功率转换器包括控制器，该控制器被配置为控制输入切换级。另外地，AC-AC功率转换器包括输出滤波器，该输出滤波器电耦合到输入切换级。进一步的，AC-AC功率转换器包括散热器，该散热器耦合到AC-AC功率转换器。控制器被配置为设置AC-AC功率转换器的峰值输出电压。散热器被配置为冷却AC-AC功率转换器。输入切换级可以包括全桥输入切换级，以及输出滤波器可以包括多个无源电气部件。