[发明专利]无桥单相PFC多电平推挽式电源转换器

说明书

电源转换装置采用多电平技术和宽带隙半导体开关器件，以在具有高功率密度的转换器系统中实现高效率。所述装置可以配置为能够作为逆变器和整流器操作的双向转换系统，所述逆变器用于接收DC电源并产生AC电源，所述整流器用于接收AC电源并产生DC电源。所述装置特别适用于电动汽车(electric vehicle，EV)应用。

技术领域

所公开实施例的各方面大体涉及电力电子器件，更具体地，涉及开关模式电源转换器。

背景技术

电源转换器的当前趋势是朝着高效率和高功率密度方向发展，交流(alternatingcurrent，AC)到直流(direct current，DC)转换器和DC到AC转换器都是如此。此类电源转换器的许多现有问题可以使用新型宽带隙开关器件来解决。可以通过增加半导体器件的数量、改进磁组件以及降低开关频率来实现高效率。然而，这些方法会带来其它问题，例如降低转换器的功率密度。

为提高电源转换器的开关频率，可以使用无桥推挽式拓扑。然而，不断增加的电源转换电平对能够处理这些拓扑所需的较高电流速率的半导体器件的可用性构成限制。在转换器中并联开关器件可以降低所需的电流速率，但可能会导致电流不平衡。这些方法也几乎不能增加功率密度或减小转换器的尺寸和重量。

多电平转换器技术采用串联开关单元可提供更多电压电平，因此能够实现低电流纹波并减少滤波元件，但代价是增加半导体开关的数量和电流能力。传统的推挽式转换器拓扑仅包括单个高频开关单元来产生三个电压电平，这几乎不能减少电流纹波或降低施加到各种转换器组件的电压。

因此，需要经过改进的电源转换装置，该电源转换装置具有高效率、高功率密度和低电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)。因此，需要提供一种至少部分解决上述问题的电源转换器装置。

发明内容

所公开实施例的各方面涉及适用于高功率、高效率和高功率密度应用的电源转换器拓扑。所公开实施例的目的是提供一种电源转换器拓扑，所述电源转换器拓扑为AC-DC和DC-AC操作模式提供较低的输入电流总谐波失真(total harmonic distortion，THD)和较高的功率因数(power factor，PF)。此目的和其它目的通过独立权利要求的主旨来实现。附属权利要求中可以找到进一步有利的修改。

根据第一方面，通过一种装置来实现上述和其它目的和优势。在一个实施例中，所述装置包括多个高频开关单元。第一高频开关单元与至少一个其它高频开关单元并联。所述装置包括多个电感器，其中，所述多个电感器中的至少一个电感器磁耦合到所述多个电感器中的至少一个其它电感器。所述多个电感器用于将输入侧上的公共连接点与连接到所述第一高频开关单元的中点的至少一个第一连接点以及连接到所述至少一个其它高频开关单元的中点的至少一个第二连接点电感耦合。所述装置还包括升压电感器。所述升压电感器的第一端耦合到第一AC电压。所述升压电感器的第二端耦合到所述多个电感器的所述输入侧上的所述公共连接点。所述装置还包括与所述多个高频开关单元并联的低频开关单元。所述低频开关单元的中点耦合到第二AC电压。所公开实施例所述的电源转换器或转换装置提供具有更高效率和功率密度的电源转换。

在根据第一方面所述的装置的一种可能的实现方式中，所述第一高频开关单元包括连接在第一DC电压和所述第一高频开关单元的所述中点之间的第一高频开关器件，以及连接在所述第一高频开关单元的所述中点和第二DC电压之间的第二高频开关器件。所述推挽式开关装置允许输出功率的脉宽调制(pulse-width modulation，PWM)控制。

在所述装置的一种可能的实现方式中，所述至少一个其它高频开关单元包括耦合在所述第一DC电压和所述至少一个其它高频开关单元的所述中点之间的第一高频开关器件，以及连接在所述至少一个其它高频开关单元的所述中点和所述第二DC电压之间的第二高频开关器件。在转换器装置的所有高频开关单元中使用相同的开关单元配置可以促进均流并简化控制器结构。