[发明专利]具有减小输出电压的增压转换器及其操作方法

说明书

本发明一般涉及功率转换，更具体地说，涉及一种具有减小输出电压的三相增压转换器及其操作方法。

稳压直流电源一般满足大多数模拟和数字电子系统的需要。两大类稳压直流电源是线性电源和切换电源。通常，在线性电源中，为了在输入与输出之间提供电气隔离和为了提供在希望电压范围内的输出，一个晶体管(在其有效区域工作)与一个变压器，例如60Hz变压器串联联接。

在切换电源中，从一个电平到另一个电平的直流电压变换一般用直流/直流转换器电路实现，如降压(消压)或升压(增压)电路。固态装置，如晶体管，作为这些切换转换器内的开关(完全接通或完全断开)操作。由于功率装置不需要在其有效区中工作，所以这种模式的操作导致较低的功率消耗。而且，增大这些功率装置的切换速度、较高的电压和电流额定值是提高切换电源普及的因素。

对于要求具有低输入电流总谐波失真(THD)的三相离线整流的用途，最简单的切换功率转换器结构是一种单开关不连续电流模式(DCM)增压转换器。通过以DCM操作增压转换器的三个输入电感器，在每个切换循环的开始处当增压开关接通时，通过输入电感器的电流开始从初始值零以与输入电感器相应相电压成比例的速率斜坡上升。因此，也是相电流的输入电感器电流在当增压开关接通的时段期间，自然与其相应相电压成比例。当增压开关断开时，比输入相间电压峰值高的输出电压将驱动输入电感器的电流，以在下一切换循环开始前减小回零。然而，由于已经存储在每个输入电感器中的能量大小不同，所以每个输入电感器电流的减小速率不与其相应输入相电压成比例。结果，在当增压开关断开的时间段期间的输入电感器电流，也不与导致输入相电流失真的输入电感器的相应相电压成比例。应该注意，输出电压越高，各输入电感器电流的下降速率越快。输入电感器电流下降到零越快，具有减小输入电流失真的相应好处。

研究已经表明，为了达到小于10％的总谐波失真(THD)，要求输出电压大于输入峰值线电压的1.7倍(M＞1.7；其中M=Vout/Vin(rms))。这种对低THD的高输出电压要求通常导致比一般希望的高的输出电压。例如，对于输入电压208Vrms和考虑到输入电压波动的存在，要求输出电压约为650伏以实现低于10％的THD。该650伏的输出电压比通常希望的440伏输出高得多。对于440Vrms的输入电压，要求的输出电压因而必须高达1300伏(远高于常规800伏的输出)以达到低于10％的THD。

因而，现有技术需要的是一种克服上述限制的改进功率转换器。更具体地说，现有技术需要的是一种具有低输出输入电压比值的功率转换器，该功率转换器具有高输出输入电压比值(M＞1.7)的功率转换器的固有低THD特征。

为了克服先有技术的上述缺陷，本发明提供有与带有一个三相整流器；一个跨过整流器联接的增压开关；和一个增压二极管的一种增压转换器一起使用的一种电路及其方法，该增压二极管可以以不连续模式工作，联接在整流器与增压转换器的一个输出之间，该电路及其方法用来提供来自增压转换器的减小输出电压。在一个实施例中，该电路包括一个自耦变压器，该变压器跨过输出联接、具有用来提供减小的输出电压的中间抽头。

本发明因此引入采用自耦变压器的广义概念以减小增压转换器的输出电压。本发明公开了一种新颖的电路，该电路具有在具有高M，例如M＞1.7的增压转换器中固有的低THD的优点。本发明在增压转换器的输出级处引入一种电路，该电路提供处于希望较低值的输出电压，同时仍享有由增压操作提供的低THD。

在本发明的一个实施例中，该电路进一步包括一个输出电容器，该电容器联接到中间抽头上、减弱在减小的输出电压中的直流分量。熟悉本领域的技术人员通晓输出电容器及其在增压转换器中提供直流输出方面的功能。

在本发明的一个实施例中，中间抽头是自耦变压器的中心抽头。另外，中间抽头可以不“分开”自耦变压器的绕组。

在本发明的一个实施例中，该电路进一步包括一个缓冲器电路，后者联接到增压开关上、箝位其中出现的电压超调。在一个更具体的实施例中，缓冲器电路是一个无源缓冲器电路。另外，缓冲器电路也可以是一个有源缓冲器电路。然而，本发明不要求缓冲器电路。

在本发明的一个实施例中，自耦变压器包括具有相等匝数的绕组。另外绕组可以在匝数上不同。本发明不限于具体的匝数比。

在本发明的一个实施例中，该电路进一步包括一个与跨过输出的自耦变压器串联联接的二极管。二极管整流通过自耦变压器的功率。另外，如果在特殊用途中希望的话，一个有效开关能实现该功能。