功率變換電路和功率變換系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種功率變換電路和功率變換系統(tǒng)。該功率變換電路包括：多路功率橋臂，至少一個第一開關，耦合電感和控制器。至少一個第一開關，分別連接在多路功率橋臂中的至少一路功率橋臂與耦合電感包括的多個繞組中的至少一個繞組之間；控制器，在功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制至少一個第一開關斷開。在本發(fā)明實施例中，在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，可以通過控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流不會流過與該功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率。
【專利說明】功率變換電路和功率變換系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術領域】，尤其是涉及一種功率變換電路和功率變換系統(tǒng)?！颈尘凹夹g】
[0002]目前，采用交錯關聯(lián)技術的多電平逆變器得到廣泛應用。這種多電平逆變器包括并聯(lián)的多個功率橋臂，多個功率橋臂通過耦合電感中的多個繞組或線圈耦合，并且以交錯方式運行。采用交錯并聯(lián)技術，既可以提高多電平逆變器的功率等級，又可以減小輸入、輸出電流波紋，還可以減小電路中磁性元件的體積。
[0003]然而，在輕載情況下，多個功率橋臂同時工作帶來的開關損耗極大的影響了整機效率的提升。盡管在輕載情況下，可以通過控制部分功率橋臂停止工作來提升整機效率，但是耦合電感感應出的電流還會流過與停止工作的功率橋臂并聯(lián)的二極管，這將會帶來額外的功率損耗，從而不利于整機效率的進一步提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例提供一種功率變換電路和功率變換系統(tǒng)，能夠減少耦合電感感應出的電流帶來的功率損耗。
[0005]第一方面，提出一種功率變換電路，包括:多路功率橋臂，通過功率變換電路的第一端子與直流電連接；耦合電感，包括多個繞組，通過功率變換電路的第二端子與交流電連接；至少一個第一開關，分別連接在多路功率橋臂中的至少一路功率橋臂與多個繞組中的至少一個繞組之間；控制器，在功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制至少一個第一開關斷開。
[0006]結合第一方面，在第一種可能的實現(xiàn)方式下，控制器還控制多路功率橋臂交錯工作，并且在功率變換電路的輸出功率小于所述第一閾值時，控制至少一路功率橋臂停止工作。
[0007]結合第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式下，控制器還在功率變換電路的輸出功率大于第二閾值時，控制至少一個第一開關閉合，并且控制至少一路功率橋臂工作。
[0008]結合第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能的實現(xiàn)方式下，控制器在功率變換電路的輸出功率在第一閾值與第二閾值之間時，控制至少一個第一開關中的部分第一開關斷開，并且控制與部分第一開關連接的功率橋臂停止工作。
[0009]結合第一方面或第一方面的第一種至第三種可能的實現(xiàn)方式中的任一種可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式下，耦合電感還包括:至少一個電壓箝位器件，至少一個電壓箝位器件分別跨接在至少一個繞組的兩端，用于對至少一個繞組兩端進行過壓保護。
[0010]結合第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式，在第五種可能的實現(xiàn)方式下，至少一個電壓箝位器件包括壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器和穩(wěn)壓二極管中的一種，或壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器和穩(wěn)壓二極管的任意組合。
[0011]結合第一方面或上述任何一種可能的實現(xiàn)方式，在第六種可能的實現(xiàn)方式下，功率變換電路還包括:第二開關，連接在耦合電感與第二端子之間，用于在控制器的控制下將功率變換電路連接到電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開。
[0012]結合第一方面或上述任何一種可能的實現(xiàn)方式，在第七種可能的實現(xiàn)方式下，至少一個第一開關為接觸器、繼電器、金屬氧化層半導體場效應晶體管(Metal OxideSemiconductor, MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)、集成門極換流晶閘管(IntegratedGate Commutated Thyristor, IGCT)和可控娃整流器(Silicon Controlled Rectifier, SCR)之一,或者至少一個第一開關為接觸器、繼電器、MOSFET、IGBT、IGCT 和 SCR 的任意組合。
[0013]結合第一方面或上述任何一種可能的實現(xiàn)方式，在第八種可能的實現(xiàn)方式下，第一端子為功率變換電路輸入端和輸出端之一，第二端子為功率變換電路的輸入端和輸出端中的另一個。
[0014]結合第一方面或上述任何一種可能的實現(xiàn)方式，在第九種可能的實現(xiàn)方式下，功率變換電路還包括:濾波電路，濾波電路連接在耦合電感與第二端子之間，用于對交流電進行濾波。
[0015]第二方面，提供了一種三相功率變換器，包括:三相功率變換電路，用于在三相交流電與直流電之間進行功率變換，其中每相功率變換電路包括如第一方面或第一方面的第一種至第八種可能的實現(xiàn)方式中任一種可能的實現(xiàn)方式下的功率變換電路。
[0016]結合第二方面，在第一種可能的實現(xiàn)方式下，三相功率變換器還包括:三個電容，分別與三相功率變換電路的耦合電感相連接，用于對三相交流電進行濾波。
[0017]結合第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式下，三相功率變換器還包括:第一中線，用于與電網(wǎng)的中線相連接，其中第一中線連接到三個電容的連接在一起的一端。
[0018]第三方面，提供一種功率變換系統(tǒng)，包括:第一功率變換電路和第二功率變換電路，其中第一功率變換電路為如第一方面的任一種可能的實現(xiàn)方式下的功率變換電路或如第二方面的任何一種可能的實現(xiàn)方式下的功率變換電路，用于將直流電變換成交流電，其中第一功率變換電路的第一端子為第一功率變換電路的輸入端子，第一功率變換電路的第二端子為第一功率變換電路的輸出端子；第二功率變換電路為如第一方面的任一種可能的實現(xiàn)方式下的功率變換電路，用于將交流電變換成直流電，其中，第二功率變換電路的第二端子為第二功率變換電路的輸入端子，第二功率變換電路的第一端子為第二功率變換電路的輸出端子，并且第一功率變換電路的輸出端子與第二功率變換電路的輸入端子相連接，或第二功率變換電路的輸出端子與第一功率變換電路的輸入端子相連接。
[0019]第四方面，提供一種功率變換方法，該包括:控制功率變換電路的多路功率橋臂交錯工作，其中該多路功率橋臂中的至少一路功率橋臂通過至少一個第一開關與該功率變換電路的耦合電感的多個繞組中的至少一個繞組連接；在該功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制該至少一個第一開關斷開。
[0020]結合第四方面，在第一種可能的實現(xiàn)方式下，該方法還包括:在該功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制該至少一路功率橋臂停止工作。[0021]結合第四方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式下，在該功率變換電路的輸出功率大于第二閾值時，控制該至少一個第一開關閉合，并且控制該至少一路功率橋臂工作。
[0022]結合第四方面的第二種可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能的實現(xiàn)方式下，該方法還包括:在該功率變換電路的輸出功率在該第一閾值與該第二閾值之間時，控制該至少一個第一開關中的部分第一開關斷開，并且控制與該部分第一開關連接的功率橋臂停止工作。
[0023]基于上述技術方案，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率變換電路的示意性框圖。
[0026]圖2示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路的示意性框圖。
[0027]圖3示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路的示意性框圖。
[0028]圖4示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路的示意性框圖。
[0029]圖5示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路的示意性框圖。
[0030]圖6示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路的示意性框圖。
[0031]圖7示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路的示意性框圖。
[0032]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的三相功率變換器的示意性框圖。
[0033]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率變換系統(tǒng)的示意性框圖。
[0034]圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的功率變換系統(tǒng)的示意性框圖。
[0035]圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率變換方法的示意流程圖。
【具體實施方式】
[0036]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0037]本發(fā)明的實施例應用于采用交錯并聯(lián)技術的多電平功率變換器，本發(fā)明的實施例對多電平功率變換器的電平等級不作限定，例如，多電平功率變換器可以二電平功率變換器，三電平功率變換器和五電平功率變換器等等。本發(fā)明的實施例對多電平功率變換器的類型也不作限定，例如，多電平功率變換器可以為二極管箝位型多電平功率變換器，也可以是電容箝位型多電平功率變換器等等。
[0038]在輕載情況下，可以通過控制多電平功率變換器的部分功率橋臂停止工作得到多電平效果的同時提升整機的效率，但是由于耦合電感的存在，停止工作的功率橋臂所連接的繞組會感應出電流，且該感應出的電流會流過與停止工作的功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而帶來額外的功率損耗，不利于整機效率的進一步提升。
[0039]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率變換電路100的示意性框圖。
[0040]功率變換電路100包括多路功率橋臂120，至少一個第一開關130，耦合電感140和控制器150。其中，多路功率橋臂120通過功率變換電路100的第一端子110與直流電連接；耦合電感140，包括多個繞組，通過功率變換電路100的第二端子160與交流電連接；至少一個第一開關130，分別連接在N路功率橋臂120中的至少一路功率橋臂與N個繞組中的至少一個繞組之間；控制器150，在功率變換電路100的輸出功率小于第一閾值時，控制至少一個第一開關130斷開。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的實施例，多路功率橋臂120可以包括N路功率橋臂，N是大于或者等于2的整數(shù)，耦合電感140包括的多個繞組也可以是N個繞組，至少一個第一開關130可以包括M個第一開關，其中，M是小于N的整數(shù)。N個繞組通過一個磁芯耦合成耦合電感140，N路功率橋臂中的M路功率橋臂分別通過M個第一開關連接至耦合電感140的N個繞組中的M個繞組，N路功率橋臂中的N-M路功率橋臂分別與耦合電感140的N-M個繞組直接連接。在功率變換電路正常工作(即功率變換電路的負載正常)的情況下，控制器150控制N路功率橋臂120交錯工作，例如，N路功率橋臂120在驅(qū)動信號的開關周期內(nèi)以相位錯開的角度為360/N度的方式進行交錯并聯(lián)工作。另外，在功率變換電路100的輸出功率小于第一閾值時，即功率變換電路的負載為輕載時，控制器150控制M個第一開關130斷開。換句話說，當功率變換電路100的負載為輕載時，控制器150可以控制M個第一開關130斷開。相應地，控制器150還可以控制N路功率橋臂120中分別與M個第一開關130連接的M路功率橋臂停止工作，例如:可以在功率變換電路100的輸出功率小于第一閾值時，控制M路功率橋臂停止工作，也可以在功率變換電路100的輸出功率小于另一閾值時，控制M路功率橋臂停止工作。換句話說，控制第一開關斷開和控制M路功率橋臂停止工作的閾值可以為同一閾值也可以為不同閾值。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率。
[0043]可選地，作為另一實施例，所述控制器還控制所述多路功率橋臂交錯工作，并且在所述功率變換電路的輸出功率小于所述第一閾值時，控制所述至少一路功率橋臂停止工作。
[0044]換句話說，當功率變換電路100的負載為輕載時，控制器150可以控制M個第一開關130斷開，并且可以控制N路功率橋臂120中分別與M個第一開關130連接的M路功率
橋臂停止工作。
[0045]可替代地，作為一另實施例，所述控制器還控制N路功率橋臂交錯工作，并且在功率變換電路的輸出功率小于第三閾值時，控制至少一路功率橋臂停止工作。第三閾值可以大于第一閾值，也可以小于第一閾值，本發(fā)明的實施例對此不作限定。應理解，功率變換電路的輸出功率小于第三閾值時，功率變換電路的負載為輕載。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的實施例，功率變換電路100可以為整流電路或逆變電路。例如，當?shù)谝欢俗?10為輸入端，第二端子160為輸出端時，功率變換電路100為逆變電路。相反，當?shù)诙俗?60為輸入端，第一端子110為輸出端時，功率變換電路100為整流電路。
[0047]根據(jù)本發(fā)明實施例，控制器150還在所述功率變換電路的輸出功率大于第二閾值時，控制至少一個第一開關130閉合，并且控制至少一路功率橋臂120工作。
[0048]例如，當功率變換電路100的輸出功率大于第二閾值時，控制器150可以控制M個第一開關130閉合，并且可以控制N路功率橋臂120中與M個第一開關130連接的M路功率橋臂工作。這里，當功率變換電路100的輸出功率大于第二閾值時，可以認為功率變換電路100是在正常負載的情況下運行。換句話說，當功率變換電路100從在輕載的情況下運行恢復到在正常負載的情況下運行時，控制器150可以控制M個第一開關130閉合，并且可以控制N路功率橋臂120中與M個第一開關130分別連接的M路功率橋臂交錯工作，以便減小額外的功率損耗，提高功率變換電路的效率。
[0049]根據(jù)本發(fā)明實施例，控制器150還在功率變換電路100的輸出功率在第一閾值與第二閾值之間時，控制至少一個第一開關130中的部分第一開關斷開，并且控制與部分第一開關分別連接的功率橋臂停止工作。
[0050]例如，當功率變換電路100的輸出功率在第一閾值與第二閾值之間時，控制器150可以控制M個第一開關130中的K個第一開關斷開，并且可以控制與部分第一開關連接的功率橋臂停止工作。換句話說，當功率變換電路100的負載位于輕載與正常負載之間時，控制器150可以控制M個第一開關130中的部分開關斷開，并且控制與斷開的這部分開關分別連接的功率橋臂停止工作，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率，同時使得功率變換電路的控制更加靈活。
[0051]應理解，根據(jù)本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的至少一個第一開關可以但不限于接觸器、繼電器、MOSFET、IGBT、IGCT或SCR等功率器件或不同功率器件的任意組合形式。
[0052]本發(fā)明的實施例采用上述智能休眠方式來控制功率變換電路的功率橋臂工作，通過在功率橋臂與對應的耦合電感繞組之間添加開關器件，在不同輸出功率的情況下控制開關器件的通斷，以實現(xiàn)不同功率等級下的部分功率模塊的智能休眠功能，從而減少了額外的功率損耗，提高功率變換電路的效率。
[0053]為了方便描述本發(fā)明實施例，以三個功率橋臂為例對本發(fā)明實施例的技術方案進行詳細的說明，但本發(fā)明實施例并不僅限于此。
[0054]圖2示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路200的示意性框圖。圖2所示的功率變換電路200是圖1的實施例的例子。如圖2所示的功率變換電路200包括:三路功率橋臂220，第一開關230，耦合電感240和控制器250。
[0055]其中，功率橋臂1、功率橋臂2和功率橋臂3通過功率變換電路200的第一端子210與直流電連接的；耦合電感240，包括繞制在一個公共磁芯上的三個繞組L1、L2和L3，且繞組L1、L2和L3通過功率變換電路200的第二端子260與交流電連接；第一開關230，包括第一開關Ql和第一開關Q2。第一開關Ql連接在功率橋臂I與繞組LI之間，第一開關Q2連接在功率橋臂2與繞組L2之間，其中，功率橋臂3直接與繞組L3相連接；控制器150，用于控制三路功率橋臂220交錯工作，并且在功率變換電路200的輸出功率小于第一閾值時，控制第一開關230斷開，并且控制三路功率橋臂220中與第一開關230分別連接的功率橋臂停止工作。[0056]具體地，當功率變換電路200的輸出功率小于第一閾值時，控制器250可以控制第一開關Ql和第一開關Q2斷開，并且可以控制三路功率橋臂220中與第一開關Ql相連接的功率橋臂I和與第一開關Q2相連接的功率橋臂2停止工作。
[0057]具體地，當功率變換電路200的輸出功率大于第二閾值時，控制器250可以控制第一開關Ql和第一開關Q2閉合，并且可以控制三路功率橋臂220中與第一開關Ql相連接的功率橋臂I和與第一開關Q2相連接的功率橋臂2工作。
[0058]具體地，當功率變換電路200的輸出功率在第一閾值與第二閾值之間時，控制器250可以控制第一開關Ql和第一開關Q2中的一個第一開關斷開，并且可以控制與斷開的第一開關相連接的功率橋臂停止工作。例如:控制器250可以控制第一開關Q2斷開，并且可以控制與第一開關Q2相連接的功率橋臂2停止工作。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率。
[0060]可選地，作為本發(fā)明的另一實施例，耦合電感還包括:至少一個電壓箝位器件，至少一個電壓箝位器件分別跨接在至少一個繞組的兩端，用于對至少一個繞組兩端進行過壓保護。
[0061]圖3示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路300的示意性框圖。如圖3所示的功率變換電路300，包括:N路功率橋臂320、至少一個第一開關330、耦合電感340和控制器350。功率變換電路300與圖1的功率變換電路100類似，在此適當省略詳細的描述。
[0062]圖3的功率變換電路300的耦合電感340還包括:至少一個電壓箝位器345件分別跨接在至少一個繞組的兩端，用于對至少一個繞組兩端進行過壓保護。
[0063]根據(jù)本發(fā)明實施例，至少一個第一開關330可以包括M個第一開關，其中，M是小于N的整數(shù)。耦合電感340包括的N個繞組中的M個繞組分別通過M個第一開關與N路功率橋臂中的M路功率橋臂連接，其余N-M個繞組分別與N路功率橋臂中的N-M路功率橋臂直接連接。至少一個電壓箝位器件345可以包括M個電壓箝位器件，M個電壓箝位器件分別跨接在M個繞組的兩端，用于對M個繞組兩端進行過壓保護。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率。
[0065]另外，由于第一開關在閉合和斷開時會在稱合電感的繞組中產(chǎn)生較高的電壓，因此，將電壓箝位器件跨接在繞組兩端能夠?qū)@組進行過壓保護，避免繞組因過高的電壓而
[0066]根據(jù)本發(fā)明實施例，至少一個電壓箝位器件345包括壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器和穩(wěn)壓二極管中的一種，或壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器和穩(wěn)壓二極管的任意組合。
[0067]為了方便描述本發(fā)明實施例，以三個功率橋臂為例對本發(fā)明實施例的技術方案進行詳細的說明，但本發(fā)明實施例并不僅限于此。
[0068]圖4示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路400的示意性框圖。圖4所示的功率變換電路400是圖3的實施例的例子。如圖4所示的功率變換電路400包括:三路功率橋臂420、第一開關430、耦合電感440、控制器450和電壓箝位器件445。
[0069]其中，功率橋臂1、功率橋臂2和功率橋臂3通過功率變換電路400的第一端子410與直流電連接的；耦合電感440，包括繞制在一個公共磁芯上的三個繞組L1、L2和L3，且繞組L1、L2和L3通過功率變換電路400的第二端子460與交流電連接；第一開關430，包括第一開關Ql和第一開關Q2。第一開關Ql連接在功率橋臂I與繞組LI之間，第一開關Q2連接在功率橋臂2與繞組L2之間，其中，功率橋臂3直接與繞組L3相連接；控制器450，用于控制三路功率橋臂420交錯工作，并且在功率變換電路400的輸出功率小于第一閾值時，控制第一開關430斷開，并且控制三路功率橋臂420中與第一開關430相連接的功率橋臂停止工作；電壓箝位器件445，包括電壓箝位器件Kl和電壓箝位器件K2。Kl跨接在繞組LI的兩端，K2跨接在繞組L2的兩端，用于對繞組LI和L2的兩端進行過壓保護。
[0070]例如:當功率變換電路400的輸出功率小于第一閾值時，控制器450控制第一開關Ql和第一開關Q2斷開的瞬間，耦合電感440中分別與功率橋臂I和功率橋臂2連接的繞組LI和L2上會產(chǎn)生較高的電壓，此時，需要通過分別跨接在繞組LI和L2的兩端的電壓箝位器件Kl和K2對繞組LI和L2的兩端進行過壓保護，避免繞組LI和L2因電壓過高被燒毀。
[0071]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率。
[0072]另外，由于第一開關在閉合和斷開時會在耦合電感的繞組中產(chǎn)生較高的電壓，因此，將電壓箝位器件跨接在繞組兩端能夠?qū)@組進行過壓保護，避免繞組因過高的電壓而
[0073]可選地，作為本發(fā)明的另一實施例，功率變化電路還包括:第二開關，連接在耦合電感與第二端子之間，用于在控制器的控制下將功率變換電路連接到電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開。
[0074]圖5示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路500的示意性框圖。如圖5所示的功率變換電路500，包括:Ν路功率橋臂520、至少一個第一開關530、耦合電感540和控制器550。功率變換電路500與圖1的功率變換電路100類似，在此適當省略詳細的描述。
[0075]圖5的功率變換電路500還包括:第二開關570，連接在耦合電感540與第二端子560之間，用于在控制器550的控制下將功率變換電路500連接到電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開。
[0076]根據(jù)本發(fā)明實施例，第二開關連接在耦合電感540與第二端子560之間，當控制器550根據(jù)功率變換電路500的輸出功率控制M個第一開關530的閉合或斷開之前，控制器550要控制第二開關實現(xiàn)功率變換電路500連接到電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率。
[0078]根據(jù)本發(fā)明實施例，當功率變換電路500的輸出功率小于第一閾值時，控制器550可以控制第二開關斷開，使得功率變換電路500從電網(wǎng)斷開，再控制M個第一開關530斷開，并且可以控制N路功率橋臂520中與M個第一開關530連接的M路功率橋臂停止工作。[0079]根據(jù)本發(fā)明實施例，當功率變換電路500的輸出功率大于第二閾值時，控制器550可以控制第二開關閉合，使得功率變換電路500連接到電網(wǎng)，再控制M個第一開關530閉合，并且可以控制N路功率橋臂520中與M個第一開關530連接的M路功率橋臂工作。
[0080]具體地，根據(jù)本發(fā)明實施例，當功率變換電路500的輸出功率在第一閾值與第二閾值之間時，控制器550可以控制M個第一開關530中的部分第一開關斷開，并且可以控制與部分第一開關連接的功率橋臂停止工作。
[0081]為了方便描述本發(fā)明實施例，以兩個功率橋臂為例對本發(fā)明實施例的技術方案進行詳細的說明，對于兩個功率橋臂的功率變換電路，其輸出功率的閾值為一個，即:第一閾值等于第二閾值，但本發(fā)明實施例并不僅限于此，也可以設置更多的閾值。
[0082]圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路600的示意性框圖。圖6所示的功率變換電路600是圖5的實施例的例子。功率變換電路600包括:兩路功率橋臂620、第一開關Q1、耦合電感640、控制器650和第二開關670。兩路功率橋臂620為功率橋臂I和2，耦合電感640包括繞制在同一磁芯上的繞組LI和L2。第一開關Ql連接在功率橋臂I與繞組LI之間，功率橋臂2與繞組L2直接連接。
[0083]當所述功率變換電路600的輸出功率小于第一閾值時，控制器650可以控制第二開關670斷開，使得功率變換電路600從電網(wǎng)斷開，再控制第一開關Ql斷開，并且可以控制兩路功率橋臂620中與第一開關Ql連接的功率橋臂I停止工作。
[0084]當所述功率變換電路600的輸出功率大于第一閾值時，控制器650可以控制第二開關670閉合，使得功率變換電路600連接到電網(wǎng)，再控制第一開關Ql閉合，并且可以控制兩路功率橋臂620中與第一開關Ql連接的功率橋臂I工作。
[0085]可選地，根據(jù)本發(fā)明實施例，耦合電感640還可以包括:一個電壓箝位器件(未示出)，一個電壓箝位器件跨接在繞組LI的兩端，用于對繞組LI兩端進行過壓保護。
[0086]可選地，作為本發(fā)明的另一實施例，功率變化電路還包括:濾波電路，濾波電路連接在耦合電感與第二端子之間，用于對交流電進行濾波。
[0087]圖7示出了本發(fā)明的另一實施例的功率變換電路700的示意性框圖。如圖7所示的功率變換電路700，包括:N路功率橋臂720、至少一個第一開關730、耦合電感740和控制器750。功率變換電路700與圖1的功率變換電路100類似，在此適當省略詳細的描述。
[0088]圖7的功率變換電路700還包括:濾波電路780，連接在耦合電感740與第二端子760之間，用于對交流電進行濾波。
[0089]根據(jù)本發(fā)明實施例，濾波電路可以為電容，本發(fā)明的實施例并不限于此，例如，濾波電路780也可以為由電感和電容組成的LC濾波電路或者其它形式的濾波電路。
[0090]應理解，當功率變換電路700為整流器時，濾波電路780與交流電源(未示出)相連接，即濾波電路780接收交流電輸入。
[0091]可選地，根據(jù)本發(fā)明實施例，功率變換電路700可以包括:第二開關(未示出)，該第二開關可以連接在耦合電感740與濾波電路780之間，也可以連接在濾波電路780與第二端子760之間，本發(fā)明實施例并不僅限于此。
[0092]可選地，根據(jù)本發(fā)明實施例，耦合電感740還可以包括:至少一個電壓箝位器件(未示出)，該至少一個電壓箝位器件分別跨接在至少一個繞組的兩端，用于對至少一個繞組兩端進行過壓保護。[0093]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的三相功率變換器800的示意性框圖。三相功率變換器800包括:A相多電平功率變換電路820、B相多電平功率變換電路830和C相多電平功率變換電路840，用于在三相交流電與直流電之間進行功率變換。
[0094]A相多電平功率變換電路820、B相多電平功率變換電路830、C相多電平功率變換電路840中的每相功率變換電路為如圖1至圖6的實施例所述的功率變換電路。
[0095]可選地，作為另一實施例，三相功率變換器800還包括:三個電容，包括A相電容CUB相電容C2和C相電容C3，用于與功率變換電路的耦合電感的漏感結合，對三相交流電進行濾波，三個電容中的每個電容的一端分別與三相功率變換電路中的一相功率變換電路的第二端子相連接，這三個電容中的另一端連接在一起。
[0096]可選地，作為另一實施例，三相功率變換器800還包括第一中線N,用于與電網(wǎng)的中線相連接，其中該第一中線連接到A相電容C1、B相電容C2和C相電容C3中的每個電容的連接在一起的一端。
[0097]應理解，三相功率變換器800可以為三相功率逆變器，分別接收接入的直流電壓810，并經(jīng)過逆變輸出三相交流電壓V_a、V_b和V_c。
[0098]應理解，三相功率變換器800也可以為三相功率整流器，分別用于接收三相交流輸入電壓V_a、V_b和V_c，并經(jīng)過整流輸出直流電壓。
[0099]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流流過不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換器的效率。
[0100]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率變換系統(tǒng)900的示意性框圖。功率變換系統(tǒng)900包括第一功率變換電路和第二功率變換電路，用于實現(xiàn)交流/交流(AC/AC)變換。第一功率變換電路可以為如圖3所述的功率變換電路300，用于將直流電變換成交流電。第二功率變換電路可以為如圖5所述的功率變換電路500，用于將交流電變換成直流電。功率變換電路300的輸入端子與功率變換電路500的輸出端子相連接。換句話說，第二功率變換電路的直流輸出連接到第一功率變換電路直流輸入，從而實現(xiàn)AC/AC變換。
[0101]應理解，在本實施例中，第一功率變換電路和第二功率變換電路可以分別受控制于控制器350和控制器550,也可以受控于同一個控制器950。
[0102]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流流過不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換系統(tǒng)的效率。
[0103]圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的功率變換系統(tǒng)1000的示意性框圖。功率變換系統(tǒng)1000包括第一功率變換電路和第二功率變換電路，用于實現(xiàn)直流/直流(DC/DC)變換。第一功率變換電路可以為如圖3所述的功率變換電路300，用于將直流電變換成交流電。第二功率變換電路可以為如圖5所述的功率變換電路500，用于將交流電變換成直流電。功率變換電路300的輸出端子與功率變換電路500的輸入端子相連接。換句話說，第一功率變換電路的交流輸出連接到第二功率變換電路交流輸入，從而實現(xiàn)DC/DC變換。
[0104]應理解，在本實施例中，第一功率變換電路和第二功率變換電路可以分別受控制于控制器350和控制器550,也可以受控于同一個控制器1050。
[0105]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流流過不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率。
[0106]圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率變換方法1100的示意流程圖。
[0107]圖11所示的功率變換方法1100包括如下內(nèi)容。
[0108]1110，控制功率變換電路的多路功率橋臂交錯工作，其中該多路功率橋臂中的至少一路功率橋臂通過至少一個第一開關與該功率變換電路的耦合電感的多個繞組中的至少一個繞組連接。
[0109]1120,在該功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時,控制該至少一個第一開關斷開。
[0110]根據(jù)本發(fā)明實施例，功率變換方法1100可以由控制器執(zhí)行。在功率變換器正常工作(即功率變換器的負載正常)的情況下，控制器可以控制多路功率橋臂交錯工作，其中該多路功率橋臂中的至少一路功率橋臂通過至少一個第一開關與該功率變換電路的耦合電感的多個繞組中的至少一個繞組連接。在功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，即功率變換電路的負載為輕載時，控制器可以控制該至少一個第一開關斷開。相應地，控制器還可以控制至少一路功率橋臂停止工作，例如:可以在功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制至少一路功率橋臂停止工作，也可以在功率變換電路的輸出功率小于另一閾值時，控制至少一路功率橋臂停止工作。換句話說，控制器控制第一開關斷開和控制至少一路功率橋臂停止工作的閾值可以為同一閾值也可以為不同閾值。停止工作的該至少一路功率橋臂是與斷開的該至少一個開關對應連接的功率橋臂。
[0111]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在功率變換電路的輸出功率小于預設的閾值時，控制設置在功率橋臂與耦合電感的繞組之間的開關斷開，使得耦合電感的繞組感應出的電流流過不會流過與功率橋臂并聯(lián)的二極管，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率。
[0112]可選地，作為本發(fā)明的另一實施例，功率變換方法1100還包括:在功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制至少一路功率橋臂停止工作。
[0113]根據(jù)本發(fā)明實施例，在功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，即功率變換電路的負載為輕載時，控制器可以在控制至少一個第一開關斷開的同時控制控制至少一路功
率橋臂停止工作。
[0114]可替代的，作為另一實施例，控制器在功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制至少一個第一開關斷開，在功率變換電路的輸出功率小于第三閾值時，控制至少一路功率橋臂停止工作。第三閾值可以大于第一閾值，也可以小于第一閾值，本發(fā)明的實施例對此不作限定。應理解，功率變換電路的輸出功率小于第三閾值時，功率變換電路的負載為輕載。
[0115]可選地，作為本發(fā)明的另一實施例，功率變換方法1100還包括:在該功率變換電路的輸出功率大于第二閾值時，控制該至少一個第一開關閉合，并且控制該至少一路功率橋臂交錯工作。[0116]根據(jù)本發(fā)明實施例，當功率變換電路的輸出功率大于第二閾值時，可以認為功率變換器是在正常負載的情況下運行的，控制器可以控制該至少一個第一開關閉合，并且可以控制與該至少一個第一開關分別連接的該至少一路功率橋臂交錯工作，以便減小額外的功率損耗，提高功率變換電路的效率。
[0117]可選地，作為本發(fā)明的另一實施例，功率變換方法1100還包括:在該功率變換電路的輸出功率在該第一閾值與該第二閾值之間時，控制該至少一個第一開關中的部分第一開關斷開，并且控制與該部分第一開關連接的功率橋臂停止工作。
[0118]根據(jù)本發(fā)明實施例，當功率變換電路的輸出功率在該第一閾值與該第二閾值之間時，可以認為功率變換電路的負載位于輕載與正常負載之間，控制器可以控制至少一個第一開關中的一部分開關斷開，并且控制與斷開的這部分開關分別連接的功率橋臂停止工作，從而減小了額外的功率損耗，提高了功率變換電路的效率，同時使得功率變換電路的控制更加靈活。
[0119]盡管通過參考附圖并結合優(yōu)選實施例的方式對本發(fā)明進行了詳細描述，但本發(fā)明并不限于此。在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的前提下，本領域普通技術人員可以對本發(fā)明的實施例進行各種等效的修改或替換，而這些修改或替換都應在本發(fā)明的涵蓋范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種功率變換電路，其特征在于，包括: 多路功率橋臂，通過所述功率變換電路的第一端子與直流電連接； 耦合電感，包括多個繞組，通過所述功率變換電路的第二端子與交流電連接； 至少一個第一開關，分別連接在所述N路功率橋臂中的至少一路功率橋臂與所述多個繞組中的至少一個繞組之間； 控制器，在所述功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制所述至少一個第一開關斷開。
2.根據(jù)權利要求1所述的功率變換電路，其特征在于，所述控制器還控制所述多路功率橋臂交錯工作，并且在所述功率變換電路的輸出功率小于所述第一閾值時，控制所述至少一路功率橋臂停止工作。
3.根據(jù)權利要求2所述的功率變換電路，其特征在于，所述控制器還在所述功率變換電路的輸出功率大于第二閾值時，控制所述至少一個第一開關閉合，并且控制所述至少一路功率橋臂工作。
4.根據(jù)權利要求3所述的功率變換電路，其特征在于，所述控制器還在所述功率變換電路的輸出功率在所述第一閾值與所述第二閾值之間時，控制所述至少一個第一開關中的部分第一開關斷開，并且控制與所述部分第一開關連接的功率橋臂停止工作。
5.根據(jù)權利要求1-4中任 一項所述的功率變換電路，其特征在于，所述耦合電感還包括:至少一個電壓箝位器件，所述至少一個電壓箝位器件分別跨接在所述至少一個繞組的兩端，用于對所述至少一個繞組兩端進行過壓保護。
6.根據(jù)權利要求5所述的功率變換電路，其特征在于，所述至少一個電壓箝位器件包括壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器和穩(wěn)壓二極管中的一種，或所述壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器和穩(wěn)壓二極管的任意組合。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的功率變換電路，其特征在于，還包括:第二開關，連接在所述耦合電感與所述第二端子之間，用于在所述控制器的控制下將所述功率變換電路連接到電網(wǎng)或從所述電網(wǎng)斷開。
8.根據(jù)權利要求1-7中的任一項所述的功率變換電路，其特征在于，所述至少一個第一開關為接觸器、繼電器、金屬氧化層半導體場效應晶體管MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、集成門極換流晶閘管IGCT和可控硅整流器SCR之一，或者所述至少一個第一開關為接觸器、繼電器、MOSFET、IGBT、IGCT和SCR的任意組合。
9.根據(jù)權利要求1-8中的任一項所述的功率變換電路，所述第一端子為所述功率變換電路輸入端和輸出端之一，所述第二端子為所述功率變換電路的輸入端和輸出端中的另一個。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的功率變換電路，其特征在于，還包括:濾波電路，所述濾波電路連接在所述耦合電感與所述第二端子之間，用于對所述交流電進行濾波。
11.一種三相功率變換器，其特征在于，包括: 三相功率變換電路，用于在三相交流電與直流電之間進行功率變換，其中每相功率變換電路包括根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的功率變換電路。
12.根據(jù)權利要求11所述的三相功率變換器，其特征在于，還包括:三個電容，分別與所述三相功率變換電路的耦合電感相連接，用于對所述三相交流電進行濾波。
13.根據(jù)權利要求12所述的三相功率變換器，其特征在于，還包括: 第一中線，用于與電網(wǎng)的中線相連接，其中所述第一中線連接到所述三個電容的連接在一起的一端。
14.一種功率變換系統(tǒng)，其特征在于，包括:第一功率變換電路和第二功率變換電路， 其中所述第一功率變換電路為根據(jù)權利要求1-13中任一項所述的功率變換電路，用于將直流電變換成交流電，其中所述第一功率變換電路的第一端子為第一功率變換電路的輸入端子，所述第一功率變換電路的第二端子為所述第一功率變換電路的輸出端子； 所述第二功率變換電路為根據(jù)權利要求1-13中任一項所述的功率變換電路，用于將交流電變換成直流電，其中，所述第二功率變換電路的第二端子為第二功率變換電路的輸入端子，所述第二功率變換電路的第一端子為第二功率變換電路的輸出端子，并且所述第一功率變換電路的輸出端子與所述第二功率變換電路的輸入端子相連接，或所述第二功率變換電路的輸出端子與所述第一功率變換電路的輸入端子相連接。
15.一種功率變換方法，其特征在于，包括: 控制功率變換電路的多路功率橋臂交錯工作，其中所述多路功率橋臂中的至少一路功率橋臂通過至少一個第一開關與所述功率變換電路的耦合電感的多個繞組中的至少一個繞組連接； 在所述功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制所述至少一個第一開關斷開。
16.根據(jù)權利要求15所述的功率變換方法，其特征在于，還包括: 在所述功率變換電路的輸出功率小于第一閾值時，控制所述至少一路功率橋臂停止工作。
17.根據(jù)權利要求16所述的功率變換方法，其特征在于，還包括: 在所述功率變換電路的輸出功率大于第二閾值時，控制所述至少一個第一開關閉合，并且控制所述至少一路功率橋臂工作。
18.根據(jù)權利要求17所述的功率變換方法，其特征在于，還包括: 在所述功率變換電路的輸出功率在所述第一閾值與所述第二閾值之間時，控制所述至少一個第一開關中的部分第一開關斷開，并且控制與所述部分第一開關連接的功率橋臂停止工作。
【文檔編號】H02M7/48GK104009658SQ201410231197
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】石磊, 胡炎申, 石勇 申請人:華為技術有限公司