用于確定功率轉(zhuǎn)換的橋模式的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實(shí)施方式通常涉及功率轉(zhuǎn)換，尤其涉及動(dòng)態(tài)地確定何時(shí)在諧振轉(zhuǎn)換器中使用全橋模式或半橋模式。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于其他類型的功率轉(zhuǎn)換器，諧振轉(zhuǎn)換器更具優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)可以包括低噪聲、低元件應(yīng)力、低元件數(shù)、和可預(yù)測的以傳導(dǎo)為主的損耗。因此相比于其他類型的轉(zhuǎn)換器，諧振轉(zhuǎn)換器可以較小、較便宜并且更有效。
[0003]在一些諧振轉(zhuǎn)換器中，全H橋?qū)C輸入電壓轉(zhuǎn)換成矩形波電壓，作為諧振積蓄器的輸入。通常，在接近積蓄器的諧振頻率處操作H橋。但是，用于轉(zhuǎn)換器的可利用輸入電壓和/或輸出電壓的要求的變化可能要求H橋操作頻率遠(yuǎn)離諧振頻率，以控制轉(zhuǎn)換器的輸出功率流。當(dāng)操作頻率增加時(shí)，H橋開關(guān)的開關(guān)損耗增大并降低了轉(zhuǎn)換器的效率。
[0004]因此，本領(lǐng)域需要一種有效地控制諧振轉(zhuǎn)換器的輸出功率的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實(shí)施方式通常涉及用于確定輸入橋操作模式的方法和裝置，如通過至少一個(gè)附圖示出和/或描述的，權(quán)利要求中進(jìn)行了更全面的描述。
[0006]本公開的各種優(yōu)點(diǎn)、方面和新穎特征以及其示出的實(shí)施方式的細(xì)節(jié)將通過以下描述和附圖進(jìn)行充分理解。
【附圖說明】
[0007]為了能夠詳細(xì)地理解上述的本發(fā)明的特征，以上總結(jié)的本發(fā)明的更具體的描述將參照實(shí)施方式來進(jìn)行，其中一些在附圖中示出。但是，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不應(yīng)該被認(rèn)為用于限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明也可以具有其他等同的有效實(shí)施方式。
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的諧振轉(zhuǎn)換器的框圖；
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的橋控制器的框圖；
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式用于調(diào)節(jié)諧振功率轉(zhuǎn)換器的輸出功率的方法的流程圖；以及
[0011]圖4是使用本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的諧振轉(zhuǎn)換器的框圖。該圖僅示出種種可能的系統(tǒng)配置的一種變型。本發(fā)明可以用于各種電力產(chǎn)生環(huán)境和系統(tǒng)。
[0013]諧振轉(zhuǎn)換器100是DC-AC轉(zhuǎn)換器，其包括輸入橋102，該輸入橋102與并聯(lián)輸入電容130的兩端連接，并且與電容118、電感116和具有l(wèi):n匝數(shù)比的變壓器106的初級(jí)繞組106p的串聯(lián)組合的兩端連接。在一些實(shí)施方式中，并聯(lián)輸入電容130的至少一部分電容量可能是因?yàn)閬碜灾C振轉(zhuǎn)換器100內(nèi)的開關(guān)裝置的寄生電容。
[0014]輸入橋102是全H-橋，包括開關(guān)120-1、120-2、122-1和122-2(例如N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或M0SFET)，這些開關(guān)設(shè)置成使得開關(guān)120-1/120-2和開關(guān)122-1/122-2分別形成H-橋的第一和第二對(duì)角線。每個(gè)開關(guān)120-1、120-2、122-1和122-2的柵極端和源極端被耦合到可操作地控制開關(guān)的橋控制器114。在其他實(shí)施方式中，開關(guān)120-1、120-2、122-1和122-2可以是任何其他合適的電子開關(guān)，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、雙極結(jié)晶體管(BJT)、p型M0SFET、柵極可關(guān)斷晶閘管(GTO)等。
[0015]橋102的第一輸出端耦合在開關(guān)120-1和122_2之間，也耦合到電容118的第一端。電容118的第二端耦合到電感116的第一端，電感116的第二端耦合到初級(jí)繞組106P的第一端。電感116和電容118形成串聯(lián)諧振電路104 (也被稱為“積蓄器104”)，在一些實(shí)施方式中，串聯(lián)諧振電路104具有等于或接近100千赫茲(kHz)的諧振頻率；例如，電感116可以是5微亨(uH)電感，電容118可以是500毫微法拉(nF)電容。在其他實(shí)施方式中，諧振電路104可以具有不同的諧振頻率。在一些可替代實(shí)施方式中，電感116可以表示變壓器106的漏電感，而不是分離電感，從而減少諧振轉(zhuǎn)換器100的總體元件數(shù)。在其他可替代實(shí)施方式中，其他類型的諧振電路(例如串聯(lián)LC、并聯(lián)LC、串并聯(lián)LLC、串并聯(lián)LCC、串并聯(lián)LLCC等)可以被用在諧振轉(zhuǎn)換器100內(nèi)。
[0016]初級(jí)繞組106P的第二端在開關(guān)122-1和120-2之間耦合至輸入橋102的第二輸出端。另外，輸入電壓采樣器124耦合至輸入橋102的兩個(gè)輸入端，以及耦合至橋控制器114。
[0017]輸入橋102通常操作于100千赫茲(kHz)的切換頻率，即諧振電路104的諧振頻率，并且能夠基于供給至橋的DC電壓源在例如60到600伏范圍內(nèi)進(jìn)行切換。在其他實(shí)施方式中，橋102可以操作在不同的切換頻率，例如200kHz的切換頻率。
[0018]在變壓器106的次級(jí)側(cè)上，并聯(lián)輸出電容132和輸出橋150都耦合在變壓器106的次級(jí)繞組106s的兩端。輸出橋150配置為半橋并且包括開關(guān)152-1、152-2、154-1和154-2，但是在其他實(shí)施方式中輸出橋150可以是全橋。開關(guān)152-1和154-1的漏極端耦合至電容132的第一端。各開關(guān)對(duì)152-1/152-2和154-1/154-2的源極端耦合在一起(即開關(guān)152-1/152-2的源極端耦合在一起，開關(guān)154-1/154-2的源極端耦合在一起)。開關(guān)152-2和154-2的漏極端分別耦合至第一和第二輸出端子LI和L2，電容156和158的串聯(lián)組合耦合在兩個(gè)輸出端LI和L2。開關(guān)對(duì)154-1/154-2形成第一四象限開關(guān)(即全雙向開關(guān))，開關(guān)對(duì)152-1/152-2形成第二四象限開關(guān)。在一些實(shí)施方式中，開關(guān)152-1、152-2、154-1和154-2可以是η型MOSFET開關(guān)；在其他實(shí)施方式中，其他合適開關(guān)和/或開關(guān)布置也可用于第一、第二和第三四象限開關(guān)。在一些可替代實(shí)施方式中，輸出橋150可以由整流電路替代，并且諧振轉(zhuǎn)換器100產(chǎn)生DC輸出。
[0019]各開關(guān)152-1、152-2、154-1和154-2的柵極端和源極端耦合至操作開關(guān)的控制器114，輸出電壓采樣器126耦合在兩個(gè)輸出端LI和L2以測量生成電壓Vout。輸出端LI和L2可以耦合至AC線，例如AC商業(yè)電網(wǎng)，以將單相AC電壓耦合到AC線。通過并聯(lián)輸入電容130和并聯(lián)輸出電容132的設(shè)計(jì)選擇，諧振轉(zhuǎn)換器100可以設(shè)計(jì)為使它以橋102的切換頻率中的較小變化在寬范圍的功率上進(jìn)行調(diào)制。在一個(gè)或多個(gè)可替代的實(shí)施方式中，輸出橋150包括其他開關(guān)以便可以產(chǎn)生兩相或三相AC功率。
[0020]在一些實(shí)施方式中，電容118可以約為400 _微法拉(nF)，電感116可以約為4微亨(μ H)，并聯(lián)輸入電容130可以約為10nF，并聯(lián)輸出電容132可以約為l_5nF，以及變壓器106可以具有1:6的匝數(shù)比；這些實(shí)施方式可以具有150千赫茲(kHz)-300kHz的頻率范圍。通常諧振電路104的串聯(lián)電容可以約為400nF。
[0021]在操作期間，輸入橋102接收來自DC電壓源的輸入電壓Vin，DC電壓源例如是一個(gè)或多個(gè)可再生能源(例如光伏(PV)模塊、風(fēng)電場、水力發(fā)電系統(tǒng)等)、電池或任何合適的DC功率源。在全橋模式中，橋控制器114在約10kHz的頻率處操作輸入橋102(即交替地180°異相激勵(lì)/去激勵(lì)橋?qū)蔷€)，以產(chǎn)生為雙極方波的橋輸出電壓Vbr。橋輸出電壓Vbr通過諧振電路104和初級(jí)繞組106P產(chǎn)生電流Ir，從而在次級(jí)繞組106s中感應(yīng)出交流電。變壓器106可以是升壓變壓器，用于增大從初級(jí)繞組到次級(jí)繞組的電壓(例如，對(duì)于PV模塊產(chǎn)生的DC輸入，變壓器106通常將是升壓變壓器)，或者可替代地為降壓變壓器以減小該電壓。變壓器的類型基于功率轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用；例如對(duì)于可再生應(yīng)用(其中，由一個(gè)光伏(PV)模塊產(chǎn)生DC輸入并且輸出是AC干線(電網(wǎng))類型的電壓)，典型的匝數(shù)比將是1:6。
[0022]可替代地，轉(zhuǎn)換器100還可以操作于半橋模式。當(dāng)操作于半橋模式時(shí)，例如通過去激勵(lì)開關(guān)122-1(即開關(guān)122-1設(shè)成打開導(dǎo)電狀態(tài)以使開關(guān)122-1是“切斷的”、激勵(lì)開關(guān)120-2(即開關(guān)120-2設(shè)成關(guān)閉導(dǎo)電狀態(tài)以使開關(guān)120-2是“接通的”)，并且根據(jù)電流切換頻率交替地操作開關(guān)120-1和122-2 ;可替代地，輸入橋102內(nèi)的開關(guān)的其他組合也可以合適地激勵(lì)/去激勵(lì)以完成半H橋操作。
[0023]次級(jí)繞組106s在約10kHz (即輸入橋頻率)處產(chǎn)生大致正弦電流波形1，然后流入輸出橋150以產(chǎn)生輸出電壓Vout。電流波形1的幅度以及由此的由諧振轉(zhuǎn)換器100產(chǎn)生的輸出功率由橋102的切換頻率確定，并且可以通過合適地調(diào)整輸入橋102的切換頻率來被增加或減小；即，當(dāng)信號(hào)頻率遠(yuǎn)離諧振電路104的諧振頻率時(shí)，傳遞至輸出端(Vout)的電流(和功率)進(jìn)行變化。
[0024]橋控制器114操作輸入橋開關(guān)(即開關(guān)120-1、120-2、122-1和122-2)和輸出橋開關(guān)(即開關(guān)152-1、152-2、154-1和154-2)，以便由諧振轉(zhuǎn)換器100產(chǎn)生期望的輸出功率。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)諧振轉(zhuǎn)換器100接收來自PV模塊的輸入功率的情況下，橋控制器114可以操作開關(guān)，以使PV模塊在最高功率點(diǎn)(MPP)處被偏移。
[0025]輸入電壓米樣器124對(duì)輸入電壓Vin進(jìn)行米樣并且產(chǎn)生表不米樣后的輸入電壓(〃輸入電壓米樣〃)的值，同時(shí)輸出電壓米樣器126對(duì)輸出電壓Vout進(jìn)行米樣并且產(chǎn)生表不米樣后的輸出電壓(“輸出電壓米樣”)的值。在一些實(shí)施方式中，輸入電壓米樣器124和輸出電壓米樣器126可以分別在IkHz和50kHz的速率下執(zhí)行米樣。在一些實(shí)施方式中，輸入電壓米樣器124和輸出電壓米樣器126均包括用于產(chǎn)生數(shù)字格式的樣