[發明專利]采用改進的下垂控制的DC轉換器和使用方法

有效

• 申請號: 201710858999.7
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107863883B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: P.維加延;V.馬哈德瓦伊耶
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/48
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭浩;劉春元

一種可變頻率諧振轉換器（310、320；400）包含逆變器級（402）、諧振電路（404）、變壓器（406）、整流器級（408）和控制器（250）。逆變器和整流器級包含第一和第二FET裝置（410、412、420、422）。逆變器將DC輸入信號轉換成第一AC信號。諧振電路耦合到逆變器級，并且過濾第一AC信號。變壓器耦合到諧振電路，并且將第一AC信號轉換成第二AC信號。整流器級耦合到變壓器，并且將第二AC信號轉換成DC輸出信號。控制器配置成基本上在至少部分由諧振電路定義的諧振頻率操作第一和第二FET裝置兩者以來根據電壓設定點生成DC輸出信號。

背景技術

本公開的領域一般涉及直流（DC）轉換器，并且更具體地說，涉及DC轉換器的改進的下垂控制和使用方法。

許多已知電功率應用利用并聯功率源或冗余功率源來共享電氣負載。并聯功率源通過在負載和功率源被連接和斷開連接時動態控制功率輸出來改進對于整個電功率系統的可靠性。此類應用通常需求來自電源的特定范圍的輸出電壓，并且正確地共享電氣負載，并聯功率源的輸出電壓應是平衡的。例如，在其中相等地共享電氣負載的應用中，每個并聯功率源應具有基本上相等的輸出電壓。相反，不等的輸出電壓導致電氣負載的不等共享。

許多已知電功率應用還利用DC轉換器將交流（AC）功率轉換成DC，以將DC電壓逐步增加或者將DC電壓逐步減低到用于DC母線或DC負載的適當范圍。此類DC轉換器包含DC-DC和AC-DC轉換器。在一些電功率應用中，DC轉換器接收需求由DC轉換器執行的某個電壓調節的可變輸入電壓。一個這樣已知的DC轉換器是可變頻率諧振轉換器，有時稱為LLC轉換器（因其的電感器-電感器-電容器功率電路的使用而如此命名）。在可變頻率諧振轉換器中，通過調整在轉換器內半導體裝置的切換頻率，控制轉換器的輸出電壓。

通常，并聯可變頻率諧振轉換器的特征在于下垂（droop），其包含頻率下垂分量和電壓下垂分量。給定轉換器的下垂特性在切換頻率變化時管控其有功和無功功率輸出。諧振頻率轉換器的特征在于轉換器實現峰值效率所處的諧振頻率。用于并聯可變頻率諧振轉換器的常見控制方案是下垂控制。在電氣負載更改時，需求的功率也更改。在下垂控制方案中，基于功率輸出來調整切換頻率以保持輸出電壓設定點。因此，可變頻率諧振轉換器的效率相應地變化。

發明內容

在一個方面中，提供了一種可變頻率諧振轉換器。直流（DC）到DC轉換器包含逆變器級、諧振電路、變壓器、整流器級和控制器。逆變器和整流器級包含第一和第二FET裝置。逆變器將DC輸入信號轉換成第一AC信號。諧振電路耦合到逆變器級，并且過濾第一AC信號。變壓器耦合到諧振電路，并且將第一AC信號轉換成第二AC信號。整流器級耦合到變壓器，并且將第二AC信號轉換成DC輸出信號。控制器配置成基本上在至少部分由諧振電路定義的諧振頻率操作第一和第二FET裝置兩者以根據電壓設定點生成DC輸出信號。

在另一方面中，提供了一種電功率系統。DC到DC轉換器系統包含DC母線、第一DC轉換器和第二DC轉換器。DC母線配置成耦合到電氣負載。第一DC轉換器定義第一下垂特性和第一諧振頻率。第一DC轉換器耦合到DC母線，并且配置成根據第一可變電壓設定點基本上在第一諧振頻率操作以在DC母線上生成DC輸出電壓。第二DC轉換器定義第二下垂特性和第二諧振頻率。第二DC轉換器耦合到DC母線，并且配置成根據第二可變電壓設定點基本上在第二諧振頻率操作以在DC母線上生成DC輸出電壓。第二DC轉換器還配置成與第一DC轉換器一起共享電氣負載。

在又一個方面中，提供了一種控制DC到DC轉換器的方法。方法包含測量DC到DC轉換器的輸出電流。方法還包含生成作為DC到DC轉換器的輸入電壓、輸出電流和對于DC到DC轉換器的電壓設定點的函數的參考電壓。方法還包含計算電壓設定點，使得參考電壓基本上是恒定的。方法還包含計算參考電壓以便與DC到DC轉換器的諧振頻率相對應。方法還包含根據參考電壓基本上在諧振頻率操作DC到DC轉換器以生成DC輸出電壓。

本發明提供一組技術方案，如下所述。

1. 一種可變頻率諧振轉換器，包括：