[發明專利]用于熱力系統的隔離型功率變換器

在審

• 申請號: 202180032910.6
• 申請日: 2021-05-04
• 公開（公告）號: CN115552782A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 基思·內斯;杰弗里·羅澤克;斯坦頓·H·布萊特洛;詹姆斯·亨特斯;約翰·勒姆克;威廉·波林格;馬修·揚德
• 申請（專利權）人: 沃特洛電氣制造公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H05B1/02;H05B3/00;H02M1/00
• 代理公司: 北京匯思誠業知識產權代理有限公司 11444
• 代理人: 王愛民;王剛

本發明涉及一種功率變換器系統，其向加熱器提供可調功率，并且包括輸入整流器和全橋隔離變換器。輸入整流器配置成對具有線路能量的線路電源進行整流。全橋隔離變換器配置成基于整流后的線路電源生成隔離輸出電壓。隔離輸出電壓與線路能量電隔離。

相關申請的交叉引用

本申請要求2020年5月6日提交的美國申請第16/868,230號的權益和優先權。上述申請的公開內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及一種用于熱力系統的功率裝置。

背景技術

本節中的內容僅提供與本發明相關的背景信息，且不構成現有技術。

可操作以在一定的溫度范圍內加熱負載的電加熱器通常由功率控制裝置供電，該功率控制裝置向加熱器提供可調功率。一些功率控制裝置采用相角控制(即，相位觸發控制)通過在預定相位下調制功率開關(例如，半導體閘流管或三端雙向可控硅開關)來限制來自電源的功率。在另一個實例中，功率控制裝置可以是將交流(AC)電力轉換成DC(直流)電力的可變直流(DC)電源。盡管提供了具體的實例，但是還可以采用其他功率控制裝置。

上述功率控制裝置具有較差的諧波和更低的功率因數，這需要額外的部件來補償功率因數。此外，對于相角控制，當功率設定點高于50％時，會難以限制加熱器的電壓。并且，可變DC電源需要大量的電子部件(例如，大容量電容器、電磁干擾(EMI)濾波器、高頻變壓器、復式整流器和/或DC/DC變換器)，所有這些電子部件都增加了裝置的復雜性和尺寸。

本發明解決了與向加熱器提供可調且可控的功率相關的這些問題和其他問題。

發明內容

本節提供了本發明的概述，并且不是其全部范圍或所有特征的全面公開。

本發明涉及一種用于向加熱器提供可調功率的功率變換器系統。該功率變換器系統包括：輸入整流器，配置成對具有線路能量的線路電源進行整流；以及全橋隔離變換器，配置成基于整流后的線路電源生成隔離輸出電壓。隔離輸出電壓與線路能量電隔離。

在一個方式中，全橋隔離變換器還包括：全橋整流器；變壓器，電耦合到全橋整流器，其中該變壓器配置成生成隔離全波電壓；以及輸出整流器，配置成對隔離全波電壓進行整流，以生成隔離輸出電壓。

在另一個方式的變型中，全橋整流器包括第一對電子開關和第二對電子開關，以利用整流后的線路電源來驅動變壓器。在另一種變型中，該功率變換器系統包括功率控制器，該功率控制器配置成操作全橋整流器來生成隔離輸出電壓。

在另一個方式中，功率控制器配置成執行變頻控制，以生成小于或等于限壓功率設定點的輸出電壓來作為隔離輸出電壓。

在又一個方式中，該功率變換器系統還包括電橋傳感器，該電橋傳感器配置成檢測通過變壓器的初級繞組的電流，以檢測磁通行走(flux walk)。

在一個方式中，該功率變換器系統包括濾波器，該濾波器配置成對隔離輸出電壓進行濾波，以輸出所需的輸出電壓。

在另一個方式中，輸入整流器配置成接收單相交流電(AC)或直流電(DC)中的一者作為線路電源。

在一個方式中，本發明涉及一種控制系統，該控制系統包括本文所述的功率變換器系統和主系統控制器，該主系統控制器配置成確定所需的輸出電壓并且控制功率變換器系統生成所需的輸出電壓。

在一個方式中，本發明涉及一種轉換功率來操作由具有線路能量的線路電源供電的負載的方法。該方法包括：對線路電源進行整流，利用整流后的線路電源可切換地驅動變壓器，以生成可調的電隔離全波電壓；以及對電隔離全波電壓進行整流，以獲得指示施加給負載的所需輸出電壓的隔離輸出電壓，其中從線路電源中提取與隔離輸出電壓同相的電流。

在另一個方式中，該方法還包括：對隔離輸出電壓進行濾波，以獲得所需的輸出電壓。