电转换器的制作方法

1.本发明涉及电力转换领域。具体地，本发明涉及一种电转换器和一种用于转换电力的方法。


背景技术：

2.例如，当电动车辆的电池充电时，来自电网的ac电压通过电转换器被转换成dc电压，该dc电压然后被提供给正在充电的电池。例如，电转换器可以将三相ac电压转换成dc总线的端子之间的dc电压，车辆的高压(例如，200v至400v)电池可以连接到这些端子。另外，用于电动汽车的无线充电系统、电动马达驱动器或用于磁共振成像(mri)扫描仪的梯度放大器通常也需要这种三相ac到dc转换，以创建可以从中汲取电力的高压dc总线。
3.通常，例如当负载从电转换器的dc输出汲取电力时，电转换器从三相电网的每个相汲取的电流需要基本上是正弦的并且基本上与该特定相的正弦电压同相，从而导致功率因数基本上等于一。因此，三相ac到dc转换有利地需要三相功率因数校正(pfc)ac到dc电转换器。对于这种pfc转换器，通常还要求从电网汲取的电流的低失真，例如低总谐波失真(thd)。
4.传统上，当dc总线端子之间的电压低于全波整流ac电压时，使用电转换器，这些电转换器包括具有例如700v至900vdc输出的升压型pfc级，该升压型pfc级与dc-dc降压转换器串联连接以生成期望的dc总线电压，例如范围在200v至400v内。替代性地，已引入基于3阶谐波有源滤波器原理的降压型pfc转换器作为取代这些传统的二级转换器的单极替代方案，从而减少转换级数，以便实现更高的整体能量转换效率和更高的功率容积比(即，较高功率密度)。
5.例如，参考文件t.soeiro,t.friedli,j.w.kolar,“swiss rectifier-a novel three-phase buck-type pfc topology for electric vehicle battery charging[swiss整流器——一种用于电动车辆电池充电的新型三相降压型pfc拓扑]”,proceedings of the 27th applied power electronics conference and exposition(apec2012)[第27届应用电力电子会议暨展览会(apec 2012)论文集],美国佛罗里达州奥兰多市,2012年2月5日至9日(进一步称为
‘
【参考文件1】’)介绍了一种电转换器，该电转换器使用3阶谐波有源滤波器原理，并且适于进行dc总线电压电平低于全波整流ac电压(例如，范围在200v至400v内)的单级降压型三相pfc ac到dc转换。该电转换器包括相选择器以用于将三相ac输入电压转换成上部中间节点、下部中间节点和中部中间节点处的中间电压。具有两个dc-dc降压电路的输出级将中间电压转换成dc输出电压。在这样的现有实施例中，中部中间节点连接到两个dc-dc降压电路的公共节点。
[0006]
如
‘
【参考文件1】’的图1中所提出的基于3阶谐波有源滤波器原理的单级降压型pfc转换器的缺点在于，在需要通常包含耦合电容性中点的共模(l-c)输出滤波器以降低到负载和/或保护接地(pe)的漏电流的实际实现中，半导体开关的准无损零电压切换(zvs)无法在不增加这两个dc-dc降压电路的电感器的成本、尺寸和复杂度的情况下实现(例如，由
于对这些电感器的磁耦合的需要)。当使用几个并联输出级以增加转换器的额定功率时，并且尤其当这些并联输出级以交错方式操作以减小pfc转换器的输入滤波器和输出滤波器的尺寸时，情况尤其如此。


技术实现要素：

[0007]
本发明的实施例的目的在于提供改进的用于在三相ac信号(例如，三相ac电压)与dc信号(例如，dc电压)之间进行转换的电转换器和方法、并且特别是用于将三相ac输入转换成dc输出和/或将dc输入转换成三相ac输出的电转换器和方法，并且更具体地提供了用于进行三相降压型pfc ac到dc转换的低成本电转换器。优选地，电转换器的实施例具有以下优点中的一个或多个：转换器可以在零电压切换(zvs)条件下操作切换器件以便减少转换器的切换损失并提高效率和功率密度，即使存在具有耦合的电容性中点的共模(l-c)输出滤波器和/或利用几个并联输出级的交错来提高转换器的额定功率和/或减小输入滤波器和输出滤波器尺寸也是如此；该转换器易于设计；易于将硬件设计扩展到任意数量的交错级；该转换器具有高功率容积比(功率密度)，这是由电转换器中很少的磁能存储来实现的；该转换器在三个相端子处产生的电流失真较低；该转换器能够在三个相端子处以基本上等于一的功率因数汲取基本上正弦的电流。
[0008]
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于在三相ac信号与dc信号之间进行转换的电转换器，该电转换器包括：三个相端子、第一dc端子和第二dc端子、转换电路系统、第一降压电路和第二降压电路。该转换电路系统被配置为在该三个相端子处提供的该三相ac信号的三个相电压与该电转换器的第一中间节点和第二中间节点处的第一中间电压和第二中间电压之间进行转换。该第一降压电路包括可操作地连接到该第一dc端子的至少一个第一开关节点端子，并且该第二降压电路包括可操作地连接到该第二dc端子的至少一个第二开关节点端子。该第一降压电路和该第二降压电路连接在该第一中间节点与该第二中间节点之间，以在一方面该第一中间电压和该第二中间电压以及该三个相电压与另一方面该第一dc端子和该第二dc端子之间的dc信号之间进行转换。该第一降压电路包括三个第一器件，该三个第一器件可有源切换以允许将该至少一个第一开关节点端子连接到该三个相端子中的任一个，通常为三个电压双向可有源切换器件。该第二降压电路包括另外的三个第一器件，该另外的三个第一器件可有源切换以允许将该至少一个第二开关节点端子连接到该三个相端子中的任一个，通常为另外的三个电压双向可有源切换器件。
[0009]
电转换器的特征在于转换电路系统，该转换电路系统用于在具有在该电转换器的该三个相端子处提供的三个相电压的三相ac信号与该第一中间节点和该第二中间节点之间的中间信号之间进行转换。当从ac转换到dc时，该电转换器用作整流器并且该转换电路系统包括整流器电路系统，并且当从dc转换为到ac时，该电转换器用作逆变器并且该转换电路系统包括逆变器电路系统。该电转换器进一步包括功率级(power stage)，该功率级包括第一降压电路和第二降压电路。通过在该第一降压电路和该第二降压电路中包括三个第一器件和另外的三个第一器件，这些相电压可以以受控方式传递到该至少一个第一开关节点端子和第二开关节点端子，这与现有技术解决方案形成对比，在现有技术解决方案中，在由实施为相选择器的转换电路系统创建的中部中间节点与第一dc端子和第二dc端子之间的中间节点之间建立连接，特别是如果存在公共节点，则建立到第一降压电路和第二降压
电路的公共节点的直接连接。
[0010]
以这种方式，为定制并优化第一降压电路和第二降压电路的电感器中流动的电流的形状提供了额外的可控制性和灵活性，使得例如可以在转换器的整个操作范围实现降压电路的半导体开关的零电压切换(zvs)，即，不增加所提及电感器的成本、尺寸和复杂性(例如由于在现有技术解决方案对这些电感器的磁耦合的需要)，即使存在具有耦合的电容性中点的共模(l-c)输出滤波器和/或利用几个并联输出级的交错来提高转换器的额定功率和/或减小输入滤波器和输出滤波器的尺寸也是如此。转换器在其整个操作范围内均在零电压切换条件下操作的能力引起转换效率提高和/或系统尺寸降低。后者由于可以使用的较高切换频率，从而引起无源滤波器元件(电感器和电容器)的尺寸减小而不增大半导体切换损失。另外，与使用包括相选择器的转换电路系统结合第一降压电路和第二降压电路的解决方案相比，在朝向该至少一个第一开关节点端子和该至少一个第二开关节点端子的导电路径中的可有源切换器件的数量可以较少。
[0011]
根据示例性实施例，该第一降压电路包括连接在该第一中间节点与该至少一个第一开关节点端子之间的至少一个第二切换器件，并且该第二降压电路包括连接在该第二中间节点与该至少一个第二开关节点端子之间的另外的至少一个第二切换器件。该至少一个第二切换器件和该另外的至少一个第二切换器件可以是比如二极管等无源切换器件、或可有源切换器件，通常为电流双向可有源切换器件，比如电流双向晶体管，例如，mosfet。当转换器用于将三相ac输入转换成dc输出时，优选地，该至少一个第二器件和另外的第二器件是可有源切换的。
[0012]
有利地，该第一降压电路和该第二降压电路进一步分别包括连接在该至少一个第一开关节点端子与该第一dc端子之间的至少一个第一滤波电感器、以及连接在该至少一个第二开关节点端子与该第二dc端子之间的至少一个第二滤波电感器。进一步地，可以提供至少一个滤波电容器、优选地至少两个滤波电容器的串联连接，其连接在该第一dc端子与该第二dc端子之间。该第一滤波电感器和该第二滤波电感器和/或该一个或多个滤波电容器可以形成具有中点的滤波器。如果该第一降压电路和第二降压电路串联连接，则该公共节点可以连接到该中点。
[0013]
根据优选实施例，该第一降压电路和该第二降压电路串联连接在该第一中间节点与该第二中间节点之间，使得该第一降压电路和第二降压电路具有公共节点。该第一降压电路然后可以包括连接在该公共节点与该至少一个第一开关节点端子之间的至少一个第三器件，并且该第二降压电路可以包括连接在该公共节点与该至少一个第二开关节点端子之间的另外的至少一个第三器件。当该第一降压电路和该第二降压电路串联连接，其中，该至少一个第三器件与该公共节点和相应相端子之间的该三个第一器件串联连接，并且其中，该另外的至少一个第三器件与该公共节点和相应相端子之间的该另外的三个第一器件串联连接时，该第一中间节点、该第二中间节点、该三个相端子都不直接连接到该第一降压电路和该第二降压电路的该公共节点，使得该第一中间节点或该第二中间节点或该三个相端子与该第一降压电路和该第二降压电路的公共节点之间的连接可以以很大的灵活性有源地控制，例如以便定制和优化电感器电流的形状。
[0014]
根据替代性实施例，该第一降压电路和该第二降压电路并联连接在该第一中间节点与该第二中间节点之间。该第一降压电路然后可以包括连接在该第二中间节点与该至少
一个第一开关节点端子之间的至少一个第三器件，并且该第二降压电路可以包括连接在该第一中间节点与该至少一个第二开关节点端子之间的另外的至少一个第三器件。另外，当该第一降压电路和该第二降压电路并联连接，其中，该至少一个第二器件与该第一中间端子和相应相端子之间的该三个第一器件串联连接，其中，该另外的至少一个第二器件与该第二中间端子和相应相端子之间的该另外的三个第一器件串联连接，其中，该至少一个第三器件与该第二中间端子和相应相端子之间的该三个第一器件串联连接，并且其中，该另外的至少一个第三器件与该第一中间端子和相应相端子之间的该另外的三个第一器件串联连接时，该第一中间节点、该第二中间节点、该三个相端子都不直接连接到该第一dc端子和该第二dc端子之间的中间节点，使得该第一中间节点或该第二中间节点或该三个相端子与该第一dc端子和该第二dc端子之间的中间节点之间的连接可以以很大的灵活性有源地控制，例如以便定制和优化电感器电流的形状。
[0015]
当该转换器用于将dc输入转换成三相ac输出时，优选地，该至少一个第三器件和该另外的至少一个第三器件是可有源切换的，通常为电流双向可有源切换器件。当期望要在两个方向上进行转换时，优选地，该第二器件、该第三器件、该另外的第二器件、以及该另外的第三器件是可有源切换的，并且该转换电路系统的器件也是可有源切换的，参见下文。进一步地，通过使用可有源切换的器件，可以实现准无损零电压切换。这允许在低切换损失以及因此更高的能量效率下进行电力转换。另外，可以使用较高切换频率以便增大功率密度(减小尺寸)并降低电转换器的成本。
[0016]
根据具有公共节点的优选实施例，该第一降压电路被配置为控制该至少一个第一开关节点端子与该第一中间节点、该三个相端子和该公共节点之间的连接，并且该第二降压电路被配置用于控制该至少一个第二开关节点端子与该第二中间节点、该三个相端子和该公共节点之间的连接。优选地，该第一降压电路被配置为允许将该至少一个第一开关节点端子连接到该第一中间节点、该三个相端子和该公共节点中的任何一个；并且该第二降压电路被配置为允许将该至少一个第二开关节点端子连接到该第二中间节点、该三个相端子和该公共节点中的任何一个。这可以使用合适的控制信号、通常是脉宽调制信号来实现，这些控制信号用于控制第一降压电路和第二降压电路的可有源切换器件。换句话说，取决于控制信号，每个第一开关节点端子将连接到该第一中间节点、或该三个相端子之一、或该公共节点；并且每个第二开关节点端子将连接到该第二中间节点、或该三个相端子之一、或该公共节点。
[0017]
在示例性实施例中，该电转换器可以被配置为进行ac到dc转换，并且三相ac信号可以是三相ac输入电压，而dc信号可以是dc输出电压，该dc输出电压的电压水平低于全波整流的ac输入电压，例如，在200v至400v的范围内。
[0018]
根据示例性实施例，该电转换器包括控制器，该控制器被配置为控制转换电路系统、第一降压转换器和第二降压转换器中的至少一个。
[0019]
优选地，该控制器被配置为控制该第一降压电路和该第二降压电路，使得在该第一dc端子与该第二dc端子之间获得期望的dc输出。更具体地，该控制器可以被配置为控制用于控制该第一降压电路和该第二降压电路的控制信号的占空比和/或切换频率和/或导通序列，并且特别是其任何可有源切换器件，比如该三个第一器件和该另外的三个第一器件。切换频率通常至少比三相ac信号频率高10倍。更特别地，该控制器可以被配置为控制用
于控制该第一降压电路和该第二降压电路的第一控制信号和第二控制信号，使得该第一控制信号和第二控制信号交错。
[0020]
优选地，该控制器被配置为改变用于控制该三个第一器件和该另外的三个器件的控制信号的占空比，使得相应相电压在相应时间间隔期间连接到该第一降压电路的该至少一个第一开关节点端子，并且在另外的相应时间间隔期间连接到该第二降压电路的该至少一个第二开关节点端子。更优选地，该控制器被配置为控制该第一降压电路和该第二降压电路，使得这些相应时间间隔和这些另外的相应时间间隔是覆盖该三相ac信号的周期的周期性时间间隔。当该第一降压电路和该第二降压电路串联连接时，该控制器可以被配置成使得在每个相应时间间隔期间，该第一降压电路的该至少一个第一开关节点端子交替地连接到该第一中间节点、相应相电压和该公共节点，而该第二降压电路的该至少一个第二开关节点端子交替地连接到该第二中间节点和该公共节点；并且使得在每个另外的相应时间间隔期间，该第二降压电路的该至少一个第二开关节点端子交替地连接到该第二中间节点、相应相电压和该公共节点，而该第一降压电路的该至少一个第一开关节点端子交替地连接到该第一中间节点和该公共节点。
[0021]
上述可切换器件优选地是半导体器件。注意术语“半导体器件”可以指代单个半导体部件或(反向)并联和/或(反向)串联连接的多个半导体部件。例如，可有源切换的半导体器件可以包括与二极管反向并联连接的晶体管。
[0022]
在优选实施例中，该电转换器包括滤波器，该滤波器包括电容器，通常为五个电容器，这些电容器将该第一中间节点、该第二中间节点和该三个相端子互连，优选地以“星形”连接的形式互连，在该“星形”连接中，每个电容器连接在中点与该第一中间节点、该第二中间节点和该三个相端子中的一者之间，或者以“三角形(delta)”连接的形式互连，在该“三角形”连接中，每个电容器连接在该第一中间节点、该第二中间节点和该三个相端子中的两者之间。当该第一降压电路和该第二降压电路串联连接、并且电容器以“星形”连接的形式连接时，电容器可以连接到该公共节点。
[0023]
在优选实施例中，该电转换器包括测量装置，这些测量装置用于测量该dc信号、影响该dc信号的电信号、受该dc信号影响的电信号中的至少一个。电信号可以是电流或电压。该控制器包括控制回路，该控制回路被配置为调整控制信号的占空比、切换频率和导通序列中的至少一个，以便基于由这些测量装置执行的测量来控制该第一降压电路和该第二降压电路中的至少一个。通常，该控制器包括控制回路，该控制回路被配置为调整至少一个脉宽调制控制信号，以便基于由该测量装置执行的测量来控制该第一降压电路和该第二降压电路中的至少一个。优选地，这些测量装置包括以下各项中的一项或多项：用于测量该第一开关节点端子与该第一dc端子之间的电流和该第二开关节点端子与该第二dc端子之间的电流中的至少一个的电流测量装置，用于测量该三个相端子处的电压的电压测量装置，用于测量该第一dc端子与该第二dc端子之间的电压的电压测量装置，用于测量该第一降压电路和该第二降压电路中的至少一个与该转换电路系统之间的电流的电流测量装置，用于测量公共节点的电压的电压测量装置(如果存在公共节点)。优选地，该控制回路被配置为调整用于控制第一降压电路的第一脉宽调制控制信号和用于控制第二降压电路的第二脉宽调制控制信号。在有利实施例中，该控制器可以被配置为将第一脉宽调制控制信号与第二脉宽调制控制信号交错。
[0024]
根据优选实施例，该转换电路系统包括三个相臂(phase leg)，该三个相臂用于将该三个相端子之一连接到该第一中间节点和该第二中间节点中的任一个，其中，该三个相臂中的每个相臂包括半桥，该半桥包括半导体器件。该转换电路系统可以包括具有多个二极管、通常为六个二极管的半桥配置。可选地，可以用具有双向电流能力的可控制半导体器件取代二极管。这将允许使用电转换器来将三相ac输入转换成dc输出和将dc输出转换成三相ac输入。换句话说，这种实施例允许通过转换器进行双向电力流动。
[0025]
根据优选实施例，例如当需要较高电力时，可以按比例调整(scaled)第一降压电路和第二降压电路。当该第一降压电路和该第二降压电路串联连接时，这可以易于通过提供并联连接的多个第一降压电路臂或多个第一降压电路并通过提供并联连接的多个第二降压电路臂或多个第二降压电路来实现。当多个第一降压电路并联连接时，可以通过交错方式控制这种第一降压电路。这同样适用于多个并联连接的第二降压电路。
[0026]
根据本发明的进一步方面，提供了一种充电系统，特别是用于给电动车辆的电池充电，该充电系统包括电源单元，该电源单元包括如上所述的实施例中任一个所述的电转换器。
[0027]
根据本发明的另一方面，提供了一种无线充电系统，特别是用于给电动车辆的电池充电，该无线充电系统包括电源单元，该电源单元包括如上所述的实施例中任一个所述的电转换器。
[0028]
根据本发明的又一方面，提供了一种电动马达驱动系统，该电动马达驱动系统包括电源单元，该电源单元包括如上所述的实施例中任一个所述的电转换器。
[0029]
根据本发明的又另一方面，提供了一种梯度放大器，该梯度放大器包括如上所述的实施例中任一个所述的电转换器。另外，提供了一种包括该梯度放大器的磁共振成像装置。
[0030]
根据本发明的再另一方面，提供了一种用于在三相ac信号与dc信号之间进行转换的方法。该方法包括以下步骤：在该三相ac信号的第一相电压、第二相电压和第三相电压与第一中间电压和第二中间电压之间进行转换，其中，该第一中间电压被施加在第一中间节点上并且该第二中间电压被施加在第二中间节点上，其中，该三相ac信号的具有最高电压的相信号被连续施加到该第一中间节点，并且该三相ac信号的具有最低电压的相信号被连续施加到该第二中间节点，以及随后使用第一降压电路和第二降压电路在一方面该第一中间电压和该第二中间电压以及该第一相电压、该第二相电压和该第三相电压与另一方面该dc信号之间进行转换，其中，第一相电压、第二相电压和第三相电压在相应时间间隔期间间歇性地连接到该第一降压电路的该至少一个第一开关节点端子，并且在另外的相应时间间隔期间间歇性地连接到该第二降压电路的该至少一个第二开关节点端子。这些时间间隔和这些另外的时间间隔可以以任何顺序布置，并且可以相邻或部分重叠。
[0031]
优选地，该第一降压电路和该第二降压电路被控制成使得这些相应时间间隔和这些另外的相应时间间隔是周期性的时间间隔，并且使得这些相应时间间隔和这些另外的相应时间间隔一起覆盖该三相ac信号的周期。
[0032]
例如，这些相应时间间隔可以包括：
[0033]-第一时间间隔，在此期间该第一相电压通过该三个第一器件中的第一个器件间歇性地连接到该至少一个第一开关节点端子，同时通过所述三个第一器件中的所述第一个
器件的电流上升，
[0034]-第二时间间隔，在此期间该第三相电压通过该三个第一器件中的第三个器件间歇性地连接到该至少一个第一开关节点端子，同时通过该三个第一器件中的所述第三个器件的平均电流下降。
[0035]-第三时间间隔，在此期间该第二相电压通过该三个第一器件中的第二个器件间歇性地连接到该至少一个第一开关节点端子，同时通过该三个第一器件中的所述第二个器件的平均电流上升，
[0036]-第四时间间隔，在此期间该第一相电压通过该三个第一器件中的所述第一个器件间歇性地连接到该至少一个第一开关节点端子，同时通过该三个第一器件中的所述第一个器件的平均电流下降，
[0037]-第五时间间隔，在此期间该第三相电压通过该三个第一器件中的所述第三个器件间歇性地连接到该至少一个第一开关节点端子，同时通过该三个第一器件中的所述第三个器件的平均电流上升，以及
[0038]-第六时间间隔，在此期间该第二相电压通过该三个第一器件中的所述第二个器件间歇性地连接到该至少一个第一开关节点端子，同时通过该三个第一器件中的所述第二个器件的平均电流下降。
[0039]
类似地，这些另外的相应时间间隔可以包括：
[0040]-另外的第一时间间隔，在此期间该第三相电压通过该三个另外的第一器件中的第三个器件间歇性地连接到该至少一个第二开关节点端子，同时通过该三个另外的第一器件中的所述第三个器件的平均电流下降，
[0041]-另外的第二时间间隔，在此期间该第二相电压通过该三个另外的第一器件中的第二个器件间歇性地连接到该至少一个第二开关节点端子，同时通过该三个另外的第一器件中的所述第二个器件的平均电流上升，
[0042]-另外的第三时间间隔，在此期间该第一相电压通过该三个另外的第一器件中的第一个器件间歇性地连接到该至少一个第二开关节点端子，同时通过该三个另外的第一器件中的所述第一个器件的平均电流下降，
[0043]-另外的第四时间间隔，在此期间该第三相电压通过该三个另外的第一器件中的所述第三个器件间歇性地连接到该至少一个第二开关节点端子，同时通过该三个另外的第一器件中的所述第三个器件的平均电流上升，
[0044]-另外的第五时间间隔，在此期间该第二相电压通过该三个另外的第一器件中的所述第二个器件间歇性地连接到该至少一个第二开关节点端子，同时通过该三个另外的第一器件中的所述第二个器件的平均电流下降，
[0045]-另外的第六时间间隔，在此期间该第一相电压通过该三个另外的第一器件中的所述第一个器件间歇性地连接到该至少一个第二开关节点端子，同时通过该三个另外的第一器件中的所述第一个器件的平均电流上升。
[0046]
第一、第二、第三、第四、第五和第六时间间隔以及另外的第一、第二、第三、第四、第五和第六时间间隔可以是相继的时间间隔，以任何顺序布置并且可以相邻或部分重叠。例如，该顺序可以是：第一时间间隔、第二时间间隔、另外的第一时间间隔、另外的第二时间间隔、第三时间间隔、第四时间间隔、另外的第三时间间隔、另外的第四时间间隔、第五时间
间隔、第六时间间隔、另外的第五时间间隔、另外的第六时间间隔。
[0047]
优选地，该第一降压电路和该第二降压电路串联连接在该第一中间节点与该第二中间节点之间，使得该第一降压电路和第二降压电路具有公共节点(m)。在这样的实施例中，在每个相应时间间隔期间，该第一降压电路的该至少一个第一开关节点端子可以交替地连接到该第一中间节点、相应第一相电压、第二相电压和第三相电压、以及该公共节点；并且在每个另外的相应时间间隔期间，该第二降压电路的该至少一个第二开关节点端子可以交替地连接到该第二中间节点、相应第一相电压、第二相电压和第三相电压、以及该公共节点。
[0048]
优选地，该使用第一降压电路和第二降压电路在一方面该第一中间电压和该第二中间电压以及该第一相电压、该第二相电压和该第三相电压与另一方面该dc信号之间进行转换包括：控制用于控制该第一降压电路和该第二降压电路的控制信号的占空比、切换频率、导通序列中的至少一个。
[0049]
优选地，该使用第一降压电路和第二降压电路在一方面该第一中间信号和该第二中间信号以及该第一相电压、该第二相电压和该第三相电压与另一方面该dc信号之间进行转换包括：分别使用连接在至少一个第一开关节点端子与第一dc端子之间的至少一个第一滤波电感器和连接在至少一个第二开关节点端子与第二dc端子之间的至少一个第二滤波电感器。优选地，该使用第一降压电路和第二降压电路在一方面该第一中间信号和该第二中间信号以及该第一相电压、该第二相电压和该第三相电压与另一方面该dc信号之间进行转换包括：使用连接在该第一dc端子与该第二dc端子之间的至少一个滤波电容器，优选地至少两个滤波电容器的串联连接。
[0050]
优选地，该在一方面该第一中间信号和该第二中间信号以及该第一相电压、该第二相电压和该第三相电压与另一方面该dc信号之间进行转换是通过测量dc信号、影响该dc信号的电信号、受该dc信号影响的电信号中的至少一个并通过基于测量信号调整用于控制该第一降压电路和/或该第二降压电路的占空比、切换频率和导通序列中的至少一个来控制的。该dc信号可在第一dc端子与第二dc端子之间获得。该测量可以包括测量以下各项中的一项或多项：该第一开关节点端子与该第一dc端子之间的电流和该第二开关节点端子与该第二dc端子之间的电流中的至少一个；该第一相电压、第二相电压、第三相电压中的至少一个；该第一dc端子与该第二dc端子之间的电压；该第一中间节点与该第一降压电路之间的电流和该第二中间节点与该第二降压电路之间的电流中的至少一个；公共节点的电压(如果存在公共节点)。该调整可以包括调整用于控制第一降压电路的至少一个第一脉宽调制控制信号和用于控制第二降压电路的至少一个第二脉宽调制控制信号。
[0051]
如本文所述的方法优选地应用于操作如本文所述的电转换器。电转换器的实施例的优选特征和技术优点加以必要的修改后适用于本方法的实施例。
附图说明
[0052]
附图用于展示本发明的设备的目前优选的非限制性示例性实施例。结合附图阅读以下详细描述，本发明的特征和目的上述和其他优点将变得更加显而易见，并且本发明将更好地得到理解，在附图中：
[0053]
图1是电转换器的示例性实施例的电路图；
[0054]
图2a至图2l展示了针对图1的示例性实施例的绘制作为ωt(
°
)的函数的各种电压、电流和控制信号的各个图；
[0055]
图3展示了绘制当ωt＝40
°
时(参见图2a至图2l中的附图标记iii)作为时间(微秒)的函数的各种电压、电流和控制信号的各种图；
[0056]
图4展示了绘制当ωt＝60
°
时(参见图2a至图2l中的附图标记iv)作为时间(微秒)的函数的各种电压、电流和控制信号的各种图；
[0057]
图5展示了绘制当ωt＝80
°
时(参见图2a至图2l中的附图标记v)作为时间(微秒)的函数的各种电压、电流和控制信号的各个图；
[0058]
图6和图7展示了针对图1的示例性实施例的绘制作为ωt(
°
)的函数的各种电流各个图；
[0059]
图8至图11是电转换器的其他示例性实施例的电路图；
[0060]
图12示意性地展示了控制单元的示例性实施例；
[0061]
图13是电转换器的另一示例性实施例的电路图，其中，第一电路和第二降压电路并联连接。
具体实施方式
[0062]
图1示出了被称为prodrive-直接整流器(
‘
prodrive-direct rectifier’)的电转换器10，该电转换器包括呈三相无源整流器11和有源输出功率级12形式的两个功率级11、12。电转换器10进一步包括置于无源整流器11与输出功率级12之间的输入滤波器13，以及输出滤波器14。
[0063]
电转换器10是ac到dc转换器，其具有连接到三相ac电网20的三相电压的三个相端子a、b、c，并且具有第一输出dc端子p和第二输出dc端子n，在此是上部输出端子p和下部输出端子n，这两个输出端子例如可以连接到dc负载21，该负载比如是电动汽车的高压(例如200v至400v)电池。三相整流器11包括与三个相端子a、b、c和两个输出端x、y连接的三个相接头a、b、c。这些输出端x、y对应于第一中间节点x(这里为上部中间电压节点x)和第二中间节点y(这里为下部中间电压节点y)。
[0064]
三相无源整流器11包括三个桥臂15、16、17或由其构成，每个桥臂包括以半桥配置形式连接的两个无源半导体器件(二极管d
ax
和d
ya
用于臂15，d
bx
和d
yb
用于臂16，d
cx
和d
yc
用于臂17)。
[0065]
输出功率级12包括第一堆叠降压电路和第二堆叠降压电路的两个堆叠的(即，串联连接的)降压桥臂18、19或由其组成。第一上部降压桥臂18包括三个第一半导体器件1pa、1pb、1pc、第二半导体器件2p和第三半导体器件3p。第二下部降压桥臂19包括另外的三个第一半导体器件1na、1nb、1nc、另外的第二半导体器件2n和另外的第三半导体器件3n。该第二半导体器件2p和该另外的第二半导体器件2n是降压开关(s
xp
用于上部降压桥臂18，而s
ny
用于下部降压桥臂19)。降压桥臂18、19的开关s
xp
和s
ny
是可有源切换半导体器件，例如mosfet。该第三半导体器件3p和该另外的第三半导体器件3n是降压二极管(d
mp
用于上部降压桥臂18，而d
nm
用于下部降压桥臂19)。该第二半导体器件2p和该第三半导体器件3p以及该另外的第二半导体器件2n和该另外的第三半导体器件3n以半桥配置连接。上部降压桥臂18的切换中间节点形成经由第一降压电感器(在此称为上部降压电感器l
p
)连接到输出p的上
部开关节点端子p，而下部降压桥臂19的切换中间节点形成经由第二降压电感器(在此称为下部降压电感器ln)连接到输出n的下部开关节点端子。
[0066]
堆叠降压桥臂18、19两者的公共节点m连接到输出滤波器14的中点，该输出滤波器包括串联连接在上部输出端子p与下部输出端子n之间的两个输出滤波电容器c
pm
、c
mn
。
[0067]
该三个第一半导体器件1pa、1pb、1pc和该另外的三个第一半导体器件1na、1nb、1nc是用于第一上部降压桥臂18的互连开关s
zapdzap
、s
zbpdzbp
、s
zcpdzcp
和用于第二下部降压桥臂19的互连开关s
nzadnza
、s
nzbdnzb
、s
nzcdnzc
，这些互联开关具有双向电压阻断能力，其允许将相应桥的切换中间节点(即，用于上部降压桥臂18的上开关节点端子p和用于下部降压桥臂19的下开关节点端子n)与三个相接头a、b、c中的每一个连接。上部降压桥臂18的每个互连开关s
zapdzap
、s
zbpdzbp
、s
zcpdzcp
包括与二极管d
zap
、d
zbp
、d
zbp
反串联连接的可有源切换半导体器件s
zap
、s
zbp
、s
zcp
，从而创建电压双向互连开关。上部降压桥臂19的每个互连开关s
nzadnza
、s
nzbdnzb
、s
nzcdnzc
包括与二极管d
nza
、d
nzb
、d
nzc
反向串联连接的可有源切换半导体器件s
nza
、s
nzb
、s
nzc
(例如mosfet)，从而创建电压双向互连开关。每个可切换半导体器件有利地由反并联二极管补充。在该示例中，金属氧化物场效应晶体管(mosfet)用于可有源切换半导体部件，其各自包括内部反向并联体二极管。
[0068]
上部降压桥臂18连接在上部中间电压节点x与公共节点m之间，并且其布置方式使得当开关s
xp
闭合(导通、接通状态)时，电流可以从上部中间电压节点x经由开关s
xp
流动到上部输出端子p，当对应的开关s
zap
、s
zbp
、s
zcp
闭合(导通、接通状态)而剩下的两个(非对应的)开关s
zap
、s
zbp
、s
zcp
断开(不导通、关断状态)并且开关s
xp
断开(不导通、关断状态)时，电流可以从相接头a、b、c经由对应的互连开关s
zapdzap
、s
zbpdzbp
、s
zcpdzcp
流动到上部输出端子p，以及当开关s
xp
和s
zap
、s
zbp
、s
zcp
断开(不导通、关断状态)时，电流可以从公共节点m经由二极管d
mp
流动到上部输出端子p。降压桥臂18的开关s
xp
和s
zap
、s
zbp
、s
zcp
是可有源切换半导体器件，例如mosfet。
[0069]
下部降压桥臂19连接在公共节点m与下部中间电压节点y之间，并且被布置成使得当开关s
ny
闭合(导通、接通状态)时，电流以从下部输出端子n经由开关s
ny
流动到下部中间电压节点y，当对应的开关s
nza
、s
nzb
、s
nzc
闭合(导通、接通状态)而剩下的两个开关s
nza
、s
nzb
、s
nzc
断开(不导通、关断状态)，并且开关s
ny
断开(不导通、关断状态)时，电流可以从下部输出端子n经由对应的互连开关s
nzadnza
、s
nzbdnzb
、s
nzcdnzc
流动到相接头a、b、c，以及当开关s
ny
和s
nza
、s
nzb
、s
nzc
断开(不导通、关断状态)时，电流可以从下部输出端子n经由二极管d
nm
流动到公共节点m。降压桥臂19的开关s
ny
和s
nza
、s
nzb
、s
nzc
是可有源切换半导体器件，例如mosfet。
[0070]
有利地，作为输入滤波器13的一部分的五个高频(hf)滤波电容器c
x
、cy、c
za
、c
zb
、c
zc
以星形连接的形式使中间电压节点x和y以及三个相接头a、b和c互连。有利地，五个高频(hf)滤波电容器c
x
、cy、c
za
、c
zb
、c
zc
的星点连接到降压桥臂18、19两者的公共节点m、并且连接到输出滤波器14的中点。
[0071]
与具有三相ac输入电压中的最高电压的相端子a、b或c连接的无源整流器11的桥臂以对应相端子a、b或c连接到上部中间电压节点x的方式进行切换。为了实现这一点，桥臂经由桥臂的上部二极管(d
ax
、d
bx
、d
cx
)将对应的相接头a、b或c与上部中间电压节点x连接。与具有三相ac输入电压中的最低电压的相端子a、b或c连接的无源整流器11的桥臂以对应相端子a、b或c连接到下部中间电压节点y的方式进行切换。为了实现这一点，桥臂经由桥臂的
下部二极管(d
ya
、d
yb
、d
yc
)将对应的相接头a、b或c与下部中间电压节点y连接。
[0072]
在具有基本上均衡的相电压va、vb、vc的三相ac电网中，例如，如图2a所示，三相ac输入电压(市电电压)被转换成中间dc电压v
xy
，该中间dc电压在图2b中示出并且在上部中间电压节点x与下部中间电压节点y之间提供。该dc电压因此是示出分段正弦形状的线路整流电压。如以上所解释的，三相ac输入电压到中间dc电压的转换是无源整流器11的操作结果。无源整流器11的二极管在ac市电电压的周期(360
°
)(360
°
对应于50hz电网频率下的20ms的时间段；也称为线循环)内的整个特定扇区期间“导通”或“不导通”。参考图2a：
[0073]-二极管d
ax
在30
°
≤ωt《150
°
内导通，
[0074]-二极管d
bx
在150
°
≤ωt《270
°
内导通，
[0075]-二极管d
cx
在270
°
≤ωt《360
°
和0
°
≤ωt《30
°
内导通，
[0076]-二极管d
ya
在210
°
≤ωt《330
°
内导通，
[0077]-二极管d
yb
在330
°
≤ωt《360
°
和0
°
≤ωt《90
°
内导通，
[0078]-二极管d
yc
在90
°
≤ωt《210
°
内导通，
[0079]
二极管的状态组合(导通/不导通)对于三相ac输入电压的每个60
°
扇区都是唯一的并且取决于相端子a、b、c的电压值。开关和二极管的6种唯一状态的序列会在ac市电电压的每个周期(360
°
)内重复其自身。
[0080]
从中间电压节点x和y朝向输出端子p、n的视角来看，可以识别出dc-dc降压电路(上部降压电路)，该dc-dc降压电路具有五个输入端口x、a、b、c、m以及两个输出端口p、m，并且包括hf滤波电容器c
x
、c
za
、c
zb
、c
zc
、上部降压桥臂18、上部降压电感器l
p
和上部输出电容器c
pm
。该上部降压电路的输入端口x和m之间的电压是跨电容器c
x
两端的电压v
cx
＝v
x-vm(v
x
和vm在图2e中示出)，该上部降压电路的输入端口a、b、c中的每一个与输入端口m之间的电压是跨电容器c
za
、c
zb
、c
zc
两端的电压(以向量表示)[v
cza
,v
czb
,v
czc
]＝[va,vb,vc]-[vm,vm,vm](va、vb、vc在图2a中示出，并且vm在图2e中示出)，并且该上部降压电路的输出端口p和m之间的电压是跨电容器c
pm
两端的电压v
pm
＝v
p-vm(v
p
和vm在图2e中示出)。v
pm
具有基本上等于总dc总线电压的一半的电压值(v
pm
≈v
dc
/2)。
[0081]
从中间电压节点x和y朝向输出端子p、n的视角来看，可以识别出
‘
反向的’(负输入电压和负输出电压)dc-dc降压电路(下部降压电路)，该dc-dc降压电路具有五个输入端口y、a、b、c、m以及两个输出端口n、m，并且包括hf滤波电容器cy、c
za
、c
zb
、c
zc
、下部降压桥臂19、下部降压电感器ln和下部输出电容器c
mn
。该下部降压电路的输入端口y和m之间的电压是跨电容器cy两端的电压v
cy
＝v
y-vm(vy和vm在图2e中示出)，该下部降压电路的输入端口a、b、c中的每一个与节点m之间的电压是跨电容器c
za
、c
zb
、c
zc
两端的电压(以向量表示)[v
cza
,v
czb
,v
czc
]＝[va,vb,vc]-[vm,vm,vm](va、vb、vc在图2a中示出，并且vm在图2e中示出)，并且该下部降压电路的输出端口n和m之间的电压是跨下部输出电容器c
za
、c
zb
、c
zc
两端的电压v
nm
＝v
n-vm(vn和vm在图2e中示出)。v
nm
具有基本上等于总dc总线电压的负一半的电压值(v
nm
≈-v
dc
/2)。
[0082]
通过在指定的可能可变切换频率fs下对上部降压电路的开关s
xp
和s
zap
、s
zbp
、s
zcp
的控制信号进行pwm调制(脉宽调制)，可以将上部降压桥臂18的上部开关节点端子p交替地连接到上部中间电压节点x、三个相接头a、b、c中的一个或多个(在实践中，一次连接到这三个相接头中的一个，同时其他相被短路)、或公共节点m。这导致节点p和m之间的切换电压v
pm
，
切换电压v
pm
因此可以具有多个电压电平。开关s
xp
和s
zap
、s
zbp
、s
zcp
的经pwm调制的控制信号的占空比(即，切换周期ts＝1/fs内的相对接通时间)定义了切换周期内的电压v
pm
的平均值《v
pm
》。对这些占空比的控制以及对切换循环平均值《v
pm
》的控制允许例如使用闭合回路pi(比例-积分)控制结构来控制在上部降压电感器l
p
中的电流i
lp
的切换循环平均值《i
lp
》。另外，对这些占空比的控制允许通过以下操作来控制上部降压桥臂18的输入电流i
x
和i
zap
、i
zbp
、i
zcp
的切换循环平均值《i
x
》和/或《i
zap
》、《i
zbp
》、《i
zcp
》：引导电感器电流i
lp
流过s
xp
(＝i
x
)持续特定时间(即，在s
xp
的接通时间间隔期间)、和/或流过s
zapdzap
(＝i
zap
)持续特定时间(即，在s
zap
的接通时间间隔期间)、和/或流过s
zbpdzbp
(＝i
zbp
)持续特定时间(即，在s
zbp
的接通时间间隔期间)、和/或流过s
zcpdzcp
(＝i
zcp
)持续特定时间(即，在s
zcp
的接通时间间隔期间)。
[0083]
通过在指定的可能可变切换频率fs下对下部降压电路的开关s
ny
和s
nza
、s
nzc
、s
nzc
的控制信号进行pwm调制(脉宽调制)，可以将下部降压桥臂19的下部开关节点端子节点n交替地连接到下部中间电压节点y、三相输入电压节点a、b、c中的一个或多个(在实践中，一次连接到这三个相接头中的一个，同时其他相被短路)、或公共节点m。这导致节点m和n之间的切换电压v
nm
，切换电压v
nm
因此可以具有多个电压电平。开关s
ny
和s
nza
、s
nzb
、s
nzc
的经pwm调制的控制信号的占空比(即，切换周期ts＝1/fs内的相对接通时间)定义了切换周期内的电压v
nm
的平均值《v
nm
》。对这些占空比的控制以及对切换循环平均值《v
nm
》的控制允许例如使用闭合回路pi(比例-积分)控制结构来控制在下部降压电感器ln中的电流i
ln
的切换循环平均值《i
ln
》。另外，对这些占空比的控制允许通过以下操作来控制下部降压桥臂19的输入电流iy和i
zan
、i
zbn
、i
zcn
的切换循环平均值《iy》和/或《i
zan
》、《i
zbn
》、《i
zcn
》：引导电感器电流i
ln
流过s
ny
(＝iy)持续特定时间(即，在s
ny
的接通时间间隔期间)、和/或流过d
nzasnza
(＝i
zan
)持续特定时间(即，在s
nza
的接通时间间隔期间)、和/或流过d
nzbsnzb
(＝i
zbn
)持续特定时间(即，在s
nzb
的接通时间间隔期间)、和/或流过d
nzcsnzc
(＝i
zcn
)持续特定时间(即，在s
nzc
的接通时间间隔期间)。
[0084]
电流i
za
等于上部降压电路的电流i
zap
与下部降压电路的电流i
zan
之和(i
za
＝i
zap
i
zan
)，这对这些电流的切换循环平均值也成立(《i
za
》＝〈i
ap
〉 〈i
zan
〉)。电流i
zb
等于上部降压电路的电流i
zbp
与下部降压电路的电流i
zbn
之和(i
zb
＝i
zbp
i
zbn
)，这对这些电流的切换循环平均值也成立(《i
zb
》＝《i
zbp
》 《i
zbn
》)。电流i
zc
等于上部降压电路的电流i
zcp
与下部降压电路的电流i
zcn
之和(i
zc
＝i
zcn
i
zcn
)，这对这些电流的切换循环平均值也成立(《i
zc
》＝《i
zcp
》 《i
zcn
》)。
[0085]
上部降压电路的内部电流i
zp
等于上部降压电路的内部电流i
zap
、i
zbp
、i
zcp
之和(i
zp
＝i
zap
i
zbp
i
zcp
)，对于这些电流的切换循环平均值也是如此(《i
zp
》＝《i
zap
》 《i
zbp
》 《i
zcp
》)。下部降压电路的内部电流i
zn
等于下部降压电路的内部电流i
zan
、i
zbn
、i
zcn
之和(i
zn
＝i
zan
i
zbn
i
zcn
)，对于这些电流的切换循环平均值也是如此(《i
zn
》＝《i
zan
》 《i
zbn
》 《i
zcn
》)。
[0086]
通常，可以认为输出功率级12的输入处的电流i
x
、iy、i
za
、i
zb
、i
zc
的hf分量被hf滤波电容器c
x
、cy、c
za
、c
zb
、c
zc
大幅滤除。结果，三相整流器11的输出处的电流i
′
x
、i
′y、i
′
za
、i
′
zb
、i
′
zc
大致等于电流i
x
、iy、i
za
、i
zb
、i
zc
的切换循环平均值〈i
x
〉、〈iy〉、《i
za
》、《i
zb
》、《i
zc
》，即，i
′
x
≈《i
x
》、i
′y≈《iy》、i
′
za
≈《i
za
》、i
′
zb
≈《i
zb
》、i
′
zc
≈《i
zc
》。
[0087]
开关s
xp
和s
zap
、s
zbp
、s
zcp
的pwm控制信号的占空比使得切换循环平均值《v
pm
》基本上
等于总dc总线电压的一半(《v
pm
》＝v
pm
≈v
dc
/2；参见图2e)，而开关s
ny
和s
nza
、s
nzb
、s
nzc
的pwm控制信号的占空比使得切换循环平均值《v
nm
》基本上等于总dc总线电压的负一半(《v
nm
》＝v
nm
≈-v
dc
/2；参见图2e)。这意味着上部降压电感器l
p
和下部降压电感器ln两者的切换循环平均电压(即，伏特-秒乘积)基本上等于零。
[0088]
电感器l
p
、ln中的电流i
lp
、i
ln
的切换循环平均值《i
lp
》、《i
ln
》的示例在图2c中示出。如图可见，可以控制电流i
lp
以使其具有等于所请求的dc输出电流的切换循环电流平均值(《i
lp
》＝i
dc
)，并且可以控制电流i
ln
以使其具有等于负的所请求的dc输出电流的切换循环电流平均值(《i
ln
》＝-i
dc
)。
[0089]
图2c还示出了电流i
x
、iy、i
za
、i
zb
、i
zc
的切换循环平均值《i
x
》、《iy》、《i
za
》、《i
zb
》、《i
zc
》的示例。如图所见，可以控制这些电流以使其具有分段正弦形状。无源整流器11的输出处的电流i
′
x
＝《i
x
》被控制为与具有三相ac输入电压(va、vb、vc)的最高值并且因此具有与存在于相端子a、b和c的三相ac输入电压的最高相电压相同的分段正弦形状的相电压(va或vb或vc)同相。无源整流器11的输出处的电流i
′y＝《iy》被控制为与具有三相ac输入电压(va、vb、vc)的最低值并且因此具有与存在于相端子a、b和c的三相ac输入电压的最低相电压相同的分段正弦形状的相电压(va或vb或vc)同相。无源整流器11的输出处的电流i
′
za
＝《i
za
》、i
′
zb
＝《i
zb
》、i
′
zc
＝〈i
zc
〉被控制为当对应的相电压(分别为va、vb、vc)具有介于三相ac输入电压(va、vb、vc)的最高电压与最低电压之间的电压值时与对应的相电压(分别为va、vb、vc)同相，并且当对应的相电压(分别为va、vb、vc)具有三相ac输入电压(va、vb、vc)的最高或最低电压值时为零。因此，当相电压介于三相ac输入电压(va、vb、vc)的最高电压与最低电压之间时，电流i
′
za
＝《i
za
》、i
′
zb
＝《i
zb
》、i
′
zc
＝《i
zc
》具有与其对应的相电压(分别为va、vb、vc)的电压相同的分段正弦形状。电流i
′
x
、i
′y、i
′
za
、i
′
zb
、i
′
zc
被变换(即，由于无源整流器11的操作而被变换)成三个正弦ac相电流ia、ib、ic，该三个正弦ac相电流在图2d中示出，从而实现电转换器10的功率因数校正(pfc)操作。
[0090]
图2i示出了上部降压桥臂18的开关和二极管(s
xp
、s
zap
、s
zbp
、s
zcp
、d
mp
)的占空比的示例(其中，占空比dut:0≤dut≤1，其中dut＝0是指在切换周期ts内的连续
‘
关断’，而dut＝1是指在切换周期ts内的连续
‘
接通’)，并且图2j示出了下部降压桥臂19的开关和二极管(s
ny
、s
nza
、s
nzb
、s
nzc
、d
nm
)的占空比。这些占空比对应于图2a至图2h的示例。
[0091]
从图2j可以看出，在市电电压的线循环内的某些时间间隔期间，开关s
nza
的控制信号的占空比为零，即，在这些时间间隔中，开关s
nza
连续断开(不导通)。依据图2a，va》[vb,vc]或va《[vb,vc]或va》[0]的时间间隔是这种情况。这意味着电流i
zan
(及其切换循环平均值《i
zan
》)在这些时间间隔期间为零，从而导致在这些时间间隔期间i
′
za
＝《i
za
》＝《i
zap
》，这也可以从图2c、图2f中看出。类似地，从图2i可以看出，在市电电压的线循环内的某些时间间隔期间，开关s
zap
的控制信号的占空比为零，即，在这些时间间隔中，开关s
zap
连续断开(不导通)。依据图2a，va》[vb,vc]或va《[vb,vc]或va《[0]的时间间隔是这种情况。这意味着电流i
zap
(及其切换循环平均值《i
zap
》)在这些时间间隔期间为零，从而导致在这些时间间隔期间i
′
za
＝《i
za
》＝《i
zan
》，这也可以从图2c、图2f中看出。遵循针对开关s
nzb
、s
zbp
和开关s
nzc
、s
zcp
的相同推理、并依据图2a、2i、2j，市电电压的线循环内相应互连开关连续断开(不导通；占空比等于零)的时间间隔为：
[0092]-dut
szap
＝0对于va》[vb,vc]或va《[vb,vc]或va《[0]，
[0093]-dut
snza
＝0对于va》[vb,vc]或va《[vb,vc]或va》[0]，
[0094]-dut
szbp
＝0对于vb》[va,vc]或vb《[va,vc]或vb《[0]，
[0095]-dut
snzb
＝0对于vb》[va,vc]或vb《[va,vc]或vb》[0]，
[0096]-dut
szcp
＝0对于vc》[va,vb]或vc《[va,vb]或vc《[0]，
[0097]-dut
snzc
＝0对于vc》[va,vb]或vc《[va,vb]或vc》[0]。
[0098]
图2k示出了在市电电压的线循环内上部降压桥臂18的开关s
xp
、s
zap
、s
zbp
、s
zcp
的状态，并且图2l示出了在市电电压的线循环内下部降压桥臂19的开关s
ny
、s
nza
、s
nzb
、s
nzc
的状态。开关s
xp
、s
zap
、s
zbp
、s
zcp
、s
ny
、s
nza
、s
nzb
、s
nzc
全部是以大幅高于市电频率(例如，50hz)的频率(即，切换频率fs；例如，100khz)进行pwm调制，如从黑色条可见，其指示对应开关的pwm调制。依据图2i、2j，在如上所述的线循环的特定时间间隔期间，开关s
zap
、s
zbp
、s
zcp
、s
nza
、s
nzb
、s
nzc
连续断开(不导通)。
[0099]
图2k和2l中所示的控制信号允许将第一相电压、第二相电压和第三相电压va、vb、vc在时间间隔t1ra、t1fa、t1rb、t1fb、t1rc、t1fc期间间歇性地连接到第一降压电路的第一开关节点端子p，并在另外的时间间隔t2ra、t2fa、t2rb、t2fb、t2rc、t2fc期间间歇性地连接到第二降压电路的第二开关节点端子n。时间间隔t1ra、t1fa、t1rb、t1fb、t1rc、t1fc和另外的时间间隔t2ra、t2fa、t2rb、t2fb、t2rc、t2fc可以以任何顺序布置并且可以相邻、部分重叠或完全重叠。
[0100]
如图所示，相应时间间隔可以包括：
[0101]-第一时间间隔t1ra，在此期间第一相电压va通过三个第一开关中的第一个开关s
zap
间歇性地连接到第一开关节点端子p，同时通过三个第一开关中的所述第一个开关s
zap
的平均电流《i
zap
》上升(对应于上升的相电流ia)，
[0102]-第二时间间隔t1fc，在此期间第三相电压vc通过三个第一开关中的第三个开关s
zcp
间歇性地连接到第一开关节点端子p，同时通过三个第一开关中的所述第三个开关s
zcp
的平均电流《i
zcp
》下降(对应于下降的相电流ic)。
[0103]-第三时间间隔t1rb，在此期间第二相电压vb通过三个第一开关中的第二个开关s
zbp
间歇性地连接到第一开关节点端子p，同时通过三个第一开关中的所述第二个开关s
zbp
的平均电流《i
zbp
》上升(对应于上升的相电流ib)，
[0104]-第四时间间隔t1fa，在此期间第一相电压va通过三个第一开关中的所述第一个开关s
zap
间歇性地连接到第一开关节点端子p，同时通过三个第一开关中的所述第一个开关s
zap
的平均电流《i
zap
》下降(对应于下降的相电流ia)，
[0105]-第五时间间隔t1rc，在此期间第三相电压vc通过三个第一开关中的所述第三个开关s
zcp
间歇性地连接到第一开关节点端子p，同时通过三个第一开关中的所述第三个开关s
zcp
的平均电流《i
zcp
》上升(对应于上升的相电流ic)，以及
[0106]-第六时间间隔t1fb，在此期间第二相电压vb通过三个第一开关中的所述第二个开关s
znp
间歇性地连接到第一开关节点端子p，同时通过三个第一开关中的所述第二个开关s
zbp
的平均电流《i
zbp
》下降(对应于下降的相电流ib)。
[0107]
类似地，这些另外的相应时间间隔可以包括：
[0108]-另外的第一时间间隔t2fc，在此期间第三相电压vc通过另外的三个第一开关中的第三个开关s
nzc
间歇性地连接到第二开关节点端子n，同时通过该另外的三个第一开关中
的所述第三个开关s
nzc
的平均电流《i
zcn
》下降(对应于下降的相电流ic)，
[0109]-另外的第二时间间隔t2rb，在此期间第二相电压vb通过三个另外的第一开关中的第二个开关s
nzb
间歇性地连接到第二开关节点端子n，同时通过该另外的三个第一开关中的所述第二个开关s
nzb
的平均电流《i
zbn
》上升(对应于上升的相电流ib)，
[0110]-另外的第三时间间隔t2fa，在此期间第一相电压va通过该另外的三个第一开关中的所述第一个开关s
nza
间歇性地连接到第二开关节点端子n，同时通过该另外的三个第一开关中的所述第一个开关s
nza
的平均电流《i
zan
》下降(对应于下降的相电流ia)，
[0111]-另外的第四时间间隔t2rc，在此期间第三相电压vc通过该另外的三个第一开关中的所述第三个开关s
nzc
间歇性地连接到第二开关节点端子n，同时通过该另外的三个第一开关中的所述第三个开关s
nzc
的平均电流《i
zcn
》上升(对应于上升的相电流ic)，
[0112]-另外的第五时间间隔t2fb，在此期间第二相电压vb通过该另外的三个第一开关中的所述第二个开关s
nzb
间歇性地连接到第二开关节点端子n，同时通过该另外的三个第一开关中的所述第二个开关s
nzb
的平均电流《i
zbn
》下降(对应于下降的相电流ib)，
[0113]-另外的第六时间间隔t2ra，在此期间第一相电压va通过该另外的三个第一开关中的所述第一个开关s
nza
间歇性地连接到第二开关节点端子n，同时通过该另外的三个第一开关中的所述第一个开关s
nza
的平均电流《i
zan
》上升(对应于上升的相电流ia)。
[0114]
第一、第二、第三、第四、第五和第六时间间隔t1ra、t1fc、t1rb、t1fa、t1rc、t1fb以及另外的第一、第二、第三、第四、第五和第六时间间隔t2fc、t2rb、t2fa、t2rc、t2fb、t2ra可以是相继的时间间隔，以任何顺序布置并且可以相邻、部分重叠或完全重叠。例如，顺序可以如图所示的：第一时间间隔t1ra、第二时间间隔t1fc、另外的第一时间间隔t2fc、另外的第二时间间隔t2rb、第三时间间隔t1rb、第四时间间隔t1fa、另外的第三时间间隔t2fa、另外的第四时间间隔t2rc、第五时间间隔t1rc、第六时间间隔t1fb、另外的第五时间间隔t2fb、另外的第六时间间隔t2ra。第一、第二、第三、第四、第五和第六时间间隔t1ra、t1fc、t1rb、t1fa、t1rc、t1fb以及另外的第一、第二、第三、第四、第五和第六时间间隔t2fc、t2rb、t2fa、t2rc、t2fb、t2ra一起覆盖三相ac信号的周期。
[0115]
参见下面的详细讨论，图3和图5示出了在相应时间间隔期间(在t11fc器件和在t1rc期间在图3的示例中)，第一降压电路的上部开关节点端子p可以交替地连接到上部中间节点x、相应相接头c和公共节点m；在另一相应时间间隔期间(在t2fc器件和在t2rc期间在图5的示例中)，第二降压电路的下部开关节点端子n可以交替地连接到下部中间节点y、相应相接头c和公共节点m。在时间间隔完全重叠的其他未展示的实施例中，第一开关s
zap
、s
zbp
、s
zcp
中的一个开关可以与第二开关s
xp
同步切换。类似地，另外的第一开关s
nza
、s
nzb
、s
nzc
中的一个开关可以与第二开关s
ny
同步切换。
[0116]
图3至图5示出了在微秒时间轴上(即，关于电转换器10的输出功率级12的桥臂的三个相继切换循环)的电流、电压和切换信号的图。每个切换循环的切换周期ts等于1/fs，其中fs是切换频率。图3对应于市电电压的线循环内ωt＝40
°
附近的时间间隔(参见图2a至图2l中的附图标记iii)，图4对应于市电电压的线循环内ωt＝60
°
附近的时间间隔(参见图2a至图2l中的附图标记iv)，并且图5对应于市电电压的线循环内ωt＝80
°
附近的时间间隔(参见图2a至图2l中的附图标记v)。对于全部图3至图5，无源整流器11的二极管处于以下切换状态：
[0117]-二极管d
ax
＝1(导通)、二极管d
ya
＝0(阻断)；相接头a与节点x连接；并且ia＝i
′
x
；
[0118]-二极管d
bx
＝0(阻断)、二极管d
yb
＝1(导通)；相接头b与节点y连接；并且ib＝i
′y；
[0119]-二极管d
cx
＝0(阻断)、二极管d
yc
＝0(阻断)；并且ic＝i
′
zc
。
[0120]
图3至5的左列(“上部降压电路”)对应于上部降压电路的操作，而图3至图5的右列(“下部降压电路”)对应于下部降压电路的操作。图3至图5中的每个图示出了：
[0121]-经pwm调制的上部降压桥臂18的开关和二极管s
xp
、s
zap
、s
zbp
、s
zcp
、d
mp
的控制信号以及经pwm调制的下部降压桥臂19的开关和二极管(s
ny
、s
nza
、s
nzb
、s
nzc
、d
nm
)的控制信号；
‘1’
是指
‘
接通’和导通，而
‘0’
是指
‘
关断’和不导通；参见图3至图5的第一行，
[0122]-跨上部降压电感器v
lp
两端的电压l
p
和跨下部降压电感器v
ln
两端的电压ln；参见图3至图5的第二行，
[0123]-上部降压电感器i
lp
中的电流l
p
(和该电流的切换循环平均值《i
lp
》＝i
dc
)以及下部降压电感器i
ln
中的电流ln(和该电流的切换循环平均值《i
ln
》＝-i
dc
)；参见图3至图5的第三行，
[0124]-上部降压桥臂18中的输入电流i
x
(和该电流的切换循环平均值《i
x
》)以及下部降压桥臂19中的输入电流iy(和该电流的切换循环平均值《iy》)；参见图3至图5的第四行，
[0125]-上部降压桥臂18中的输入电流i
zap
、i
zbp
、i
nzp
、i
zp
(和这些电流的切换循环平均值《i
zap
》、《i
zbp
》、《i
zcp
》、《i
zp
》)以及下部降压桥臂19中的输入电流i
nza
、i
nzb
、i
nzc
、i
nz
(和这些电流的切换循环平均值《i
nza
》、《i
nzb
》、《i
nzc
》、《i
nz
》)；参见图3至图5的第五行。
[0126]
应当注意，图3展示了通过以pwm信号操作第一开关s
zcp
(其中，s
zap
、s
zbp
＝0)而将第三相电压vc间歇性地连接到第一开关节点端子p的情况。本领域技术人员应理解，当以pwm信号操作第一开关s
zap
或第一开关s
zbp
时，操作是类似的。类似地，应当注意，图5展示了通过以pwm信号操作第一开关s
nzc
(其中，s
nza
、s
nzb
＝0)而将第三相电压vc间歇性地连接到第二开关节点端子n的情况。本领域技术人员应理解，当以pwm信号操作第一开关s
nza
或第一开关s
nzb
时，操作是类似的。
[0127]
在图3的相关时间间隔中，即，在市电电压的线循环内ωt＝40
°
附近(参见图2a至2l中附图标记iii)，vb《vc《va、vc》0、i
′
zc
＝《i
zc
》＝《i
zcp
》、i
′
za
＝《i
zap
》＝《i
zan
》＝0、i
′
zb
＝《i
zbp
》＝《i
zbn
》＝0、《i
zcn
》＝0并且i
zn
＝0，即，开关s
nza
、s
nzb
、s
nzc
、s
zap
、s
zbp
的控制信号的占空比等于零(连续断开；不导通)。
[0128]
在图4的相关时间间隔中，即，在市电电压的线循环内ωt＝60
°
附近(参见图2a至2l中附图标记iv)，vb《vc《va、vc＝0、i
zp
＝《i
zp
》＝0、i
zn
＝《i
zn
》＝0、i
′
za
＝《i
zap
》＝《i
zan
》＝0、i
′
zb
＝《i
zbp
》＝《i
zbn
》＝0、并且i
′
zc
＝《i
zcp
》＝《i
zcn
》＝0，即，开关s
nza
、s
nzb
、s
nzc
、s
zap
、s
zbp
、s
zcp
的控制信号的占空比等于零(连续断开；不导通)。
[0129]
在图5的相关时间间隔中，即，在市电电压的线循环内ωt＝80
°
附近(参见图2a至2l中附图标记v)，vb《vc《va、vc《0并且i
′
zc
＝《i
zc
》＝《i
zcn
》、i
′
za
＝《i
zap
》＝《i
zan
》＝0、i
′
zb
＝《i
zap
》＝《i
zbn
》＝0、《i
zcp
》＝0并且i
zp
＝0，即，开关s
nzb
、s
nzc
、s
zap
、s
zbp
、s
zcp
的控制信号的占空比等于零(连续断开；不导通)。
[0130]
在图3至图5中，输出功率级12的降压桥臂18、19的半导体器件(开关和二极管)依次导通。例如，在图3中，在切换周期ts(＝1/fs)内，经pwm调制的上部降压桥臂18的开关和二极管的导通序列如下：
[0131]-时间间隔1(int1；参见图3左上方的插图)：s
xp
导通，而s
zcpdzcp
和d
mp
不导通，
[0132]-时间间隔2(int2；参见图3左上方的插图)：s
zcpdzcp
导通，而s
xp
和d
mp
不导通，
[0133]-时间间隔3(int3；参见图3左上方的插图)：d
mp
导通，而s
xp
和s
zcpdzcp
不导通。
[0134]
在之后的切换周期中，该序列重复自身。
[0135]
尽管未展示，但第一降压电路和第二降压电路的操作可以交错以便减小输入和输出滤波电容器的电流应力，从而使得能够减小输入和输出滤波器的尺寸。
[0136]
也可以将可能包括更多时间间隔的不同导通序列用于降压桥臂。例如，在图3中，在切换周期ts(＝1/fs)内，可以将第四导通时间间隔添加到经pwm调制的上部降压桥臂18的开关和二极管的导通序列，这可以使得：
[0137]-时间间隔1(int1’)：s
xp
导通，而s
zcpdzcp
和d
pm
不导通，
[0138]-时间间隔2(int2’)：s
zcpdzcp
导通，而s
xp
和d
pm
不导通，
[0139]-时间间隔3(int3’)：d
pm
导通，而s
xp
和s
zcpdzpc
不导通，
[0140]-时间间隔4(int4’)：s
zcpdzcp
导通，而s
xp
和d
pm
不导通。
[0141]
这对于pwm调制的下部降压桥臂19的开关和二极管同样成立。
[0142]
图6示出了市电电压的整个线循环(360
°
)内的电流i
lp
、i
ln
、i
x
、iy、i
zap
、i
zbp
、i
zcp
、i
zan
、i
zbn
、i
zcn
。还示出了这些电流的切换循环平均值《i
lp
》、《i
ln
》、《i
x
》、《iy》、《i
zap
》、《i
zbp
》、《i
zcp
》、《i
zan
》、《i
zbn
》、《i
zcn
》，这些电流对应于2c所示电流。
[0143]
本发明提供的电转换器10的优点是将【参考文献1】中的输入电压选择器集成到功率级12中。这允许减少传导损耗，因为三次谐波注入电流的电力路径中的半导体器件较少。为了使电转换器的ac输入电流的总谐波失真(thd)最小化，有利地，使相电流ia、ib、ic的高频纹波最小化，这是由输入滤波器13负责的。
[0144]
在图8中，示出了电转换器200，该电转换器与转换器10的不同之处在于，图1所示的转换器的输出功率级12的二极管d
mp
、d
nm
被输出功率级212中的可控制半导体开关(s
pm
、s
mn
)(在这种情况下是mosfet)取代。这允许电感器电流《i
lp
》在s
pm
的导通时间间隔内也变为负，并且允许电感器电流《i
ln
》在s
mn
的导通时间间隔内也变为正，这在利用二极管(d
mp
、d
nm
)实施输出功率级12的情况下是不可能的。结果，可以实现对输出功率级212的所有半导体开关(s
xp
、s
zap
、s
zbp
、s
zcp
、s
pm
、s
ny
、s
nza
、s
nzb
、s
nzc
、s
mn
)的准无损零电压切换(zvs)或零电流切换(zcs)。这允许以较低切换损失以及因此较高的能量效率进行电力转换。另外，可以使用较高切换频率以便增大功率密度(减小尺寸)并降低电转换器的200成本。图7示出了在输出功率级212的zvs操作的情况下市电电压的整个线循环(360
°
)内的电流i
lp
、i
ln
、i
x
、iy、i
zap
、i
zbp
、i
zcp
、i
nza
、i
nzb
、i
nzc
。还示出了这些电流的切换循环平均值《i
lp
》、《i
ln
》、《i
x
》、《iy》、《i
zap
》、《i
zap
》、《i
zcp
》、《i
zan
》、《i
zbn
》、《i
zcn
》，这些电流对应于图2c所示电流。
[0145]
电转换器10(图1中示出)和200(图8中示出)是单向的，因为无源整流器11和输出功率级12、212包含二极管，从而仅允许从ac电网20中汲取电力并将该电力在输出端处提供给负载21。另一方面，图9示出了双向电转换器300。电转换器300与转换器10、200的不同之处在于，无源整流器11的二极管d
ax
、d
bx
、d
cx
、d
ya
、d
yb
、d
yc
和输出功率级12、212的二极管d
zap
、d
zbp
、d
zcp
、d
mp
、d
nza
、d
nzb
、d
nzc
、d
nm
分别由同步整流器311中的可控制半导体开关s
xa
、s
xb
、s
xc
、s
ay
、s
by
、s
cy
和输出功率级312中的可控制半导体开关s
pza
、s
pzb
、s
pzc
、s
pm
、s
zan
、s
zbn
、s
zcn
、s
mn
取代。注意，电转换器300可以用作dc到ac转换器，其中，a、b、c是输出端子，而p、n是输入端子，
如本领域技术人员将清楚的。这在例如采用太阳能电池的应用中可能有用。
[0146]
在图11中，示出了另一个电转换器500，该电转换器与转换器10的不同之处在于，输出功率级512的堆叠降压桥臂518、519是使用二极管和开关的不同配置(并联配置)来实施的。转换器500可以用于更高功率的应用，因为其为每个相臂提供专用降压电路并且提供了输出级512的三重交错的可能性。结合地，输出滤波器514与输出滤波器14的不同之处在于，对于总共六个降压电感器，它包含用于将上部降压电路518连接到上部输出端子p的三个上部降压电感器lpa、lpb、lpc和用于将下部降压电路519连接到下部输出端子n的三个下部降压电感器lna、lnb、lnc。
[0147]
第一降压电路包括三个第一器件1pa、1pb、1pc，这些器件可有源切换以将三个第一开关节点端子pa、pb、pc连接到三个相端子a、b、c中的任一个。第二降压电路包括另外的三个第一器件1na、1nb、1nc，这些器件可有源切换以将三个第二开关节点端子na、nb、nc连接到三个相端子a、b、c中的任一个。第一降压电路进一步包括连接在第一中间节点x与三个第一开关节点端子pa、pb、pc之间的三个第二器件2pa、2pb、2pc，并且第二降压电路包括连接在第二中间节点y与三个第二开关节点端子na、nb、nc之间的另外的三个第二器件2na、2nb、2nc。第一降压电路和第二降压电路串联连接在第一中间节点x与第二中间节点y之间，使得第一降压电路和第二降压电路具有公共节点m。第一降压电路包括连接在公共节点m与三个第一开关节点端子pa、pb、pc之间的三个第三器件3pa、3pb、3pc，并且第二降压电路包括连接在公共节点m与三个第二开关节点端子na、nb、nc之间的另外的三个第三器件3na、3nb、3nc。三个第二器件2pa、2pb、2pc和另外的三个第二器件2na、2nb、2nc是可有源切换的，使得ac到dc转换成为可能。另外或可替代地，这三个第三器件和该另外的三个第三器件可以是可有源切换的(未示出)，以允许dc到ac转换。
[0148]
第一降压电路被配置为控制三个第一开关节点端子pa、pb、pc与第一中间节点x、三个相端子a、b、c以及公共节点m之间的连接；并且第二降压电路被配置为控制三个第二开关节点端子na、nb、nc与第二中间节点y、三个相端子a、b、c以及公共节点m之间的连接。
[0149]
在电转换器10、200和500中的任一个中，二极管都可以由电流双向可有源切换半导体器件取代以允许电转换器的双向电力流。
[0150]
在图10中，示出了另一电转换器400，该电转换器与转换器200的不同之处在于，输出滤波器14被包括升压级的有源输出滤波器414取代。有源输出滤波器可以用在图1、图8、图9、图11的电转换器中。另外，在电转换器400中，将电压节点x、y、a、b、c互连的hf电容器c
xza
、c
zcy
、c
zbzc
、c
zazb
、c
xy
以三角形构型而非星形构型连接。
[0151]
在电转换器10、200、300、和400中的任一个中，hf电容器(c
x
、c
za
、c
zb
、c
zc
、cy、c
xza
、c
zcy
、c
zbzc
、c
zazb
、c
xy
)可以置于相端子a、b、c与整流器11、311之间，并且以星形构型或三角形构型的形式将相端子a、b、c互连。也可以使用以星形构型或三角形构型或其组合的形式将中间电压节点x、y互连的一组hf电容器(如电转换器10、200、300、400)与将相输入端子a、b、c互连的一组hf电容器的组合。
[0152]
在电转换器10、200、300和500中的任一个中，hf电容器c
x
、c
za
、c
zb
、c
zc
、cy以星形构型连接。替代性地，在这些电转换器中的任一个中可以使用这些电容器的三角形构型。在电转换器400中，hf电容器c
xza
、c
zcy
、c
zbzc
、c
zazb
、c
xy
以三角形构型连接。替代性地，可以使用这些电容器的星形构型。
[0153]
如图1所示，为了实现中间电流i
′
x
、i
′y、i
′
za
、i
′
zb
、i
′
zc
的分段正弦形状(这导致三个正弦ac相电流ia、ib、ic)，可以使用中央控制单元40，该中央控制单元控制电转换器10的所有可控制半导体器件(开关)，经由通信接口50向每个开关发送控制信号。具体地，半导体器件s
zap
、s
zbp
、s
zcp
、s
nza
、s
nzb
、s
nzc
、s
xp
、s
ny
由控制器40控制。此外，控制单元具有：测量输入端口42、43、44、45、46，用于接收以下各项的测量结果：
[0154]
·
42：ac电网相电压va、vb、vc；
[0155]
·
43：中间电流i
′
x
、i
′y、i
′
za
、i
′
zb
、i
′
zc
；
[0156]
·
44：电感器电流i
lp
、i
ln
；
[0157]
·
45：dc总线电压v
dc
；
[0158]
·
46：dc总线中点电压v
mn
，
[0159]
以及用于接收设定值的输入端口41，该设定值可以是所请求的dc输出电压
[0160]
图12示出了在图1中以示意性方式示出的中央控制单元40的有利实施方式的框图。电转换器10在图12中表示为
‘
单线’等效电路，其中元件的注释对应于图1中给出的注释。信号线中的三条斜线指示多个信号的捆绑，并且可以表示到向量表示的转变。
[0161]
控制单元40的目标是将输出电压v
dc
控制为经由输入端口41从外部单元接收到的所请求的设定值以及均衡跨两个输出电容器c
pm
和c
mn
两端的电压，例如通过将跨下部输出电容器c
mn
两端的电压控制为基本上等于dc总线电压的一半来均衡。另外，从相输入a、b、c汲取的电流可能需要基本上呈正弦形状，并且与对应相电压基本上同相控制。如先前所解释的，这也可以通过控制中间电流i
′
x
、i
′y、i
′
za
、i
′
zb
、i
′
zc
(即，代替直接控制相电流ia、ib、ic)以具有分段正弦形状来实现。
[0162]
使用级联控制结构有利地完成对输出电压v
dc
的控制，该级联控制结构包括外部电压控制回路60和内部电流控制回路70。输出电压的设定值经由输入端口41输入到比较器61，并且与从测量装置95(例如，包括低通滤波器)获得的测量输出电压进行比较。比较器61的输出是输出电压的控制误差信号，该控制误差信号进一步输入到控制元件62(例如，包括比例积分控制块)，该控制元件输出与相电流有关的瞬时设定值和/或与电感器电流的dc分量有关的设定值。这些设定值被输入到乘法器63，并且与从输出相电压的归一化瞬时值的计算元件64获得的信号相乘。计算元件64的输入是从测量装置93(例如，包括低通滤波器)获得的测量相电压。乘法器63的输出是(例如经低通滤波的)瞬时相电流ia、ib、ic和电感器电流i
lp
、i
ln
的(例如经低通滤波的)瞬时dc分量的设定值设定值基本上呈正弦形状并且与对应相电压基本上同相定位。设定值基本上恒定，并且如上文所解释的，可以将到达附载21的dc输出电流表示为和在通过加法元件67和选择元件81之后，将设定值输入到电流控制器70，该加法元件和选择元件的功能在下文中进一步详细描述。
[0163]
电流控制器70分为五个单独的电流控制器71、72、73、74、75，其中：
[0164]
·
单独的电流控制器71用于控制中部中间电流i
′
za
、i
′
zb
、i
′
zc
。这种控制是通过对
输出功率级12的可控制开关的pwm调制来实现的。由于无源整流器11的操作，于是，控制器71控制相端子a、b、c的电流，该输入具有介于三相ac电压的最高电压与最低电压之间的电压；
[0165]
·
单独的电流控制器72用于控制上部中间电流i
′
x
。这种控制是通过对输出功率级12的可控制开关的pwm调制来实现的。由于无源整流器11的操作，于是，控制器72控制相端子a、b、c的电流，该输入具有三相ac电压的最高电压；
[0166]
·
单个独的流控制器73于控制下部中间电流i
′y。这种控制是通过对输出功率级12的可控制开关的pwm调制来实现的。由于无源整流器11的操作，于是，控制器73控制相端子a、b、c的电流，该输入具有三相ac电压的最低电压。
[0167]
·
单独的电流控制器74用于控制连接到上部降压桥臂18的输出滤波器14的上部电感器l
p
中的电流。这种控制是通过对输出功率级12的可控制开关的pwm调制来实现的。
[0168]
·
单独的电流控制器75用于控制连接到下部降压桥臂19的输出滤波器14的下部电感器ln中的电流。这种控制是通过对输出功率级12的可控制开关的pwm调制来实现的。
[0169]
·
电流控制器74和75联合地控制供应给负载21的电流。
[0170]
本领域技术人员将理解，并非所有电流控制器71、72、73、74、75都是必需的。本发明的实施例可以使用如上定义的一个或多个电流控制器的任何组合，例如取决于电转换器的应用要求。
[0171]
选择器元件81用于根据相端子a、b、c的电压值将瞬时相电流的和电感器电流的设定值发送到正确的单独电流控制器71、72、73、74、75，从而为每个单独电流控制器产生中间电流设定值和电感器电流设定值其中：
[0172]
·
将具有三相ac电压中的最高电压的相输入a、b、c的相电流的设定值发送到单独的电流控制器72，从而产生设定值
[0173]
·
将具有三相ac电压中的最低电压的相输入a、b、c的相电流的设定值发送到单独的电流控制器73，从而产生设定值
[0174]
·
将具有介于三相ac电压的最高电压与最低电压之间的电压的相输入a、b、c的相电流的设定值发送到单独的电流控制器71，从而产生设定值
[0175]
·
将输出滤波器14的上部电感器l
p
的电感器电流的设定值发送到单独的电流控制器74，从而产生设定值
[0176]
·
将输出滤波器14的下部电感器ln的电感器电流的设定值发送到单独的电流控制器75，从而产生设定值
[0177]
在每个单独的电流控制器中，将接收到的瞬时电流的设定值在每个单独的电流控制器中，将接收到的瞬时电流的设定值输入到比较器，例如单独的电流控制器71的比较器76，并且将该设定值与从测量装置94(例如，包括低通滤波器)和从测量装置97获得的测量电流i
′
x,测量
、i
′
y,测量
、i
′
z,测量
、i
lp,测量
、i
ln,测量
进行比较。测量电流i
′
z,测量
表示i
′
za,测量
、i
′
zb,测量
、i
′
c,测量
的向量表示。比较器的输出是电流的控制误差信号，该控制误差信号进一步输入到控制元件，例如单独的电流控制器71(例如，比例-积分控制器)的控制元件77。电流控制器70的输出(其是例如单独的电
流控制器71、72、73、74、75的输出的捆绑组合)被输入到pwm生成元件，例如pwm生成元件54。pwm生成元件生成经pwm调制的控制信号以用于受pwm控制的桥臂(即，上部降压电路的上部降压桥臂18和下部降压电路的下部降压桥臂19)的可控半导体开关。这些经pwm调制的控制信号经由通信接口50发送到适当的桥臂。
[0178]
通过由加法元件67将偏移值与由乘法器63输出的(例如，经低通滤波的)瞬时相电流ia、ib、ic和/或(例如，经低通滤波的)瞬时电感器电流i
lp
、i
ln
的设定值相加来完成dc总线中点均衡。通过使用比较器65将从测量装置96(例如，包括低通滤波器)获得的测量dc总线中点电压与设定值(例如，v
dc
/2)进行比较并将误差信号(比较器65的输出)馈送到控制元件66中来获得偏移值。
[0179]
通过使用这样的控制单元40和在上文中详细描述的控制方法控制电转换器10来获得图2d中示出的相电流ia、ib、ic。如上文所解释的，相电流ia、ib、ic是间接控制的，即，这些相电流是控制中间电流i
′
x
、i
′y、i
′a、i
′
zb
、i
′
zc
(图2c中示出)和/或电感器电流i
lp
、i
ln
和无源整流器11的操作的结果。中间电流源整流器11的操作的结果。中间电流的设定点是由选择器元件81基于测量相电压从设定值得到的。
[0180]
图13展示了电转换器600的又一个示例性实施例。电转换器包括桥臂618、619的并联连接。更特别地，第一降压电路和第二降压电路并联连接在第一中间节点与第二中间节点之间。第一降压电路包括连接在第二中间节点y与第一开关节点端子p之间的三个第一器件1pa、1pb、1pc、第二器件2p和第三器件3p。第二降压电路包括连接在第一中间节点x与第二开关节点端子n之间的另外的三个第一器件1na、1nb、1nc、另一第二器件2n和另一第三器件3n。第三器件3p在第二中间端子y与相应相端子a、b、c之间与三个第一器件1pa、1pb、1pc串联连接，另一第三器件3n在第一中间端子x与相应相端子a、b、c之间与另外的三个第一器件1na、1nb、1nc串联连接。
[0181]
另外，在电转换器600中，整流器11的二极管可以由可有源切换半导体器件取代以允许电转换器的双向电力流(如在图9的实施例中)。在电转换器600中，hf电容器以星形构型连接。替代性地，可以使用这些电容器的三角形构型。另外，代替无源输出滤波器14，可以在电转换器600中使用有源输出滤波器(如图11)。
[0182]
标记为“控制器”的功能块的功能可以通过使用专用硬件以及与适当软件相关联的能够执行软件的硬件提供。当由处理器提供时，功能可以由单一专用处理器、由单一共享处理器或由其中一些可以共享的多个单独的处理器提供。此外，术语“控制器”的明确使用不应被解释为排他性地指代能够执行软件的硬件，而可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(dsp)硬件、网络处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、用于存储软件的只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)以及非易失性存储装置。常规的和/或定制的其他硬件也可以包括在内。
[0183]
以上虽然已结合特定实施例阐述了本发明的原理，但是应当理解，该描述仅通过示例做出并且不作为对保护范围的限制，保护范围由所附权利要求来确定。