CN103124140B - 功率转换器及其集成直流扼流器 - Google Patents

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Abstract

提出了一种功率转换系统及其直流链路扼流器，其中，提供了一种具有第一柱和第二柱的连续芯结构，围绕第一柱和第二柱设置有四个以上的绕组，其中一个或多个分路结构在第一柱的中间部分与第二柱的中间部分之间提供磁通路径。

Description

功率转换器及其集成直流扼流器
背景技术
电机驱动器和其它功率转换系统将电功率从一种形式转换成另一种形式，并且可用在多种应用中，诸如使用从单相或多相交流输入源转换的功率来为电动机供电。电机驱动器的一种常见形式是电流源转换器（CSC），其中整流器对来自单相或多相交流输入源的输入交流功率进行转换，以将直流电流提供给直流链路（DC link）电路。输出逆变器将直流链路电流转换成单相或多相交流输出功率以驱动电机负载。这样的功率转换系统会经受差模电压和电流以及共模电压和电流，这会引起各种问题，包括功率转换系统和/或电机负载的劣化。例如，电机易受由于电机负载上过大的共模电压的出现而引起的损坏或性能劣化的影响。之前，低压转换器和中压转换器通常包括差模电感器以及共模控制设备以解决这些问题。然而，分开的差模装置和共模装置成本较高并且占据了功率转换系统中的空间。其它技术包括修改整流器级和逆变器级之一或两者的开关波形，但是这样的技术通常要求复杂的开关控制系统。共模和差模噪声影响还可以通过在功率转换系统内使用隔离变压器来解决，但是这些变压器增加了系统的成本并且占据空间。因此，仍存在对功率转换系统中的改进的共模和差模抑制设备和技术的需要。
在2007年1月16日颁发给Kerkman等人并且转让给本申请的受让人的第7,164,254号美国专利公开了共模电压减小技术，其中，修改开关序列以避免使用零向量，以便减小电机中的共模电压。该专利的全部内容通过引用合并于此，如在这里完全阐述了一样。
在2006年9月12日颁发给Yin等人并且转让给本申请的受让人的第7,106,025号美国专利公开了用于消除算法中的死区时间（dead time）影响以减小整流器/逆变器变频驱动器（VFD）中的三相功率转换装置产生的共模电压的技术，其全部内容通过引用合并于此，如在这里完全阐述了一样。
在1995年6月6日颁发给Yamaguchi等人的第5,442,619号美国专利公开了一种共模扼流线圈，其具有一对U形芯和围绕这些芯的柱（leg）缠绕的4个线圈，该专利的全部内容通过引用合并于此，如在这里完全阐述了一样。
在1999年5月18日颁发给Hammond的第5,905,642号美国专利公开了一种用以减小来自电流源驱动器的共模电压的在直流转换器与交流转换器之间的共模电抗器，其全部内容通过引用合并于此，如在这里完全阐述了一样。
在2003年9月9日颁发给Wu等人并转让给本申请的受让人的第6,617,814号美国专利公开了一种用于抑制共模电压的集成直流链路扼流器和方法以及电机驱动器，其全部内容通过引用合并于此，如在这里完全阐述了一样。
在2004年11月16日颁发给Kerkman等人并转让给本申请的受让人的第6,819,070号美国专利公开了用于控制交流电机驱动器中的反射电压的逆变器开关控制技术，其全部内容通过引用合并于此，如在这里完全阐述了一样。
在2007年4月25日颁发给Thunes等人并且转让给本申请的受让人的第7,034,501号美国专利公开了用于减轻交流电机驱动器中的反射波的门脉冲时间间隔调整技术，其全部内容通过引用合并于此，如在这里完全阐述了一样。
发明内容
现在对本公开内容的各个方面进行概述，以便于对本公开内容的基本理解，其中该概述不是对本公开内容的详尽概括，并且不旨在识别本公开内容的某些元素，也不旨在限定其范围。相反，该概述的主要目的是在下文中给出的更详细描述之前以简化形式给出本公开内容的一些概念。本公开内容提出了功率转换系统和直流扼流器，该直流扼流器具有包括第一柱和第二柱的芯结构，其中直流扼流器具有至少四个绕组和在第一芯柱的中间部分与第二芯柱的中间部分之间提供磁通路径的一个或多个分路器（shunt）。
提供了一种功率转换系统，其包括整流器、逆变器以及提供耦合在整流器与逆变器之间的线圈的直流链路扼流器。整流器包括第一直流输出节点和第二直流输出节点，并且逆变器具有第一直流输入节点和第二直流输入节点。该直流链路扼流器包括具有第一柱和第二柱的芯结构，第一柱和第二柱均包括两个端部和中间部分。第三柱在第一柱的第一端部与第二柱的第一端部之间延伸，并且第四柱在第一柱的第二端部与第二柱的第二端部之间延伸。在某些实施例中，芯结构包括多个层压制品（laminate）。此外，在某些实施例中，芯结构的柱中或者柱之间没有间隙。
一个或多个分路器设置在第一柱的中间部分与第二柱的中间部分之间，以在中间部分之间提供磁通路径，其中，多个间隙形成在分路器与中间部分之间，其中，在某些实施例中至少一个间隙可为零。设置了四个以上的绕组，其中，第一绕组形成直流扼流器的第一线圈并具有第一端子和第二端子，其中第一绕组在第一柱的中间部分与第一端部之间形成围绕第一柱的至少一匝。第二绕组在第一柱的中间部分与第二端部之间形成至少一匝。另外，第三绕组在第二柱的中间部分与第一端部之间形成至少一匝，并且第四绕组在第二柱的中间部分与第二端部之间形成至少一匝。
在某些实施例中，两个以上的分路器设置在第一柱的中间部分与第二柱的中间部分之间的磁通路径中，其中分路器在中间部分之间延伸并且在至少两个分路器之间形成至少一个附加间隙。
在某些实施例中，第一绕组和第三绕组串联耦合在整流器的第一直流输出节点与逆变器的第一直流输入节点之间，并且第二绕组和第四绕组彼此串联耦合在第二整流器直流输出节点与第二逆变器直流输入节点之间。
在其他实施例中，第一绕组和第二绕组耦合在第一整流器直流输出节点与第一逆变器直流输入节点之间，其中第三绕组和第四绕组串联耦合在第二整流器直流输出节点与第二逆变器直流输入节点之间。
在其他实施例中，第一绕组和第四绕组耦合在第一整流器直流输出节点与第一逆变器直流输入节点之间，并且第二绕组和第三绕组耦合在第二整流器直流输出节点与第二逆变器直流输入节点之间。
根据本公开内容的其他方面，提供了一种集成直流链路扼流器，其包括具有四个柱的芯结构，该芯结构包括具有两个端部和设置在两个端部之间的中间部分的第一柱以及具有两个端部和中间部分的第二柱。芯结构的第三柱在第一柱的第一端部与第二柱的第一端部之间延伸，并且第四柱在第一柱的第二端部与第二柱的第二端部之间延伸。设置了在第一柱的中间部分与第二柱的中间部分之间延伸的一个或多个分路器以在其之间提供磁通路径，并且多个间隙形成在第一柱的中间部分和第二柱的中间部分与分路器之间。扼流器还包括四个以上的绕组，包括第一绕组，第一绕组具有第一端子和第二端子并且在第一柱的中间部分与第一端部之间形成围绕第一柱的至少一匝。设置了在第一柱的中间部分与第二端部之间形成至少一匝的第二绕组。设置了在第二柱的中间部分与第一端部之间形成至少一匝的第三绕组，并且第四绕组在第二柱的中间部分与第二端部之间形成至少一匝。在某些实施例中，多于一个间隙设置在第一柱的中间部分与第二柱的中间部分之间，并且至少一个附加间隙形成在分路器之间。另外，在某些实施例中，芯结构包括多个层压制品。另外，某些实施例中的芯结构是在柱中或者在柱之间没有间隙的连续结构。在某些实施例中，第一绕组和第三绕组彼此串联耦合，并且第二绕组和第四绕组彼此串联耦合。在其他实施例中，第一绕组和第二绕组彼此串联耦合，并且第三绕组和第四绕组彼此串联耦合。在其他实施例中，第一绕组和第四绕组彼此串联耦合，并且第二绕组和第三绕组彼此串联耦合。
附图说明
以下的描述和附图详细阐述了本公开内容的某些说明性实施方式，其表示可实现本公开内容的各种原理的一些示例性方式。然而，所示出的示例不是本公开内容的多个可能实施例的全部。将在结合附图考虑的以下详细描述中阐述本公开内容的其它目的、优点和新颖特征，其中：
图1是示出根据本公开内容的一个或多个方面的、具有集成直流链路扼流器的示例性电流源转换器型变频电机驱动器功率转换系统的示意图；
图2是示出包括设置在第一垂直芯柱的中间部分与第二垂直芯柱的中间部分之间的单个分路器的、集成直流链路扼流器的示例性芯结构的正视图；
图3是示出具有设置在垂直芯柱之间的两个分路器的另一示例性直流链路扼流器芯结构的正视图；
图4是示出具有在垂直芯柱之间延伸的单个分路器的、层压直流链路扼流器芯结构的正视图；
图5是示出具有位于垂直芯柱上的第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组的示例性直流链路扼流器的简化正视图；
图6是示出具有集成直流链路扼流器的示例性功率转换系统的示意图，其中，第一绕组和第三绕组在上部直流链路电流路径中连接，并且第二绕组和第四绕组在下部直流链路路径中连接；
图7是示出图6的系统中的直流链路扼流器的连接以及差模等效电路和链路扼流器芯结构中的相应磁通路径的正视图；
图8是示出图6的系统中的直流链路扼流器以及共模等效电路和链路扼流器芯结构中的相应磁通路径的正视图；
图9是示出包括集成直流链路扼流器的另一电机驱动器功率转换系统的示意图，该集成直流链路扼流器具有在上部直流链路电流路径中连接的第一绕组和第二绕组以及在下部直流链路路径中连接的第三绕组和第四绕组；
图10是示出图9的系统中的直流链路扼流器的连接以及差模等效电路和链路扼流器芯结构中的相应磁通路径的正视图；
图11是示出图9的系统中的直流链路扼流器的连接以及共模等效电路和链路扼流器芯结构中的相应磁通路径的正视图；
图12是示出另一功率转换系统实施例的示意图，其中，第一和第四直流链路扼流器绕组在上部直流链路电流路径中连接，并且第二绕组和第三绕组在下部直流链路路径中连接；
图13是示出图12的系统中的直流链路扼流器的连接以及差模等效电路和扼流器芯结构中的相应磁通路径的正视图；以及
图14是示出图12的系统中的直流链路扼流器以及共模等效电路和链路扼流器芯结构中的相应磁通路径的正视图。
具体实施方式
现在参照附图，下文中结合附图来描述多个实施例或实现方式，在附图中，相同的附图标记在全文中用于表示相同的元件，并且不一定按比例绘出各个特征。
发明者已认识到，现有的共模扼流器设计遭受各种问题和难题。这些装置的固有缺点包括难以避免局部饱和对共模电感的影响。此外，这些传统装置中具有许多匝的绕组可以使邻近损耗显著地增加。在这点上，共模扼流器至今仍由于计算或模拟磁通分布的复杂性而难以设计。
所公开的实施例提供了结合了差模电感器和共模电压抑制的单个链路扼流器。这些实施例发现了与任何形式的功率转换系统（诸如，低压和中压电机驱动器型功率转换器）结合的用途，并且可以有利地用在无变压器的配置中。与基于分开的差模装置和共模装置的传统方案相比，在中间直流电路中使用单个集成链路扼流器减少了用于电机驱动器和其他功率转换系统的部件总计数，并且所示出的绕组布置利于芯材料成本和尺寸以及铜损耗的降低，其中，所共有的横截面面积减小了扼流器芯的总重量。所公开的方法可以用于提供对功率转换器系统中的共模电压问题的可靠且有成本效益的解决方案，而潜在地无需现行的解决方案和相关联的复杂控制要求。
图1示出示例性的电流源转换器型变频电机驱动器功率转换系统2，其包括输入整流器10以及逆变器20，整流器10接收来自电源40的单相或多相交流输入功率，逆变器20提供单相或多相交流输出电功率以驱动电机或其他负载6。设置有链路扼流器100，其将整流器10的直流输出端与逆变器20的直流输入端耦合。在所示的实施例中，直流链路扼流器100将单个功率转换系统2的整流器10和逆变器20耦合。然而，如下的其他实施例是可能的：另外的绕组被添加到直流扼流器100以便于多个功率转换系统2的逆变器20与整流器10之间的耦合，其中，这样的绕组将线圈提供给控制和/或以另外的方式解决差模和共模问题的各个功率转换系统24。
整流器10可以是有源或无源整流器电路，包括一个或多个用于对交流输入功率进行整流以提供直流输出功率的无源二极管。在其他实施方式中，可使用有源整流器，包括多个开关（例如，具有反向阻断能力的SGCT、IGCT、GTO、晶闸管、IGBT等），这多个开关根据来自整流器控制系统（未示出）的相应控制信号可操作用于选择性地产生分别在第一整流器直流输出端子或节点11和第二整流器直流输出端子或节点12中流动的中间直流链路电流。此外，所示出的整流器10是三相有源整流器，该三相有源整流器具有各自耦合在相应的三条输入相线A、B、C中的一条与直流输出端子11、12中的一个之间的六个开关装置S1-S6，其中，开关装置S1-S6各自可根据相应的开关控制输入信号（未示出）操作。在操作中，整流器10将调节后的直流链路电流经由节点11、12中的一个或两者提供给扼流器100，其中，图1的示例包括四个线圈L，其中两个线圈L彼此串联耦合在上部整流器直流输出端子11与上部逆变器直流输入端子21之间，以及另两个线圈L彼此串联耦合在下部（例如，第二）整流器直流输出端子12与下部逆变器直流输入端子22之间。通常，直流输出电流从整流器10通过第一输出端子11流入链路扼流器100，并且经由第一逆变器直流输入端子或节点21从链路扼流器提供电流以由逆变器20转换成单相或多相交流电输出功率，从而驱动电机6或其他负载。下部直流链路路径为从逆变器20经由第二直流输入端子或节点22流过链路扼流器100并经由第二整流器直流输出端子或节点12返回到整流器10的直流电流提供返回电流路径。系统2可包括适合于操作整流器开关装置S1-S6的控制器（未示出），并且可包括可以测量直流链路电流的其他反馈调节部件（未示出），以为了调节整流器10产生的直流电流而提供反馈。
所示的示例中的逆变器20是经由节点21和22接收直流输入电流的三相系统，节点21和22连接到逆变器开关装置S7-S12（例如，SGCT、IGCT、GTO、晶闸管、IGBT等）的阵列，逆变器开关装置S7-S12根据来自逆变器控制器（未示出）的相应开关控制输入信号可选择性地操作，以根据任何适当的开关控制技术（例如，诸如空间矢量调制（SVM）、选择谐波消除（SHE）等）选择性地将三相输出线U、V、W中的各条三相输出线与直流输入节点21、22中的一个耦合。通过该操作，选择性地将在直流输入节点21处借助于链路扼流器100从整流器10接收到的直流链路电流转换成多相交流输出电流，以驱动电机负载6。在其他可能的实施例中，单相逆变器20可用于驱动负载6。此外，系统2可用于驱动其他形式的负载，并且所公开的构思不限于电机驱动器。
直流链路扼流器100形成将整流器10的开关S1-S6与逆变器20的直流输入节点21、22链接的中间电路。在某些实施例中，两个线圈L设置在中间链接电路的上部支路和下部支路中的每一个中，并且扼流器100的线圈L仅设置在上部直流支路和下部直流支路之一中的一些实施例是可能的。如下的其他实施方式也是可能的：仅单个线圈L设置在一个链接电路支路中，其中三个以上的线圈L耦合在其他支路中。此外，尽管所示出的实施例包括四个绕组110-140，但是根据本公开内容，多于四个的这样的绕组可以设置在直流链路扼流器100中。功率转换系统2可包括诸如包括电感器和/或电容器的输入和/或输出滤波电路的其他部件（未示出）、便于控制直流链路电流和/或控制提供给电机6的输出电流的各种反馈电路、便于总体上操作系统2或其特定部分的各种用户接口部件等，为了不使本公开内容的新颖方面难以理解而省略了其详情。
同样参照图2至图5，使用芯结构150构造直流扼流器100，其中可以使用任何适合的电感器或变压器芯材料制造该芯结构150。此外，如图4所示，使用两个以上的层压制品150L来构造某些实施例中的芯结构150，其中，可以对层压制品150L进行涂覆或不进行涂覆，或者可以使用任何适当的技术将其保持在一起作为单个芯结构。图2示出芯结构150的示例性正视图，芯结构150分别包括第一垂直柱151和第二垂直柱152，每个垂直柱均具有上部的第一端部和下部的第二端部。结构150还包括在第一柱151的第一（上部）端部与第二柱152的第一（上部）端部之间延伸的水平设置的第三柱153、以及在第一柱151的第二（下部）端部与第二柱152的第二（下部）端部之间延伸的水平的第四柱154。在某些实施例中，图2中所示的图示结构150可如图4所示那样被复制为两个以上的层压制品150L，或者可设置单个一元结构150。另外，示例性的芯结构150的柱151-154中或之间没有间隙，但是气隙（或者填充有其他材料的间隙）设置在柱151-154的部分或全部中或之间或者设置有多个气隙的其他实施例（未示出）是可能的。
如在图2和图3中看到的，一个或多个分路器160包括在链路扼流器100中，以在第一柱151的中间部分与第二柱152的中间部分之间提供磁通路径。分路器160可由任何适当的材料（诸如用于制造芯结构150的相同芯材料）构成。在图2的示例中，单个分路器160设置在垂直芯柱151的中间部分与垂直芯柱152的中间部分之间，其中，分路器160与柱151和152隔开，从而分别限定第一间隙155和第二间隙156。在某些实施例中，间隙155和156可以是相等的，或者这些间隙155、156可以是不同的。此外，在某些示例中，间隙155、156中的一个可以为零，其中分路器160的相应端部与芯结构150的相应端部151、152接触。在各个实施例中，可使用多于一个的分路器160。图3示出两个分路器160设置在垂直柱151的中间部分与垂直柱152的中间部分之间的磁通路径中。如在图3中看到的，分路器160在柱151的中间部分与柱152的中间部分之间延伸并且与柱151的中间部分和柱152的中间部分隔开，而且分路器160也彼此隔开以在其之间形成附加间隙157。
图5示出集成直流扼流器100（对于使用了单个分路器160的情况），包括设置在第一柱151和第二柱152上的四个示例性绕组110、120、130和140，每个绕组均形成耦合在整流器直流输出端与逆变器直流输入端之间的线圈L。第一绕组110包括第一端子112和第二端子114，并且在第一柱151的中间部分与第一柱151的第一（例如，上部）端部之间形成围绕第一柱151的一匝或多匝，其中，从第一端子112开始的绕组110的开头部分越过第一柱151的上部的正面并且线匝向下延伸，其中绕组110的最后部分越过柱151背面且在第二端子114处终止。这样，流入第一端子112且从第二端子114流出的电流将在第一柱151的上部内在图5的向上方向上引起磁通。第二绕组120具有第一端子122和第二端子124，并在第一柱151的中间部分与第二（例如，下部）端部之间形成围绕第一柱151的至少一匝。如同第一绕组110一样，从端子122开始的第二绕组120的开头部分越过第一柱151的正面，并且绕组线匝向下继续，直到最后部分越过柱151背面且在第二端子124处终止。因此，流入第一端子122且从第二端子124流出的电流将在第一柱151的下部内在向上方向上产生磁通。
如在图5中所看到的，第三绕组130和第四绕组140围绕第二芯柱152缠绕。在图5的实施例中，第三绕组130具有第一端子132和第二端子134，并且该绕组130在第二柱152的中间部分与第二柱152的第一（上部）端部之间形成围绕第二柱152的至少一匝。在该配置中，绕组130的开头部分在端子132处开始并且越过柱152背面，从而从其朝向中间部分向下延伸，其中绕组130的最后部分越过柱152的正面且终止于第二端子134。因此，流入第一端子132且从第二端子134流出的电流将在第二柱152的上部内在向上方向上产生通量。第四绕组140具有第一端子142和第二端子144，其中绕组140的开头部分从第一端子142越过柱152的背面且朝向柱152的第二（下部）端部向下延伸，其中绕组140的最后部分越过柱152的正面且在第二端子144处终止。在该配置中，流入第一端子142且从第二端子144流出的电流在芯结构150的第二柱152的下部内产生向下磁通。
在某些实施例中，绕组110、120、130和140中的每一个的匝数相同，并且芯结构150的第一柱151和第二柱152一般具有相同的尺寸、形状和材料，从而与这些绕组120-140相关联的电感L一般是相等的。在其他实施例中，这些设计参数中的一个或多个参数对于绕组110、120、130和/或140中的各个绕组而言会是不同的，从而与各个绕组110-140相关联的线圈L会是不同的。此外，如以下看到的，可连同与直流链路扼流器100本身相关的设计参数一起调整给定的功率转换系统内的绕组的互连，以便针对共模电压、差模电流等提供各种不同的电感组合。
现在参照图6至图8，图6示出具有集成直流链路扼流器100的功率转换系统2的示例性实施例，其中，第一绕组110和第三绕组130在转换器2的上部直流链路电流路径中相连接，而第二绕组120和第四绕组140在下部直流链路路径中相连接。类似于在随后的附图中所示的其他实施例，该实施例可包括单个分路器160或者可设置有两个以上的分路器160（例如，如以上在图3中所看到的）。在图6至图8的配置中，绕组110和130彼此串联耦合在整流器10的第一直流输出节点11与逆变器20的第一直流输入节点21之间。另外，第二绕组120和第四绕组140彼此串联耦合在整流器10的第二直流输出节点12与逆变器20的第二直流输入节点22之间。图7和图8示出图6的系统中的直流链路扼流圈100以及差模和共模等效电路的正视图，并且在链路扼流器芯结构150中示出相应的磁通路径。如在图6至图8中看到的，第一绕组110的第一端子112与第一整流器直流输出节点11耦合，第一绕组110的第二端子114与第三绕组130的第二端子134耦合，并且第三绕组130的第一端子132与第一逆变器直流输入节点21耦合。这样，绕组110和130及其线圈L在整流器10与逆变器20之间的上部直流链路支路中串联连接。另外，第二绕组120的第一端子122与整流器10的第二直流输出节点12耦合，绕组120的第二端子124与第四绕组140的第二绕组144耦合，并且绕组140的第一端子与第二逆变器直流输入节点22耦合。因此，第二绕组120和第四绕组140及其线圈L彼此串联耦合在下部直流链路支路中。
图7示出直流扼流器100针对差动电流（differential current）Idiff的操作，并且该图包括等效电路，差动电流从整流器10的第一直流输出端子11通过等效电路流入绕组110的第一端子112、然后流入第三绕组130的第二端子134，此后，差动电流流入第四绕组140的第一端子142并接着流入第二线圈120的第二端子124、最后通过整流器10的第二直流输出端子12而流回。如图7的底部所示，对于这样的差动电流Idiff，在芯结构150中产生磁通路径158，其中磁通量从右向左流过在柱151的中间部分与柱152的中间部分之间所产生的磁通路径、分路器160以及关联的间隙（例如，如以上图2和图4中所示的间隙155和156）。
图8示出关于在转换器2中流动的共模电流Icom的该实施例，其中，该图的上部示出针对该共模状态的等效电路。如所示的，共模电路是两个串联支路的并联组合，其中第一（上部）支路包括第一绕组110与第三绕组130的串联组合，并且其中第二（下部）支路包括第二绕组120与第四绕组140的串联组合。在这种情况下，当电感相等时，一半共模电流Icom在这些电路支路中的每一个支路中流动，并且图8的下部示出在芯结构150内所得到的磁通量流（例如，在附图中顺时针方向地顺序地流过芯柱151、153、152和154）。应注意，一些磁通量可通过包括分路器150中间路径，但是这不是本公开内容的严格要求。如在图7和图8中所看到的，集成直流链路扼流器100因而可针对差模电流Idiff和共模电流Icom而提供不同水平的有效电感。
图9至图11示出电流源转换器电机驱动器2的另一实施例，其中集成直流链路扼流器100具有在上部直流链路电路路径中连接的第一绕组110和第二绕组120以及在下部直流链路路径中连接的第三绕组130和第四绕组140。在该实施例中，绕组110的第一端子112与第一整流器直流输出节点11耦合，绕组110的第二端子114与第二绕组120的第一端子122耦合，其中绕组120的第二端子124与第一逆变器直流输入节点21耦合。另外，第三绕组130的第二端子134与第二整流器直流输出节点12耦合，绕组130的第一端子132与第四绕组140的第二端子144耦合，并且第四绕组140的第一端子142与第二逆变器直流输入节点22耦合。
如在图10中看到的，关于差动电流Idiff的等效电路开始于第一整流器输出端子11、延伸到绕组110的第一端子112、然后延伸到第二绕组120的第一端子122。差动电流Idiff通过逆变器22继续到线圈140的第一端子142、然后继续到第三绕组130的第一端子132中、经由第二输出端子12返回到整流器10。在直流链路扼流器100中的该差动电流产生了如图10的下部中所示的磁通路径158（例如，在垂直柱151和152两者中向上）。
图11示出共模状态，其中，等效电路（图11的上部）包括2个串联电路支路的并联组合，其中第一支路包括绕组110和120，并且第二支路包括绕组130和140，其中一半共模电流Icom在一些实施例中流过这些分支电路中的每一个。该共模电流Icom使得磁通量在图11的下部中所示的路径方向158上流动。因此，可以（单独地或者结合其他扼流器设计参数）使用绕组110-140的互连的变型来单独地配合扼流器100提供的共模和/或差模电感。
图12至图14示出功率转换系统2的又一实施例，其中，第一直流链路扼流器绕组110和第四直流链路扼流器绕组140在上部直流链路电流路径中彼此串联连接，并且第二绕组120和第三绕组130在下部直流链路路径中连接。绕组110-140的该交叉连接提供了如在图13和图14中看到的不同的磁通路径方向。在该实施例中的第一绕组110的第一端子112与第一整流器直流输出节点11耦合，并且绕组110的第二端子114与第四绕组140的第二端子144耦合。第四绕组140的第一端子142又与第一逆变器直流输入节点21耦合。整流器10的第二直流输出节点12与第二绕组120的第一端子122耦合，绕组120的第二端子124与第三绕组130的第二端子134耦合，并且绕组130的第一端子132与第二逆变器直流输入节点22耦合。
如在图13中看到的，对于差模电流Idiff，从第一整流器节点11流入绕组110的第一端子112的电流进入绕组140的第二端子144，并且从绕组140的第一端子142、经过逆变器20而进入第三绕组130的第一端子132，此后，进入第二绕组120的第二端子124、经由第二直流输出节点12返回到整流器10。这使得磁通量158在芯柱151和152的上部内向上流动（导致电流分别流过线圈110和130），并且由于电流流过第二线圈120和第四线圈140，磁通量在柱151和152的下部中向下流动。
图14中示出共模操作，其中，共模电流Icom流过两个分支电路的并联组合，其中第一分支电路包括第一线圈110和第四线圈140，并且第二分支电路包括线圈120和130，如图的上部中所示。如在图14的下部中看到的，这在第一芯柱151中产生了向上磁通量流，并且在第二芯柱152中产生了向下磁通量流158。
上述示例仅仅说明了本公开内容的各个方面的多个可能实施例，其中当阅读并理解了该说明书和附图时，本领域的技术人员会想到等效的变更和/或变型。具体就上述部件（组件、装置、系统、电路等）所执行的各种功能而论，除非另外规定，用于描述这样的部件的术语（包括对“手段”的提及）也旨在对应于执行所述部件的指定功能（即，功能上等效）的任何部件（诸如，硬件、处理器执行的软件或者其组合），即使在结构上与所公开的、本公开内容的所示实施方式中执行功能的结构不等效也是如此。另外，尽管可能已针对几种实施方式中的仅一种公开了本公开内容的特定特征，但是这样的特征可按照期望与其他实施方式的一个或多个其他特征组合，并且对于任何给定或特定应用而言是有利的。此外，就在具体实施方式和/或权利要求书中使用术语“包括（including、include）”、“具有（having、has、with）”或者其他变型而言，这样的术语以类似于术语“包括”的方式规定为包括在内。

Claims (10)

1.一种功率转换系统，包括：
整流器，包括：整流器输入端，用于接收交流电输入功率；整流器直流输出端，具有第一直流输出节点和第二直流输出节点；以及多个整流器开关装置，所述多个整流器开关装置各自耦合在所述整流器输入端与所述直流输出节点中的一个之间，以在所述整流器直流输出端处提供直流输出功率；
逆变器，包括：逆变器直流输入端，具有第一直流输入节点和第二直流输入节点；交流输出端；以及逆变器开关网络，包括多个逆变器开关装置，所述多个逆变器开关装置各自耦合在所述直流输入节点中的一个与所述交流输出端之间，以向负载提供交流输出功率；以及
直流链路扼流器，包括耦合在所述整流器直流输出端与所述逆变器直流输入端之间的至少四个线圈，所述直流链路扼流器包括：
芯结构，包括：第一柱，包括第一端部和第二端部以及设置在所述第一端部与所述第二端部之间的中间部分；第二柱，包括第一端部和第二端部以及设置在所述第一端部与所述第二端部之间的中间部分；第三柱，在所述第一柱的第一端部与所述第二柱的第一端部之间延伸；以及第四柱，在所述第一柱的第二端部与所述第二柱的第二端部之间延伸，
至少一个分路器，在所述第一柱的中间部分与所述第二柱的中间部分之间提供磁通路径，所述至少一个分路器在所述第一柱的中间部分与所述第二柱的中间部分之间延伸并且与所述第一柱的中间部分和所述第二柱的中间部分隔开，并且在所述第一柱的中间部分和所述第二柱的中间部分与所述至少一个分路器之间形成多个间隙，
第一绕组，形成耦合在所述整流器直流输出端与所述逆变器直流输入端之间的第一线圈，所述第一绕组具有第一端子和第二端子并且在所述第一柱的中间部分与第一端部之间形成围绕所述第一柱的至少一匝，
第二绕组，形成耦合在所述整流器直流输出端与所述逆变器直流输入端之间的第二线圈，所述第二绕组具有第一端子和第二端子并且在所述第一柱的中间部分与第二端部之间形成围绕所述第一柱的至少一匝，
第三绕组，形成耦合在所述整流器直流输出端与所述逆变器直流输入端之间的第三线圈，所述第三线圈具有第一端子和第二端子并且在所述第二柱的中间部分与第一端部之间形成围绕所述第二柱的至少一匝，以及
第四绕组，形成耦合在所述整流器直流输出端与所述逆变器直流输入端之间的第四线圈，所述第四线圈具有第一端子和第二端子并且在所述第二柱的中间部分与第二端部之间形成围绕所述第二柱的至少一匝，
其中，所述第一绕组和所述第三绕组彼此串联耦合在所述整流器的所述第一直流输出节点与所述逆变器的所述第一直流输入节点之间，并且其中，所述第二绕组和所述第四绕组彼此串联耦合在所述整流器的所述第二直流输出节点与所述逆变器的所述第二直流输入节点之间。
2.根据权利要求1所述的功率转换系统，包括提供所述第一柱的中间部分与所述第二柱的中间部分之间的磁通路径的至少两个分路器，所述至少两个分路器在所述第一柱的中间部分与所述第二柱的中间部分之间延伸并且与所述第一柱的中间部分和所述第二柱的中间部分隔开，并且在所述至少两个分路器之间形成至少一个附加间隙。
3.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中，所述芯结构包括多个层压制品。
4.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中，所述芯结构的所述柱中或者所述柱之间没有间隙。
5.根据权利要求1所述的功率转换系统，其中，所述第一绕组的第一端子与所述整流器的所述第一直流输出节点耦合，所述第一绕组的第二端子与所述第三绕组的第二端子耦合，所述第三绕组的第一端子与所述逆变器的所述第一直流输入节点耦合，所述第二绕组的第一端子与所述整流器的所述第二直流输出节点耦合，所述第二绕组的第二端子与所述第四绕组的第二端子耦合，并且所述第四绕组的第一端子与所述逆变器的所述第二直流输入节点耦合。
6.一种集成直流链路扼流器，用于在功率转换系统的直流电路中提供至少四个线圈，所述集成直流链路扼流器包括：
芯结构，包括：
第一柱，包括第一端部和第二端部以及设置在所述第一端部与所述第二端部之间的中间部分，
第二柱，包括第一端部和第二端部以及设置在所述第一端部与所述第二端部之间的中间部分，
第三柱，在所述第一柱的第一端部与所述第二柱的第一端部之间延伸，以及
第四柱，在所述第一柱的第二端部与所述第二柱的第二端部之间延伸；
至少一个分路器，在所述第一柱的中间部分与所述第二柱的中间部分之间提供磁通路径，所述至少一个分路器在所述第一柱的中间部分与所述第二柱的中间部分之间延伸，并且在所述第一柱的中间部分和所述第二柱的中间部分与所述至少一个分路器之间形成多个间隙；
第一绕组，形成耦合在整流器直流输出端与逆变器直流输入端之间的第一线圈，所述第一绕组具有第一端子和第二端子并且在所述第一柱的中间部分与第一端部之间形成围绕所述第一柱的至少一匝；
第二绕组，形成耦合在所述整流器直流输出端与所述逆变器直流输入端之间的第二线圈，所述第二绕组具有第一端子和第二端子并且在所述第一柱的中间部分与第二端部之间形成围绕所述第一柱的至少一匝；
第三绕组，形成耦合在所述整流器直流输出端与所述逆变器直流输入端之间的第三线圈，所述第三绕组具有第一端子和第二端子并且在所述第二柱的中间部分与第一端部之间形成围绕所述第二柱的至少一匝；以及第四绕组，形成耦合在所述整流器直流输出端与所述逆变器直流输入端之间的第四线圈，所述第四绕组具有第一端子和第二端子并且在所述第二柱的中间部分与第二端部之间形成围绕所述第二柱的至少一匝，
其中，所述第一绕组和所述第三绕组彼此串联耦合，并且其中，所述第二绕组和所述第四绕组彼此串联耦合。
7.根据权利要求6所述的集成直流链路扼流器，包括至少两个分路器，所述至少两个分路器在所述第一柱的中间部分与所述第二柱的中间部分之间提供磁通路径，所述至少两个分路器在所述第一柱的中间部分与所述第二柱的中间部分之间延伸，并且在所述至少两个分路器之间形成至少一个附加间隙。
8.根据权利要求6所述的集成直流链路扼流器，其中，所述芯结构包括多个层压制品。
9.根据权利要求6所述的集成直流链路扼流器，其中，所述芯结构的所述柱中或者所述柱之间没有间隙。
10.根据权利要求6所述的集成直流链路扼流器，其中，所述第一绕组的第二端子与所述第三绕组的第二端子耦合，并且其中，所述第二绕组的第二端子与所述第四绕组的第二端子耦合。
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