CN104716853A - 具有箝位升压和降压模式以及dc输出谐波控制的ac/dc转换器 - Google Patents

具有箝位升压和降压模式以及dc输出谐波控制的ac/dc转换器 Download PDF

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Abstract

提供了一种具有箝位升压和降压模式以及DC输出谐波控制的AC/DC转换器。公开了用于具有DC输出谐波控制的降压型AC/DC转换器的方法、设备和电路。一个示例涉及一种AC/DC转换器，其被配置为以目标输出电压生成DC输出。该转换器被配置为响应于AC输入电压小于目标输出电压而将该AC输入电压转换为经升压的DC输出电压。该转换器被进一步被配置为响应于AC输入电压大于目标输出电压而将该AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压。该转换器进一步被配置为将该AC输入电压的第二部分缓冲为经缓冲的DC电压。该转换器进一步被配置为将该经缓冲的DC电压应用于该箝位升压DC输出电压。

Description

具有箝位升压和降压模式以及DC输出谐波控制的AC/DC转换器
技术领域
本公开涉及电功率转换器，尤其涉及AC/DC转换器。
背景技术
降压或升压转换器可以被用作具有具体电流和/或电压要求的负载的驱动器。降压转换器应用小于其输入电压的输出电压。交流/直流(AC/DC)转换器也可以具有降压功能。这可以被实施为两级转换器，其将第一级的升压功率因数校正(PFC)转换器与级联的第二级降压转换器相结合以增加降压功能。具有升压功能的转换器提供高于输入电压的输出电压。PFC转换器提供一定程度的功率因数校正以抵消AC/DC转中所固有的提前或延后的冲突阻抗。在另一个示例中，降压-升压转换器可以被实施为PFC转换器。
AC/DC转换器可以在DC主侧中表现出二次纹波电压。升压转换器可以利用添加至输出的额外的纹波消除转换器来实施。额外的整流器转换器可以将升压转换器的DC输出纹波电压传导至辅助电容器。升压转换器还可以利用附加的电感器和相关联电路来实施，并且利用MOSFET或IGBT桥而不是二极管桥来实施以解决DC链路纹波的问题。
发明内容
总体上，本公开的各个示例涉及一种具有升压和降压功能、具有箝位升压和降压模式以及具有DC输出谐波控制的AC/DC转换器。在本公开的各个示例中，除其它优势之外，具有DC输出谐波控制的AC/DC转换器能够利用升压和降压功能进行有效的功率因数校正(PFC)以及有效的AC/DC功率转换。例如，本公开的转换器可以包括控制方法以将会以其它方式出现在DC链路上的二次和四次谐波传导至辅助缓冲电容器而并没有效率方面的额外惩罚。
一个示例涉及一种AC/DC转换器，其被配置为以目标输出电压生成DC输出。该转换器被配置为响应于AC输入电压小于目标输出电压而将该AC输入电压转换为经升压的DC输出电压。该转换器被进一步被配置为响应于AC输入电压大于目标输出电压而将该AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压。该转换器进一步被配置为将该AC输入电压的第二部分缓冲为经缓冲的DC电压。该转换器进一步被配置为将该经缓冲的DC电压应用于该箝位升压DC输出电压。
另一个示例涉及一种进行AC/DC转换而以目标输出电压生成DC电压的方法。该方法包括响应于AC输入电压小于目标输出电压而将该AC输入电压转换为经升压的DC输出电压。该方法进一步包括响应于AC输入电压大于目标输出电压而将该AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压。该方法进一步包括将该AC输入电压的第二部分缓冲为经缓冲的DC电压。该方法进一步包括将该经缓冲的DC电压应用于该箝位升压DC输出电压。
另一个示例涉及一种用于接收AC输入电压并且以目标输出电压生成DC输出的设备。该设备包括用于确定AC输入电压是否小于目标输出电压的装置。该设备进一步包括用于响应于AC输入电压小于目标输出电压而将该AC输入电压转换为经升压的DC输出电压的装置。该设备进一步包括用于响应于AC输入电压大于目标输出电压而将该AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压的装置。该设备进一步包括用于将该AC输入电压的第二部分缓冲为经缓冲的DC电压的装置。该设备进一步包括用于将该经缓冲的DC电压应用于该箝位升压DC输出电压的装置。
本发明的一个或多个实例的细节在附图和以下的描述中给出。本发明的其它特征、目标和优势将由于该描述、附图以及权利要求而是显而易见的。
附图说明
图1是图示根据本公开的示例的具有升压模式以及箝位升压和降压模式的降压型AC/DC转换器的框图。
图2是图示根据本公开的另一个示例的具有升压模式以及箝位升压和降压模式的降压型AC/DC转换器的框图。
图3是图示根据本公开的示例的实施图1或2的PWM控制器的一些功能的纹波消除降压控制器的示意图。
图4示出了根据本公开的示例的在没有DC缓冲器谐波消除控制的情况下的DC输出电压的图形。
图5示出了根据本公开的示例的具有DC缓冲器谐波消除控制的实施方式的转换器的DC输出电压的图形。
图6是图示根据本公开的示例的具有升压模式以及箝位升压和降压模式并且具有用于评估各种电压和电流值的传送指示的电压和电流计的降压型AC/DC转换器的框图。
图7图示根据本公开的示例的从转换器接收各种电压和电流数值的指示并且至少部分基于该电压和电流值生成控制信号的功率因数校正(PFC)控制单元的框图。
图8是图示根据本公开的示例的从转换器接收各种电压和电流数值的指示并且至少部分基于该电压和电流数值生成控制信号的降压控制单元的框图。
图9是根据本公开的示例的描绘来自转换器的各种电压和电流值的输出接口(例如，示波器)的框图。
图10示出了根据本公开的示例的可能在输出接口处示出的来自转换器的随时间变化的各种电压数值的图形。
图11示出了根据本公开的示例的可能在输出接口处示出的来自转换器的随时间变化的各种电流数值的图形。
图12示出了根据本公开的示例的可能在输出接口处示出的来自转换器的随时间变化的各种电压和电流数值的另一图形。
图13是图示根据本公开的示例的方法的流程图，除其它优势之外，该方法利用DC输出谐波控制对降压型AC/DC转换器进行操作。
具体实施方式
如以上所提到的，在本公开的各个示例中，除其它优势之外，具有箝位升压和降压模式的AC/DC转换器可以使得能够进行DC输出谐波控制、有效的功率因数校正(PFC)以及具有降压和升压功能的有效AC/DC转换。例如，本公开的转换器可以将会以其它方式出现在DC链路上的二次谐波传导至辅助电容器而并没有额外惩罚。在一些示例中，本公开的转换器可以利用无桥的三级升压来实施，并且利用具有降压转换器的DC缓冲电容器来实施，该降压转换器可以将部分输入功率转换至负载。本公开的转换器可以在DC输出中应用先进的纹波控制，除其它优势之外，这提供了更为有效的功率转换并且降低了下游组件上的压力。
图1是图示根据本公开的示例的具有升压模式以及箝位升压和降压模式的降压型AC/DC转换器100的框图。转换器100包括处于输入电压或电网电压Vg的电网电压输入102；处于输出电压Vo的输出节点107和输出电容器106(Co)；以及连接至输出节点104的负载108。转换器100进一步包括升压电感器112(L1)和降压电感器114(L2)；MOSFET开关120、122、124、126和128(Q1,Q2,Q3,Q4,Q5)(开关120-128)；二极管132、134、136和138(D1,D2,D3,D4)；缓冲电容器152(Cdc)；和脉冲宽度调制(PWM)控制器162。(图1还示出了电阻器RL1、RL2和RL3，但是这些分别是电感器L1和L2和缓冲电容器Cdc的寄生电阻，并且不是单独的物理电阻器。图1还描绘了节点121、131和133，它们在以下相对于图2进一步进行描述。)控制器162分别经由门电路G1、G2、G3、G4、G5操作连接至开关120、122、124、126和128(图1中并未示出连接)并且因此被使得能够断开和闭合开关120-128。
控制器162还可以接收指示输入电压Vg和输出电压Vo的电压数值的输入。控制器162一般可以至少部分基于输入电压Vg和输出电压Vo而以各种操作模式之一对控制开关120-128以及转换器100进行控制。例如，在一个示例中，控制器162可以在输入电压Vg小于输出电压Vo时以具有电压升高的第一模式对转换器100进行控制，并且在AC电压Vg大于输出电压Vo时以在箝位升压和降压之间进行交替的第二模式对转换器100进行控制。控制器162还可以存储或访问所需输出电压的指示，并且无论在输入电压Vg小于还是大于所需输出电压的情况下选择操作模式(例如，第一模式或第二模式)以应用处于所需输出电压或者处于所需输出电压的标称范围之内的输出电压Vo。
在第一模式中，当输入电压Vg小于所需输出电压时，控制器162对转换器100进行配置以对输入AC电压Vg应用升压，并且将输入AC电压转换为经升压的输出电压。特别地，当输入电压Vg为正并且低于输出电压Vo时，控制器162将开关124(Q3)和122(Q2)控制为始终开启(导通)，并且使用开关120(Q1)作为升压开关。二极管134(D2)和138(D4)并不导通。在该配置中，开关120(Q1)、二极管132(D1)和升压电感器112(L1)用作电压逆变器，使得转换器100将单级升压应用至AC输入电压Vg，并且将所产生的经升压的DC输出电压直接应用于输出节点104。当输入电压Vg为负并且(以其绝对值|Vg|)低于输出电压Vo时，控制器162控制开关124(Q3)和122(Q2)、二极管134(D2)和升压电感器112(L1)以作为电压逆变器，同样使得转换器100向AC输入电压Vg应用单级升压，并且将所产生的经升压的DC输出电压直接应用于输出节点104。转换器100因此使得输入AC电压在AC相位的负的部分期间发生逆变，并且使得电压跨整个相位有所升压而生成DC输出电压。
在第二模式中，当输入电压Vg大于所需输出电压时，控制器162对转换器100进行配置以在AC输入电压的相位的不同部分中应用箝位升压和降压以生成小于AC输入电压|Vg|的DC输出电压Vo。转换器100响应于AC输入电压|Vg|大于所需输出电压而以该第二模式进行操作。
在第二模式中，控制器162配置转换器100以将输入AC电压划分为两个部分，当输入AC电压在其低于所需输出电压时处于其AC相位部分中时的间隔中所收集的第一部分，以及当输入AC电压在其大于所需输出电压时处于其AC相位部分中时的间隔中所收集的第二部分。控制器162配置转换器100以将输入AC电压的第一部分转换为箝位升压的DC输出电压。控制器162配置转换器100以对AC输入电压的第二部分进行降压和缓冲并且将经降压并缓冲的第二电压部分应用于经箝位升压的DC输出电压。由于该缓冲，转换器100以对第一电压部分的相位中能量降低的部分进行补偿并且消除输出纹波的方式将经降压和缓冲的第二电压部分应用于具有来自第一电压部分的经箝位升压的DC输出电压的相位的相位之外的输出电压。转换器100从而从较高AC输入电压中生成从AC输入电压中被净降压并维持在低纹波的精确电压值的输出DC电压。
在以第二模式进行操作的转换器100的特定示例中，当AC输入电压|Vg|高于所需输出电压时，当AC输入电压Vg为正时，控制器162配置转换器100以保持开关120(Q1)关断(断开且并不导通)，保持开关122(Q2)开启(导通)，并且使用开关124(Q3)作为主控制开关。在该配置中的转换器100使用开关124(Q3)、升压电感器112(L1)以及二极管132(D1)和134(D2)作为提供箝位升压的三级转换器进行操作。转换器100根据输入电压|Vg|和DC缓冲电容器152处的DC缓冲电容器电压Vdc对开关124(Q3)进行调制。当开关124(Q3)开启时，电流通过升压电感器112(L1)、二极管132(D1)和开关124(Q3)进行流动，随后通过开关122(Q2)下降回到槽值(slot)。二极管132(D1)和134(D2)用作箝位二极管，其有助于对电压进行箝位。将AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压可以包括将AC输入电压的第一部分通过升压电感器112(L1)以及箝位二极管132(D1)和134(D2)指向输出节点104。跨升压电感器112(L1)的电压被箝位在|Vg|-Vo，并且转换器100将该箝位电压直接应用于输出节点104。通过升压电感器112(L1)的上升至高于电压箝位水平的其余能量通过降压电感器114(L2)而被指向DC缓冲电容器152而不是去往输出节点104，并且在DC缓冲电容器152处进行累积。
当开关124(Q3)关闭时，电流通过升压电感器112(L1)、二极管134(D2)和DC缓冲电容器152进行流动，并且通过开关126(Q4)下降回到槽值。功率被升压至DC缓冲电容器152。转换器100的一部分用作降压转换器以将来自DC缓冲电容器152的升压能量转换至负载108。特别地，转换器100用来作为降压转换器的部分包括DC缓冲电容器152、降压电感器114(L2)以及开关126(Q4)和128(Q5)。
控制器162对转换器100中的降压转换器部分进行调制以对DC缓冲电容器处的电压Vdc进行调整。转换器100在AC输入相位的不同部分将输入能量划分为两个部分。随着AC输入电压在其AC相位期间上升和下降，其瞬时数值占去了AC相位低于目标输出电压的部分以及AC相位高于目标输出电压的部分。这两个部分可以被认为被截点进行划分。
在AC输入相位的第一部分，当输入电压低于截点时，控制器162保持开关124(Q3)开启，这允许能量从升压电感器112(L1)直接流向输出节点104处的输出电容器106。在AC输入相位的第二部分，当输入电压高于截点时，控制器162保持开关124(Q3)关闭，将能量重新指引以从升压电感器112(L1)通过二极管134(D2)或128(D4)流向DC缓冲电容器152。一旦AC输入已经下降并且输入能量再次低于截点，控制器162就通过降压电感器114(L2)经开关126(Q4)和128(Q5)将能量从DC缓冲电容器152释放到输出节点104处的输出电容器106。
转换器100因此使用DC缓冲电容器152来存储输入能量的第二部分，即当AC输入电压高于所需DC输出电压时的AC输入相位部分期间的纹波能量。转换器100使用其降压转换器特征通过切换开关126(Q4)和128(Q5)以使得能量通过DC缓冲电容器152和降压逆变器114(L2)，以在AC输入电压低于所需输出电压时的AC输入相位部分期间将输入能量的该第二部分转换至负载108。转换器100因此消除了输出电压纹波。因此，转换器100将输入电压升压至DC缓冲电容器152，并且将DC缓冲电容器电压Vdc降压至输出电容器106和输出节点104处的输出电压，因此消除了输出纹波并且使得DC输出电压Vo平滑。该纹波消除和输出电压平滑在后续附图中进一步有所描绘并且在下文中进一步进行描述。
转换器100因此是被配置为以目标输出电压生成DC输出的AC/DC转换器。转换器100被配置为响应于电网电压输入102处的AC输入电压小于目标输出电压而将将AC输入电压转换成在输出节点104处的被升压的DC输出电压。转换器100配置为，响应于大于目标输出电压的AC输入电压，将AC输入电压划分为由AC输入电压的AC相位中的截点所分隔的第一部分和第二部分，其中该截点被设置在目标输出电压处；将该AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压，其通过开关124(Q3)被引导输出节点104；将AC输入电压的第二部分缓冲至DC缓冲电容器152处的经缓冲的DC电压；并且将该经缓冲的DC电压应用至箝位升压DC输出电压。转换器100可以在将经降压的经缓冲的DC电压应用于箝位升压DC输出电压之前引导经缓冲的DC电压通过降压电感器(114)。将AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压可以包括通过升压转换器和箝位二极管将AC输入电压的第一部分引导输出节点104。
图2是图示根据本公开的另一个示例的具有升压模式以及箝位升压和降压模式的降压型AC/DC转换器200的框图。转换器200包括许多与图1的转换器100相同并且在图2中利用相同的附图标记进行指示的组件，它们虽然具有一些明显差异，但是与转换器100处于类似的拓扑。反之，转切换100在开关120(Q1)和122(Q2)之间包括连接至输出108的节点121，转换器200则缺少节点121。转换器200还包括两个附加二极管242(D5)和244(D6)，与二极管132(D1)和136(D2)相反部署的输入连接节点131和133。与图1的转换器100相比，转换器200被使得能够保持较低的共用模式电流，同时执行相同的功能，包括如以上所描述的纹波消除和输出电压平滑。
图3是图示根据本公开的示例的实施图1或2的PWM控制器的一些功能的纹波消除降压控制器300的示意图。降压控制器300可以以硬件、软件或者二者的组合作为图1或2的PWM控制器162的一部分来实施。诸如通过操作图1或2的开关126(Q4)和128(Q5)以控制纹波消除，降压控制器300可以利用DC输出纹波消除回路和谐波控制来实施纹波消除降压控制。
降压控制器300包括具有截止频率的高通滤波器302，其接收诸如转换器100或200中的输出108处的输出电压Vo的指示。该截止频率在一个示例中可以为80赫兹(Hz)，或者为明显大于预期AC输入电压频率的另一频率，诸如100、120或150Hz，或者适用于标称工程设计内的系统参数的任意数值。应用于输出电压Vo的高通滤波器302针对输出电压Vo中出现的任意纹波电压获得纹波电压的指示。
降压转换器300进一步包括比例谐振谐波控制304，其可以被实施以控制相对于AC输入电压的二次和四次谐波谐振。在一些示例中，比例谐振谐波控制304可以被配置为控制至少二次谐波谐振以及包括四次在内的另外一个或多个更高级谐波。例如，在AC输入电压频率为50Hz的实施方式中，比例谐振谐波控制304可以用来控制100Hz和200Hz的二次和四次谐波谐振。在AC输入电压频率为60Hz的另一示例实施方式中，比例谐振谐波控制304可以用来控制120Hz和240Hz处的二次和四次谐波谐振。在没有纹波消除控制的情况下，当能量从AC输入经由二极管134(D2)被引导DC时可能包含高的二次和四次谐波。比例谐振谐波控制304可以用来消除这些谐波。
降压控制器300还包括双线频率陷波滤波器306，其接收诸如图1或2的DC缓冲电容器152处的DC缓冲电容器电压Vdc的指示。双线频率陷波滤波器306的输出和DC缓冲电容器电压基准可以通过比例积分308进行比较和处理。DC电压回路可以被用来控制DC缓冲电容器152的电压。双线频率陷波滤波器306可以在消除DC缓冲电容器152上的二次纹波电压的分布时使用。
比例谐振谐波控制304和比例积分308的输出可以进行比较并且用于降压电感器114(L2)的降压电感器电流IL2的基准值IL2ref。降压控制器300可以将降压电感器电流基准值IL2ref与降压电感器114(L2)的降压电感器电流IL2进行比较，并且通过比例积分310和PWM生成器312对结果进行处理，该结果被输出至降压性能指标(buck plant)314。降压性能指标314是用于对转换器100或200中诸如开关126(Q4)和128(Q5)的用作降压转换器的组件进行控制的输出的指示。降压控制器300因此可以对装置100或200中包括DC缓冲电容器152和降压电感器114(L2)在内的降压转换器组件进行控制以消除输出电压纹波。降压控制器300因此可以至少部分基于降压电感器电流的指示而确定与箝位升压DC输出电压的纹波相位相反的纹波消除相位。
降压控制器300因此可以在与箝位升压DC输出电压的纹波相位相反的纹波消除相位中应用经缓冲的DC电压。这可以包括接收箝位升压DC输出电压的指示，例如在高通滤波器302处所接收的输出电压Vo；例如利用双线频率陷波滤波器306接收经缓冲的DC电压Vdc的指示；并且至少部分基于箝位升压DC输出电压的指示和经缓冲的DC电压的指示确定与箝位升压DC输出电压的纹波相位相反的纹波消除相位。
图4示出了根据本公开的示例的在没有DC缓冲器谐波消除控制的情况下的DC输出电压Vo的图形400。如图4中所示，图形400示出了x轴上的时间(以秒为单位)，y轴上的电压，以及作为时间的函数的输出电压。如图4所示，输出电压410具有大约245伏特的平均值，并且以大约100赫兹的频率具有大约正负15伏特的纹波，这表现出二次谐波(并且该纹波显示出一些不规则性，有另外的四次谐波的症状)。该纹波会在下游组件中导致不期望出现的压力或谐振，上述下游组件可以包括任意类型的敏感和重要组件。
图5示出了根据本公开的示例的具有DC缓冲器谐波消除控制的实施方式的转换器100或200的DC输出电压Vo的图形500。图5同样示出了x轴上的时间(以秒为单位)和y轴上的电压(虽然标度上与图4稍有不同，是从100到250而不是100到260)。如图5所示，输出电压510同样具有大约245伏特的平均值，但是其纹波已经被消除。相反，输出电压510表现出大约1伏特左右以内的轻微变化，并且至少明显是非周期性的，这表明它们是系统噪声和/或测量装置噪声的残余结果，这在有任何残余纹波的情况下是非常小的。一些示例可以生成有所减小但是仍然能够检测到的输出电压纹波，而一些示例则可以生成没有可检测到的纹波的输出电压。
本公开的转换器100或200因此可以生成具有纹波消除的输出电压。转换器100或200还可以生成具有单位功率因数(1.0的功率因数)的输出电压。此外，虽然一些具有单位功率因数的传统AC/DC转换器由于缺少从在AC相位的正负部分之间的变换期间接近于零的AC输入留存的DC输出而表现出AC输入电压的盲区假象并且所产生的电流谐波，但是本公开的转换器100或200的缓冲DC输出和纹波消除在没有盲区的情况下支持单位功率因数。本公开的转换器100或200还具有高的效率，这是由于包括在输入电压在其低于目标输出电压时处于其该相位部分中时将输入功率直接转换为输出，并且在输入电压高于目标输出电压时将实施箝位三级转换器以将输入能量转换至DC缓冲电容器152。在一些示例中，DC缓冲电容器152可以被用来在没有效率惩罚的情况下消除输出电压纹波。
本公开的转换器可以利用低成本生成消除了纹波的输出电压。考虑图1和2的转换器100和200的示例，开关124(Q3)的电压压力可以是输出电压或者缓冲电容器电压和输出电压之间的差异中更高的任一个，但是这二者都可以保持为相对低。结果，开关124(Q3)可以利用相对低电压和低成本的MOSFET或绝缘栅双极晶体管(IGBT)来实施。转换器100或200的降压转换部分可以仅传输整个系统的功率中相对小的部分。由于包括DC缓冲电容器152的降压部分的额定功率与转换器100或200的系统功率相比可能很小，所以DC缓冲电容器152可以利用相对低成本的电容器来实施。出于相同的原因，DC缓冲电容器152可以以相对低容量的电容器来实施，这使得对于作为整体的转换器100或200的容量的影响能够相对低。如以上所讨论的，使用二极管箝位三级转换器作为主功率因数校正(PFC)可以有助于转换器100、200的效率并且能够在无需庞大的散热片的情况下用作降压转换器。纹波消除可以部分利用软件在PWM控制器162中实施，这可以避免以硬件实现相同结果的成本。
图6是图示根据本公开的示例的具有升压模式以及箝位升压和降压模式并且具有用于评估各种电压和电流值的传送指示的电压和电流计的降压型AC/DC转换器的框图。图6的转换器600与图1的转换器100相同并且包括全部相同附图标记的部件。转换器600还包括电压计602、604、606和608以及电流计612、614和616。电压计602读取电网输入电压Vg(例如，在电网电压输入102处)。电压计604读取输入连接节点电压VAB(例如，在输入连接节点131和133处)。电压计606读取DC缓冲电容器电压Vdc(例如，在DC缓冲电容器152处)。电压计608读取输出电压Vo(例如，在输出电容器106和输出节点104处)。电流计612读取升压电感电流IL1(例如，在升压电感器112(L1)处)。电流计614读取降压电感器电流IL2(例如，在降压电感器114(L2)处)。电流计616读取负载电流Iload(例如，在输出节点104处)。
图7图示根据本公开的示例的从转换器600接收各种电压和电流数值的指示并且至少部分基于该电压和电流数值生成控制信号的功率因数校正(PFC)控制单元700的框图。PFC控制单元700可以集成在图1、2或6的转换器100、200或600的控制器162中或者作为其一部分。PFC控制700在该示例中接收基准输出电压Vo_ref、输出电压Vo(例如，在输出电容器106和输出节点104处)、升压电感电流IL1(例如，在升压电感器112(L1)处)、电网输入电压Vg(例如，在电网电压输入102处)和DC缓冲电容器电压Vdc(例如，在DC缓冲电容器152处)的指示。PFC控制单元700在该示例中至少部分基于以上所描述的一个或多个输入生成控制信号以对转换器100、200或600中的开关120(Q1)、122(Q2)和124(Q3)进行控制。
图8是图示根据本公开的示例的从转换器600接收各种电压和电流值的指示并且至少部分基于该电压和电流值生成控制信号的降压控制单元800的框图。降压控制单元800可以集成在图1、2或6的转换器100、200或600的控制器162中或者作为其一部分。降压控制单元800在该示例中接收基准DC缓冲电容器电压Vdc_ref、DC缓冲电容器电压Vdc(例如，在DC缓冲电容器152处)、升压电感电流IL1(例如，在升压电感器112(L1)处)、负载电流Iload(例如，在输出节点104处)和输出电压Vo(例如，在输出电容器106和输出节点104处)的指示。降压控制单元800在该示例中至少部分基于以上所描述的一个或多个输入生成控制信号以对转换器100、200或600中的开关126(Q4)和128(Q5)进行控制。
图9是根据本公开的示例的描绘来自转换器600的各种电压和电流数值的输出接口900(例如，示波器)的框图。输出接口900在该示例中接收如以上所描述的输出电压Vo(例如，在输出电容器106和输出节点104处)、升压电感电流IL1(例如，在升压电感器112(L1)处)、电网输入电压Vg(例如，在电网电压输入102处)、DC缓冲电容器电压Vdc(例如，在DC缓冲电容器152处)、升压电感电流IL1(例如，在升压电感器112(L1)处)和负载电流Iload(例如，在输出节点104处)的指示。输出接口900在一些实例中可以如图10、11和12中所示随时间显示这些数值。
图10示出了根据本公开的示例的可能在输出接口900处示出的来自转换器600的随时间变化的各种电压数值的图形1000。图形1000示出了输入连接节点电压VAB(例如，在转换器100、200或600总的输入连接节点131和133处)、输出电压Vo(例如，在输出电容器106和输出节点104处)、电网输入电压Vg(例如，在电网电压输入102处)和DC缓冲电容器电压Vdc(例如，在DC缓冲电容器152处)。
图11示出了根据本公开的示例的可能在输出接口900处示出的来自转换器600的随时间变化的各种电流数值的图形1100。图形1100示出了升压电感电流IL1(例如，在升压电感器112(L1)处)和降压电感电流IL2(例如，在降压电感器114(L2)处)。
图12示出了根据本公开的示例的可能在输出接口900处示出的来自转换器600的随时间变化的各种电压和电流数值的另一图形1200。图形1200示出了输出电压Vo(例如，在输出电容器106和输出节点104处)、升压电感电流IL1(例如，在升压电感器112(L1)处)、电网输入电压Vg(例如，在电网电压输入102处)、DC缓冲电容器电压Vdc(例如，在DC缓冲电容器152处)、升压电感电流IL1(例如，在升压电感器112(L1)处)和负载电流Iload(例如，在输出节点104处)的指示。
图13是图示根据本公开的示例的方法1300的流程图，除其它优势之外，该方法利用DC输出谐波控制对降压型AC/DC转换器进行操作。方法1300可以是包括以上参考图1-12所描述的示例的各种降压型AC/DC转换器的操作的更为一般化的形式。在图13的示例中，方法1300包括响应于AC输入电压小于目标输出电压(例如，在电网电压输入102处)而将该AC输入电压转换为经升压的DC输出电压(例如，在输出节点104处)(1302)。方法1300进一步包括响应于AC输入电压大于目标输出电压而将该AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压(例如，通过开关124(Q3)被引导输出节点104)(1304)。方法1300进一步包括将该AC输入电压的第二部分缓冲为经缓冲的DC电压(例如，在DC缓冲电容器152处)(1306)。方法1300进一步包括将该经缓冲的DC电压应用于该箝位升压DC输出电压(例如，在输出节点104处)(1308)。
以上所描述的任意电路、设备和方法都可以整体或部分地由任意各种类型的集成电路、芯片组和/或其它设备来实现或执行，和/或作为例如由计算设备执行的软件来实现或执行。这可以包括由一个或多个微控制器、中央处理器(CPU)、处理核芯、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑设备(PLD)、由一个或多个基本计算设备或者硬件和/或软件的任意其它配置所执行的虚拟设备所实施、执行或者以其实现的处理。
例如，本公开的转换器100、200或600或者控制器162或者其组件可以被实施或体现为经由硬件、逻辑、通用处理器、应用特定集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或一般处理电路的任意组合所配置的集成电路，其能够执行一些示例中的软件指令以实施这里所描述的各种功能。
已经对本发明的各个示例进行了描述。这些和其它示例处于以下权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种AC/DC转换器，其被配置为以目标输出电压生成DC输出，所述AC/DC转换器被配置为：
响应于AC输入电压小于目标输出电压而将所述AC输入电压转换为经升压的DC输出电压；以及
响应于所述AC输入电压大于所述目标输出电压，
将所述AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压；
将所述AC输入电压的第二部分缓冲为经缓冲的DC电压；以及
将所述经缓冲的DC电压应用于所述箝位升压DC输出电压。
2.根据权利要求1所述的AC/DC转换器，进一步被配置为：
将所述AC输入电压划分为以由所述AC输入电压的AC相位中的截点分隔的所述第一部分和所述第二部分。
3.根据权利要求2所述的AC/DC转换器，其中所述截点被设置在所述目标输出电压处。
4.根据权利要求1所述的AC/DC转换器，其中缓冲所述AC输入电压的所述第二部分包括将所述AC电压的所述第二部分引导至DC缓冲电容器。
5.根据权利要求1所述的AC/DC转换器，进一步被配置为：
在将所述AC输入电压的经缓冲的所述第二部分应用于所述箝位升压DC输出电压之前，对经缓冲的所述第二部分进行降压。
6.根据权利要求5的所述AC/DC转换器，其中对所述AC输入电压的经缓冲的所述第二部分进行降压包括引导所述AC输入电压的经缓冲的所述第二部分通过降压逆变器。
7.根据权利要求1所述的AC/DC转换器，其中将所述AC输入电压的所述第一部分转换为所述箝位升压DC输出电压包括引导所述AC输入电压的所述第一部分通过升压电感器和箝位二极管至输出节点。
8.根据权利要求1所述的AC/DC转换器，其中将所述AC输入电压转换为所述升压DC输出电压包括引导所述AC输入电压通过升压电感器至输出节点。
9.根据权利要求1所述的AC/DC转换器，其中所述箝位升压DC输出电压具有纹波相位，并且其中将所述经缓冲的DC电压应用于所述箝位升压DC输出电压包括在与所述箝位升压DC输出电压的纹波相位相反的纹波消除相位应用所述经缓冲的DC电压。
10.根据权利要求9所述的AC/DC转换器，其中在所述纹波消除相位应用所述经缓冲的DC电压包括：
接收所述箝位升压DC输出电压的指示；
接收所述经缓冲的DC电压的指示；以及
至少部分基于所述箝位升压DC输出电压的所述指示和所述经缓冲的DC电压的所述指示确定与所述箝位升压DC输出电压的纹波相位相反的纹波消除相位。
11.根据权利要求10所述的AC/DC转换器，进一步被配置为：
引导所述箝位升压DC输出电压的所述指示通过高通滤波器和比例谐振谐波控制，所述比例谐振谐波控制被配置为至少控制二次谐波谐振。
12.根据权利要求10所述的AC/DC转换器，进一步被配置为：
引导所述AC输入电压的经缓冲的所述第二部分通过降压逆变器，
其中在所述纹波消除相位应用所述经缓冲的DC电压进一步包括接收所述降压电感器的降压电感器电流的指示，并且
其中确定与所述箝位升压DC输出电压的所述纹波相位相反的所述纹波消除相位进一步至少部分基于所述降压电感器电流的所述指示。
13.一种进行AC/DC转换以目标输出电压生成DC电压的方法，所述方法包括：
响应于AC输入电压小于目标输出电压而将所述AC输入电压转换为经升压的DC输出电压；以及
响应于所述AC输入电压大于所述目标输出电压，
将所述AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压；
将所述AC输入电压的第二部分缓冲为经缓冲的DC电压；以及
将所述经缓冲的DC电压应用于所述箝位升压DC输出电压。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
将所述AC输入电压划分为以由所述AC输入电压的AC相位中的截点分隔的所述第一部分和所述第二部分，其中所述截点设置在所述目标输出电压处。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
在将所述AC输入电压的经缓冲的所述第二部分应用于所述箝位升压DC输出电压之前，对经缓冲的所述第二部分进行降压，其中对所述AC输入电压的经缓冲的所述第二部分进行降压包括引导所述AC输入电压的经缓冲的所述第二部分通过降压逆变器。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述箝位升压DC输出电压具有纹波相位，并且其中将所述经缓冲的DC电压应用于所述箝位升压DC输出电压包括在与所述箝位升压DC输出电压的纹波相位相反的纹波消除相位应用所述经缓冲的DC电压。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述纹波消除相位应用所述经缓冲的DC电压包括：
接收所述箝位升压输出电压的指示；
接收所述经缓冲的DC电压的指示；以及
至少部分基于所述箝位升压DC输出电压的所述指示和所述经缓冲的DC电压的所述指示确定与所述箝位升压DC输出电压的所述纹波相位相反的所述纹波消除相位。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：
引导将所述箝位升压DC输出电压的所述指示通过高通滤波器和比例谐振谐波控制，所述比例谐振谐波控制被配置为至少控制二次谐波谐振。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：
引导所述AC输入电压的经缓冲的所述第二部分通过所述降压逆变器，
其中在所述纹波消除相位应用所述经缓冲的DC电压进一步包括接收所述降压电感器的降压电感器电流的指示，以及
其中确定与所述箝位升压DC输出电压的所述纹波相位相反的所述纹波消除相位进一步至少部分基于所述降压电感器电流的所述指示。
20.一种用于接收AC输入电压并且以目标输出电压生成DC输出的设备，所述设备包括：
用于确定所述AC输入电压是否小于所述目标输出电压的装置；
响应于所述AC输入电压小于所述目标输出电压，用于将所述AC输入电压转换为经升压的DC输出电压的装置；以及
响应于所述AC输入电压大于所述目标输出电压，
用于将所述AC输入电压的第一部分转换为箝位升压DC输出电压的装置；
用于将所述AC输入电压的第二部分缓冲为经缓冲的DC电压的装置；以及
用于将所述经缓冲的DC电压应用于所述箝位升压DC输出电压的装置。
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