CN110771024B - 用于对电力负载供电的变流器系统 - Google Patents

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Abstract

一种变流器系统包括用于输入AC功率信号的每一相的DC母线；每一相的第一开关单元，包括在DC母线两端串联耦合的第一两个有源开关并在第一两个有源开关之间形成第一开关单元AC电极，该第一开关单元AC电极被耦合到相应的相；以及每一相的第二开关单元，包括在DC母线两端串联耦合的第二两个有源开关并在第二两个有源开关之间形成第二开关单元AC电极，这些第二开关单元AC电极彼此耦合以形成飞中性线。第一开关单元和第二开关单元中的一个开关单元以大于线路频率至少一个数量级的频率进行开关。第一开关单元和第二开关单元中的另一个开关单元以近似等于线路频率的频率进行开关。

Description

用于对电力负载供电的变流器系统
技术领域
本申请总体上涉及电力系统，并且更具体地，但不排他地涉及用于对电力负载供电的变流器系统。
背景技术
多种类型的变流器系统，例如，单位功率因数变流器系统，仍然是感兴趣的领域。相对于某些应用，一些现有系统具有各种短处、缺点和弊端。例如，在一些变流器系统中，开关速度可能不够快，从而不足以实现期望的大小和重量目标。因此，在该技术领域中仍然需要进一步的贡献。
发明内容
本发明的一个实施例是独特的变流器系统。另一个实施例是独特的变流器系统。另一个实施例是独特的变流器系统。其他实施例包括用于变流器系统装置、系统、设备、硬件、方法和变流器组合。通过本文提供的描述和附图，本申请的进一步的实施例、形式、特征、方面、益处和优点将变得清楚。
附图说明
本文的描述参考以下附图，其中在所有的数个图中相同的参考标记指代相同的部分，并且其中：
图1示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的非限制性示例的一些方面的计划图。
图2示意性地示出了根据本发明的实施例的交流高频开关单元的非限制性示例的一些方面。
图3示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的非限制性示例的一些方面。
图4示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。
图5示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。
图6示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。
图7示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。
图8示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。
图9示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。
图10示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。
图11示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的DC/AC变换级的非限制性示例的一些方面。
图12示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的负载级的非限制性示例的一些方面。
图13示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的负载级的非限制性示例的一些方面。
图14示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的负载级的非限制性示例的一些方面。
图15示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统的负载级的非限制性示例的一些方面。
具体实施方式
为了促进对本发明的原理的理解，将参考附图中所示的实施例，并使用特定的语言以描述这些实施例。然而要理解的是本发明的范围并不因此而受到限制。描述的实施例中的任何的变化和进一步的修改，以及如本文中描述的本发明的原理的任何进一步的应用均被视为本发明相关领域的技术人员通常会想到的。
参考图1，示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统10的非限制性示例的一些方面。变流器系统10是隔离的三相变流器系统。在一种形式中，变流器系统10是电动汽车充电器或其他电源。在其他实施例中，变流器系统10可以是其他形式。例如，变流器系统10可以被配置为对电动机供电，例如，三相电动机。在一些实施例中，变流器系统10提供功率因数校正，例如输出处的单位功率因数。在一种形式中，输入电压标称380/480线-线/rms VAC。在其他实施例中，可以采用其他输入值。在一种形式中，输出标称50-1000VDC。在其他实施例中，输出电压可以根据应用的需要而变化。在一种形式中，输出功率在10kW-50kW的范围内。在其他实施例中，输出功率可以根据应用的需要而变化。
变流器系统10以例如，50Hz或60Hz的线路频率耦合到具有相U1、U2、U3的三相AC(交流)电源12。变流器系统10包括用于每个相应的相U1、U2、U3的DC(直流)母线D1、D2、D3。每个DC母线具有正轨D1+、D2+、D3+和负轨D1-、D2-、D3-。变流器系统10包括用于AC电源12的每一相U1、U2、U3的高频开关单元14、低频开关单元16，其中每个开关单元都被配置为将AC转换成DC，以及变换级180，被配置为将DC转换成AC。在其他实施例中，变流器单元和级的数目可以根据应用的需要而变化。变流器系统10包括负载级20，在一些实施例中将变换级18的AC输出转换成DC，用于对DC负载供电，然而在其他实施例中，负载级对AC负载供电。
高频单元14包括至少两个高频有源开关22，两个高频有源开关22在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，母线在高频有源开关22之间形成AC电极24。术语“有源”是指这些开关是受控的开关，例如，通过门极驱动信号控制，而不是无源开关，例如，仅二极管。为了减小变流器系统10中的输入滤波器(特别是磁性的-电感器和变压器)的大小，期望使用能够以高频开关的晶体管。GaN(氮化镓)晶体管可以以>3倍等量Si(硅)晶体管的频率进行开关，特别是IGBT(绝缘栅双极晶体管)，其是在建议的功率水平(例如，10kW或以上)最常用的器件。然而，GaN器件额定电压通常只有650V或以下，这可能不足以用于具有380V或更高的三相AC输入的传统桥电路。另一个考虑是GaN器件开关非常迅速，并且具有短功率回路非常重要，与具有多电平开关单元短功率回路相比，具有两电平开关单元的短功率回路更容易实现。因此，在一种形式中，高频有源开关22是GaN器件。在其他实施例中，高频有源开关22可以采用其他材料或是由其他材料形成，例如，SiC(碳化硅)。在一种形式中，高频有源开关22是GaNMOSFET。在其他实施例中，高频有源开关22可以采用其他形式，例如，GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)或IGBT。在一些实施例中，高频有源开关22可以是SiC MOSFET(碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)。高频有源开关22可操作为以大于线路频率至少一个数量级的频率进行开关，以将AC转换成DC。在一种形式中，高频有源开关22可操作为以20kHz到200kHz的范围的频率进行开关，并且在一些实施例中以大于200kHz或小于20kHz的频率进行开关。
去耦电容器26在有源开关22两端直接耦合。去耦电容器26可操作为滤掉高频信号。去耦电容器26未在DC母线D1、D2、D3两端耦合，而是在有源开关22本身两端直接耦合，以限制由两个高频有源开关和去耦电容器形成的回路的长度。对于每一相，大容量DC链路电容器28在DC母线D1、D2、D3两端耦合，以限制在DC链路D1、D2、D3上的整体电压纹波。去耦电容器26的能量储存需求与大容量DC链路电容器28相比通常较小。
每个开关单元14的AC电极24耦合到AC电源12的相应相U1、U2、U3。在一种形式中，电感器30耦合到每个AC电极24。每相支路U1、U2、U3耦合到电感器32。对于每一相U1、U2、U3，电感器30和32彼此耦合。对于每一相，在一端电容器34耦合到电感器30和32的中点，并且在另一端形成中性滤波器36。中性滤波器36耦合到每一相的电容器34。
参考图2，在另一个实施例中，高频开关单元可以采用交错开关单元14A的形式。交错开关单元14A具有(4)个在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合的高频有源开关22。AC电极24耦合到电感器30，它们共同耦合到公共AC电极24A。公共AC电极24经由电感器32耦合到每一相U1、U2、U3。在另一个实施例中，电感器30可以反向地耦合。
再次参考图1，低频单元16包括至少两个低频有源开关38，两个低频有源开关38在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，在低频有源开关38之间形成AC电极40。每一相U1、U2、U3的AC电极40耦合在一起以形成飞中性线42。在一些实施例中，飞中性线42可以耦合到滤波器中性线36，例如，虚线N1所示。在一些实施例中，飞中性线42还可以或备选地耦合到机壳接地44，例如，变流器系统10的机壳，例如，虚线N2所示。
在一种形式中，低频有源开关38是Si MOSFET。在其他实施例中，低频有源开关38可以采用其他形式，例如，Si HEMT(高电子迁移率晶体管)或IGBT。低频有源开关38可操作为以例如，50Hz或60Hz的线路频率或近似于线路频率进行开关，将AC转换成DC。
参考图3，示意性地示出了根据本发明的实施例的变流器系统10A的非限制性示例的一些方面。变流器系统10A与上文描述和图1中所示的变流器系统10类似，除了高频单元14和低频单元16之间的连接被调换了。在图3的实施例中，每一相U1、U2、U3的高频单元14的AC电极24经由电感器30彼此耦合以形成飞中性线42A。在一些实施例中，飞中性线42A可以耦合到滤波器中性线36，例如，虚线N1所示。在一些实施例中，飞中性线42A还可以或备选地耦合到机壳接地44，例如，变流器系统10的机壳，例如，虚线N2所示。
再次参考图1，变换级18将在每个DC母线D1、D2、D3的DC输出转换为AC。在一种形式中，对每一相U1、U2、U3采用单个变换级18。在其他实施例中，对每一相U1、U2、U3可以采用多个变换级。在一些实施例中，每个变换级的输出可以用于为各个负载馈电，或为多输入负载提供隔离的输入，例如，取决于实施例。每个变换级具有两(2)个DC端子46、48作为输入(DC输入)和两(2)个AC端子50、52作为输出(AC输出)。端子46对应于DC母线D1、D2、D3的正DC轨D1+、D2+、D3+；并且端子48对应于DC母线D1、D2、D3的负DC轨D1-、D2-、D3-。每个变换级18包括具有至少两个有源开关56(图4-11)的高频开关单元54，高频开关单元54串联耦合在DC母线D1、D2、D3两端，例如，位于端子46、48处。在各种实施例中，有源开关可以是GaN器件或SiC器件，例如MOSFET、HEMT或IGBT。
变换级18的AC输出具有高频部件，因为变换级18的有源开关以高频执行开关。在一种形式中，变换级18中的有源开关56的开关频率比线路频率大至少三个数量级，即使在一些示例中可能采用较低的频率。在一些实施例中，开关频率可以在100kHz到1MHz的范围内。在其他实施例中，变换级18中的有源开关56的开关频率可以超过1MHz，或小于100kHz。下文将描述变换级18(称为转换器级18A-18H)的一些潜在的各种备选实施例。
参考图4，示意性地示出了根据本发明的实施例的变换级18A的非限制性示例的一些方面。在图4的实施例中，变换级18A是半桥的形式。例如，变换级18A可以用于单有源桥配置或双有源桥配置。变换级18A包括有源开关56，该有源开关56在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，即位于DC端子46、48处，在有源开关56之间形成AC电极58，该电极耦合到AC端子52。去耦电容器60在开关56两端直接耦合。电容器62并联耦合到开关56，在电容器62之间形成AC电极64。AC电极64耦合到AC端子50。
参考图5，示意性地示出了根据本发明的实施例的变换级18B的非限制性示例的一些方面。在图5的实施例中，变换级18B是全桥的形式。例如，变换级18B可以用于单有源桥配置或双有源桥配置。变换级18B包括两(2)个并联的有源开关56的对，该两(2)个并联的有源开关56的对在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，即位于DC端子46、48处，在两(2)个并联的有源开关56的对之间形成AC电极58和64，AC电极58和64耦合到相应的AC端子52和50。去耦电容器60直接耦合到开关56两端。
参考图6，示意性地示出了根据本发明的实施例的变换级18C的非限制性示例的一些方面。在图6的实施例中，变换级18C是半桥+LC(电感器、电容器)的形式(连接到端点，例如，LC连接到DC端子48)。例如，变流器18C可以用于LLC变流器。变换级18C包括有源开关56，有源开关56在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，即位于DC端子46、48处，在有源开关56之间形成AC电极58，AC电极58耦合到AC端子52。去耦电容器60在开关56两端直接耦合。电容器66和电感器68在DC端子48与AC端子50之间串联耦合。在一些实施例中，电容器66和电感器68备选地可以在AC电极58与AC端子52之间串联耦合。
参考图7，示意性地示出了根据本发明的实施例的变换级18D的非限制性示例的一些方面。在图7的实施例中，变换级18D是半桥+LC的形式(连接到中点，例如，LC连接到AC电极64)。例如，变换级18D可以用于LLC变流器。变换级18D包括有源开关56，该开关在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，即位于DC端子46、48处，在有源开关56之间形成AC电极58。AC电极58耦合到AC端子52。去耦电容器60在开关56两端直接耦合。电容器62并联耦合到开关56，在电容器62之间形成AC电极64。AC电极64经由串联耦合的电容器66和电感器68耦合到AC端子50。在一些实施例中，电容器66和电感器68备选地可以在AC电极58与AC端子52之间串联耦合。
参考图8，示意性地示出了根据本发明的实施例的变换级18E的非限制性示例的一些方面。在图8的实施例中，变换级18E是全桥+LC的形式，并且例如可以用于LLC变流器。变换级18E包括两(2)个并联的有源开关56的对，该两(2)个并联的有源开关56的对在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，即位于DC端子46、48处，在两(2)个并联的有源开关56的对之间形成AC电极58和64。去耦电容器60在开关56两端直接耦合。AC电极58耦合到AC端子52。AC电极64经由串联耦合的电容器66和电感器68耦合到AC端子50。在一些实施例中，电容器66和电感器68备选地可以在AC电极58与AC端子52之间串联耦合。
参考图9，示意性地示出了根据本发明的实施例的变换级18F的非限制性示例的一些方面。在图9的实施例中，变换级18F是半桥+并联谐振LC的形式(连接到端点，例如，电容器72连接到DC端子48)。例如，变换级18F可以用于并联谐振变流器。变换级18F包括有源开关56，该开关在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，即位于DC端子46、48处，在有源开关56之间形成AC电极58。AC电极58通过电感器70耦合到AC端子52。去耦电容器60在开关56两端直接耦合。电容器72在AC端子50、52两端耦合。
参考图10，示意性地示出了根据本发明的实施例的变换级18G的非限制性示例的一些方面。在图10的实施例中，变换级18G是半桥+并联谐振LC的形式(连接到中点，例如，电容器72连接到AC端子64)。例如，变换级18G可以用于并联谐振变流器。变换级18G包括有源开关56，该有源开关56在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，即位于DC端子46、48处，在有源开关5之间形成AC电极58。AC电极58经由电感器70耦合到AC端子52。去耦电容器60在开关56两端直接耦合。电容器62并联耦合到开关56，在电容器62之间形成AC电极64。AC电极64耦合到端子50。电容器70在AC端子50、52两端耦合。
参考图11，示意性地示出了根据本发明的实施例的变换级18H的非限制性示例的一些方面。在图11的实施例中，变换级18H是全桥+并联谐振LC的形式。例如，变换级18H可以用于并联谐振变流器。变换级18H包括两(2)个并联的有源开关56的对，该两(2)个并联的有源开关56的对在DC母线D1、D2、D3两端串联耦合，即位于DC端子46、48处，在两(2)个并联的有源开关56的对之间形成AC电极58和64。去耦电容器60在开关56两端直接耦合。AC电极58经由电感器70耦合到AC端子52。AC电极64耦合到AC端子50。电容器72在AC端子50、52两端耦合。
再次参考图1，负载级20接收由每个转换器级18(即，从每一相U1、U2、U3的AC端子50、52)输出的AC功率作为输入。负载级20包括AC输出的AC端子76、78，AC端子76、78耦合到变换级18的相应的AC端子50、52。取决于实施例，负载级20可操作为将由变换级18输出的AC转换为DC，以为DC负载供电，例如，为电动汽车电池充电或为其他DC负载供电，或是为AC负载(诸如，电动机或其他电机)提供AC功率。下文将描述负载级20(下文称为负载级20A-20D)的一些潜在的各种备选实施例。
参考图12，示意性地示出了根据本发明的实施例的负载级20A的非限制性示例的一些方面。在图12的实施例中，负载级20A是三(3)个单相变压器80的形式，每一相U1、U2、U3对应一个单相变压器80；以及三个单相整流器82的形式，每个单相整流器82耦合到每一个变压器80其中整流器82将每一相U1、U2、U3的AC整流成DC。例如，负载级20A可以用于单有源桥、并联谐振或LLC变流器(例如，变换级18)或与它们结合。整流器82的输出被提供到输出DC母线84，该DC母线84母线经由DC端子88、90为DC负载86供电。DC链路电容器92在DC母线84两端耦合，以限制DC母线84中的电压纹波。在一种形式中，DC负载86是电动汽车，即，电动汽车电池。在其他实施例中，DC负载86可以是任意DC负载。
参考图13，示意性地示出了根据本发明的实施例的负载级20B的非限制性示例的一些方面。在图13的实施例中，负载级20B是Y形连接的三(3)个单相变压器80的形式，每一相U1、U2、U3对应一个单相变压器80；以及三相整流器94的形式，该三相整流器94耦合到变压器80。例如，负载级20B可以用于单有源桥、并联谐振或LLC变流器(例如，变换级18)或与它们结合。整流器94的输出被提供给输出DC母线84，该DC母线84母线经由DC端子88、90为DC负载86供电。DC链路电容器92在DC母线84两端耦合，以限制DC母线84中的电压纹波。
参考图14，示意性地示出了根据本发明的实施例的负载级20C的非限制性示例的一些方面。在图14的实施例中，负载级20C是三角形连接的三(3)个单相变压器80的形式，每一相U1、U2、U3对应一个单相变压器80；以及三相整流器94的形式，该三相整流器94耦合到变压器80。例如，负载级20C可以用于单有源桥、并联谐振或LLC变流器(例如，变换级18)或与它们结合。整流器94的输出被提供给输出DC母线84，该DC母线84母线经由DC端子88、90为DC负载86供电。DC链路电容器92在DC母线84两端耦合，以限制DC母线84中的电压纹波。
在图12、13和14中的每个图中，整流器中的二极管可以由有源开关(例如，MOSFET或IGBT)替代。在一些实施例中，电感器可以位于每个桥94(或82)和电容器92之间。
参考图15，示意性地示出了根据本发明的实施例的负载级20D的非限制性示例的一些方面。在图15的实施例中，负载是电动机，例如具有三(3)个绕组98的组的三相电动机96。每个绕组98的组耦合到相U1、U2、U3中的一相的AC端子76、78(AC输出#1、AC输出#2、AC输出#3)。在其他实施例中，负载可以是三相电气负载的另一类型。
本发明的实施例包括变流器系统，用于将来自AC电源的、具有处于线路频率的一相或多相的多相AC功率信号转换为DC功率信号，以对负载供电，该变流器系统包括：用于AC功率信号的每一相的DC母线；用于AC功率信号的每一相的第一开关单元，每个第一开关单元包括在DC母线两端串联耦合的第一两个有源开关，并在第一两个有源开关之间形成第一开关单元AC电极，第一开关单元AC电极被耦合到AC电源的相应的相；以及用于AC功率信号的每一相的第二开关单元，每个第二开关单元包括在DC母线两端串联耦合的第二两个有源开关，并在第二两个有源开关之间形成第二开关单元AC电极，其中第二开关单元AC电极彼此耦合形成飞中性线，其中第一开关单元和第二开关单元中的一个开关单元可操作为以大于线路频率至少一个数量级的第一频率进行开关以将AC转换成DC；并且其中第一开关单元和第二开关单元中的另一个开关单元用于以近似等于线路频率的第二频率下进行开关以将AC转换成DC。
在一个改进中，第一频率在20kHz到200kHz的范围内或超过该范围。
在另一个改进中，第一两个有源开关和/或第二两个有源开关是氮化镓(GaN)器件。
在又一个改进中，变流器系统还包括用于每一相的变压器；用于AC功率信号的每一相的第三开关单元，每个第三开关单元包括在DC母线两端串联耦合的第三两个有源开关，并在第三两个有源开关之间形成第三开关单元AC电极，其中第三开关单元AC电极耦合到用于每一相的变压器；并且其中第三开关单元可操作为以大于线路频率至少三个数量级的第三频率进行开关以将DC转换成AC；并且整流器可操作为针对每一相将AC整流成DC。
在又另一个改进中，第三频率在100kHz到1MHz的范围内或超过该范围。
在更另一个改进中，变流器系统还包括滤波器中性线，经由电容器耦合到AC电源的每一相。
在另外一个改进中，对于每一相，两个电感器在第一开关单元AC电极与AC电源之间串联耦合；并且电容器在两个电感器之间耦合。
在又另外一个改进中，飞中性线耦合到中性滤波器。
在更另外一个改进中，变流器系统还包括机壳接地，其中飞中性线耦合到机壳接地。
在又更另外一个改进中，在不需要任何介于中间的电感器或电容器的情况下，第二开关单元AC电极直接彼此耦合，以形成飞中性线。
在还另一个改进中，变流器系统还包括去耦电容器，在第一两个有源开关两端直接耦合，并且可操作为滤掉高频信号；以及大容量DC链路电容器，在DC母线两端耦合，并且可操作为限制DC母线两端的电压纹波。
本发明的实施例包括变流器系统，用于将来自AC电源的、具有处于线路频率的一相或多相的多相AC功率信号转换为期望的功率信号，以对负载供电，该变流器系统包括：用于AC功率信号的每一相的DC母线；第一至少两个开关单元，第一至少两个开关单元中的每个开关单元包括在DC母线两端串联耦合的第一至少两个有源开关；在第一至少两个有源开关之间形成的第一AC电极；在串联耦合的第一至少两个有源开关两端直接耦合的去耦电容器；以及在每一相的第一AC电极和AC电源之间耦合的电感器；以及第二至少两个开关单元，第二至少两个开关单元中的每个开关单元包括在DC母线两端串联耦合的第二至少两个有源开关；以及在第二至少两个有源开关之间形成的第二AC电极，其中第二至少两个开关单元中的每个开关单元的第二AC电极耦合在一起并形成飞中性线，其中第一至少两个开关单元可操作为以大于线路频率至少一个数量级的第一频率进行开关以将AC转换成DC；并且其中第二至少两个开关单元可操作为以近似等于线路频率的第二频率进行开关以将AC转换成DC。
在一个改进中，变流器系统还包括变换级，该变换级耦合到用于AC功率信号的每一相的DC母线，并可操作为将DC转换成AC。
在另一改进中，变换级是半桥变流器。
在又一个改进中，变换级是全桥变流器。
在又另一个改进中，变换级包括AC输出端子；并且其中变换级包括在AC输出端子上与电感器串联的电容器。
在更另一个改进中，变换级是并联谐振变流器。
在另外一个改进中，变流器系统还包括用于每一相的单相变压器和单相整流器。
在又另外一个改进中，一相或多相是三相，其还包括处于Y形连接或三角形连接的三(3)个单相变压器、以及耦合到变压器的三相整流器。
在更另外一个改进中，负载是电动机。
本发明的实施例包括变流器系统，用于将来自AC电源的、三相AC功率信号转换成期望的功率信号以对负载供电，该变流器系统包括：用于AC功率信号每一相的DC母线；用于以大于线路频率至少一个数量级的第一频率将AC转换成DC的装置；以及用于以近似等于线路频率的第二频率将AC转换成DC的装置。
尽管在附图和上文描述中已经对本发明进行了详细的图示和描述，但本发明在性质上应被视为是说明性的，而不是限制性的，应当理解仅示出并描述了优选的实施例，落入本发明精神内的所有改变和修改都希望受到保护。应当理解在上文描述中使用诸如优选的、优选地或更优选之类的词语表示这样描述的特征可能是更可取的，但可能不是必需的，并且缺少这些特征的实施例可以被认为在本申请的范围内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，注意，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”的词语时，不旨在将权利要求限制为仅一项，除非在权利要求中明确地另有相反说明。当使用“至少一部分”和/或“一部分”这样的用语时，项目可以包括一部分和/或整个项目，除非明确地另有相反说明。
除非另有规定或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”以及其变体被广泛地使用，并且包含直接和间接安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理的或机械的连接或耦合。

Claims (20)

1.一种变流器系统，用于将来自AC电源的、具有处于线路频率的一相或多相的多相AC功率信号转换为DC功率信号以对负载供电，所述变流器系统包括：
用于所述AC功率信号的每一相的DC母线；
用于所述AC功率信号的每一相的第一开关单元，每个第一开关单元包括在所述DC母线两端串联耦合的第一对有源开关以及在所述DC母线两端串联耦合的第二对有源开关，所述第一对有源开关和所述第二对有源开关各自具有在其间的第一开关单元AC电极，所述第一对有源开关的第一开关单元AC电极被耦合到第一电感器，并且所述第二对有源开关的第一开关单元AC电极被耦合到第二电感器，所述第一电感器和所述第二电感器被一起耦合到公共AC电极，所述公共AC电极经由第三电感器而被耦合到所述AC电源的相应的相；以及
用于所述AC功率信号的每一相的第二开关单元，每个第二开关单元包括在所述DC母线两端串联耦合的第二两个有源开关，并在所述第二两个有源开关之间形成第二开关单元AC电极，其中所述第二开关单元AC电极彼此耦合以形成飞中性线；
其中所述第一开关单元可操作为以大于所述线路频率至少一个数量级的第一频率进行开关以将AC转换成DC；
其中所述第二开关单元可操作为以近似等于所述线路频率的第二频率进行开关以将AC转换成DC。
2.根据权利要求1所述的变流器系统，其中所述第一频率在20kHz到200kHz的范围内或超过所述范围。
3.根据权利要求1所述的变流器系统，其中所述第一开关单元的所述第一对有源开关和/或所述第二开关单元的所述第二对有源开关是氮化镓(GaN)器件。
4.根据权利要求1所述的变流器系统，还包括：
用于每一相的变压器；
用于所述AC功率信号的每一相的第三开关单元，每个第三开关单元包括在所述DC母线两端串联耦合的第三两个有源开关，并在所述第三两个有源开关之间形成第三开关单元AC电极，其中所述第三开关单元AC电极耦合到用于每一相的所述变压器；并且其中所述第三开关单元可操作为以大于所述线路频率至少三个数量级的第三频率进行开关以将DC转换成AC；以及
整流器，可操作为针对每一相将AC整流成DC。
5.根据权利要求4所述的变流器系统，其中所述第三频率在100kHz到1MHz的范围内或超过所述范围。
6.根据权利要求1所述的变流器系统，还包括滤波器中性线，所述滤波器中性线经由电容器耦合到所述AC电源的每一相。
7.根据权利要求6所述的变流器系统，其中所述电容器在所述第一电感器和所述第二电感器的所述公共AC电极与所述第三电感器之间耦合。
8.根据权利要求6所述的变流器系统，其中所述飞中性线被耦合到所述滤波器中性线。
9.根据权利要求1所述的变流器系统，还包括机壳接地，其中所述飞中性线被耦合到所述机壳接地。
10.根据权利要求1所述的变流器系统，其中在不需要任何介于中间的电感器或电容器的情况下，所述第二开关单元AC电极直接彼此耦合，以形成所述飞中性线。
11.根据权利要求1所述的变流器系统，还包括：去耦电容器，在所述第一对有源开关和所述第二对有源开关两端直接耦合，并且可操作为滤掉高频信号；以及大容量DC链路电容器，在所述DC母线两端耦合，并且可操作为限制所述DC母线两端的电压纹波。
12.一种变流器系统，用于将来自AC电源的、具有处于线路频率的一相或多相的多相AC功率信号转换为期望的功率信号以对负载供电，所述变流器系统包括：
用于所述AC功率信号的每一相的DC母线；
第一至少两个开关单元，所述第一至少两个开关单元中的每个开关单元包括：在所述DC母线两端串联耦合的第一对有源开关以及在所述DC母线两端串联耦合的第二对有源开关；所述第一对有源开关和所述第二对有源开关中的每队有源开关具有在其间形成的第一AC电极，第一电感器被耦合到在所述第一对有源开关之间形成的第一AC电极，并且第二电感器被耦合到在所述第二对有源开关之间形成的第一AC电极，所述第一电感器和所述第二电感器被一起连接到公共AC电极；在串联耦合的所述第一对有源开关和所述第二对有源开关两端直接耦合的去耦电容器；以及在用于每一相的所述第一AC电极与所述AC电源之间耦合的第三电感器；以及
第二至少两个开关单元，所述第二至少两个开关单元中的每个开关单元包括：在所述DC母线两端串联耦合的第二至少两个有源开关；以及在所述第二至少两个有源开关之间形成的第二AC电极，其中用于所述第二至少两个开关单元中的每个开关单元的所述第二AC电极耦合在一起并且形成飞中性线，
其中所述第一至少两个开关单元可操作为以大于所述线路频率至少一个数量级的第一频率进行开关以将AC转换成DC；
其中所述第二至少两个开关单元可操作为以近似等于所述线路频率的第二频率进行开关以将AC转换成DC。
13.根据权利要求12所述的变流器系统，还包括变流器级，所述变流器级耦合到用于所述AC功率信号的每一相的所述DC母线，并可操作为将DC转换成AC。
14.根据权利要求13所述的变流器系统，所述变流器级是半桥变流器。
15.根据权利要求13所述的变流器系统，所述变流器级是全桥变流器。
16.根据权利要求13所述的变流器系统，其中所述变流器级包括AC输出端子；并且其中所述变流器级包括在所述AC输出端子上与电感器串联的电容器。
17.根据权利要求13所述的变流器系统，所述变流器级是并联谐振变流器。
18.根据权利要求12所述的变流器系统，还包括用于每一相的单相变压器和单相整流器。
19.根据权利要求12所述的变流器系统，其中所述一相或多相是三相，所述变流器系统还包括处于Y形连接或三角形连接的三(3)个单相变压器、以及被耦合到所述变压器的三相整流器。
20.根据权利要求12所述的变流器系统，其中所述负载是电动机。
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