TW201306470A - 一種ac-dc電源轉換器及其dc充電站 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種AC-DC電源轉換器，包括：移相變壓器，具有一原邊繞組和至少一個副邊繞組，並且該至少一個副邊繞組被設置成至少一個繞組單元；至少一組整流器組，每一組整流器組具有至少一整流器，每一整流器電性連接至對應的該繞組單元中的副邊繞組；以及至少一DC-DC轉換器，電性連接至對應的一組整流器組並且輸出一預定的直流電壓。本發明還相應地提供了一種DC充電站。

Description

一種AC-DC電源轉換器及其DC充電站
本發明係關於電力電子變換技術，特別係關於一種具有高功率因數的AC-DC電源轉換器。
如我們所共知的，當前大部分的汽車普遍使用石油作為動力來源。但是，作為常規能源，石油的資源保有量與它的消耗量之間的失衡越來越嚴重，毫不誇張地說，以目前的石油資源消耗速度來估算，在不久的將來，石油資源因枯竭而將從我們身邊消失。此外，將石油燃料作為動力源時，會排放出多種有毒的氣體，並且還可能引起諸多的環境污染問題，如溫室效應、酸雨或光化學煙霧等。
隨著科技的發展和新能源研究的不斷深入，人們在日常生活中對於節能環保的理念日趨重視。僅以交通領域為例，在全球減少碳排放以及我國大力提倡環境保護的形勢下，使用電動車的呼聲越來越高。以電動車（Electric Vehicle）和插電式混合動力車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）為例，它們均用到電動機來產生驅動力，一般來說，電動車或插電式混合動力車具有一可充電電池，並利用該可充電電池作為穩定能源來提供驅動力，當可充電電池剩餘的電能不足時，通過相應的充電設備從電網加以補充，以便重新存儲足夠的電能而為電動機提供從電能轉換為動能時所需的能量。
目前，直流機車充電站即DC充電站正在得到大力發展。需要指出的是，DC充電站通常包括一將交流電轉換為直流電的AC-DC轉換器，其交流輸入端一般接電網，為了不影響電網上的其他用戶，減小對電網的污染，就需要有高功率因數，低諧波分量的AC-DC轉換器。
有鑒於此，如何設計出一種新型的AC-DC電源轉換器，在提高系統的功率因數的同時，還可顯著降低對電網造成的污染，是業內相關技術人員亟待解決的一項課題。
本發明內容之一目的是在提供一種AC-DC電源轉換器以及包含該AC-DC電源轉換器的DC充電站, 以便利用不同DC-DC轉換器的輸出端提供不同的直流輸出，從而滿足多種電子設備的充電需求。
為達上述目的，本發明內容之一技術樣態係關於一種AC-DC電源轉換器，包括一移相變壓器、至少一組整流器組和至少一DC-DC轉換器。移相變壓器具有一原邊繞組和至少一個副邊繞組，並且至少一個副邊繞組被設置成至少一個繞組單元。每一組整流器組具有至少一整流器，每一組整流器組連接至對應的一個繞組單元，並且該組整流器組中的每一整流器電性連接至對應的繞組單元的副邊繞組。每一DC-DC轉換器電性連接至對應的一組整流器組並且輸出一預定的直流電壓。
每一繞組單元具有至少一個副邊繞組，並且至少一個副邊繞組分別提供不同的移相角度。在一實施例中，每一繞組單元包括相同數量的副邊繞組。在另一實施例中，每一繞組單元包括不同數量的副邊繞組。
原邊繞組和副邊繞組為三角形連接、星形連接或Zig-Zag連接。
在一具體實施例中，每一組整流器組由多個整流器串聯連接構成。在另一具體實施例中，每一組整流器組由多個整流器並聯連接構成。
AC-DC電源轉換器還包括一輸入端，用於接收一三相交流信號，並且輸入端電性連接至該原邊繞組。
AC-DC電源轉換器具有至少一路直流輸出。在一實施例中，至少一DC-DC轉換器的輸出經並聯連接後提供至少一路直流輸出。在另一實施例中，至少一DC-DC轉換器的輸出經串聯連接後提供至少一路直流輸出。在又一實施例中，至少一DC-DC轉換器中的一DC-DC轉換器的正輸出端不和其他DC-DC轉換器電性連接，從而提供至少一路直流輸出。
DC-DC轉換器為一隔離型的全橋轉換器。在一實施例中，全橋轉換器包括：一第二濾波電路，電性連接至整流器組，用於對來自整流器組的直流電壓進行濾波，以生成一第二直流電壓信號；一開關電路，電性連接至第二濾波電路；一變壓器，具有一原邊繞組和一副邊繞組，原邊繞組電性連接至開關電路；一整流器，電性連接至變壓器的副邊繞組，整流器用於對變壓器的副邊繞組輸出的一交流信號進行整流處理，以生成一第三直流電壓信號；以及一第三濾波器，電性連接至整流器，用於對第三直流電壓信號進行濾波處理。第三濾波器還包括一電感和一電容，電感的一端電性連接至整流器的一輸出端並且其另一端電性連接至電容的一端，以及電容的另一端電性連接至整流器的另一輸出端。整流器為全波整流器、同步整流器或倍流整流器。開關電路包括至少一開關元件，且開關元件為金屬氧化物半導體場效應電晶體或絕緣柵雙極型電晶體。
DC-DC轉換器為一非隔離型的降壓轉換器。在一實施例中，降壓轉換器包括：一第一濾波電路，電性連接至整流器組，用於對來自整流器組的直流電壓進行濾波，以生成一第一直流電壓信號；一功率開關，電性連接至第一濾波電路；一二極體，電性連接至功率開關；一電感，電性連接至二極體的陰極及功率開關；以及一電容，電性連接至電感及二極體的陽極。功率開關為金屬氧化物半導體場效應電晶體或絕緣柵雙極型電晶體。
DC-DC轉換器還包括一電流感測器，電性連接於DC-DC轉換器，用於輸出一電流指示信號。
DC-DC轉換器還包括一溫度感測器，用於檢測DC-DC轉換器的最高溫度，並輸出一溫度指示信號。
DC-DC轉換器還包括一電壓感測器，電性連接至DC-DC轉換器的輸出端，用於檢測DC-DC轉換器輸出的直流電壓，並輸出一電壓指示信號。
AC-DC電源轉換器還包括一控制模組，電性連接至電流感測器、溫度感測器和電壓感測器中至少一個的輸出端，並且根據電流指示信號、溫度指示信號和電壓指示信號中的至少一個來輸出一控制信號。
AC-DC電源轉換器還包括一驅動模組，電性連接至功率開關和控制模組，用於接收控制信號並根據控制信號來驅動功率開關電性導通或關斷。
控制模組還包括一脈寬調製單元，並且控制信號為脈寬調製單元發出的脈衝信號。
控制模組還包括一頻率調製單元，並且控制信號為頻率調製單元發出的脈衝信號。
控制模組為一模擬控制器或一數位控制器。
為達上述目的，本發明內容之另一技術樣態係關於一種基於AC-DC電源轉換方式的DC充電站，包括一輸入端、一AC-DC電源轉換器及至少一輸出端。輸入端，用於接收一三相交流信號。AC-DC電源轉換器電性連接至輸入端，用於將三相交流信號轉換為至少一路直流電壓信號。至少一輸出端用於輸出至少一路直流電壓信號，以便為待充電的電子設備提供直流充電源，其中，AC-DC電源轉換器為本發明上述的AC-DC電源轉換器。
電子設備包括電動車或插電式混合動力車。
採用本發明的AC-DC電源轉換器，其中的移相變壓器具有至少一個副邊繞組，並且將這些副邊繞組設置成至少一個繞組單元，從而可根據每一繞組單元中實際的繞組數量來提供不同的相移角度，以減少電流中的諧波分量和增加系統的功率因數。並且，AC-DC電源轉換器還包括與至少一個繞組單元相對應的至少一組整流器組以及與每一整流器組對應的至少一個DC-DC轉換器，其中DC-DC轉換器的輸出端可以並聯連接後提供一直流輸出，從而增加電壓中的紋波頻率進而降低紋波振幅，或將DC-DC轉換器的輸出端串聯連接提供一直流輸出，還可以利用不同DC-DC轉換器的輸出端提供不同的直流輸出，以滿足多種電子設備的充電需求。此外，將至少一個副邊繞組拆分為不同的繞組單元後，每一DC-DC轉換器所輸出的直流功率大幅降低，可顯著地降低AC-DC電源轉換器對於電路中的元器件的參數要求，節約了成本。採用本發明的AC-DC電源轉換器，不再需要單獨設計功率因數校正電路就可以滿足電網的需求。
下面參照附圖，對本發明的具體實施方式作進一步的詳細描述。
為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。
其中圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。
第1圖繪示依據本發明一個方面的AC-DC電源轉換器的示意性原理框圖。於本實施例中，參照第1圖，該AC-DC電源轉換器包括一移相變壓器1、至少一組整流器組（即，整流器組21、22和23）以及至少一個DC-DC轉換器（即，DC-DC轉換器31、32和33）。其中，DC-DC轉換器31與第一組整流器21相對應，並且具有兩個輸出端子311和312，例如，輸出端子312電性連接至接地電壓或某一特定的參考電壓端，並且輸出端子311輸出相對於該DC-DC轉換器31的輸出端子312的電壓電位。類似地，DC-DC轉換器32與第二組整流器22相對應，並且具有兩個輸出端子321和322，例如，輸出端子322電性連接至接地電壓或某一特定的參考電壓端，並且輸出端子321輸出相對於該DC-DC轉換器32的輸出端子322的電壓電位。DC-DC轉換器33與第三組整流器23相對應，並且具有兩個輸出端子331和332，例如，輸出端子332電性連接至接地電壓或某一特定的參考電壓端，並且輸出端子331輸出相對於該DC-DC轉換器33的輸出端子332的電壓電位。於一實施例中，DC-DC轉換器為升壓型DC-DC轉換器。於一實施例中，DC-DC轉換器為降壓型DC-DC轉換器。於一實施例中，DC-DC轉換器為隔離型DC-DC轉換器。於一實施例中，DC-DC轉換器為非隔離型DC-DC轉換器。
具體地，移相變壓器1具有一原邊繞組10和至少一個副邊繞組101-106，並且這些副邊繞組101-106被設置成至少一個繞組單元，即，繞組單元11、繞組單元12和繞組單元13。在第1圖中，繞組單元11具有副邊繞組101和102，繞組單元12具有副邊繞組103和104，以及繞組單元13具有副邊繞組105和106。於一實施例中，每一繞組單元中的至少一個副邊繞組分別提供不同的移相角度，例如，繞組單元11中的副邊繞組101提供的移相角度為15度，而該繞組單元11中的副邊繞組102提供的移相角度為45度。此外，本領域的普通技術人員應當理解，本發明的繞組單元的設置方式並不只局限於此。例如，在一實施例中，具有一個副邊繞組單元，則此時該AC-DC電源轉換器具有一組整流器組和一個DC-DC轉換器。在另一實施例中，具有多個副邊繞組單元，例如本實施例中具有三個副邊繞組單元。本發明的每一副邊繞組單元中的副邊繞組的設置方式亦並不只局限於此。例如，在一實施例中，每一副邊繞組單元具有至少一個副邊繞組，並且任一副邊繞組單元均包括相同數量的副邊繞組。在另一實施例中，每一副邊繞組單元具有至少一個副邊繞組，並且任一副邊繞組單元所包含的副邊繞組數量不相同。
在一些具體實施例中，移相變壓器1的原邊繞組和副邊繞組設置為三角形連接，星形連接或Zig-Zag連接的一種或多種組合。
於本實施例中，對於DC-DC轉換器31、32和33來說，每一DC-DC轉換器均電性連接至對應的整流器組並且輸出一預定的直流電壓。以DC-DC轉換器31為例，當移相變壓器1的副邊一側的繞組單元11產生電壓信號時，經由第一組整流器21進行整流處理後，輸出一直流電壓，然後該直流電壓輸入到DC-DC轉換器31中，該DC-DC轉換器31便產生高於該直流電壓（當DC-DC轉換器為升壓轉換器時）或低於該直流電壓（當DC-DC轉換器為降壓轉換器時）的直流輸出。於一實施例中，該AC-DC電源轉換器還包括一輸入端，該輸入端接收一三相交流信號，並且電性連接至移相變壓器1的原邊繞組10。在此，該交流信號可以是來自任意類型的供電設備，如電網、交流發電機等。
此外，為了將本發明的AC-DC電源轉換器應用於不同容量的待充電設備, AC-DC電源轉換器具有至少一路直流輸出。
第2圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器的一實施例的示意圖。於本實施例，AC-DC電源轉換器的DC-DC轉換器的輸出端子311，321和331電性連接在一起，312，322和332電性連接在一起，即DC-DC轉換器31、32和33的輸出並聯連接以提供至少一路直流輸出，且此種並聯連接可顯著地增加該輸出電壓中的紋波頻率進而降低其紋波振幅，從而極大地減少系統的諧波分量，提高系統的功率因數。於其他實施例中，AC-DC電源轉換器中的DC-DC轉換器的輸出端以串聯形式進行電性連接以提供至少一路直流輸出。
第3圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器的另一實施例的示意圖。於本實施例，DC-DC轉換器32和DC-DC轉換器33的輸出並聯連接以提供至少一路直流輸出給負載。於其他實施例中，DC-DC轉換器32和DC-DC轉換器33的輸出串聯連接以提供至少一路直流輸出給負載。而DC-DC轉換器31的正輸出端子不和其他DC-DC轉換器電性連接以提供至少一路直流輸出給負載。即此AC-DC電源轉換器可根據負載容量的需求調整DC-DC轉換器並聯或串聯輸出的個數，並可提供多路輸出給不同容量的負載，且易於AC-DC電源轉換器的模組化處理，模組化的AC-DC電源轉換器可使系統小型化，增大轉換器中器件的選擇空間以降低系統成本。
第4圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器的同一繞組單元中至少一個繞組以及對應的整流器與DC-DC轉換器進行電路連接的一實施例的示意圖。參照第4圖，位於移相變壓器的副邊一側的該繞組單元包括繞組401、繞組402和繞組403，副邊繞組單元以及與該繞組單元相對應的整流器組包括整流器501、整流器502和整流器503，並且整流器501與繞組401電性連接，整流器502與繞組402電性連接，整流器503與繞組403電性連接，以及整流器501、502和503串聯連接所構成的整流器組的兩個輸出端子分別連接至DC-DC轉換器61，因此，輸入至該DC-DC轉換器61的直流電壓為整流器501、502和503各自整流後的直流電壓之和。於一些實施例中可根據負載容量的不同改變副邊繞組以及串聯連接的整流器的個數以根據負載的需求調整輸入至DC-DC轉換器61的電壓。整流器501、502和503為二極體整流，於一實施例中，整流器501、502和503可為其他形式的整流器。
第5圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器的同一繞組單元中多個繞組以及對應的整流器與DC-DC轉換器進行電路連接的第二實施例的示意圖。類似於第5圖，位於移相變壓器的副邊一側的該繞組單元包括繞組401’、繞組402’和繞組403’，以及與該繞組單元相對應的整流器組包括整流器501’、整流器502’和整流器503’，並且整流器501’與繞組401’電性連接，整流器502’與繞組402’電性連接，整流器503’與繞組403’電性連接，以及整流器501’、502’和503’並聯連接所構成的整流器組的兩個輸出端子分別連接至DC-DC轉換器61’，因此，輸入至該DC-DC轉換器61’的直流電流為整流器501’、502’和503’各自整流後的輸出直流電流之和。於一些實施例中可根據負載容量的不同調整副邊繞組以及並聯連接的整流器的個數以根據負載的需求調整輸入之DC-DC轉換器61的電流值。整流器501’、502’和503’為整流二極體，於一實施例中，整流器501’、502’和503’可為其他形式的整流器。
第6圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器中的DC-DC轉換器的一具體實施例。在第6圖中，本發明的AC-DC電源轉換器中的DC-DC轉換器為一非隔離型的降壓轉換器。在此，術語“非隔離型”是針對降壓轉換器中的直流電壓輸入端與直流電壓輸出端而言的。具體來說，該降壓轉換器包括：一第一濾波電路71、一功率開關S1、一二極體D2、一電感L1和一電容C1。
其中，第一濾波電路71電性連接至相應的整流器組，用於對來自該整流器組的直流電壓進行濾波處理，以生成一第一直流電壓信號。功率開關S1電性連接至第一濾波電路71，以導通或關斷該降壓轉換器的直流電壓輸入端與直流電壓輸出端之間的電性回路，例如，該功率開關可以是金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）或絕緣柵雙極型電晶體（IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)。二極體D2的陰極電性連接至功率開關S1和電感L1的一端。電感L1的另一端電性連接至降壓轉換器的直流電壓的正輸出端和電容C1的一端。電容C1的另一端電性連接至降壓轉換器的直流電壓的負輸出端和二極體D2的陽極。本領域的技術人員應當理解，上述非隔離型的降壓轉換器的電路結構僅為示意性地舉例說明，其他的電路結構在進行合理的設計後同樣也能夠實現本發明的AC-DC電源轉換器中的DC-DC轉換器。
第7圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器中的DC-DC轉換器的另一具體實施例。在第7圖中，本發明的AC-DC電源轉換器中的DC-DC轉換器為一隔離型的全橋轉換器。在此，術語“隔離型”是針對該轉換器中的直流電壓輸入端與直流電壓輸出端而言的，亦即，轉換器中的直流電壓輸入端通過諸如變壓器等耦合設備與直流電壓輸出端相隔離，例如，將直流電壓輸入端連接至變壓器的原邊繞組，而將直流電壓輸出端連接至變壓器的副邊繞組，以實現二者的電性隔離。具體來說，該全橋轉換器包括第二濾波電路81、開關電路82、變壓器83、整流器84和第三濾波器85。
其中，第二濾波電路81電性連接至相應的整流器組，用於對該整流器組整流後的直流電壓進行濾波，以生成濾波後的第二直流電壓信號。開關電路82電性連接至第二濾波電路81，包括全橋式的多個開關元件，諸如，該開關元件可以是金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）或絕緣柵雙極型電晶體（IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)。變壓器83具有一原邊繞組和一副邊繞組，並且該原邊繞組電性連接至開關電路82，該副邊繞組電性連接至整流器84。其中，開關電路82的一個橋臂上的開關元件間的公共節點電性連接至變壓器83的原邊繞組的一端，另一橋臂上的開關元件間的公共節點電性連接至變壓器83的原邊繞組的另一端。該整流器84對變壓器83的副邊繞組輸出的交流電壓信號進行整流處理以輸出一直流電壓。與一些實施例中，該整流器84為全波整流器、同步整流器或倍流整流器。第三濾波器85電性連接至整流器84，用於對直流電壓信號進行濾波處理。在一實施例中，該濾波器還包括一電感L2和一電容C2，電感L2的一端電性連接至整流器84的一輸出端並且其另一端電性連接至電容C2的一端，以及電容C2與全橋轉換器的直流電壓輸出端並聯連接。本領域的技術人員應當理解，上述隔離型的全橋轉換器的電路結構僅為示意性地舉例說明，其他的電路結構在進行合理的設計後同樣也能夠實現本發明的AC-DC電源轉換器中的DC-DC轉換器。
第8圖繪示用於控制上述第1圖中的多個DC-DC轉換器並聯輸出的電路原理示意圖。參照第8圖，DC-DC轉換器A具有一直流電壓輸入端和一直流電壓輸出端，以及DC-DC轉換器B具有一直流電壓輸入端和一直流電壓輸出端，並且DC-DC轉換器A和B的直流電壓輸出端的相應端子並聯連接在一起。其中DC-DC轉換器A和B為Buck變換器。與本實施例中，具體地，DC-DC轉換器A包括一濾波電路711、一功率開關S11、一二極體D21以及具有電感L11和電容C11的濾波器；DC-DC轉換器B包括一濾波電路712、一功率開關S12、一二極體D22以及具有電感L12和電容C12的濾波器。
需要指出的是，第8圖僅僅示意性地列舉了控制模組75用來控制兩個DC-DC轉換器的情形，但本發明並不只局限於此，例如，該控制模組75還可控制兩個以上並聯的DC-DC轉換器，該控制模組75還可控制單個DC-DC轉換器，其通過接收每一DC-DC轉換器中的電流、電壓和/或溫度等參數以控制DC-DC轉換器中的功率開關進行導通與關斷的切換動作以輸出預設的輸出電壓，並保護DC-DC轉換器正常工作。
在本發明的一具體實施例中，DC-DC轉換器A還包括一電流感測器721，電性連接於濾波電路711和功率開關S11之間，用於檢測流經功率開關S11的電流，並輸出一電流指示信號，如過流信號。類似地，DC-DC轉換器B還包括一電流感測器722，電性連接於濾波電路712和功率開關S12之間，用於檢測流經功率開關S12的電流，並輸出一電流指示信號，如過流信號。於其他一實施例中，電流感測器721電性連接於二極體D21的陽極以及電容C11之間，電流感測器722電性連接於二極體D22的陽極以及電容C12之間。
在本發明的另一具體實施例中，DC-DC轉換器A還包括一溫度感測器731，放置於功率開關S11的表面或附近，用於即時檢測DC-DC轉換器A的最高溫度，並輸出一溫度指示信號，如溫度過高的信號。類似地，DC-DC轉換器B還包括一溫度感測器732，放置於功率開關S12的表面或附近，用於即時檢測DC-DC轉換器B的最高溫度，並輸出一溫度指示信號，如溫度過高的信號。在此，DC-DC轉換器中的功率開關的開關頻率較高，在電性導通和關斷之間頻繁地切換時，溫度上升相對較快，因而功率開關附近的溫度大體為DC-DC轉換器的最高溫度。於其他實施例中，溫度感測器亦可放置在DC-DC轉換器的其他溫度較高的位置，以適時檢測DC-DC轉換器的最高溫度。
在本發明的又一具體實施例中，DC-DC轉換器A（或B）還包括一電壓感測器（未示出），該電壓感測器可電性連接至DC-DC轉換器A（或B）的直流電壓輸出端，用於檢測DC-DC轉換器A（或B）輸出的直流電壓，並輸出一電壓指示信號。
於一實施例中，本發明的AC-DC電源轉換器還包括一控制模組75，如一模擬控制器或一數位控制器，電性連接至電流感測器721和722、溫度感測器731和732以及電壓感測器中至少一類感測器的輸出端，並且根據相應的電流指示信號、溫度指示信號和電壓指示信號中的至少一個來輸出相應的DC-DC轉換器的功率開關的控制信號。於一實施例中，AC-DC電源轉換器還包括一驅動模組，即，驅動模組741和驅動模組742，分別對應於DC-DC轉換器A和B。具體地，驅動模組741電性連接至DC-DC轉換器A的功率開關S11和控制模組75，用於接收控制模組75所輸出的控制信號，並根據該控制信號來控制功率開關S11電性導通或關斷；以及驅動模組742電性連接至DC-DC轉換器B的功率開關S12和控制模組75，用於接收控制模組75所輸出的控制信號，並根據該控制信號來控制功率開關S12電性導通或關斷。例如，該控制模組75還包括一脈寬調製單元（未示出），並且控制信號為脈寬調製單元發出的脈衝信號。
於其他一實施例中，該控制模組75還包括一頻率調製單元（未示出），並且控制信號為頻率調製單元發出的脈衝信號。
上述通過多個實施例，詳細地描述了本發明的AC-DC電源轉換器。此外，本發明也揭示了一種基於AC-DC電源轉換方式的DC充電站。其中，該DC充電站包括：一輸入端、一AC-DC電源轉換器和至少一輸出端。該輸入端接收一三相交流信號，然後AC-DC電源轉換器將所接收的交流信號轉換為至少一路直流輸出信號至相應的一輸出端以提供不同容量的直流輸出，以便為不同容量的待充電的電子設備提供直流充電源。例如，該電子設備包括電動車（Electric Vehicle）或插電式混合動力車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）。需要指出的是，AC-DC電源轉換器在上述第1圖，第2圖和第3圖中已詳細地加以描述，為方便起見，此處不再贅述。
採用本發明的AC-DC電源轉換器，其中的移相變壓器具有至少一個副邊繞組，並且將這些副邊繞組設置成至少一個繞組單元，從而可根據每一繞組單元中實際的繞組數量來提供不同的相移角度，以減少電流中的諧波分量和增加系統的功率因數。並且，AC-DC電源轉換器還包括與至少一個繞組單元相對應的至少一組整流器組以及與每一整流器組對應的至少一個DC-DC轉換器，其中DC-DC轉換器的輸出端可以並聯連接後提供一路直流輸出，從而增加電壓中的紋波頻率進而降低紋波振幅，或將DC-DC轉換器的輸出端串聯連接提供一路直流輸出，還可以利用不同DC-DC轉換器的輸出端提供不同的多路直流輸出，以滿足多種電子設備的充電需求。此外，將至少一個副邊繞組拆分為不同的繞組單元後，每一DC-DC轉換器所輸出的直流功率大幅降低，可顯著地降低AC-DC電源轉換器對於電路中的元器件的參數要求，節約了成本。採用本發明的AC-DC電源轉換器，不再需要單獨設計功率因數校正電路就可以滿足電網的需求。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．移相變壓器
21、22、23．．．整流器組
31、32、33、61、A、B．．．DC-DC轉換器
311、312、321、322、331、332．．．輸出端子
10．．．原邊繞組
101、102、103、104、105、106．．．副邊繞組
11、12、13．．．繞組單元
401、402、403、401’、402’、403’．．．繞組
501、502、503、501’、502’、503’．．．整流器
71．．．第一濾波電路
S1、S11、S12．．．功率開關
D2、D21、D22．．．二極體
LI、L2、L11、L12．．．電感
C1、C2、C11、C12．．．電容
81．．．第二濾波電路
82．．．開關電路
83．．．變壓器
84．．．整流器
85．．．第三濾波器
711、712．．．濾波電路
75．．．控制模組
721、722．．．電流感測器
731、732．．．溫度感測器
741、742．．．驅動模組
讀者在參照附圖閱讀了本發明的具體實施方式以後，將會更清楚地瞭解本發明的各個方面。其中，
第1圖繪示依據本發明一個方面的AC-DC電源轉換器之示意性原理框圖；
第2圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器之一實施例的示意圖；
第3圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器之另一實施例的示意圖；
第4圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器之同一繞組單元中多個繞組以及對應的整流器與DC-DC轉換器進行電路連接之一實施例的示意圖；
第5圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器之同一繞組單元中多個繞組以及對應的整流器與DC-DC轉換器進行電路連接之另一實施例的示意圖；
第6圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器中的DC-DC轉換器之一具體實施例；
第7圖繪示第1圖的AC-DC電源轉換器中的DC-DC轉換器之另一具體實施例；以及
第8圖繪示用於控制上述第2圖中的多個DC-DC轉換器並聯輸出之電路原理示意圖。
1．．．移相變壓器
21、22、23．．．整流器組
31、32、33．．．DC-DC轉換器
311、312、321、322、331、332．．．輸出端子
10．．．原邊繞組
101、102、103、104、105、106．．．副邊繞組
11、12、13．．．繞組單元

Claims (30)

  1. 一種AC-DC電源轉換器，包括：
    一移相變壓器，具有一原邊繞組和至少一個副邊繞組，並且該至少一個副邊繞組被設置成至少一個繞組單元；
    至少一組整流器組，每一組整流器組具有至少一整流器，每一組整流器組連接至對應的一個繞組單元，並且該組整流器組中的每一整流器電性連接至對應的該繞組單元中的該副邊繞組；以及
    至少一DC-DC轉換器，每一DC-DC轉換器電性連接至對應的一組整流器組並且輸出一預定的直流電壓。
  2. 根據請求項1所述之AC-DC電源轉換器，其中，該每一繞組單元具有至少一個副邊繞組，並且該至少一個副邊繞組分別提供不同的移相角度。
  3. 根據請求項2所述之AC-DC電源轉換器，其中，該每一繞組單元包括相同數量的副邊繞組。
  4. 根據請求項2所述之AC-DC電源轉換器，其中，該每一繞組單元包括不同數量的副邊繞組。
  5. 根據請求項1至4中任一項所述之AC-DC電源轉換器，其中，該原邊繞組和該副邊繞組為三角形連接、星形連接或Zig-Zag連接。
  6. 根據請求項1所述之AC-DC電源轉換器，其中，該每一組整流器組由複數個整流器串聯連接構成。
  7. 根據請求項1所述之AC-DC電源轉換器，其中，該每一組整流器組由複數個整流器並聯連接構成。
  8. 根據請求項1所述之AC-DC電源轉換器，其中，還包括一輸入端，用於接收一三相交流信號，並且該輸入端電性連接至該原邊繞組。
  9. 根據請求項1所述之AC-DC電源轉換器，其中，該AC-DC電源轉換器具有至少一路直流輸出。
  10. 根據請求項9所述之AC-DC電源轉換器，其中，該至少一DC-DC轉換器的輸出經並聯連接後提供該至少一路直流輸出。
  11. 根據請求項9所述之AC-DC電源轉換器，其中，該至少一DC-DC轉換器的輸出經串聯連接後提供該至少一路直流輸出。
  12. 根據請求項9所述之AC-DC電源轉換器，其中，該至少一DC-DC轉換器中的一DC-DC轉換器的正輸出端不和其他DC-DC轉換器電性連接，從而提供該至少一路直流輸出。
  13. 根據請求項1所述之AC-DC電源轉換器，其中，該DC-DC轉換器為一隔離型的全橋轉換器。
  14. 根據請求項13所述之AC-DC電源轉換器，其中，該全橋轉換器包括：
    一第二濾波電路，電性連接至該整流器組，用於對來自該整流器組的直流電壓進行濾波，以生成一第二直流電壓信號；
    一開關電路，電性連接至該第二濾波電路；
    一變壓器，具有一原邊繞組和一副邊繞組，該原邊繞組電性連接至該開關電路；
    一整流器，電性連接至該變壓器的該副邊繞組，該整流器用於對該變壓器的該副邊繞組輸出的一交流信號進行整流處理，以生成一第三直流電壓信號；以及
    一第三濾波器，電性連接至該整流器，用於對該第三直流電壓信號進行濾波處理。
  15. 根據請求項14所述之AC-DC電源轉換器，其中，該第三濾波器還包括一電感和一電容，該電感的一端電性連接至該整流器的一輸出端並且其另一端電性連接至該電容的一端，以及該電容的另一端電性連接至該整流器的另一輸出端。
  16. 根據請求項14或15所述之AC-DC電源轉換器，其中，該整流器為全波整流器、同步整流器或倍流整流器。
  17. 根據請求項14所述之AC-DC電源轉換器，其中，該開關電路包括至少一開關元件，且該開關元件為金屬氧化物半導體場效應電晶體或絕緣柵雙極型電晶體。
  18. 根據請求項1所述之AC-DC電源轉換器，其中，該DC-DC轉換器為一非隔離型的降壓轉換器。
  19. 根據請求項18所述之AC-DC電源轉換器，其中，該降壓轉換器包括：
    一第一濾波電路，電性連接至該整流器組，用於對來自該整流器組的直流電壓進行濾波，以生成一第一直流電壓信號；
    一功率開關，電性連接至該第一濾波電路；
    一二極體，電性連接至該功率開關；
    一電感，電性連接至該二極體的陰極及該功率開關；以及
    一電容，電性連接至該電感及該二極體的陽極。
  20. 根據請求項19所述之AC-DC電源轉換器，其中，該功率開關為金屬氧化物半導體場效應電晶體或絕緣柵雙極型電晶體。
  21. 根據請求項19所述之AC-DC電源轉換器，其中，該DC-DC轉換器還包括一電流感測器，電性連接於該DC-DC轉換器，用於輸出一電流指示信號。
  22. 根據請求項19所述之AC-DC電源轉換器，其中，該DC-DC轉換器還包括一溫度感測器，用於即時檢測該DC-DC轉換器的最高溫度，並輸出一溫度指示信號。
  23. 根據請求項19所述之AC-DC電源轉換器，其中，該DC-DC轉換器還包括一電壓感測器，電性連接至該DC-DC轉換器的輸出端，用於檢測該DC-DC轉換器輸出的直流電壓，並輸出一電壓指示信號。
  24. 根據請求項21至23中任一項所述之AC-DC電源轉換器，其中，還包括一控制模組，電性連接至該電流感測器、該溫度感測器和該電壓感測器中至少一個的輸出端，並且根據該電流指示信號、該溫度指示信號和該電壓指示信號中的至少一個來輸出一控制信號。
  25. 根據請求項24所述之AC-DC電源轉換器，其中，還包括一驅動模組，電性連接至該功率開關和該控制模組，用於接收該控制信號並根據該控制信號來驅動該功率開關電性導通或關斷。
  26. 根據請求項25所述之AC-DC電源轉換器，其中，該控制模組還包括一脈寬調製單元，並且該控制信號為該脈寬調製單元發出的脈衝信號。
  27. 根據請求項25所述之AC-DC電源轉換器，其中，該控制模組還包括一頻率調製單元，並且該控制信號為該頻率調製單元發出的脈衝信號。
  28. 根據請求項24所述之AC-DC電源轉換器，其中，該控制模組為一模擬控制器或一數位控制器。
  29. 一種基於AC-DC電源轉換方式的DC充電站，包括：
    一輸入端，用於接收一三相交流信號；
    一AC-DC電源轉換器，電性連接至該輸入端，用於將該三相交流信號轉換為至少一路直流電壓信號；以及
    至少一輸出端，用於輸出該至少一路直流電壓信號，以便為待充電的電子設備提供直流充電源，
    其中，該AC-DC電源轉換器為如請求項1所述之AC-DC電源轉換器。
  30. 根據請求項29所述之DC充電站，其中，該電子設備包括電動車或插電式混合動力車。

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