專利名稱：轉(zhuǎn)換器設(shè)備和裝備有這樣的設(shè)備的不間斷電源的制作方法
轉(zhuǎn)換器設(shè)備和裝備有這樣的設(shè)備的不間斷電源

本發(fā)明涉及例如用于不間斷電源的諸如逆變器之類的轉(zhuǎn)換器的領(lǐng)域，具體地說涉 及大功率不間斷電源，即具有一般包括在大約IOOkVA和500kVA之間的功率。本發(fā)明更具體地涉及使得能夠通過對來自于參考電壓線和兩個(gè)符號(hào)相反的電壓 輸入端上可獲得的三個(gè)基本DC電壓而在調(diào)制信號(hào)輸出端上獲得的脈沖進(jìn)行濾波來提供AC 電壓和電流的轉(zhuǎn)換器設(shè)備，所述設(shè)備包括連接在所述參考電壓線分別與所述電壓輸入端的 一個(gè)和另一個(gè)之間的兩個(gè)開關(guān)單元，每個(gè)開關(guān)單元包括連接在所述開關(guān)單元連接到的輸入 端和所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端之間的第一開關(guān)裝置，以由所述第一開關(guān)裝置的主導(dǎo)通和 截止來提供具有與所述輸入端上可獲得的電壓的符號(hào)相同的符號(hào)的脈沖，所述設(shè)備對于每 個(gè)開關(guān)單元包括第二開關(guān)裝置，與所述開關(guān)單元有關(guān)并且連接在所述開關(guān)單元和所述調(diào) 制信號(hào)輸出端之間；和第一控制裝置，作用于所述第二開關(guān)裝置，以在所述AC電壓的符號(hào) 與所述開關(guān)單元連接到的輸入端上的電壓的符號(hào)相同時(shí)建立所述第二開關(guān)裝置的導(dǎo)通。本發(fā)明還涉及不間斷電源，包括施加AC輸入電壓的電源輸入端、連接到所述輸 入端的整流器、連接在所述整流器的輸出端上的符號(hào)相反的兩個(gè)基本DC電壓線、連接到所 述基本DC電壓的電壓線的逆變器，并且包括被設(shè)計(jì)為提供后備電壓的輸出端。
背景技術(shù)：
通常發(fā)展不間斷電源以提高它們的效率并減少由開關(guān)頻率(通常很低，即，大約 幾千赫茲)產(chǎn)生的聽得見的噪音干擾。關(guān)于這一點(diǎn)，已經(jīng)表明使用具有提高的性能以使得 減輕上面提出的問題的組件來使用存在幾個(gè)電平(一般為三個(gè)電平)的拓?fù)涞牟婚g斷電源 是有利的。參考圖1，這樣的不間斷電源11包括干線(mains)電源輸入端12，輸電干線電源 連接于其并且其使得通常為AC的可變輸入電壓能夠施加于所述不間斷電源11。不間斷電 源還包括干線電源輸出端13，負(fù)載連接于其并且其使得能夠提供稱為后備電源的供電電 源，即其電壓和頻率受到控制的供電電源。不間斷電源11包括連接到干線電源輸入端12的 整流器或AC/DC轉(zhuǎn)換器15、基本DC電壓線16、17以及連接在整流器的輸出端上的電壓參考 18。不間斷電源11還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器19，其包括電力存儲(chǔ)裝置20，所述轉(zhuǎn)換器和所述存 儲(chǔ)裝置連接到基本DC電壓線16、17。不間斷電源11還包括連接在電壓參考18和基本DC 電壓線16、17之間的去耦電容器21、22，以及連接在所述線16、17和干線電源輸出端13之 間的逆變器或可逆DC/AC轉(zhuǎn)換器23。不間斷電源11的轉(zhuǎn)換器23包括六個(gè)開關(guān)單元。更確 切地說，對于三相中的每一相，轉(zhuǎn)換器23包括兩個(gè)開關(guān)單元，一個(gè)專用于正半波，另一個(gè)專 用于負(fù)半波。如圖1所示，不間斷電源11存在三個(gè)電平的拓?fù)?，即整流?5提供三個(gè)電平的基 本DC電壓，即線16上的正電平、線17上的負(fù)電平和電壓參考18上的參考電平。同時(shí)，DC/ AC轉(zhuǎn)換器23從這三個(gè)DC電壓電平提供AC電壓。正負(fù)電平一般表現(xiàn)為絕對值相同的電勢， 其基本上等于線16和17之間的電壓U的一半。
參考圖2，對于給定相，示出了 DC/AC轉(zhuǎn)換器23的兩個(gè)單元。如此局部表示的轉(zhuǎn) 換器設(shè)備在相線上提供AC電壓VS和AC電流IS。通過對從參考電壓線REF和符號(hào)相反的 兩個(gè)電壓輸入端P、N上可獲得的三個(gè)基本DC電壓電平-U/2、UREF、U/2在調(diào)制信號(hào)輸出端 SM上獲得的脈沖進(jìn)行濾波來獲得AC電壓VS和電流IS。使用的濾波裝置包括連接在調(diào)制 信號(hào)輸出端SM和AC電壓VS和電流IS輸出端之間的電感器L。該濾波裝置還包括連接在 所述AC電壓VS和電流IS輸出端和與參考電壓線REP呈現(xiàn)相同的電勢的參考電壓點(diǎn)之間 的電容器C。圖2所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備包括由圖3單獨(dú)所示的控制單元CDl控制的兩個(gè)開關(guān)單元 UCl、UC4。開關(guān)單元UCl、UC4連接在參考電壓線REF分別與所述輸入端P、N的一個(gè)和另一 個(gè)之間。每個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4包括第一開關(guān)裝置，即晶體管T1、T4，其連接在所述開關(guān)單 元連接到的電壓輸入端Ρ、Ν和所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端S1、S4之間。晶體管T1、T4也可 以被稱為主晶體管。通過此設(shè)置，通過由控制單元⑶1執(zhí)行的晶體管Tl、Τ4的一連串的主 導(dǎo)通和截止來獲得調(diào)制信號(hào)輸出端SM上的脈沖。當(dāng)開關(guān)單元UC1、UC4的晶體管Tl、Τ4處 于主導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端Si、S4上的電壓等于所述開關(guān)單元連接到的 電壓輸入端P、N的DC電壓-U/2、U/2。每個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4還包括二極管DC2、DC3，連 接在參考電壓線REF和所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端Si、S4之間，以在主截止發(fā)生時(shí)建立與 所述開關(guān)輸出端上的所述參考電壓UREF相等的電壓。用這種方法，每個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4 的晶體管T1、T4使得能夠在它們的各個(gè)開關(guān)輸出端S1、S4上提供具有與所述開關(guān)單元的電 壓輸入端P、N上可獲得的電壓的符號(hào)相同的符號(hào)的脈沖。如圖3所示，晶體管Tl、T4由控制信號(hào)F1、F2控制。后者是使用公知的脈寬調(diào)制 技術(shù)從AC電壓VS中獲得的。更確切地說，各個(gè)控制信號(hào)F1、F2施加于各個(gè)晶體管T1、T4的控制輸入端。當(dāng)施 加在晶體管Tl、Τ4的控制輸入端上的控制信號(hào)Fl、F2的幅度等于零時(shí)，所述晶體管截止， 并且當(dāng)此幅度等于一時(shí)，所述晶體管導(dǎo)通。當(dāng)AC電壓VS分別為正負(fù)時(shí)，晶體管Τ1、Τ4的主 導(dǎo)通分別使得在開關(guān)輸出端Si、S4上提供具有等于正DC電壓+U/2、負(fù)DC電壓-U/2的幅 度的電壓。以同樣的方式，當(dāng)AC電壓VS分別為正負(fù)時(shí)，晶體管Τ1、Τ4的主截止分別使得二 極管DC2、DC4導(dǎo)通，這使得在開關(guān)輸出端Si、S4上分別提供具有等于零的幅度的電壓。從 而，分別施加于晶體管T1、T4的一連串的主導(dǎo)通和截止使得分別在開關(guān)輸出端S1、S4上獲 得可變寬度的脈沖，該脈沖具有基本上等于DC電壓U/2的幅度并且分別具有正號(hào)、負(fù)號(hào)。對于每個(gè)開關(guān)單元UCl、UC4，圖2所示的轉(zhuǎn)換設(shè)備還包括連接在所述開關(guān)單元和 調(diào)制信號(hào)輸出端SM之間的第二開關(guān)裝置，即晶體管T2、T3。晶體管Τ2、Τ3使得根據(jù)AC電壓 VS的符號(hào)將開關(guān)單元UCl、UC4連接到調(diào)制信號(hào)輸出端SM，即它們使得所述開關(guān)單元UC1、 UC4的開關(guān)輸出端Si、S4能夠連接到調(diào)制信號(hào)輸出端SM。如能從圖3所示，控制信號(hào)F1、F2分別由第一控制裝置，即反相器52、51反轉(zhuǎn)。分 別來自于反相器52、51的輸出端上的信號(hào)分別施加于晶體管T3、T2的控制輸入端。當(dāng)AC 電壓VS分別為正、負(fù)時(shí)，控制信號(hào)F2、F1分別等于零，因此來自于反相器51、52的輸出端上 的信號(hào)分別等于一。這導(dǎo)致當(dāng)AC電壓VS為正時(shí)晶體管T2導(dǎo)通，以使得開關(guān)單元UCl的開 關(guān)輸出端Sl連接到調(diào)制信號(hào)輸出端SM。以同樣的方式，當(dāng)AC電壓VS為負(fù)時(shí)，晶體管T3導(dǎo) 通，以使得開關(guān)單元UC4的開關(guān)輸出端S4連接到調(diào)制信號(hào)輸出端SM。通過這些第一控制裝置51、52，可以在調(diào)制信號(hào)輸出端SM上提供可變寬度的脈沖，該脈沖具有基本上等于DC電 壓U/2的幅度并且具有與AC電壓VS的符號(hào)相同的符號(hào)。換句話說，當(dāng)AC電壓VS的符號(hào) 與所述開關(guān)單元的電壓輸入端上可獲得的電壓的符號(hào)相同時(shí)，第一控制裝置51、52使得開 關(guān)單元UC1、UC4的開關(guān)輸出端Si、S4連接到調(diào)制信號(hào)輸出端SM。通過電感L和電容C對 調(diào)制 信號(hào)輸出端SM上這些脈沖的連續(xù)濾波，使得能夠提供AC電壓VS。如上所述，圖2所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備使能有效(active)相期間的操作，也即AC電壓 VS和電流IS具有相同的符號(hào)時(shí)的操作。在該有效相位期間，因此通過開關(guān)單元UC1、UC4獲 得開關(guān)輸出端Si、S4上的電壓脈沖，如上所述。前述轉(zhuǎn)換器設(shè)備還包括下面描述的附加裝 置，其使能無效(reactive)相位期間的操作，也即當(dāng)AC電壓VS和電流IS具有相反符號(hào)時(shí) 的操作。在圖2所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備中，用于使能無效相位期間的操作的裝置包括與分別注 明為T1、T2、T3、T4的晶體管并聯(lián)連接的二極管D1、D2、D3、D4。更確切地說，每個(gè)二極管的 陰極和陽極分別連接到它與之并聯(lián)連接的晶體管的發(fā)射極和集電極。因而，這些二極管D1、 D2、D3、D4通常被稱為反向并聯(lián)的二極管。當(dāng)AC電壓VS為正而AC電流IS為負(fù)時(shí)，通過與開關(guān)單元UC4有關(guān)的第二開關(guān)裝 置(即，晶體管T3)，并且也通過與和開關(guān)單元UCl的單元有關(guān)的第一和第二開關(guān)裝置并聯(lián) 連接(即，分別與晶體管Tl和T2并聯(lián)連接)的二極管D1、D2來執(zhí)行開關(guān)操作。當(dāng)AC電壓 VS為負(fù)而AC電流IS為正時(shí)，一方面通過與開關(guān)單元UCl有關(guān)的第二開關(guān)裝置(即，晶體管 T2)，并且也通過與和開關(guān)單元UCl有關(guān)的第一和第二開關(guān)裝置并聯(lián)連接(即，分別與晶體 管T4和T3并聯(lián)連接)的二極管D4、D3執(zhí)行開關(guān)。更確切地說，當(dāng)晶體管T3、T2分別導(dǎo)通時(shí)，AC電流IS流經(jīng)所述晶體管以及分別流 經(jīng)DC3、DC2。這引起了調(diào)制信號(hào)輸出端SM上的電壓基本上等于參考電壓REF。反之，當(dāng)晶 體管T3、T2分別截止時(shí)，AC電流IS分別流經(jīng)二極管D2、D1和二極管D3、D4，這引起了調(diào)制 信號(hào)輸出端SM上的電壓基本上分別等于DC電壓U/2、-U/2。因而，在有效相位期間，為了建立調(diào)制信號(hào)輸出端SM上的脈沖，實(shí)質(zhì)上使用了開 關(guān)單元UC1、UC4的第一開關(guān)裝置T1、T4。在無效相位期間，在調(diào)制信號(hào)輸出端SM上脈沖的 建立實(shí)質(zhì)上使用與開關(guān)單元UC4、UCl有關(guān)的第二開關(guān)裝置Τ3、Τ2。當(dāng)圖1所示的不間斷電源11以及具體地圖2和3所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備在使用中時(shí)， 晶體管Tl到Τ4的開關(guān)速度以及流入后者的強(qiáng)電流對結(jié)構(gòu)限制產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。這導(dǎo) 致這些有源功率電子元件中的開關(guān)損耗，限制了開關(guān)頻率的增加。一個(gè)技術(shù)問題是要限制 在轉(zhuǎn)換器設(shè)備的有效相位的操作期間的開關(guān)損耗，同時(shí)保證在無效相位期間的令人滿意的 操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是通過提出一種轉(zhuǎn)換器設(shè)備來提供對現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換器設(shè)備 的問題的解決方案，該轉(zhuǎn)換器設(shè)備使得能夠通過對來自于參考電壓線和相反符號(hào)的兩個(gè)電 壓輸入端上可獲得的三個(gè)基本DC電壓而在調(diào)制信號(hào)輸出端上獲得的脈沖進(jìn)行過濾來提供 AC電壓和AC電流，所述設(shè)備包括連接在所述參考電壓線分別與所述輸入端的一個(gè)和另一 個(gè)之間的兩個(gè)開關(guān)單元，每個(gè)開關(guān)單元包括第一開關(guān)裝置，連接在所述開關(guān)單元連接到的輸入端和所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端之間，以通過所述第一開關(guān)裝置的主導(dǎo)通和截止來提 供具有與所述輸入端上可獲得的電壓的符號(hào)相同的符號(hào)的脈沖，所述設(shè)備對于每個(gè)開關(guān)單 元包括第二開關(guān)裝置，與所述開關(guān)單元有關(guān)并且連接在所述開關(guān)單元和所述調(diào)制信號(hào)輸 出端之間；和第一控制裝置，作用于所述第二開關(guān)裝置，以在所述AC電壓的符號(hào)與所述開 關(guān)單元連接到的輸入端上的電壓的符號(hào)相同時(shí)建立所述第二開關(guān)裝置的導(dǎo)通，所述設(shè)備的 特征在于，對于每個(gè)開關(guān)單元，它包括所述開關(guān)單元的開關(guān)輔助電路，連接在所述開關(guān)單元 連接到的輸入端和所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端之間，以在所述開關(guān)單元的第一開關(guān)裝置的 任何主導(dǎo)通之前建立基本上等于零的所述第一開關(guān)裝置的開關(guān)電壓，以及所述設(shè)備的特征 在于，對于每個(gè)開關(guān)單元，所述設(shè)備包括第二控制裝置，作用于與連接到與所述AC電壓的 符號(hào)相同符號(hào)的電壓輸入端的開關(guān)單元有關(guān)的第二開關(guān)裝置，以在所述AC電壓和所述AC 電流具有相反符號(hào)時(shí)建立所述第二開關(guān)裝置的截止。每個(gè)開關(guān)單元優(yōu)選地還包括連接在該參考電壓線和所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端 之間的二極管，以在主截止發(fā)生時(shí)在所述開關(guān)輸出端上建立等于所述參考電壓的電壓。每個(gè)開關(guān)單元的第二開關(guān)裝置優(yōu)選地連接在所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端和該調(diào) 制信號(hào)輸出端之間。可替換地，每個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)輸出端直接連接到調(diào)制信號(hào)輸出端，并 且每個(gè)開關(guān)單元的第二開關(guān)裝置串聯(lián)連接在該二極管和所述調(diào)制信號(hào)輸出端之間。每個(gè)開關(guān)單元優(yōu)選地由脈寬調(diào)制控制信號(hào)控制，當(dāng)AC電壓的符號(hào)與所述控制單 元連接到的輸入端上的電壓的符號(hào)相反時(shí)，該脈寬調(diào)制控制信號(hào)的幅度維持在基本上等于 零的值，并且作用于與該開關(guān)單元之一有關(guān)的第二開關(guān)裝置的第一控制裝置包括連接在所 述第二開關(guān)裝置的控制輸入端和另一個(gè)開關(guān)單元的控制信號(hào)的輸入點(diǎn)之間的反相器。有利 地，作用于與開關(guān)單元有關(guān)的第二開關(guān)裝置的第二控制裝置包括在所述第二開關(guān)裝置的控 制輸入端和另一個(gè)開關(guān)單元的控制信號(hào)的輸入點(diǎn)之間的下列裝置-用于測試該AC電流的符號(hào)相對于所述第一開關(guān)單元連接到的輸入端上的電壓 的符號(hào)的裝置，和-邏輯“AND”(與)布爾運(yùn)算器，其具有連接到所述第二開關(guān)裝置的第一控制裝 置的反相器的輸出端和所述用于測試的裝置的輸出端的兩個(gè)輸入端和輸出端，以在所述AC 電流具有與所述第一開關(guān)單元連接到的輸入端上的電壓的符號(hào)相反的符號(hào)時(shí)建立所述第 二開關(guān)裝置的截止。每個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)輔助電路優(yōu)選地包括電感裝置、用于將來自于開關(guān)輸出端的 電流旁路以在主導(dǎo)通之前將所述電流轉(zhuǎn)移到所述電感裝置的分路裝置、和并聯(lián)連接在所述 開關(guān)單元的二極管上以在主導(dǎo)通之前在所述電感裝置中建立所述電流的諧振的能量存儲(chǔ) 裝置。有利地，每個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)輔助電路的電感裝置實(shí)質(zhì)上由連接到所述開關(guān)單元的 開關(guān)輸出端并且包括反向繞線的繞組的變壓器形成，并且所述分路裝置包括直接連接在所 述電感裝置和所述開關(guān)單元連接到的電壓輸入端之間的輔助開關(guān)裝置。每個(gè)開關(guān)單元的開 關(guān)輔助電路的變壓器有利地包括-第一繞組，連接在所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端和所述開關(guān)輔助電路的分路裝置 之間，和-第二繞組，磁耦合到所述第一繞組并且連接在所述開關(guān)輸出端和該參考電壓線 之間。
該變壓器優(yōu)選地呈現(xiàn)小于一的變壓比。每個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)輔助電路優(yōu)選地至少包括連接在第一繞組和該參考電壓線 之間的第一阻塞二極管。有利地，每個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)輔助電路優(yōu)選地包括連接在第二繞 組和該參考電壓線之間的第二阻塞二極管。該轉(zhuǎn)換器裝置優(yōu)選地包括作用于每個(gè)開關(guān)單元的第一開關(guān)裝置的第三控制裝置， 所述第三控制裝置連接在所述開關(guān)單元的脈寬調(diào)制控制信號(hào)的輸入點(diǎn)和所述第一開關(guān)裝 置的控制輸入端之間，所述第三控制裝置使得從所述控制信號(hào)命令所述第一開關(guān)裝置的一 連串的主導(dǎo)通和截止，所述第三控制裝置包括被設(shè)計(jì)為在大于預(yù)設(shè)時(shí)間段的時(shí)間段之后建 立延遲的主導(dǎo)通的延遲模塊。該轉(zhuǎn)換器設(shè)備有利地包括作用于每個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)輔助電 路的輔助開關(guān)裝置的第四控制裝置，所述第四控制裝置連接在所述開關(guān)單元的脈寬調(diào)制控 制信號(hào)的輸入點(diǎn)和所述輔助開關(guān)裝置的控制輸入端之間，所述第四控制裝置包括被設(shè)計(jì)為 在預(yù)設(shè)時(shí)間段期間建立所述輔助開關(guān)裝置的導(dǎo)通。本發(fā)明還涉及不間斷電源，包括施加AC輸入電壓的電源輸入端、連接到所述輸 入端的整流器、連接在所述整流器的輸出端上的符號(hào)相反的兩個(gè)基本DC電壓線、連接到所 述基本DC電壓線并且包括被設(shè)計(jì)為提供后備電壓的輸出端的逆變器，所述電源的特征在 于，所述逆變器是如上所述的轉(zhuǎn)換器設(shè)備并且從基本DC電壓提供后備AC電壓。


通過下面對本發(fā)明的特定實(shí)施例的描述，其他優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更清楚地明顯， 這些特定實(shí)施例僅僅作為非限制性例子給出并且表示在附圖中。圖1表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不間斷電源。圖2表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓的轉(zhuǎn)換器設(shè)備。圖3表示圖2所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的控制單元。圖4示意地表示根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器設(shè)備。圖5表示能夠在圖4所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備以及也能夠在圖6和7所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備 上實(shí)現(xiàn)的控制單元。圖6表示根據(jù)本發(fā)明的使用圖5所示的控制單元的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的實(shí)施例。圖7表示根據(jù)本發(fā)明的使用圖5所示的控制單元的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例。圖8A到8H是示出了當(dāng)AC電壓和電流具有相反的符號(hào)時(shí)并且在使用如圖3所示 的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的控制單元的特定情況下圖6或7所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的操作的時(shí)序圖。圖9A到9H是示出了具有如圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的控制單元的、并且當(dāng)AC電壓 和電流具有相反的符號(hào)時(shí)的如圖6或7所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的操作的時(shí)序圖。圖IOA到IOL是示出了當(dāng)AC電壓和電流具有相同的符號(hào)時(shí)圖6或7所示的根據(jù) 本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的操作的時(shí)序圖。圖IlA到IlK是示出了當(dāng)AC電壓和電流具有相同的符號(hào)時(shí)在所述AC電壓的半波 的開始和結(jié)尾處圖6或7所示的根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的整流器模式中的操作的時(shí)序 圖。圖12表示根據(jù)本發(fā)明的不間斷電源。
具體實(shí)施例方式參考圖4，轉(zhuǎn)換器設(shè)備包括已被描述并且?guī)в邢嗤膮⒖紨?shù)字的許多元件。對于每 個(gè)開關(guān)單元UCl、UC4，轉(zhuǎn)換器設(shè)備還包括所述開關(guān)單元的開關(guān)輔助電路Al、A4，連接在所述 開關(guān)單元連接到的電壓輸入端P、N和所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端S1、S4之間。每個(gè)開關(guān)單 元UCl、UC4的這些開關(guān)輔助電路Al、A4使得在主導(dǎo)通之前建立基本上等于零的所述開關(guān)單 元的第一開關(guān)裝置Tl、T4的開關(guān)電壓。在下文中，開關(guān)裝置的導(dǎo)通也可以看作觸發(fā)所述開關(guān)裝置。可以參考第一開關(guān)裝 置Tl、T4的開關(guān)動(dòng)作來使用與術(shù)語導(dǎo)通、觸發(fā)或截止有關(guān)的術(shù)語“主”，開關(guān)輔助電路與第 一開關(guān)裝置Tl、T4相互作用以使得開關(guān)動(dòng)作溫和。術(shù)語“主”也使得在第一開關(guān)裝置Tl、 T4的開關(guān)動(dòng)作和第二開關(guān)裝置T2、T3的開關(guān)動(dòng)作或者輔助開關(guān)裝置TX1、TX4的開關(guān)動(dòng)作 之間形成區(qū)別。一般說來，為了在調(diào)制信號(hào)輸出端SM上建立脈沖，引起第二開關(guān)裝置T2、T3的損 耗的開關(guān)動(dòng)作與第一開關(guān)裝置Tl、T4的開關(guān)動(dòng)作相比較為不頻繁。因此，開關(guān)輔助電路一 般被設(shè)計(jì)為僅僅為第一開關(guān)裝置Tl、T4的開關(guān)動(dòng)作，即在操作的有效相位期間，建立基本 上等于零的開關(guān)電壓。為了在主導(dǎo)通或觸發(fā)之前建立基本上等于零的開關(guān)電壓，涉及的開關(guān)單元UC1、 UC4的開關(guān)輔助電路Al、A4—般包括用于從所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端Si、S4轉(zhuǎn)向 (divert)電流IRP、IRN并且用于建立此電流的諧振的裝置。一般被設(shè)計(jì)用于操作的有效 相位的這些開關(guān)輔助電路Al、A4可以事實(shí)上在操作的無效相位期間以不利的方式與第二 開關(guān)裝置T3、T2相互作用。例如，如在下文中詳細(xì)描述的，開關(guān)輔助電路Al、Α4可以包括能量存儲(chǔ)裝置，其在 操作的無效相位期間作用于流入第二開關(guān)裝置Τ2、Τ3的電流。更確切地說，這些能量存儲(chǔ) 裝置一般被配置如下當(dāng)?shù)诙_關(guān)裝置Τ2、Τ3的導(dǎo)通發(fā)生時(shí)，經(jīng)由整個(gè)所述第二開關(guān)裝置 發(fā)生所述能量存儲(chǔ)裝置的放電，其需要這些第二開關(guān)裝置和能量存儲(chǔ)裝置具有超大尺寸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過修改控制單元⑶1，可以使用開關(guān)輔助電路避免任何超大尺寸的第 二開關(guān)裝置Τ2、Τ3。為此，將更詳細(xì)描述的第二控制裝置添加到控制單元⑶1，以作用于與 連接到輸入端P、N的開關(guān)單元UC1、UC4有關(guān)的第二開關(guān)裝置Τ2、Τ3。從而，這些第二控制 裝置使得當(dāng)AC電壓VS和電流IS具有相反的符號(hào)時(shí)，即在無效相位期間，建立與連接到與 所述AC電壓的符號(hào)相反符號(hào)的電壓輸入端的開關(guān)單元UC1、UC4有關(guān)的第二開關(guān)裝置Τ2、 Τ3的截止。換句話說，當(dāng)AC電壓VS和電流IS具有相反的符號(hào)時(shí)，第二控制裝置作用于與 連接到輸入端P、N的開關(guān)單元UCl、UC4有關(guān)的第二開關(guān)裝置Τ2、Τ3，以保護(hù)所述開關(guān)單元 免于調(diào)制信號(hào)輸出端SM的影響。圖5示出了包括第二控制裝置的修改的控制單元⑶2。與如圖3所示的控制單位 CDl中一樣，通過所述開關(guān)單元的脈寬調(diào)制控制信號(hào)F1、F2來執(zhí)行每個(gè)開關(guān)單元的控制。如 前所述，當(dāng)AC電壓VS的符號(hào)與所述開關(guān)單元連接到的輸入端P、N上的電壓的符號(hào)相反時(shí)， 開關(guān)單元UC1、UC4的控制信號(hào)F1、F2的幅度保持等于零。換句話說，當(dāng)AC電壓VS的符號(hào) 為負(fù)時(shí)，信號(hào)Fl的幅度保持等于零，并且當(dāng)AC電壓VS的符號(hào)為正時(shí)，信號(hào)F2的幅度保持 等于零。與如圖3所示的控制單元⑶1中一樣，作用于與開關(guān)單元UC1、UC4中的一個(gè)有關(guān) 的第二開關(guān)裝置T2、T3的第一控制裝置包括連接在所述第二開關(guān)裝置的控制輸入端和開10關(guān)單元UC4、UC1中的另一個(gè)的控制信號(hào)F2、F1的輸入點(diǎn)之間的反相器51、52。對于每個(gè)開關(guān)單元，控制單元⑶2還包括也作用于與開關(guān)單元UC1、UC4有關(guān)的第二開關(guān)裝置T2、T3的第二控制裝置，其在所述AC電壓VS和AC電流IS具有相反符號(hào)時(shí)，連 接到與AC電壓VS的符號(hào)相同的符號(hào)的電壓輸入端以建立所述第二開關(guān)裝置的截止。換句 話說，第二控制裝置作用于與各個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4有關(guān)的各個(gè)第二開關(guān)裝置T2、T3，以在 AC電流IS分別為負(fù)、正時(shí)建立所述第二開關(guān)裝置的截止。作用于與第一開關(guān)單元UC1、UC4有關(guān)的第二開關(guān)裝置Τ2、Τ3上的第二控制裝置在 所述第二開關(guān)裝置Τ2、Τ3的控制輸入端和另一個(gè)開關(guān)單元UC4、UCl的控制信號(hào)F2、Fl的 輸入點(diǎn)之間包括-用于測試AC電流IS的符號(hào)相對于所述第一開關(guān)單元UC1、UC4連接到的輸入端 P、N上的電壓的符號(hào)的裝置61、62，和-邏輯“AND”布爾運(yùn)算器65、66，其具有連接到所述第二開關(guān)裝置T2、T3的第一控 制裝置的反相器51的輸出端和所述用于測試的裝置61、62的輸出端的兩個(gè)輸入端和具有 輸出端，以在所述AC電流IS具有與所述第一開關(guān)單元連接到的輸入端上的電壓的符號(hào)相 反的符號(hào)時(shí)建立所述第二開關(guān)裝置的截止。圖6示出了能夠?yàn)槊總€(gè)開關(guān)單元UCl、UC4實(shí)現(xiàn)的開關(guān)輔助電路Al、Α4的示例。圖 6所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備包括已經(jīng)在上文描述的且由相同的參考數(shù)字指示的一定數(shù)目的元件。 如圖2和4 一樣，僅僅示出了與三相之一有關(guān)的兩個(gè)開關(guān)單元。參考圖6，每個(gè)開關(guān)單元UCl、UC4的開關(guān)輔助電路Al、Α4包括電感裝置；分路 (branch-off)裝置，用于使來自于開關(guān)輸出端S1、S4的電流IRP、IRN流出以在主觸發(fā)發(fā)生 之前將所述電流轉(zhuǎn)移到所述電感裝置；和電容器C2、C3，并聯(lián)連接在所述開關(guān)單元的二極 管DC2、DC3上，以在主觸發(fā)發(fā)生之前在所述電感裝置中建立所述電流IRP、IRN的諧振。每個(gè)開關(guān)單元UCl、UC4的開關(guān)輔助電路Al、A4的電感裝置實(shí)質(zhì)上由連接到所述開 關(guān)單元的開關(guān)輸出端Si、S4并且包括反向繞線的繞組的變壓器TP、TN形成。換句話說，變 壓器的兩個(gè)繞組直接連接到開關(guān)輸出端S1、S4。在圖6所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備中，變壓器TP、TN 直接連接到所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端S1、S4。由于每個(gè)開關(guān)輔助電路A1、A4的電感裝置 實(shí)質(zhì)上由變壓器形成、并且后者直接連接到開關(guān)輸出端Si、S4的事實(shí)，簡化了轉(zhuǎn)換器設(shè)備 的拓?fù)湟约八拈_關(guān)輔助電路的拓?fù)?。每個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4的開關(guān)輔助電路Al、A4的分路裝置就其自身來說包括輔 助晶體管TX1、TX4形式的輔助開關(guān)裝置，直接連接在變壓器TP、TN和所述開關(guān)單元連接到 的電壓輸入端P、N之間。直接連接的意思是輔助晶體管和電壓輸入端P、N之間的連接裝 置以及前述輔助晶體管和變壓器TP、TN之間的連接裝置實(shí)質(zhì)上由電導(dǎo)體形成。輔助晶體管 TX1、TX4參與在主觸發(fā)之前建立變壓器TP、TN中的AC電流IS的分路。更確切地說，每個(gè)開關(guān)單元UCl、UC4的開關(guān)輔助電路Al、A4的變壓器TP、TN包括 連接在所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端S1、S4和所述開關(guān)輔助電路的分路裝置TX1、TX4之間的 第一繞組71、72。變壓器ΤΡ、ΤΝ包括第二繞組73、74，磁耦合到第一繞組71、72并且經(jīng)由二 極管DA2、DA3連接在開關(guān)輸出端Si、S4和參考電壓線REF之間。此外，此第二繞組73、74 相對于第一繞組71、72反向繞制。變壓器TP、TN的此配置使得當(dāng)輔助晶體管TX1、TX4被觸發(fā)時(shí)在變壓器TP、TN的每一個(gè)繞組中轉(zhuǎn)移更多的電流。由于繞組的反向繞線以及所述繞組的連續(xù)的端部連接到電 源輸入端，AC電流IS事實(shí)上被轉(zhuǎn)移以在每一個(gè)繞組中分享。從而，輸入電流IRP、IRN由互 感應(yīng)而放大。這使得輔助晶體管TXl、TX4的額定電流(current rating)降低。在二極管 DC2、DC3的截止之后，主晶體管T1、T4的端子處的電壓V2、V3下降到基本上等于零的值，并 且二極管D1、D4導(dǎo)通，這使得所述主晶體管在零電壓以下被觸發(fā)。在圖6所示的實(shí)施例中，每個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4的開關(guān)輔助電路A1、A4包括連接 在第一繞組71、72和參考電壓線REF之間的第一阻塞二極管DX2、DX3。當(dāng)輔助晶體管TX1、 TX4截止時(shí)，此二極管DX2、DX3使得電流在單方向流入第一繞組71、72。此二極管也使得能 夠限制輔助晶體管TX1、TX4的端子處的電壓。在圖6所示的實(shí)施例中，每個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4的開關(guān)輔助電路Α1、Α4還包括連 接在第二繞組73、74和參考電壓線REF之間的第二阻塞二極管DA2、DA3。此二極管使得電 流在單方向流入此第二繞 組。這些二極管DA2、DA3的存在防止開關(guān)輔助電路的任何逆向操 作并且使得變壓器TP、TN能被去磁。開關(guān)輔助電路A1、A4的此單向操作是重要的，因?yàn)樗?限制了所述開關(guān)輔助電路Al、A4的操作時(shí)間，因此限制了所述電路的損耗。一旦主晶體管Tl、T4已被觸發(fā)，開關(guān)輔助電路Al、A4的此配置使得變壓器TP、TN 能被去磁，即不再存在流入變壓器繞組的任何電流。這防止能量在變壓器中累積，否則該能 量將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器設(shè)備的損壞。此去磁由二極管DX2、DX3以及由承受呈現(xiàn)在繞組73、74上的 電壓的二極管DA2、DA3來完成，二極管DX2、DX3使得當(dāng)輔助晶體管TX1、TX4截止并且執(zhí)行 所述二極管的導(dǎo)通時(shí)將參考電壓施加于繞組71、72上。變壓器ΤΡ、ΤΝ —般在每一個(gè)繞組上存在著一般不可忽略的磁漏。因而可以由該磁 漏的產(chǎn)生來確定(define)等效電感，并且此電感與等效諧振電感有關(guān)。此諧振電感確定變 壓器繞組中的電流的上升和下降斜率。有利地，變壓器TP、TN包括與繞組分開的電絕緣材 料。其中此絕緣材料的厚度的選擇等使得能夠調(diào)節(jié)變壓器的磁漏電感，因此調(diào)節(jié)電流斜率。一般考慮變壓器TP、TN的去磁時(shí)間來選擇用于產(chǎn)生控制信號(hào)Fl、F2的占空系數(shù)， 去磁時(shí)間一般大約為觸發(fā)時(shí)間的一半。這防止了這些變壓器的飽和。在圖6所示的實(shí)施例中，每個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4的第二開關(guān)裝置T2、T3連接在所 述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端Si、S4和調(diào)制信號(hào)輸出端SM之間。在圖7所示的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器設(shè)備包括已經(jīng)在上文描述并且由相同的參考數(shù)字 指示的一定數(shù)目的元件。與圖6的轉(zhuǎn)換器設(shè)備不同，每個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4的開關(guān)輸出端 Si、S4連接到調(diào)制信號(hào)輸出端SM。此外，每個(gè)開關(guān)單元UC1、UC4的第二開關(guān)裝置Τ2、Τ3串 聯(lián)連接在二極管DC2、DC3和調(diào)制信號(hào)輸出端SM之間。此實(shí)施例實(shí)質(zhì)上用和使用圖5所示 的控制單元⑶2的圖6的方法一樣的方法工作。一般可以用可逆方式來使用圖6或7所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備。換句話說，轉(zhuǎn)換器設(shè)備 可以按照整流器模式工作，其(即，作為AC/DC轉(zhuǎn)換器)使得能夠從AC電壓VS在DC電壓 輸入端P、N上獲得基本DC電壓。在圖6和7所示的實(shí)施例中，可以按照雙可控硅整流器模式來使用每個(gè)開關(guān)單元 UC1、UC4的晶體管T1、T4，即觸發(fā)自然地發(fā)生。一般說來，當(dāng)開關(guān)電壓變?yōu)榛旧系扔诹悴?且反向并聯(lián)的二極管D1、D4導(dǎo)通時(shí)，主觸發(fā)自然地觸發(fā)。為此，圖5所示的控制單元⑶2包 括比較器81、82，用于檢測第一開關(guān)裝置T1、T4的端子處的電壓的過零。比較器81、82的輸出端連接到用83、84指代的第一邏輯“AND”布爾運(yùn)算器的輸入端。邏輯“AND”布爾運(yùn)算器 的意思也是邏輯輸入端的乘積或邏輯乘的二進(jìn)制運(yùn)算器，所述邏輯輸入端的每一個(gè)能夠等 于零或一。此運(yùn)算器的另一個(gè)輸入端連接到控制信號(hào)Fl、F2的輸入點(diǎn)。從而，晶體管Tl、 T4的端子處的電壓的過零以及控制信號(hào)Fl、F2的脈沖的同時(shí)存在使得能夠激活此布爾運(yùn) 算器83、84的輸出端并且觸發(fā)晶體管Tl、T4。但是，在整流器模式以及在AC電流IS的強(qiáng)度太低的情況下，即對于AC電流IS 的幅度小于它的最大值的大約10%的情況，此情況一般對應(yīng)于所述電流的半波的開始或結(jié) 尾，開關(guān)輸出端Si、S4上的電壓來不及達(dá)到線電壓P、N的需要值，并且主晶體管Tl、T4不 能自然地觸發(fā)。實(shí)際上，在這種情況下，電容器CR2、CR3來不及充電，并且難以獲得進(jìn)入用 于消除主晶體管Tl、T4的端子處的電壓的電感裝置的電流的諧振。為了彌補(bǔ)此缺陷，圖5所示的控制單元⑶2包括延遲模塊91、92，其被設(shè)計(jì)為在大 于預(yù)設(shè)時(shí)間段TMAX的時(shí)間段之后強(qiáng)制延遲的主觸發(fā)。此強(qiáng)制操作模式被實(shí)現(xiàn)為逆向模式， 主要在AC電壓VS的半波的開始和結(jié)尾處，此時(shí)AC電流IS的值不足以為電容器CR2、CR3 充電。運(yùn)算器83、84的輸出端連接到用93、94指代的第二邏輯“0R(或)，，布爾運(yùn)算器，該 第二邏輯“OR”布爾運(yùn)算器的輸出端連接到主晶體管Tl、T4的控制輸入端。邏輯“OR”布 爾運(yùn)算器的意思也是邏輯或(disjunctive) 二進(jìn)制運(yùn)算器，所述邏輯輸入端的每一個(gè)能夠 等于零或一。因而，在正常操作中，當(dāng)“AND”運(yùn)算器83、84的輸出端被激活時(shí)，運(yùn)算器93、 94的輸出端也被激活，這使得能夠在所述晶體管的端子處的電壓過零的時(shí)刻命令主晶體管 T1、T4的觸發(fā)。圖5所示的控制單元CD2還包括使得能夠在預(yù)設(shè)時(shí)間段TMAX'期間觸發(fā)輔助晶體 管ΤΧ1、ΤΧ4的模塊95、96。此時(shí)間段從控制信號(hào)Fl、F2的上升波前沿開始運(yùn)行。因此，在 正常操作中并且在時(shí)間段TMAX'期間，可以觸發(fā)輔助晶體管ΤΧ1、ΤΧ4，這使得可以消除開 關(guān)電壓以觸發(fā)主晶體管Tl、Τ4。參考圖8Α到8Η，并且為了與根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器設(shè)備進(jìn)行比較的目的，下面在AC 電壓VS為正并且AC電流IS為負(fù)的情況下描述與圖3 (現(xiàn)有技術(shù))所示的控制單元CDl有 關(guān)的圖6所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的操作。應(yīng)當(dāng)注意，此操作的描述也適用于圖7所示的轉(zhuǎn)換器 設(shè)備。只要控制信號(hào)Fl等于一，就通過反相器51將晶體管Tl處于導(dǎo)通狀態(tài)并且晶體管 Τ3維持在截止?fàn)顟B(tài)。AC電流IS流入二極管Dl和D2 (圖8Ε和8G)。電容器CR2的端子處 的電壓VCR2就其自身來說等于輸入端P上的電壓U/2。在時(shí)間tl，控制信號(hào)Fl從一變?yōu)榱?，晶體管Tl截止并且晶體管T3導(dǎo)通。應(yīng)當(dāng)注 意，由于反相器52的存在并且由于在整個(gè)正半波期間所述反相器的輸入端上的控制信號(hào) F2保持等于零的事實(shí)，因此在該整個(gè)正半波期間晶體管T2保持導(dǎo)通。這使得所述電容器 CR2通過晶體管T2放電來消除電容器CR2的端子處的電壓VCR2。從而，流入晶體管T3和 T2的電流IT3和IT2的值變得非常高(圖8C)，這可能對它們的完整性(integrity)有害。 在AC電流IS為負(fù)并且AC電壓VS為正的整個(gè)時(shí)間段期間，晶體管T2導(dǎo)通，Dl的端子處的 電壓VDl保持等于輸入端P上的電壓U/2 (圖8D)。因此，是二極管Dl承受輸入端P的全部 電壓U/2。因此，電流流入晶體管T3和二極管DC3 (圖8C)。在時(shí)間t2，控制信號(hào)Fl從零變?yōu)橐?，晶體管Tl導(dǎo)通并且晶體管T3截止。這使得電流經(jīng)由二極管D2轉(zhuǎn)移到電容器CR2(圖8G)，這放慢了晶體管T3的端子處的電壓VT3的 上升(圖8B)在時(shí)間t3，電容器CR2被充電并且在它的端子處呈現(xiàn)等于輸入端P上的電壓U/2 的電壓VCR2。AC電流IS流入二極管Dl和D2 (圖8E和8G)。

參考圖9A到9H，下面仍然在AC電壓VS為正并且AC電流IS為負(fù)的情況下，即在 無效相位期間，描述與圖5所示的控制單元CD2有關(guān)的圖6所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的操作?？?以將此操作變換為電壓VS為負(fù)并且電流IS為正的情況，則在下面T2像T3 —樣工作并且 反之亦然。應(yīng)當(dāng)注意，此操作的描述也適用于圖7所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備。只要控制信號(hào)Fl等于一，就通過反相器51將晶體管Tl處于導(dǎo)通并且晶體管T3 保持截止。AC電流IS流入二極管Dl和D2 (圖9E)。電容器CR2的端子處的電壓VCR2就 其自身來說等于輸入端P上的電壓U/2 (圖9G)。在時(shí)間tl，控制信號(hào)Fl從一變?yōu)榱悖w管Tl截止并且晶體管T3導(dǎo)通，和前面 的情況下一樣。此外，由于在電壓VS的整個(gè)正半波期間控制信號(hào)F2保持等于零的事實(shí)，反 相器52的輸出端保持等于一。同時(shí)，AC電流的符號(hào)使得比較器61的輸出端保持為零。這 導(dǎo)致邏輯“AND”布爾運(yùn)算器65的輸出端等于零并且晶體管T2截止。因此，第二控制裝置 61、65使得晶體管T2截止，這防止了來自電容器CR2的放電的電流的流入。因此，電容器 CR2保持充電(圖9G)，并且二極管Dl的端子處的電壓保持等于零(圖9E)。因此，當(dāng)晶體 管T3導(dǎo)通時(shí)，是二極管D2承受輸入端P的全部電壓U/2(圖9F)。如前所述，在時(shí)間t2，控制信號(hào)Fl從零變?yōu)橐唬w管Tl導(dǎo)通并且晶體管T3截 止。電流轉(zhuǎn)移在二極管D2中。在時(shí)間t2，AC電流IS流入二極管Dl和D2 (圖9E)。圖5所示的控制單元⑶2的使用，具體地所述控制單元的第二控制裝置61、62、65、 66的使用使得能夠限制流入晶體管T3、T2的電流ΙΤ3、ΙΤ2，從而防止電容器CR2、CR3的放 電。因此，晶體管T3不需要過大的尺寸來承受其上將增加電容器CR2、CR3的放電電流的電流。參考圖IOA到IOL的時(shí)序圖，下面描述圖6或圖7所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的操作。應(yīng) 當(dāng)注意，這些時(shí)序圖延伸到其間AC電壓和電流VS、IS可以被認(rèn)為是連續(xù)的時(shí)間段期間。以 下描述限于AC電壓VS的正半波期間的操作，即實(shí)質(zhì)限于開關(guān)單元UCl和開關(guān)輔助電路Al 的操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地由此推出轉(zhuǎn)換器設(shè)備在AC電壓VS的負(fù)半波期間的操 作。以下描述是針對AC電壓VS和AC電流IS具有相同的符號(hào)的情況作出的，即當(dāng)開關(guān)輔 助電路用于獲得主晶體管Tl、T4的軟開關(guān)動(dòng)作時(shí)。此外，以下描述適用于轉(zhuǎn)換器設(shè)備的整 流器模式，即適用于DC/AC工作模式，條件也是AC電流IS的強(qiáng)度足以獲得晶體管T1、T4的 自然導(dǎo)通。換句話說，下文描述的操作在一定程度上排除了 AC電壓VS的半波的開始和結(jié) 尾時(shí)的整流器模式。主晶體管Tl開始時(shí)處于觸發(fā)或?qū)顟B(tài)，由圖IOB中的粗線的存在表示。輔助晶 體管TXl對其自身來說處于截止?fàn)顟B(tài)，由圖IOC的粗線的不存在表示。由圖IOG可見，二極 管DC2截止。晶體管Tl經(jīng)受電流ITl流動(dòng)，如圖IOF所示，其基本上等于AC電流IS。從 而，晶體管Tl的端子處的電壓Vl基本上等于零，并且電容器CR2的端子處的電壓VCR2基 本上等于輸入端P上的電壓U/2 (圖10E)。二極管DA2不經(jīng)受任何電流流動(dòng)，如圖IOH所示的，并且處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，如圖101所示的它的端子處的電壓VDA2基本上等于輸入端 P上的電壓值U/2。在時(shí)間tl，晶體管Tl截止(圖10B)，并且AC電流IS被轉(zhuǎn)移在電容器CR2中。主 晶體管Tl的端子處的電壓Vl開始逐漸增加，同時(shí)電容器CR2放電，如圖IOE所示。二極 管DA2仍然處于截止?fàn)顟B(tài)，并且它的端子處的電壓VDA2開始減小(圖101)直到它達(dá)到零 值。同時(shí)，如圖IOL所示，輔助晶體管TXl的端子處的電壓VTXl增加到輸入端P上的電壓值 U/2。在時(shí)間t2，電容器CR2的端子處的電壓VCR2達(dá)到參考電壓的值(圖10E)，并且二 極管DC2開始傳導(dǎo)電流IDC2，其值基本上等于電流IS的值，如圖IOG所示。在時(shí)間t3，輔助晶體管TXl被觸發(fā)(圖10C)，這將導(dǎo)致二極管DC2中的電流IDC2 減小(圖10G)，其被轉(zhuǎn)移到已經(jīng)導(dǎo)通的輔助晶體管TXl中。從圖IOJ可以看出，因此輔助晶 體管TXl經(jīng)受逐漸增大的電流ITXl。因此，如圖IOD所示，變壓器TP中的電流IRP隨著電 流IDC2的減小的同時(shí)而增加。在二極管DA2的觸發(fā)之后，此電流IRP由變壓器TP的第一 繞組71中的電流ITXl (圖10J)和前述變壓器TP的第二繞組73中的電流IDA2 (圖10H) 的總和產(chǎn)生。一旦二極管DA2被觸發(fā)，輸入端P上的電壓U/2就施加于變壓器TP的兩個(gè)繞 組71、73。由于此變壓器的磁損耗，繞組73將在它的端子處受到基本上等于輸入端P上的 電壓U/2的電壓。變壓器TP的變壓比非常接近于一，圖IOJ所示的繞組71中的電流ITXl 和圖IOH所示的繞組73中的電流IDA2基本上等于進(jìn)入變壓器TP的電流值IRP的一半，即 等于AC電流IS的一半。在時(shí)間t4，不再有任何電流在二極管DC2中流動(dòng)，這導(dǎo)致后者截止(圖10G)。因 此，電容器CR2的端子處的電壓V2(圖10E)開始由于與變壓器TP的諧振現(xiàn)象而增加。同 時(shí)，從圖10D、IOH和IOJ可以看出，在變壓器TP的輸入端上的電流IRP和每個(gè)繞組中的電流 IDA2和ITXl將增加。用這種方法，變壓器中的電流IRP將進(jìn)入諧振。實(shí)際上，在時(shí)間t4， 被放電的電容器CR2將隨著它的端子處的電壓V2的增加而逐漸充電以達(dá)到輸入端P的電 壓。在時(shí)間t4和t5之間，當(dāng)電容器CR2的端子處的電壓V2基本上等于輸入端P上的 電壓U/2的一半時(shí)，進(jìn)入變壓器TP的電流IRP將達(dá)到諧振峰值(圖IOD和10E)。在此時(shí)間 流逝期間，變壓器TP的繞組71的端子處的電壓將減小，并且前述變壓器的繞組73的端子 處的電壓將增加。換句話說，由于電壓V2的變化，輸入端P上的電壓U/2將同時(shí)從繞組71 切換到繞組73。而在時(shí)間t5，盡管電容器CR2的端子處的電壓V2等于輸入端P上的電壓U/2 (圖 10E)，弱電流仍將流入與晶體管Tl并聯(lián)的反向連接的二極管D1。這可以從圖IOF中看出， 其示出了流入由主晶體管Tl和二極管Dl形成的模塊中的電流IT1。主晶體管Tl在時(shí)間 t5和時(shí)間t6之間被觸發(fā)，因此，其端子處的電壓基本上等于零(圖10E)。因此，最小化了 當(dāng)此觸發(fā)發(fā)生時(shí)耗散的功率。在時(shí)間t6，主晶體管Tl中的電流ITl逐漸增加(圖10F)，同時(shí)分別在第一和第二 繞組繞線71,73中的電流ITXl和IDA2的強(qiáng)度減小(圖IOJ和10H)。在時(shí)間t7，不再有任何電流在二極管DA2和變壓器TP的第二繞組73中流動(dòng)(圖 10H)，這導(dǎo)致所述二極管的截止。由于變壓器TP的磁化，圖IOJ所示的低強(qiáng)度的電流IMAG繼續(xù)流入晶體管TXl和所述變壓器的第一繞組71中。在時(shí)間t7和時(shí)間t8之間，變壓器TP 的繞組71、73的端子處的電壓基本上等于零，此電流IMAG的值保持基本恒定。 在時(shí)間t8，命令晶體管TXl處于截止?fàn)顟B(tài)(圖10C)，并且二極管DX2使得完全消 除了流入第一繞組71中的磁化電流IMAG。因而，變壓器TP的完全去磁發(fā)生在主晶體管Tl 的主截止之前。如圖IOL可以看出，晶體管TXl的端子處的電壓的值基本上等于輸入端P 上的電壓U/2。從圖101可以看出，二極管DA2的端子處的電壓就其自身來說基本上等于輸 入端P上的電壓值U/2的兩倍。因此，在變壓器TP的去磁期間，輔助晶體管TXl的端子處 的電壓VTXl是二極管DA2的端子處的電壓VDA2的二分之一。因此，是二極管DA2吸收了 高的去磁電壓而不是輔助晶體管TX1，這使得可以選擇較低額定功率的晶體管TX1，因此成 本較低并且可以工作在較低的功耗狀態(tài)。在時(shí)間t9，變壓器TP被完全去磁，即它的端子處的電壓的平均值為零。因此，電流 IMAG結(jié)果是零并且二極管DX2截止。因而，回到時(shí)間tl之前的初始情形。參考圖IlA到IlK的時(shí)序圖，下面在AC電流IS的強(qiáng)度不足以獲得晶體管Tl、T4 的自然導(dǎo)通的情況下描述圖6或圖7所示的轉(zhuǎn)換器設(shè)備的整流器模式下的操作，即所述轉(zhuǎn) 換器的DC/AC工作模式。因此，下文描述的操作可施加于AC電流IS的半波的開始和結(jié)尾。 應(yīng)當(dāng)注意，這些時(shí)序圖延伸到其間AC電壓和電流VS、IS可以被認(rèn)為是連續(xù)的時(shí)間段期間。 以下描述限于AC電壓VS的正半波期間的操作，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地由此推出在AC 電壓VS的負(fù)半波期間的操作。在開始時(shí)，晶體管Tl被觸發(fā)或處于導(dǎo)通，如圖IlA所示。晶體管Tl傳導(dǎo)如圖IlE 所示的電流IT1，其值基本上等于AC電流IS的值。從圖IlD和IlF可以看出，電容器CR2 的端子處的電壓VCR2的值幾乎為零，并且二極管DC2處于截止?fàn)顟B(tài)。在時(shí)間tl，主晶體管Tl從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)(圖11A)，并且AC電流IS被轉(zhuǎn) 移在電容器CR2中。電容器CR2的端子處的電壓VCR2開始逐漸減小，使得電容器CR2放電， 并且主晶體管Tl的端子處的電壓Vl逐漸增加，如圖IlD所示。由于AC電流IS的強(qiáng)度太 低，晶體管Tl的端子處的電壓Vl非常緩慢地增加并且不能達(dá)到輸入端P上的電壓值U/2。 因此，二極管DC2不能被觸發(fā)，因此不導(dǎo)電(圖11F)。在時(shí)間t2，輔助晶體管TXl被觸發(fā)(圖11B)。從圖IlI可以看出，因此輔助晶體管 TXl經(jīng)受逐漸增大的電流ITXl。以同樣的方式，變壓器TP中的電流IRP(圖11C)和二極管 DA2中的電流IDA2(圖11G)增加。變壓器TP中的電流IRP然后將進(jìn)入諧振階段。開始被 充電的電容器CR2將隨著主晶體管Tl的端子處的電壓Vl下降到零而事實(shí)上逐漸放電。變 壓器TP中的電流IRP然后將達(dá)到諧振峰值(圖11C)，其然后將繼續(xù)下降。由圖11C、11D、 11G、11H、11I和IlK可以看出，在不能夠消除主晶體管Tl的端子處的電壓Vl的情況下，該 諧振階段導(dǎo)致振蕩。因此，由于比較器81的輸出端以及控制單元CD2的邏輯“AND”布爾運(yùn) 算器83的輸出端保持在無效狀態(tài)的事實(shí)，晶體管Tl不觸發(fā)。在時(shí)間t3，在由控制裝置⑶2的延遲模塊91定義的時(shí)間TMAX流逝之后，由于邏輯 “OR”布爾運(yùn)算器93的輸出端切換到激活狀態(tài)的事實(shí)，晶體管Tl被自動(dòng)觸發(fā)(圖11A)。同 時(shí)，主晶體管Tl的端子處的電壓Vl急劇回到零(圖11D)，這在主晶體管Tl中產(chǎn)生電流峰 值(圖11E)。電流IRP下降(圖11C)，并且二極管DA2回到截止?fàn)顟B(tài)(圖11G)。僅僅磁化 電流IMAG流入晶體管TXl中(圖111)。
在時(shí)間t4，在由控制單元⑶2的模塊95定義的并且通常大于時(shí)間TMAX的時(shí)間段 TMAX'之后，輔助晶體管TXl截止(圖11B)。二極管DX2使得能夠在時(shí)間t5實(shí)現(xiàn)變壓器 TP的完全去磁(圖IlHUlI和11J)。在時(shí)間t5，變壓器TP被完全去磁。因此，電流IMAG變?yōu)榱悴⑶叶O管DX2截止 (圖11J)。因此，回到時(shí)間tl之前的初始情形。如上所述的轉(zhuǎn)換器設(shè)備可被用在如圖12所示的不間斷電源501中。此不間斷電源 包括電源輸入端502，來自于第一三相電源系統(tǒng)的可變輸入電壓施加于該電源輸入端502 上。該不間斷電源包括整流器503，所述整流器一方面連接在電源輸入端502上和另一方面 連接在兩個(gè)基本DC輸出端線504或電壓總線之間。該不間斷電源包括與如上所述的轉(zhuǎn)換 器設(shè)備對應(yīng)的逆變器506，所述逆變器連接在輸出端線504和輸出端507之間，輸出端507 被設(shè)計(jì)為向負(fù)載508提供后備三相AC電壓。DC電壓總線504也經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器510連 接到電池509。 從圖12可以看出，靜態(tài)開關(guān)511和512使得能夠選擇第一三相電源系統(tǒng)的電源輸 入端502或也是三相的第二電源系統(tǒng)的電源輸入端513。因而，可以通過后備的第一電源系 統(tǒng)經(jīng)由不間斷電源501為負(fù)載供電，并且如果需要的話可以切換到第二電源系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換器設(shè)備，使得通過對來自于參考電壓線(REF)和符號(hào)相反的兩個(gè)電壓輸入 端(P、N)上可獲得的三個(gè)基本DC電壓(-U/2、UREF, U/2)而在調(diào)制信號(hào)輸出端(SM)上獲 得的脈沖進(jìn)行濾波來提供AC電壓(VQ和電流(IS)，所述設(shè)備包括連接在所述參考電壓線分別與所述輸入端的一個(gè)和另一個(gè)之間的兩個(gè) 開關(guān)單元(UCl、UC4)，每個(gè)開關(guān)單元包括連接在所述開關(guān)單元連接到的輸入端和所述開關(guān) 單元的開關(guān)輸出端(Si、S4)之間的第一開關(guān)裝置(Tl、T4)，以通過所述第一開關(guān)裝置的主 導(dǎo)通和截止來提供具有與所述輸入端上可獲得的電壓的符號(hào)相同的符號(hào)的脈沖，所述設(shè)備對于每個(gè)開關(guān)單元包括第二開關(guān)裝置(T2、T3)，與所述開關(guān)單元有關(guān)并且 連接在所述開關(guān)單元和所述調(diào)制信號(hào)輸出端之間；和第一控制裝置(51、52)，作用于所述 第二開關(guān)裝置，以在所述AC電壓的符號(hào)與所述開關(guān)單元連接到的輸入端(P、N)上的電壓的 符號(hào)相同時(shí)建立所述第二開關(guān)裝置的導(dǎo)通，其特征在于，對于每個(gè)開關(guān)單元，所述設(shè)備包括所述開關(guān)單元的開關(guān)輔助電路(Al、 A4)，連接在所述開關(guān)單元連接到的輸入端和所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端之間，以在所述開 關(guān)單元的第一開關(guān)裝置的任何主導(dǎo)通之前建立基本上等于零的所述第一開關(guān)裝置的開關(guān) 電壓，并且對于每個(gè)開關(guān)單元，所述設(shè)備包括第二控制裝置，作用于與連接到與所述AC電壓的符 號(hào)相同的符號(hào)的電壓輸入端(P、N)的開關(guān)單元有關(guān)的第二開關(guān)裝置，以在所述AC電壓和所 述AC電流具有相反的符號(hào)時(shí)建立所述第二開關(guān)裝置的截止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開關(guān)單元(UC1、UC4)還包括二極管 (DC2、DC3)，連接在該參考電壓線(REF)和所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端(S1、S4)之間，以在 主截止發(fā)生時(shí)在所述開關(guān)輸出端上建立等于所述參考電壓的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開關(guān)單元(UC1、UC4)的第二開關(guān)裝 置(T2、T3)連接在所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端(S1、S4)和該調(diào)制信號(hào)輸出端(SM)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開關(guān)單元(UC1、UC4)的開關(guān)輸出端 (S1、S4)直接連接到該調(diào)制信號(hào)輸出端(SM)，并且每個(gè)開關(guān)單元(UC1、UC4)的第二開關(guān)裝 置(T2、T3)串聯(lián)連接在二極管(DC2、DC3)和所述調(diào)制信號(hào)輸出端(SM)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4中的任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開關(guān)單元(UC1、 UC4)由脈寬調(diào)制控制信號(hào)(F1、F2)控制，該脈寬調(diào)制控制信號(hào)的幅度在AC電壓(VS)的符 號(hào)與所述控制單元連接到的輸入端(P、N)上的電壓的符號(hào)相反時(shí)維持在基本上等于零的 值，以及其特征在于，作用于與該開關(guān)單元(UC1、UC4)中的一個(gè)有關(guān)的第二開關(guān)裝置(T2、T3) 的第一控制裝置包括連接在所述第二開關(guān)裝置(Τ2、Τ3)的控制輸入端和另一個(gè)開關(guān)單元 的控制信號(hào)(F2、F1)的輸入點(diǎn)之間的反相器(51,52) 0
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，作用于與開關(guān)單元(UC1、UC4)有關(guān)的第 二開關(guān)裝置(Τ2、Τ;3)的第二控制裝置在所述第二開關(guān)裝置(Τ2、Τ;3)的控制輸入端和另一個(gè) 開關(guān)單元(UC4、UC1)的控制信號(hào)(F2、F1)的輸入點(diǎn)之間包括-用于測試該AC電流(IS)的符號(hào)相對于所述第一開關(guān)單元連接到的輸入端(P、N)上 的電壓的符號(hào)的裝置(61、62)，和-邏輯“AND”布爾運(yùn)算器(65、66)，其具有連接到所述第二開關(guān)裝置的第一控制裝置的反相器(51、52)的輸出端和所述用于測試的裝置(61、62)的輸出端的兩個(gè)輸入端和輸出 端，以在所述AC電流具有與所述第一開關(guān)單元連接到的輸入端(P、N)上的電壓的符號(hào)相反 的符號(hào)時(shí)建立所述第二開關(guān)裝置的截止。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到6中的任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開關(guān)單元(UC1、 UC4)的開關(guān)輔助電路(A1、A4)包括電感裝置；分路裝置，用于將來自于該開關(guān)輸出端 (Si、S4)的電流(IRP、IRN)分路以在主導(dǎo)通之前將所述電流轉(zhuǎn)移到所述電感裝置；和能量 存儲(chǔ)裝置(CR2、CR3)，并聯(lián)連接在所述開關(guān)單元的二極管(DC2、DC;3)上，以在主導(dǎo)通之前在 所述電感裝置中建立所述電流(IRP)的諧振。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開關(guān)單元的開關(guān)輔助電路(A1、A4) 的電感裝置實(shí)質(zhì)上由連接到所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端并包括逆向繞線的繞組的變壓器 (TP、TN)形成，并且其特征在于，所述分路裝置包括直接連接在所述電感裝置和所述開關(guān)單 元連接到的電壓輸入端(P、N)之間的輔助開關(guān)裝置(TX1、TX4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開關(guān)單元(UC1、UC4)的開關(guān)輔助電 路(A1、A4)的變壓器(TP、TN)包括-第一繞組(71、72)，連接在所述開關(guān)單元的開關(guān)輸出端(S1、S4)和所述開關(guān)輔助電路 的分路裝置(TX1、TX4)之間，和-第二繞組(73、74)，磁耦合到所述第一繞組并且連接在所述開關(guān)輸出端和該參考電 壓線(REF)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9中的一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，該變壓器(ΤΡ、ΤΝ)呈現(xiàn)小于一的變壓比。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10中的任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開關(guān)單元(UC1、 UC4)的開關(guān)輔助電路(Α1、Α4)至少包括連接在第一繞組(71、72)和參考電壓線(REF)之 間的第一阻塞二極管(DX2、DX3)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)開關(guān)單元(UC1、UC4)的開關(guān)輔助 電路(A1、A4)包括連接在第二繞組(73、74)和參考電壓線(REF)之間的第二阻塞二極管 (DA2、DA3)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8到12中的任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括作用于 每個(gè)開關(guān)單元(UC1、UC4)的第一開關(guān)裝置(T1、T4)的第三控制裝置，所述第三控制裝置連 接在所述開關(guān)單元的脈寬調(diào)制控制信號(hào)(F1、F2)的輸入點(diǎn)和所述第一開關(guān)裝置(T1、T4)的 控制輸入端之間，所述第三控制裝置使得從所述控制信號(hào)(F1、M)命令所述第一開關(guān)裝置 的一連串的主導(dǎo)通和截止，所述第三控制裝置包括被設(shè)計(jì)為在大于預(yù)設(shè)時(shí)間段(TMAX)的 時(shí)間段之后建立延遲的主導(dǎo)通的延遲模塊(91、92)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8到13中的任何一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括作用 于每個(gè)開關(guān)單元(UC1、UC4)的開關(guān)輔助電路的輔助開關(guān)裝置(TX1、TX4)的第四控制裝置， 所述第四控制裝置連接在所述開關(guān)單元的脈寬調(diào)制控制信號(hào)(F1、M)的輸入點(diǎn)和所述輔 助開關(guān)裝置(TX1、TX4)的控制輸入端之間，所述第四控制裝置包括被設(shè)計(jì)為在預(yù)設(shè)時(shí)間段 (TMAX')期間建立所述輔助開關(guān)裝置的導(dǎo)通的模塊(95、96)。
15.一種不間斷電源(301)，包括施加AC輸入電壓的電源輸入端(302)、連接到所 述輸入端的整流器(303)、連接在所述整流器的輸出端上的符號(hào)相反的兩個(gè)基本DC電壓線、連接到所述基本DC電壓線并且包括被設(shè)計(jì)為提供后備電壓的輸出端(307)的逆變器 (306)，其特征在于，所述逆變器是根據(jù)前述權(quán)利要求中的一個(gè)所述的轉(zhuǎn)換器設(shè)備并且從基 本DC電壓提供后備AC電壓。
全文摘要
用于從三個(gè)DC電壓(-U/2、UREF、U/2)提供AC電壓和電流(VS、IS)的轉(zhuǎn)換器包括兩個(gè)開關(guān)單元(UC1、UC4)，所述開關(guān)單元具有連接在輸入端和開關(guān)輸出端(S1、S4)之間的第一開關(guān)裝置(T1、T4)，所述對于每個(gè)開關(guān)單元轉(zhuǎn)換器包括連接在所述開關(guān)單元和調(diào)制信號(hào)輸出端(SM)之間的第二開關(guān)裝置(T2、T3)和開關(guān)輔助電路(A1，A4)，所述轉(zhuǎn)換器包括控制裝置，作用于與連接到與所述AC電壓的符號(hào)相反的符號(hào)的電壓輸入端的開關(guān)單元有關(guān)的第二開關(guān)裝置，以在所述AC電壓和所述AC電流具有相反的符號(hào)時(shí)建立所述第二開關(guān)裝置的截止。包括如上所述的轉(zhuǎn)換器的不間斷電源。
文檔編號(hào)H02M7/537GK102055365SQ20101053962
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者科倫丁·里澤特, 阿蘭·拉卡諾伊 申請人:Mge Ups系統(tǒng)公司