1.發(fā)明領(lǐng)域

本文描述的至少一些實(shí)施例大體上涉及功率因數(shù)校正(PFC)整流器。

2.相關(guān)技術(shù)的討論

隔離的AC-DC PFC整流器常用在各種應(yīng)用中，以將供應(yīng)的AC電力轉(zhuǎn)換為具有期望的電壓電平的DC電力。例如，隔離的AC-DC PFC整流器是用作高頻隔離的不間斷電源(UPS)系統(tǒng)中的充電器或前端轉(zhuǎn)換器，在電信系統(tǒng)中用于向配電總線提供期望的DC電壓(例如，48V)，以及在高壓直流電(HVDC)數(shù)據(jù)中心電源中用于向配電總線提供期望的DC電壓(例如，240V或380V)。

發(fā)明概述

本發(fā)明的至少一個(gè)方面針對整流器系統(tǒng)，該整流器系統(tǒng)包括輸入端、第一轉(zhuǎn)換器、整流的AC總線、第二轉(zhuǎn)換器、輸出端以及第一控制器，該輸入端被配置為耦合到電源并且接收輸入AC電力，該第一轉(zhuǎn)換器耦合到輸入端并且被配置為在第一轉(zhuǎn)換器的輸出端處生成具有期望的振幅的整流的AC電力，該整流的AC電力來自輸入AC電力，該整流的AC總線耦合到第一轉(zhuǎn)換器的輸出端，該第二轉(zhuǎn)換器耦合到整流的AC總線并且被配置為經(jīng)由整流的AC總線從第一轉(zhuǎn)換器接收整流的AC電力并且將整流的AC電力轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓DC輸出電力，該輸出端耦合到第二轉(zhuǎn)換器并且被配置為向耦合到輸出端的負(fù)載提供穩(wěn)壓DC輸出電力，該第一控制器耦合到第一轉(zhuǎn)換器并且被配置為以第一頻率操作第一轉(zhuǎn)換器以生成具有期望的振幅的整流的AC電力。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，整流器系統(tǒng)還包括耦合到整流的AC總線的電容器。在一個(gè)實(shí)施例中，電容器是薄膜式電容器。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，整流器系統(tǒng)還包括輸入整流器，該輸入整流器耦合在輸入端和第一轉(zhuǎn)換器之間并且被配置為整流輸入AC電力，其中，由第一轉(zhuǎn)換器生成的整流的AC電力來自于由輸入整流器向第一轉(zhuǎn)換器提供的整流的輸入AC電力。在一個(gè)實(shí)施例中，整流器系統(tǒng)還包括輸入濾波器，該輸入濾波器耦合在輸入整流器和第一轉(zhuǎn)換器之間。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一轉(zhuǎn)換器是諧振轉(zhuǎn)換器，該諧振轉(zhuǎn)換器包括耦合到輸入端的換流橋、耦合到換流橋的諧振回路以及整流器，該整流器耦合在諧振回路和整流的AC總線之間，其中，第一控制器被配置為以第一頻率操作換流橋以生成具有期望的振幅的整流的AC電力。在一個(gè)實(shí)施例中，諧振回路包括耦合到換流橋的電感器、耦合到電感器的電容器以及變壓器，該變壓器具有耦合到電容器的初級繞組和耦合到整流器的次級繞組。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，整流器系統(tǒng)還包括第二控制器，該第二控制器耦合到第二轉(zhuǎn)換器并且被配置為以第二工作頻率操作第二轉(zhuǎn)換器以生成穩(wěn)壓DC輸出電力。在一個(gè)實(shí)施例中，第二轉(zhuǎn)換器是升壓轉(zhuǎn)換器。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二控制器控制第二轉(zhuǎn)換器來提供對輸入AC電力的功率因數(shù)校正。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二轉(zhuǎn)換器包括耦合到整流的AC總線的電感器、耦合到電感器的至少一個(gè)開關(guān)、耦合到開關(guān)的二極管以及耦合在二極管和輸出端之間的濾波器，其中，第二控制器被配置為以第二頻率操作至少一個(gè)開關(guān)以生成穩(wěn)壓DC輸出電力。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一轉(zhuǎn)換器還被配置為提供輸入端和輸出端之間的電流隔離。

本發(fā)明的另一個(gè)方面針對用于向負(fù)載提供穩(wěn)壓DC電力的方法，該方法包括接收輸入AC電力，生成整流的AC電力，整流的AC電力來自于輸入AC電力，將整流的AC電力轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓DC輸出電力，并且向耦合到負(fù)載的輸出端提供穩(wěn)壓DC輸出電力。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，生成整流的AC電力包括以第一頻率操作第一轉(zhuǎn)換器以生成具有第一振幅的整流的AC電力。在一個(gè)實(shí)施例中，生成整流的AC電力還包括以第二頻率操作第一轉(zhuǎn)換器以生成具有第二振幅的整流的AC電力。在另一個(gè)實(shí)施例中，將整流的AC電力轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓DC輸出電力包括以工作頻率操作第二轉(zhuǎn)換器以生成穩(wěn)壓DC輸出電力。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括從第二轉(zhuǎn)換器向輸出端提供的電流和向第一轉(zhuǎn)換器提供的電流中的至少一個(gè)中濾除高頻分量。在另一個(gè)實(shí)施例中，操作第二轉(zhuǎn)換器包括對第二轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作以向輸入AC電力提供功率因數(shù)校正。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該方法還包括整流輸入AC電力，其中，生成整流的AC電力包括生成來自整流的輸入AC電力的整流的AC電力。

本發(fā)明的至少一個(gè)方面針對整流器系統(tǒng)，該整流器系統(tǒng)包括輸入端、輸出端以及用于將輸入端與輸出端進(jìn)行隔離、將輸入AC電力轉(zhuǎn)換成整流的AC電力和將整流的AC電力轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓DC輸出電力的裝置，該輸入端被配置為耦合到電源并且接收輸入AC電力，該輸出端被配置為耦合到負(fù)載并且向負(fù)載提供穩(wěn)壓DC輸出電力。

附圖簡述

附圖不旨在按比例繪制。在附圖中，在各圖中示出的每個(gè)相同的或近似相同的組件由相同的數(shù)字來表示。為了清楚起見，并不是每一個(gè)組件可以被標(biāo)記在每個(gè)附圖中。在附圖中：

圖1是常用的隔離PFC整流器系統(tǒng)的框圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的PFC整流器系統(tǒng)的框圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的PFC整流器系統(tǒng)的電路圖；

圖4根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例提供示出與PFC整流器系統(tǒng)的操作有關(guān)的不同的波形的曲線圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的多相PFC整流器系統(tǒng)的框圖；以及

圖6是可以在其上實(shí)施本發(fā)明的各種實(shí)施例的系統(tǒng)的框圖。

詳細(xì)描述

本文所討論的方法和系統(tǒng)的示例并不將其應(yīng)用限于下面描述中闡述的或者在附圖中示出的組件的結(jié)構(gòu)以及布置的細(xì)節(jié)。所述方法和系統(tǒng)能以其他的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)并且能以各種方式來實(shí)踐或者執(zhí)行。本文提供的具體實(shí)施的示例僅用于說明性目的并不旨在限制。特別地，結(jié)合任何一個(gè)或者多個(gè)示例論述的動(dòng)作、組件、元件以及特征不旨在排除任何其他的示例中的類似作用。

另外，本文所用的措辭和術(shù)語是出于描述的目的，不應(yīng)視為具有限制性。對本文以單數(shù)形式提到的系統(tǒng)和方法的示例、實(shí)施例、組件、元件或者動(dòng)作的任何引用也可以包括包含復(fù)數(shù)的實(shí)施例，以及本文以復(fù)數(shù)形式對任何實(shí)施例、組件、元件或者動(dòng)作的任何引用也可以包括只包含單數(shù)的實(shí)施例。以單數(shù)形式或者復(fù)數(shù)形式的引用不旨在限制目前公開的系統(tǒng)或者方法、它們的組件、動(dòng)作或者元件。本文使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”和“涉及”及其變型旨在包括其后列舉的項(xiàng)目和其等價(jià)物以及額外的項(xiàng)目。對“或”的引用應(yīng)解釋為包含的，以便使用“或”描述的任何術(shù)語可以指示描述的術(shù)語的單個(gè)、多于一個(gè)和所有的任何一個(gè)。另外，在本文和通過引用并入到本文中的文件之間對術(shù)語的使用不一致的情況下，在被并入的引用文件中的術(shù)語使用是對本文中的術(shù)語使用的補(bǔ)充；對于矛盾的不一致，以本文中的術(shù)語使用為準(zhǔn)。

如上所述，隔離的AC-DC PFC整流器常用在各種不同的應(yīng)用。在下面圖1中示出一個(gè)常用的隔離PFC整流器系統(tǒng)100。PFC整流器100包括非隔離的前端PFC升壓整流器102，該非隔離的前端PFC升壓整流器102經(jīng)由內(nèi)部DC總線106耦合到隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器104。非隔離的PFC升壓整流器102在其輸入端103處從主電源101接收AC電力，并且在大容量電容器(C1)108兩端的內(nèi)部DC總線106上生成中間高電壓DC電壓107(例如，400V)。大容量電容器(C1)通常是相對大的電解電容器。DC-DC轉(zhuǎn)換器104接收中間高電壓DC電壓107并且調(diào)節(jié)向整流器100的輸出端110提供的電壓109。DC-DC轉(zhuǎn)換器104還提供整流器100的輸入端和輸出端110之間的隔離。

諸如電解電容器的大型的大容量電容器在整流器應(yīng)用中(例如，如圖1的傳統(tǒng)整流器100所示)和常規(guī)電源轉(zhuǎn)換器中的使用具有潛在的缺點(diǎn)，諸如有限的壽命、可靠性低、預(yù)期壽命低和尺寸增加。因此，本文描述了隔離且高度可靠的PFC整流器系統(tǒng)，該P(yáng)FC整流器系統(tǒng)解決與諸如電解電容器的大型大容量電容器的使用有關(guān)的上述問題。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的PFC整流器系統(tǒng)200的框圖。PFC整流器系統(tǒng)200包括輸入端201、整流器202、諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204、內(nèi)部整流的AC總線206、返回總線207、PFC升壓轉(zhuǎn)換器208以及輸出端210。

整流器202的輸入端耦合到輸入端201。整流器202的輸出端經(jīng)由輸入線214和返回線216耦合到諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204。第一電容器218耦合在輸入線214和返回線216之間。內(nèi)部整流的AC總線206和返回總線207耦合在諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204和PFC升壓轉(zhuǎn)換器208之間。內(nèi)部整流的AC總線206耦合到諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204的輸出端215。第二電容器209耦合在內(nèi)部整流的AC總線206和返回線207之間。輸出端210耦合到PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的輸出端。輸入端201被配置為耦合到AC主電源203。輸出端210被配置為耦合到負(fù)載211。在一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載211是電池串。在其他實(shí)施例中，負(fù)載211可以是單個(gè)電池或另一種類型的負(fù)載。

整流器202經(jīng)由輸入端201從AC主電源203接收AC電力、整流該AC電力并且經(jīng)由輸入線214向諧振轉(zhuǎn)換器204提供整流的AC電力205。諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204將整流的AC電壓205轉(zhuǎn)換到內(nèi)部整流的AC總線206上(即，第二電容器209兩端)的穩(wěn)壓整流的AC電壓213。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一電容器218和第二電容器209是聚丙烯電容器；然而，在其他實(shí)施例中，可以使用不同類型的電容器。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，第一電容器218和/或第二電容器209是具有高紋波電流處理能力的薄膜式電容器。

諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204的開關(guān)頻率確定向內(nèi)部整流的AC總線206提供的穩(wěn)壓整流的AC電壓213的電平。在一個(gè)實(shí)施例中，諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204的開關(guān)頻率是由頻率控制器220控制。以下更詳細(xì)地討論頻率控制器220的操作。諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器還可以提供整流器系統(tǒng)200的輸入端201和輸出端210之間的電流隔離。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204是LLC轉(zhuǎn)換器；然而，在其他實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器204可以是任何其它類型的隔離或非隔離的諧振轉(zhuǎn)換器。另外，在其他實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器204可以是任何其它類型的隔離的或非隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器。

內(nèi)部整流的AC總線206上(并且在第二電容器209兩端)的穩(wěn)壓整流的AC電壓213被提供給PFC升壓轉(zhuǎn)換器208。PFC升壓轉(zhuǎn)換器208從內(nèi)部整流的AC總線206接收穩(wěn)壓整流的AC電壓213、將穩(wěn)壓整流的AC電壓213轉(zhuǎn)換成具有期望的DC電壓的DC電力，并且將該DC電力提供給輸出端210。在一個(gè)實(shí)施例中，PFC升壓轉(zhuǎn)換器208由電流控制器222控制。以下更詳細(xì)地討論電流控制器222的操作。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，PFC升壓轉(zhuǎn)換器208被控制，使得諧振轉(zhuǎn)換器204的輸入端處的AC電流與電源輸入電壓同相。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的PFC整流器系統(tǒng)200的更詳細(xì)的電路圖。PFC整流器系統(tǒng)200包括輸入端201、整流器202、輸入濾波器302、諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204、內(nèi)部整流的AC總線206、返回總線207、PFC升壓轉(zhuǎn)換器208、返回線216以及輸出端210。輸入濾波器302包括第一電感器304和第一電容器218。諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器204包括換流橋306、諧振回路309、整流橋314和第二電容器209。在一個(gè)實(shí)施例中，換流橋306是全橋轉(zhuǎn)換器，該全橋轉(zhuǎn)換器包括多個(gè)開關(guān)(Q1-Q4)307a-307d；然而，在其他實(shí)施例中，可以不同地配置換流橋。在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)(Q1-Q4)307a-307d是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)；然而，在其他實(shí)施例中，可以使用不同類型的開關(guān)和/或晶體管。在一個(gè)實(shí)施例中，諧振回路309包括第二電感器308、第三電容器310、電感器(L_m)313和變壓器312；然而，在其他實(shí)施例中，可以不同地配置諧振回路309。PFC升壓轉(zhuǎn)換器208包括第三電感器316、開關(guān)318、二極管320和高頻濾波器322。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，高頻濾波器322包括第四電感器326和第四電容器324；然而，在其他實(shí)施例中，可以不同地配置高頻濾波器。

系統(tǒng)200的輸入端201被配置為耦合到AC源203(例如，AC電源)。整流器202的輸入端耦合到輸入端201。整流器的輸出端耦合到第一電感器304的第一端子。第一電感器的第二端子經(jīng)由第一電容器218耦合到返回線216。第一電感器的第二端子還耦合到開關(guān)Q1 307a和開關(guān)Q3 307b的漏極。開關(guān)Q1 307a的源極耦合到開關(guān)Q2 307c的漏極。開關(guān)Q3 307b的源極耦合到開關(guān)Q4 307d的漏極。開關(guān)Q2 307c的源極和開關(guān)Q4 307d的源極耦合到返回線216。開關(guān)Q3 307b的源極還耦合到變壓器312的初級繞組315的第一端。變壓器312的初級繞組315的第二端經(jīng)由第三電容器310和第二電感器308耦合到開關(guān)Q1 307的源極(和開關(guān)Q2 307c的漏極)。換流橋306中的每個(gè)開關(guān)的柵極耦合到頻率控制器220。

電感器(L_m)313表示在變壓器312兩端可見的電感。在一個(gè)實(shí)施例中，電感器313通過在變壓器312的鐵芯中(即，在第一繞組和第二繞組之間)引入氣隙來實(shí)現(xiàn)；然而，在其他實(shí)施例中，電感器(L_m)313是使用耦合在變壓器312的第一繞組兩端的附加的電感器來實(shí)現(xiàn)。

變壓器312的次級繞組317的第一端和第二端耦合到整流橋314。整流橋314的輸出端經(jīng)由內(nèi)部整流的AC總線206耦合到第三電感器316的第一端子。整流橋314還經(jīng)由返回總線207耦合到升壓轉(zhuǎn)換器208。第二電容器209耦合在內(nèi)部整流的AC總線206和返回總線207之間。第三電感器316的第二端子耦合到二極管320的陽極。開關(guān)318的漏極還耦合到二極管320的陽極。開關(guān)318的源極耦合到返回總線207。開關(guān)318的柵極耦合到電流控制器222。二極管320的陰極耦合到第四電感器326的第一端子。第四電容器324耦合在第四電感器326的第一端子和返回總線207之間。第四電感器的第二端子耦合到系統(tǒng)200的輸出端210。系統(tǒng)200的輸出端被配置為耦合到至少一個(gè)電池211。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第四電感器326被移除并且用短的電感器替換。

圖4提供示出與PFC整流器系統(tǒng)200的操作有關(guān)的不同的波形400(a-e)的曲線圖。波形400a圖示與系統(tǒng)200的輸入電流(I₁)404有關(guān)的輸入AC電源電壓(V1)402。波形400b圖示從整流器202到輸入濾波器302的電流(I₂)408、從輸入濾波器302到諧振轉(zhuǎn)換器204的電流(I₃)410以及第一電容器218兩端的電壓(V_C1)406。波形400c圖示通過第二電感器308的電流(I₄)和開關(guān)Q3 307b和開關(guān)Q1 307a的源極兩端的電壓(V₂)。波形400d圖示從變壓器312的第二繞組到整流橋314的電流(I₅)和變壓器312的第二繞組兩端的電壓(V₃)。波形400e圖示從整流橋314流出的電流(I₆)420、流進(jìn)升壓轉(zhuǎn)換器208的電流(I₇)422、第二電容器209兩端的電壓(V_C2)424和電池211兩端的電壓(V_Batt)。以下關(guān)于圖3和圖4更詳細(xì)地討論P(yáng)FC整流器系統(tǒng)200的操作。

整流器202從AC源203接收輸入AC電源電壓(V₁)402并且整流輸入AC電源電壓(V₁)402。整流的AC電壓(V_C1)406經(jīng)由輸入濾波器302被提供給諧振轉(zhuǎn)換器204。諧振轉(zhuǎn)換器204的輸入電流(I₃)410是整流的諧振電流(I₄)412。輸入電流(I₃)410包含低頻電流分量和高頻電流分量。輸入濾波器302將電流(I₃)410的開關(guān)頻率分量轉(zhuǎn)移到第一電容器218作為電流(I_C1)409。輸入濾波器302允許電流(I₃)410的低頻分量從整流器202的輸出端流經(jīng)第一電感器304。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，輸入濾波器302的第一電感器304是單獨(dú)的電感器；然而，在其他實(shí)施例中，第一電感器304的電感可以由諸如電纜或電磁干擾濾波器的另一個(gè)設(shè)備提供。

在接收到整流的AC電壓(V_C1)406時(shí)，換流橋306由頻率控制器220操作(例如，通過將信號傳輸?shù)介_關(guān)(Q1-Q4)307a-307d的柵極)，以生成期望的電壓V₂ 414。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，頻率控制器220以互補(bǔ)脈沖寬度調(diào)制(PWM)模式中的具有50％占空比的開關(guān)頻率(F_SW)操作換流橋306，以生成AC電壓V₂。然而，在其他實(shí)施例中，頻率控制器220可以不同地配置開關(guān)頻率和PWM。

AC電壓V₂414被提供給諧振回路309。諧振回路309中所產(chǎn)生的諧振電流(I₄)412是正弦波。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，換流橋306的開關(guān)(Q1-Q4)307a-307d是由頻率控制器220操作以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)(即，過零切換(ZCS))。另外，隨著電壓V₂414的振幅呈正弦規(guī)律變化，電流I₄412的振幅可具有相似的變化。

因?yàn)殡妷篤₂414被提供給諧振回路309的變壓器312，變壓器312的初級繞組315受到激勵(lì)，并且對應(yīng)的電壓(V₃)418和電流(I₅)416在變壓器312的次級繞組317中生成。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，變壓器312的匝數(shù)比是1；然而，在其他實(shí)施例中，可以不同地配置變壓器312的匝數(shù)比。

將電壓V₃418和電流I₅416提供給整流橋314。所產(chǎn)生的整流的電流I₆420是由整流橋314輸出并且整流的電壓V_C2424在第二電容器209兩端生成。第二電容器209吸收電流I₆420的高頻電流紋波(I_C2)421并且允許電流I₆420的低頻電流分量流入升壓轉(zhuǎn)換器208作為電流I₇422。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二電容器209的值是相對低的。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，第二電容器209具有1μF-2.2μF的電容。然而，在其他實(shí)施例中，可以不同地配置第二電容器209。

由于它的相對低的值，第二電容器209允許其兩端的電壓(即，電壓V_C2424)響應(yīng)于輸入電壓變化而變化。例如，如圖5所示，電壓V_C2424是整流的輸入電壓V_C1406的縮放版本。頻率控制器220可以通過控制(即，增加或降低)諧振轉(zhuǎn)換器204的開關(guān)頻率(F_SW)來調(diào)節(jié)(即，增加或降低到期望的水平)第二電容器209兩端的整流的正弦波電壓V_C2424的振幅。

PFC升壓轉(zhuǎn)換器208由電流控制器222控制，使得從諧振轉(zhuǎn)換器204汲取的電流I₇422與第二電容器209兩端的整流的正弦波電壓V_C2424成比例。因此，PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的輸入端可以被實(shí)現(xiàn)為虛擬電阻，該虛擬電阻的電阻值取決于系統(tǒng)200的總輸出電力。系統(tǒng)200的輸出端處的高頻濾波器322將二極管320中的高頻(即，開關(guān)頻率)電流分量轉(zhuǎn)移到第四電容器324。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第四電感器326和第四電容器324的值是低的。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，第四電感器326具有10μH-25μH的電感，以及第四電容器324具有1μF-2.2μF的電容。然而，在其他實(shí)施例中，可以不同地配置第四電感器326和第四電容器324。二極管中的DC和第二諧波(即，低頻)電流分量被傳遞到系統(tǒng)200的輸出端210作為輸出電流(I_BATT)427。PFC升壓轉(zhuǎn)換器208可以提供系統(tǒng)200的功率因數(shù)校正(PFC)。

以下關(guān)于圖2討論了系統(tǒng)200的控制。如上所述，頻率控制器220以50％占空比PWM操作諧振轉(zhuǎn)換器204?？刂破?20監(jiān)控諧振轉(zhuǎn)換器204的輸出。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，表示轉(zhuǎn)換器204的輸出電壓(即，電壓V_C2424)的信號(V_{in_PFC})224被傳遞到RMS計(jì)算模塊226，該RMS計(jì)算模塊226生成表示轉(zhuǎn)換器204的RMS輸出電壓的信號(V_{in_PFC_RMS})230。頻率控制器220計(jì)算轉(zhuǎn)換器的計(jì)算的RMS輸出電壓和參考RMS輸出電壓(V_{in_PFC_RMS}*)228之間的差異。計(jì)算的電壓和參考RMS輸出電壓之間的差異是通過控制器220內(nèi)的比例-積分(PI)控制器來進(jìn)行處理的?；赑I控制器的輸出，頻率控制器220設(shè)置諧振轉(zhuǎn)換器204的開關(guān)頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，將轉(zhuǎn)換器204的頻率設(shè)置在標(biāo)稱輸入電壓處或大約標(biāo)稱輸入電壓處的諧振頻率。轉(zhuǎn)換器204的頻率可以分別在高壓線和低壓線狀態(tài)期間被增加到諧振頻率以上或降低到諧振頻率以下，以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器204的輸出電壓(V_C2)424。

另外，如上所述，電流控制器222操作PFC升壓轉(zhuǎn)換器208。控制器222監(jiān)控PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的輸出。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，表示PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的輸出電壓(即，電壓V_Batt426)的信號(v_Out)232和表示PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的輸出電流(即，電流I_Batt427)的信號(i_Out)236被傳遞到輸出電壓/電流模塊234。在一個(gè)實(shí)施例中，輸出電壓/電流模塊234是PI控制器；然而，在其他實(shí)施例中，可以不同地配置輸出電壓/電流模塊234。輸出電壓/電流模塊234將PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的輸出電壓與參考輸出電壓(v_Out*)233進(jìn)行比較，將PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的輸出電流與參考輸出電流(i_Out*)237進(jìn)行比較，以及基于電壓和電流信號之間的差異，確定PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的輸出電壓/電流誤差?；谟?jì)算的電壓/電流誤差，輸出電壓/電流模塊輸出表示PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的輸入電流的峰值振幅的參考信號(i_Peak*)238。將參考信號(i_Peak*)238提供給電流參考生成模塊240。

電流參考生成模塊240將信號(i_Peak*)238乘以表示轉(zhuǎn)換器204的輸出電壓的信號(V_{in_PFC})224，以生成表示PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的參考輸入電流的參考信號(i_PFC*)242?；趨⒖夹盘?i_PFC*)242和表示PFC升壓轉(zhuǎn)換器208的計(jì)算的輸入電流的信號(i_PFC)244之間的差異，電流控制器222計(jì)算PFC升壓轉(zhuǎn)換器輸入電流誤差?；谟?jì)算的輸入電流誤差，電流控制器222向PFC升壓轉(zhuǎn)換器208提供PWM脈沖，以調(diào)節(jié)PFC升壓轉(zhuǎn)換器208。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電流參考生成模塊240還接收信號Sinθ246和信號i_in248。信號Sinθ246是與電源電壓(V1)402同相的電源電壓模板。在一個(gè)實(shí)施例中，通過鎖相環(huán)(PLL)252的使用，使信號Sinθ246與電源電壓(V1)402保持同相。信號i_in248表示轉(zhuǎn)換器204的輸入電流。電流參考生成模塊240可以使用信號Sinθ246和i_in248來修改PFC輸入電流參考信號(i_PFC*)242，使得電源電流404具有低輸入電流總諧波失真(I_THD)和接近單位功率因數(shù)(PF)。在這樣的情況下，可以允許PFC升壓轉(zhuǎn)換器輸入電流422具有極少的低頻失真，因?yàn)殡娫措娏?04的控制可以是更高的優(yōu)先級。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，多個(gè)PFC整流器系統(tǒng)200可以包括在較大的整流器系統(tǒng)內(nèi)。例如，在如圖5所示的一個(gè)實(shí)施例中，整流器系統(tǒng)500包括至少一個(gè)整流器模塊502，該整流器模塊502包括多個(gè)整流器子模塊504(例如，每個(gè)子模塊是PFC整流器系統(tǒng)200中的一個(gè))。每個(gè)子模塊504是從多相主電源(例如，三相電源)的一相506饋入的輸入電力，并且如上所述對輸入電力進(jìn)行操作。將每個(gè)子模塊504的輸出端并聯(lián)地連接到整流器模塊502的輸出端。整流器模塊505的輸出端耦合到負(fù)載/電池總線508，該負(fù)載/電池總線508耦合到負(fù)載/電池。在這樣的三相整流器系統(tǒng)500中，三個(gè)子模塊504的所有的第二諧波(即，低頻)電流分量的總和是零，因此電池510將不會(huì)經(jīng)歷任何低頻電流紋波。

圖6圖示形成系統(tǒng)600的計(jì)算組件的示例框圖，該系統(tǒng)600可以被配置為實(shí)現(xiàn)本文公開的一個(gè)或多個(gè)方面。例如，系統(tǒng)600可通信地耦合到整流器系統(tǒng)并且被配置為按照上面所描述的對整流器系統(tǒng)進(jìn)行操作并且執(zhí)行以上描述的實(shí)施例中的控制器功能。

系統(tǒng)600可以包括，例如，通用計(jì)算平臺，諸如基于英特爾奔騰類型的處理器、摩托羅拉的PowerPC、Sun公司的UltraSPARC、德州儀器-DSP、惠普公司的PA-RISC處理器或任何其它類型的處理器的那些計(jì)算平臺。系統(tǒng)600可以包括專門編程的專用硬件，例如，專用集成電路(ASIC)。本公開的各個(gè)方面可被實(shí)現(xiàn)為在諸如圖6所示的系統(tǒng)600上執(zhí)行的專用軟件。

系統(tǒng)600可以包括處理器/ASIC606，其被連接到諸如磁盤驅(qū)動(dòng)器、存儲器、閃存或存儲數(shù)據(jù)的其它設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)存設(shè)備610。內(nèi)存610可以用于存儲系統(tǒng)600的操作期間的程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)600的組件可以由互連機(jī)制608耦合，該互連機(jī)制608可包括一個(gè)或多個(gè)總線(例如，在集成于同一機(jī)器內(nèi)的組件之間)和/或網(wǎng)絡(luò)(例如，在存在于單獨(dú)的機(jī)器上的組件之間)?；ミB機(jī)制608使通信(例如，數(shù)據(jù)、指令)能夠在系統(tǒng)600的組件之間交換。

系統(tǒng)600還包括一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備604，該輸入設(shè)備604可包括例如，鍵盤或觸摸屏。系統(tǒng)600包括一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備602，該輸出設(shè)備可包括例如，顯示器。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)600可包含可將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)600連接至通信網(wǎng)絡(luò)、附加到互連機(jī)制608或作為互連機(jī)制608的替代的一個(gè)或多個(gè)接口(未示出)。

系統(tǒng)600可以包括存儲系統(tǒng)612，該存儲系統(tǒng)612可包括計(jì)算機(jī)可讀和/或可寫非易失性介質(zhì)，在該介質(zhì)中，可以存儲信號以提供要被處理器執(zhí)行的程序或者提供介質(zhì)上存儲或在介質(zhì)中存儲的要被程序處理的信息。例如，該介質(zhì)可以是磁盤或閃存，并且在一些示例中，該介質(zhì)可以包括RAM或諸如EEPROM的其他非易失性存儲器。在一些實(shí)施例中，處理器可以促使數(shù)據(jù)從非易失性介質(zhì)中讀取到另一個(gè)內(nèi)存610中，該內(nèi)存610比該介質(zhì)允許處理器/ASIC對信息的更快的訪問。這種內(nèi)存610可以是諸如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)或靜態(tài)存儲器(SRAM)的易失性隨機(jī)存取存儲器。它可以定位在存儲系統(tǒng)612中或在內(nèi)存系統(tǒng)610中。處理器606可以操作集成電路內(nèi)存610內(nèi)的數(shù)據(jù)，并且然后在完成處理后，將該數(shù)據(jù)復(fù)制到存儲器612。已知用于管理存儲器612和集成電路內(nèi)存元件610之間的數(shù)據(jù)移動(dòng)的各種機(jī)制，并且本公開不限于此。本公開不限于特定的內(nèi)存系統(tǒng)610或存儲系統(tǒng)612。

系統(tǒng)600可包括通用計(jì)算機(jī)平臺，該通用計(jì)算機(jī)平臺可使用高級計(jì)算機(jī)編程語言編程。系統(tǒng)600還可以使用專門編程的專用硬件(例如，ASIC)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)600可以包括處理器606，該處理器606可以是可商購獲得的處理器，諸如熟知的可從Intel Corporation獲得的Pentium類型處理器。許多其他的處理器是可用的。處理器606可以執(zhí)行操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)可以是例如，可從微軟公司獲得的Windows操作系統(tǒng)、可從Apple計(jì)算機(jī)獲得的MACOS系統(tǒng)X、可從Sun微系統(tǒng)獲得的Solaris操作系統(tǒng)或可從各種來源獲得的UNIX和/或LINUX?？梢允褂迷S多其他的操作系統(tǒng)。

處理器和操作系統(tǒng)一起可以形成計(jì)算機(jī)平臺，使用高級編程語言的應(yīng)用程序可以被編寫。應(yīng)該理解到，本公開不限于特定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺、處理器、操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。此外，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明顯的是，本公開不被限于特定的編程語言或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。另外，應(yīng)該認(rèn)識到，還可以使用其他適當(dāng)?shù)木幊陶Z言和其他適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)系統(tǒng)。

如上所述，諧振轉(zhuǎn)換器204是與升壓轉(zhuǎn)換器208一起使用的；然而，在其他實(shí)施例中，諧振轉(zhuǎn)換器204可以與其他類型的轉(zhuǎn)換器一起使用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

另外，如上所述，利用多個(gè)控制器來操作系統(tǒng)；然而，在其他實(shí)施例中，單個(gè)控制器可以被配置為操作整個(gè)系統(tǒng)。

如上所述，輸入濾波器302耦合在整流器202和轉(zhuǎn)換器204之間；然而，在其他實(shí)施例中，輸入濾波器302耦合在輸入端201和整流器202之間。

如上所述，諧振轉(zhuǎn)換器204是全橋轉(zhuǎn)換器；然而，在其他實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器204可以是半橋轉(zhuǎn)換器或一些其他類型的轉(zhuǎn)換器。

如上所述，轉(zhuǎn)換器208包括單個(gè)開關(guān)318；然而，在其他實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器208可包括任何數(shù)量的開關(guān)。

如上所述的這樣的系統(tǒng)可以在UPS、HVDC數(shù)據(jù)中心、電信系統(tǒng)或利用整流的任何其它類型的系統(tǒng)中使用。

如本文描述的，提供了隔離且高度可靠的PFC整流器系統(tǒng)，該P(yáng)FC整流器系統(tǒng)解決與諸如電解電容器的大型大容量電容器的使用有關(guān)的上述問題。通過利用內(nèi)部整流的AC總線而不是內(nèi)部DC總線，對諸如電解電容器的大型大容量電容器的需要可被消除。

在這樣描述了至少一個(gè)實(shí)施例的幾個(gè)方面后，應(yīng)認(rèn)識到，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易想到各種變更、修改和提高。這種變更、修改和提高旨在是本公開的一部分，且旨在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，前文的描述和附圖僅僅是示例性的。