專利名稱：綠色功率變換器的制作方法
綠色功率變換器本發(fā)明涉及一種功率變換器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)功率變換采用脈寬調(diào)制PWM技術(shù)，電路復雜，調(diào)整困難，所有功率器件都工作 在高頻范圍，產(chǎn)生強烈的EMI干擾，使得電網(wǎng)輸出的正弦波電壓嚴重畸變，是電力電網(wǎng)的最 大污染源，如果沒有傳統(tǒng)功率變換器，則電力電網(wǎng)世界將是一片藍天，除了用電設(shè)備的投入 或斷開，再也沒有其他污染源。傳統(tǒng)功率變換的全部輸入功率，必須經(jīng)過功率變換才能成為輸出功率，所有變換 的功率必須通過磁芯變壓器，才能到達輸出端；輸入功率進行傳統(tǒng)功率變換，意味著設(shè)備的 成本、體積、重量、功耗的更多投入和付出，變換的功率經(jīng)過磁芯變壓器，意味著電功率的損
^^ ο傳統(tǒng)功率變換器整機效率85%左右，功率因數(shù)PFC60%左右，效率低是進行傳統(tǒng) 功率變換的必然結(jié)果，功率因數(shù)低說明污染的嚴重程度，事實說明，傳統(tǒng)功率變換器功耗 大、效率低、不環(huán)保、不安全。

發(fā)明內(nèi)容
要保證電力電網(wǎng)免受污染，就不能進行傳統(tǒng)功率變換，不進行傳統(tǒng)功率變換，就沒 有電腦，沒有電視，甚至也沒有路燈，則我們的世界將會變得灰暗。現(xiàn)代社會文明進步，多姿 多彩，不進行功率變換，是不可能的，于是，我們犧牲電力電網(wǎng)世界的一片藍天，來換取現(xiàn)代 社會的多姿多彩。本發(fā)明的目的是既要保持現(xiàn)代社會的文明進步和多姿多彩，又要還電 力電網(wǎng)世界的一片藍天，即既要進行功率變換，又不對電力電網(wǎng)產(chǎn)生污染，而變換效率可達 98%以上。本發(fā)明由三種基本電路SBP-A、SBP-B, SBP-C組成，三種基本電路都由對稱基元 SBP (Symmetry BasicPrimitive)組成，三種基本電路結(jié)合幅高調(diào)制 AHM(Amplitude High Modulate)和動態(tài)整流DR(Dynamicrectification)，可以獨立或相互配合完成已知的和潛 在的各種功率變換。本發(fā)明免除了傳統(tǒng)功率變換器中的脈寬調(diào)制PWM技術(shù)，主電路無高頻工作的功率 器件，不產(chǎn)生EMI干擾，同時采用了對稱基元SBP、幅高調(diào)制AHM和動態(tài)整流DR技術(shù)，只需把 輸入功率中的很小一部份進行傳統(tǒng)功率變換，就可以獲得全部輸出功率，即輸出功率的絕 大部份既不必進行傳統(tǒng)功率變換，也不必通過磁芯變壓器，輸入的交流電壓不必整流濾波， 無大電感、大電容，因此功率因數(shù)為1，而總諧波畸變THD為零；變壓器付邊采用動態(tài)整流， 可以獲得直流電路，也可以獲得交流電壓，整機的電路復雜性、功率損耗和故障率都大為降 低。本發(fā)明可以取代傳統(tǒng)功率變換器在所有領(lǐng)域的應用，應用范圍僅限于各人的想象 空間和理解能力，其中包括
權(quán)利要求
一種功率變換器，不采用脈寬調(diào)制(PWM)，其特征是整機由三種基本電路(SBP A、SBP B、SBP C)組成，三種基本電路都由對稱基元(SBP)組成，三種基本電路結(jié)合幅高調(diào)制(AHM)和動態(tài)整流(DR)，可以獨立或相互配合完成已知的和潛在的各種功率變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器，其特征是對稱基元(SBP)有兩種電路拓樸1)A型對稱基元(SBPA)的第一場效應管(Ql)是N溝道，第二場效應管(Q2)是P溝道; 第一二極管(Dl)的正極和第二二極管(D2)的負極相連，構(gòu)成端點(A)，第一場效應管(Ql) 的漏極和第一二極管(Dl)的負極相連，其源極接端點(B)，第二場效應管(Q2)的漏極和第 二二極管(D2)的正極相連，其源極接端點(B)，第一場效應管(Ql)的柵極接第一驅(qū)動信號 (Vl)的正極，第一驅(qū)動信號(Vl)的負極接端點(B)，第二場效應管(Q2)的柵極接第二驅(qū)動 信號(V2)的負極，第二驅(qū)動信號(V2)的正極接端點(B)；2)B型對稱基元(SBPB)的第一場效應管(Ql)是N溝道，第二場效應管(Q2)是P溝道， 第一場效應管(Ql)的漏極是端點(A)，第二場效應管(Q2)的源極是端點(B)，第一場效應 管(Ql)的源極接第二場效應管(Q2)的漏極，第一場效應管(Ql)的柵極接第二場效應管 (Q2)的柵極，同時接驅(qū)動電壓(V)的正極，驅(qū)動電壓(V)的負極接端點(B)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器，其特征是1)A型基本電路(SBP-A)由對稱基元(SBP)和電阻(Rl)組成，對稱基元(SBP)的端點 (A)接輸入電壓(Vin)的火線，電阻(Rl)接在輸入電壓(Vin)的零線和對稱基元(SBP)的 端點(B)之間，對稱基元(SBP)的端點(B)就是第一種基本電路(SBP-A)的輸出端；在對稱 基元(SBP)的端點⑶和地之間還可以接升壓電容網(wǎng)絡(UPnet)和降壓電容網(wǎng)絡(DNnet)， 取代電阻(Rl)；2)B型基本電路(SBP-B)由對稱基元(SBP)和變壓器(TXl)等組成，對稱基元(SBP) 的端點(A)接變壓器(TXl)初級的異名端，其同名端接輸入電壓(Vin)的正極或火線，對稱 基元(SBP)的端點(B)接輸入電壓(Vin)的負極或零線，在變壓器的付邊接動態(tài)整流電路 (Rect)；3)C型基本電路(SBP-C)由對稱基元(SBP)、電阻(Rl)和變壓器(TXl)等組成，對稱基 元(SBP)的端點(A)接變壓器(TXl)初級的異名端，其同名端接輸入電壓(Vin)的正極或 火線，對稱基元(SBP)的端點⑶接電阻(R2)的一端，輸入電壓(Vin)的負極或零線接電 阻(R2)的另一端，對稱基元(SBP)的端點(B)就是第三種基本電路(SBP-C)的輸出端；在 變壓器(TXl)的付邊接動態(tài)整流電路(Rect)，在對稱基元(SBP)的端點(B)和地之間還可 以接升壓電容網(wǎng)絡(UPnet)和降壓電容網(wǎng)絡(DNnet)，取代電阻(R2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率變換器，其特征是第一、第二驅(qū)動信號(V1、V2)由高頻 驅(qū)動信號發(fā)生器(VDrvh)和同步驅(qū)動信號發(fā)生器(VDrvs)產(chǎn)生的1)高頻驅(qū)動信號發(fā)生器(VDrvh)由集成電路NE555和信號變換電路(SPrs)組成，第 三、第四直流電源(V3、V4)串聯(lián)，中間接地，第三直流電壓(V3)的負極接NE555的腳(GND)、 第一、第二電容(C1、C2)的一端，第四直流電壓(V4)的正極接NE555的腳(Vcc、Reset)、第 七電阻(R7)的一端，第一電容(Cl)的另一端接NE555的腳(Thresh)，第二電容(C2)的另 一端接NE555的腳(Cntrl)，第七電阻的另一端接NE555的腳(Dis)，第一二極管(Dl)的正 極接NE555的腳(Dis)，其負極接NE555的腳(Trig)，第二二極管(D2)和第六電阻(R6)串 聯(lián)，第二二極管(D2)的正極接NE555的腳(Thresh)，第六二極管(D6)的另一端接NE555的腳(Dis),NE555的腳(Out)通過第三電阻(R3)接信號變換電路(SPrs)的端點(IN)，信號 變換電路(SPrs)的端點(GND)接地；2)同步驅(qū)動信號發(fā)生器(VDrvs)由集成電路LM339和信號變換電路(SPrs)組成，第 四、第五直流電源(V4、V5)串聯(lián)，中間接地，第四直流電壓(V4)的負極接LM339的電源腳 (_)，第五直流電壓(V5)的正極接LM339的電源腳(+)和第八電阻(R8)的一端，第八電阻 (R8)的另一端接LM339的輸出端點(Ge)，第三電源(V3)的負極和第六電阻(R6)的一端 接地，第六電阻(R6)的另一端接LM339的同相輸入腳(+)，第三電源(V3)的正極通過第七 電阻(R7)接LM339的同相輸入腳(+)，LM339的反相輸入腳(_)接地，LM339的輸出端點 (Ge)通過第三電阻(R3)接信號變換電路(SPrs)的端點(IN)，信號變換電路(SPrs)的端 點(GND)接地；3)信號變換電路(SPrs)由第一、第二光耦(U1、U2)等組成，第一光耦(Ul)的二極管部 份的陰極接輸入端點(IN)，其陽極接端點(GND)，第一光耦(Ul)的三極管部份的發(fā)射極通 過第一電阻接第二電源(V2)的負極，同時接第二三極管(Q2)的集電極，第一光耦(Ul)的 三極管部份的集電極接第一電源(Vl)的正極，同時接第一三極管(Ql)的集電極，第一、第 二三極管(Q1、Q2)的發(fā)射極接在一起構(gòu)成輸出端點(Gb)，同時通過第二電阻(R2)接端點 (GND)；第二光耦(U2)的二極管部份的陽極接輸入端點(IN)，其陰極接端點(GND)，第二光 耦(U2)的三極管部份的發(fā)射極通過第四電阻接第二電源(V2)的負極，同時接第四三極管 (Q4)的集電極，第二光耦(U2)的三極管部份的集電極接第一電源(Vl)的正極，同時接第 三三極管(Q3)的集電極，第三、第四三極管(Q3、Q4)的發(fā)射極接在一起構(gòu)成輸出端點(Ga)， 同時通過第五電阻(R5)接端點(GND)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器，其特征是動態(tài)整流(DR)有四種電路拓樸1)A型動態(tài)整流電路(RectA)由A型對稱基元(SBPA)和兩個電阻構(gòu)成，A型對稱基元 (SBPA)的兩個場效應管(Ql、Q2)的源極分開，第一場效應管(Ql)的源極接第一電阻(Rl) 的一端，構(gòu)成輸出端點(P+)，第二場效應管(Q2)的源極接第二電阻(R2)的一端，構(gòu)成輸出 端點(N-)，第一、第二電阻(R1、R2)的另一端接輸出端點(N)，A型對稱基元(SBPA)的端點 (A)構(gòu)成輸入端點(L)；2)B型動態(tài)整流電路(RectB)由A型對稱基元(SBPA)和一個電阻構(gòu)成，電阻(Rl)的 一端接A型對稱基元(SBPA)的端點(A)，構(gòu)成輸出端點(P+)，其另一端構(gòu)成輸出端點(N-) 和輸入端點(N)，A型對稱基元(SBPA)端點㈧構(gòu)成輸入端點(L)；3)C型動態(tài)整流電路(RectC)由兩個B型對稱基元(SBPB)和兩個電阻構(gòu)成，兩個B型 對稱基元(SBPB)的端點(A)接在一起構(gòu)成輸入端點(L)，第一 B型對稱基元(SBPBl)的端 點⑶接第一電阻(Rl)的一端，構(gòu)成輸出端點(P+)，第二B型對稱基元(SBPB2)的端點⑶ 接第二電阻(R2)的一端，構(gòu)成輸出端點(N-)，第一、第二電阻(R1、R2)的另一端構(gòu)成輸入 端點(N)；4)D型動態(tài)整流電路(RectD)由四個B型對稱基元(SBPB)組成，第一B型對稱基元 (SBPBl)和第三B型對稱基元(SBPB3)的端點㈧接在一起，構(gòu)成輸出端點(P+)，第二 B型 對稱基元(SBPB2)和第四B型對稱基元(SBPB4)的端點(B)接在一起，構(gòu)成輸出端點(N-)， 第一 B型對稱基元(SBPBl)的端點⑶和第四B型對稱基元(SBPB4)的端點㈧接在一起， 構(gòu)成輸入端點(L)，第三B型對稱基元(SBPB3)的端點(B)和第二 B型對稱基元(SBPB2)的端點㈧接在一起，構(gòu)成輸入端點(N)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器，其特征是幅高調(diào)制電路(AHM)由30個集成電 路組成1)第三集成電路(U3)的同相端接整流電壓(Vd)，反相端接第三電阻(R3)和第十電阻 (RlO)，輸出端通過第四電阻(R4)接直流電壓(V3)的正極，同時接第四集成電路(U4)的端 點(B)，第三電阻(R3)的另一端接第三電壓(V3)的正極，第十電阻(RlO)的另一端接地，第 四電容(C4)也經(jīng)三電壓(V3)并聯(lián)，交流檢測電壓(Vl)的火線接第一二極管(Dl)的陽極 和第三二極管(D3)的陰極，其零線接第二二極管(D2)的陽極和第四二極管(D4)的陰極， 第一、第二二極管(D1、D2)的陰極同時接第二電阻(R2)的一端，第三、第四二極管(D3、D4) 同時接第十一電阻(Rll)的一端，第二、第十一電阻(R2、R11)同時接第三集成電路(U3)的 端點⑶；第四集成電路(U4)的端點㈧通過第十二電阻(R12)接地，端點(RST)通過第 五電阻(R5)接直流電壓(V3)的正極，端點(CRext)通過第一電容(Cl)接端點(Cext)，通 過第一電阻接第三電壓(V3)的正極，端點(QP)接第五、第九集成電路(U5、U9)的一端；2)第十二集成電路(U12)的同相端接整流電壓(Vd)，反相端接第二電壓(V2)的正極， 輸出端通過第二十電阻(R20)接第三電壓(V3)的正極，同時接第十三集成電路(U13)的 端點(B)；第十三集成電路(U13)的端點(A)通過第二十六電阻(R26)接地，端點(RST)通 過第二十一電阻(R21)接第三電壓(V3)的正極，端點(CRext)通過第二電容(C2)接端點 (Cext)，通過第十七電阻(R17)接第三電壓(V3)的正極，端點(QP)接第五集成電路的另一 端，同時接第二十九集成電路(U29)的輸出端；3)第十九集成電路(U19)的同相端接整流電壓(Vd)，反相端接第二十九電壓(V29)的 正極，輸出端通過第二十電阻(R20)接第三電壓(V3)的正極，同時接第十三集成電路(U13) 的端點⑶；第十三集成電路(U13)的端點㈧通過第二十六電阻(R26)接地，端點(RST) 通過第二十一電阻(R21)接第三電壓(V3)的正極，端點(CRext)通過第二電容(C2)接端 點(Cext)，通過第十七電阻(R17)接直流電壓(V3)的正極，端點(QP)接第五集成電路的另 一個輸入端，同時接第二十九集成電路(U29)的輸出端；4)第二十七集成電路(U27)的同相端同時接第四十七、第五十六電阻(R47、R56)的一 端，，反相端同時接第四十八、第五十五電阻(R48、R55)的一端，輸出端通過第四十九電阻 (R49)接第三電壓(V3)的正極，同時接第二十八集成電路(U28)的端點(B)，第四十七、第 四十八電阻的另一端接第三電壓(V3)的正極，第五十五、第五十六電阻(R55、R56)的另一 端接地，第六電容(C6)和第五十六電阻(R56)并聯(lián)；第二十八集成電路(U28)的端點(A) 通過第五十七電阻(R57)接地，端點(RST)通過第五十電阻(R50)接第三電壓(V3)的正 極，端點(CRext)通過第五電容(C5)接端點(Cext)，通過第四十六電阻(R46)接直流電壓 (V3)的正極，端點(QP)同時第十六集成電路(U16)的端點(E1、E2)和第二十九、第三十集 成電路(U29、U30)的輸入端點，端點(QN)接第六集成電路(U6)的端點(Rst)；5)第六集成電路(U6)的端點(UP)接第五集成電路(U5)的輸出端點，端點(Down)接 第九集成電路(U9)的輸出端點，端點(PL、DO、DU D2)通過第四十三電阻(R43)接第三電 壓(V3)的正極，端點(D3)接地，端點Q0、Q1、Q2、Q3)接第十六集成電路(U16)的端點(AO、 A1、A2、A3)；6)第一、第七、第十、第十四、第十七、第二十一、第二十三、第二十五、第二、第八、第i^一、第十五、第十八、第二十二、第十十四、第二十六集成電路(U1、U7、U10、U14、U17、U21、 U23、U25、U2、U8、U11、U15、U18、U22、U24、26)的時鐘輸入端分別接第十六集成電路(U16)的 數(shù)據(jù)輸出端(Q0-Q15)，端點(SET)通過第四十三電阻(R43)接地，端點(RST)接第十十九、 第三十集成電路(U29、U30)的輸出端，數(shù)據(jù)輸入端點(D)接第十三集成電路(U13)的輸出 端點(QP)，輸出端點(Q)分別通過第八、第十五、第二十二、第二十七、第三十二、第三十八、 第四十四、第五十三、第九、第十六、第二十三、第二十八、第三十三、第三十九、第四十五、第 五十四電阻(R8、R15、R22、R27、R32、R38、R44、R53、R9、R16、R23、R28、R33、R39、R45、R54) 接第一到第十六開關(guān)(S1-S16)的正輸入端，第一到第十六開關(guān)(S1-S16)的負輸入端接 地，第六、第七、第十三、第十四、第十八、第十九、第二十四、第二十五、第二十九、第三十、第 三十六、第三十七、第四i^一、第四十二、第五i^一、第五十二電阻(R6、R7、R13、R14、R18、 R19、R24、R25、R29、R30、R36、R37、R41、R42、R51、R52)分別與第一到第十六開關(guān)(S1-S16) 并聯(lián)，然后依次串聯(lián)，始端第六電阻(R6)的另一端接第五電壓(V5)的正極，末端第五十二 電阻(R52)的另一端接第五十八電阻(R58)的一端，第五十八電阻(R58)的另一端第五電 壓(V5)的負極，同時接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率變換器，其特征是升壓電容網(wǎng)絡(UPnet)和降壓電容 網(wǎng)絡(DNnet)由N階電容網(wǎng)絡組成，每階都有左右兩臂1)升壓電容網(wǎng)絡(UPNet)的左臂第一二極管(Dl)的陰極接第一電容(Cl)的一端， 形成本階的起點(Beginl)，第一電容(Cl)的另一端接第三二極管(D3)的陽極和第二場效 應管(Q2)的漏極，第二場效應管的源極形成本階的終點(Endl)，第一二極管的陽極接輸入 電源正極，第三二極管的陰極接輸入電源負極，升壓電容網(wǎng)絡(UPNet)的右臂第二二極管 (D2)的陽極接第二電容(C2)的一端，形成本階的起點(Begin2)，第二電容(C2)的另一端 接第四二極管(D4)的陰極和第一場效應管(Ql)的漏極，第一場效應管(Ql)的源極組成 本階的終點(End2)，第二二極管的陰極接輸入電源負極，第四二極管的陽極接輸入電源正 極；2)降壓電容網(wǎng)絡(DNnet)的左臂第一二極管(Dl)的陽極接第一電容(Cl)的一端， 形成本階的端點(Beginl)，第一電容(Cl)的另一端接第三二極管(D3)的陰極，形成本階 的端點(Endl)，第一二極管的陰極接輸出電壓的正極，第三二極管的陽極接輸出電壓的負 極，降壓電容網(wǎng)絡(DNnet)的右臂第二二極管(D2)的陰極接第二電容(C2)的一端，形成 本階的端點(Begin2)，第二電容(C2)的另一端接第四二極管(D4)的陰極，形成本階的端 點(End2)，第二二極管的陽極接輸出電壓的負極，第四二極管(D4)的陰極接輸出電壓的正 極；上一階的端點(End)接下一階的端點(Begin)，形成多階升壓電容網(wǎng)絡和多階降壓電容 網(wǎng)絡；包絡為正弦波的方波驅(qū)動信號(VEnvl)。
全文摘要
綠色功率變換器免除了傳統(tǒng)功率變換器中的脈寬調(diào)制PWM技術(shù)，無高頻工作的功率器件，不產(chǎn)生EMI干擾，同時采用了對稱基元SBP(Symmetry Basic Primitive)、幅高調(diào)制AHM(Amplitude High Modulate)和動態(tài)整流DR(Dynamic rectification)技術(shù)，只需把輸入功率中的很小一部份進行傳統(tǒng)功率變換，就可以獲得全部輸出功率，即輸出功率的絕大部份既不必進行傳統(tǒng)功率變換，也不必通過磁芯變壓器，輸入的交流電壓不必整流濾波，無大電感、大電容，因此功率因數(shù)為1，而總諧波畸變THD為零；變壓器付邊采用動態(tài)整流，可以獲得直流電路，也可以獲得交流電壓，整機的電路復雜性、功率損耗和故障率都大為降低，可以取代傳統(tǒng)功率變換器在所有領(lǐng)域的應用。
文檔編號H02M5/22GK101944853SQ20101013019
公開日2011年1月12日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者郁百超 申請人:郁百超