專利名稱：一種電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常情況下，使用通訊電源模塊將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓給通訊設(shè)備和電池供電?，F(xiàn)代通訊電源大多為開關(guān)模式功率電源(switched mode powersupply，簡稱SMPS)，采用脈寬調(diào)制，控制輸出電壓、輸出電流和輸入電流，一般情況下，開關(guān)電源的拓撲結(jié)構(gòu)包括以下組成部分1)輸入濾波器提供滿足EMI、諧波電流要求的輸入電流。2)輸入電流整形電路大多采用boost功率因數(shù)校正電路(Power FactorCorrection,簡稱PFC)，將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為高壓DC電壓，同時控制輸入電流為正弦電流。3) D⑶C轉(zhuǎn)換電路將高壓DC電壓通過變壓器隔離和輸出整流，轉(zhuǎn)換為低壓DC電壓。4)輸出濾波器對具有高頻紋波的低壓DC電壓濾波，減小輸出電壓紋波和滿足輸出 EMI。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中使用的單相開關(guān)電源示意圖。單相交流輸入至濾波器，再經(jīng)橋式整流器和PFC處理后變?yōu)楦邏褐绷?HV DC)，再經(jīng)DC-DC處理和二極管整流器和濾波器后輸出DC直流。但是這種傳統(tǒng)的開關(guān)電源效率(輸出功率除以輸入功率的百分比)僅達到92%左右。圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中使用的另一單相開關(guān)電源示意圖。其拓撲結(jié)構(gòu)使用無橋的 PFC替代圖1中的傳統(tǒng)的橋式整流，輸出同步整流替代二極管整流。單相交流輸入至濾波器，經(jīng)PFC處理后變?yōu)楦邏褐绷?HV DC)，再經(jīng)DC-DC處理和MOSFET整流和濾波后輸出DC直流。對于圖2所示的拓撲結(jié)構(gòu)，假設(shè)PFC和DC-DC的開關(guān)周期相同，功率電流將流過 PFC 二極管一次，PFC開關(guān)管一次，DC-DC開關(guān)管一次，且PFC開關(guān)管為硬開關(guān)，只有DC-DC 開關(guān)管為軟開關(guān)，并且各開關(guān)一次。根據(jù)已公開的專利申請?zhí)枮镻CT/N02008/00303的專利申請可知，該拓撲的開關(guān)電源效率當前公認的最高僅能達到96. 5%。對于三相電壓輸入電源系統(tǒng)，從已公開發(fā)布的各種文獻，大概可以分為如下幾類1)、三個單相模塊組合構(gòu)成三相輸入電源系統(tǒng)，需要4根線來實現(xiàn)3相交流輸入， 因此需要額外設(shè)計出另一根線，也就是說，需要使用較多的器件。根據(jù)圖2相同的設(shè)計原則并選用跟功率成比例的器件容量，其最高效率必將小于等于96. 5%。2)、基于Vienna PFC的三相輸入電源系統(tǒng)，如圖3所示，Vienna PFC將AC轉(zhuǎn)換為高壓DC后，再采用圖2相同的DC-DC拓撲或者三電平DC-DC拓撲。Vienna PFC將經(jīng)濾波的三相AC輸入轉(zhuǎn)換為高壓DC (800V)后，經(jīng)儲能電容以及三電平LLC將800V高壓轉(zhuǎn)換為800V方波，再通過電感和諧振電容送入濾波器進行濾波，輸出例如負48V直流。其中虛線橢圓框中的開關(guān)器件由兩個MOS管來實現(xiàn)。從圖3可以看出，分解到單相，其功率電流流過功率二極管和MOSFET以及一個開關(guān)周期功率管的開關(guān)數(shù)量跟圖2是相同的，且也只有DC-DC的開關(guān)管才能實現(xiàn)零電壓開關(guān) (Zero Voltage Switch，簡稱ZVS)，故根據(jù)圖2相同的設(shè)計原則和選用跟功率成比例的功率器件，其效率將跟圖2相當。該拓撲結(jié)構(gòu)的三電平800V母線高壓使得器件的選擇有相當?shù)碾y度，需要后級電路具備高耐壓性能，也導(dǎo)致了器件的導(dǎo)通壓降以及導(dǎo)通電阻過大，使器件成本升高，效率降低。3)、三相單級移相全橋拓撲，如圖4所示。經(jīng)濾波的三相AC輸入送入6個開關(guān)器件(這里例如采用12個MOS管來實現(xiàn)，每一開關(guān)器件包括2個MOS管)進行高頻化處理之后形成電壓方波、電流方波，再送入變壓器以及濾波器進行處理，輸出DC直流。相對于圖3所示的拓撲來說，無需使用6個二極管、儲能電容、諧振電容，成本相對較低。該拓撲重載能實現(xiàn)開關(guān)管的ZVS，但是在權(quán)衡占空比損失條件下，輕載開關(guān)管不能實現(xiàn)ZVS，其實現(xiàn)ZVS原理類似移相全橋拓撲，但是由于其輸出濾波對比本文發(fā)明需要輸出差模濾波電感，以及輸出整流MOSFET不能實現(xiàn)零電流開關(guān)Gero Current Switch，簡稱ZCS)，且不能選用兩倍輸出電壓等級的M0SFET，需要更高電壓等級的 MOSFET 管。上述三相電壓輸入電源系統(tǒng)的詳細內(nèi)容可參考以下兩個專利申請?zhí)柗謩e為 US5329439,200780029801. 9 的專利申請。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述功率損耗大、效率低的缺陷， 提供一種高效率低損耗的電源系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種電源系統(tǒng)，包括濾波器，連接輸入的多相交流電源輸入；開關(guān)矩陣，連接經(jīng)所述濾波器濾波處理后的多相交流電源輸入，所述開關(guān)矩陣包括多個雙向開關(guān)組件，用于對多相交流電源輸入進行高頻化處理并輸出DC電壓，實現(xiàn)ZVS ；諧振網(wǎng)絡(luò)，連接所述開關(guān)矩陣，用于實現(xiàn)諧振并控制輸出電流為正弦電流；整流器，連接所述諧振網(wǎng)絡(luò)，用于對諧振網(wǎng)絡(luò)輸出的正弦電流進行整流和濾波，輸出直流，實現(xiàn)ZCS。在本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)中，所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括變壓器，所述整流器包括整流開關(guān)和濾波電路；所述整流開關(guān)一端接所述變壓器的副邊繞組，另一端接所述濾波電路。在本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)中，所述多相交流電源為三相；所述開關(guān)矩陣包括6個雙向開關(guān)組件，其中3個雙向開關(guān)組件一端分別連接所述三相交流電源輸入，另一端交匯于點P ；另外3個雙向開關(guān)組件一端分別連接所述三相交流電源輸入，另一端交匯于點η。在本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)中，其中所述雙向開關(guān)組件包括以下之一或者組合 MOSFET 管、JFET、IGBT、二極管。
在本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)中，所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括電容、電感、變壓器；電感一端接于點P，電容一端接于點n，電感的另一端和電容的另一端接變壓器的原邊繞組。在本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)中，所述諧振網(wǎng)絡(luò)至少包括變壓器、電容；電容的一端接于點n，電容的另一端接變壓器的原邊繞組的一端，變壓器的原邊繞組的另一端接點P。在本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)中，所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括電容、第一電感、第二電感、變壓器；電容一端接點n，另一端接第二電感一端；第二電感另一端接第一電感一端，第一電感另一端接點ρ ；變壓器的原邊繞組跨接于第二電感兩端。在本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)中，所述濾波電路包括濾波電容，所述濾波電容連接于所述變壓器副邊繞組的一端與中心抽頭之間。在本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)中，所述濾波電路包括跨接在所述變壓器副邊繞組兩端且串聯(lián)連接的第一濾波電容和第二濾波電容，所述第一濾波電容和所述第二濾波電容的節(jié)點連接至所述變壓器副邊繞組的中心抽頭。在本發(fā)明所述的電源系統(tǒng)中，所述整流開關(guān)包括以下任一種=MOSFET管、二極管、 全波整流器、全橋整流器。本發(fā)明的有益效果是，電源系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)至少2相AC電源輸入轉(zhuǎn)換為直流。電源系統(tǒng)中的所有開關(guān)矩陣能夠?qū)崿F(xiàn)ZVS，諧振網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)諧振。整流器中的同步整流開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)ZCS。由于整流器中沒有濾波電感，故同步整流開關(guān)應(yīng)力可以選擇兩倍輸出電壓應(yīng)力開關(guān)。ZVS和ZCS提高了效率，而且很大程度上減少了開關(guān)過程的損耗。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中使用的單相開關(guān)電源示意圖；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中使用的另一單相開關(guān)電源示意圖；圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)中基于Vienna PFC的三相輸入電源系統(tǒng)示意圖；圖4示出了現(xiàn)有技術(shù)中三相單級移相全橋拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明一實施例的多相AC-DC電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)示意圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)相電壓輸入波形圖；圖8是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)線電壓輸入波形圖；圖9是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)的在一個總開關(guān)周期內(nèi)p、n兩點間的電壓差Vpn對時間變化示意圖；圖10是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t0_tl時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖；圖11是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在tl_t2時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖；圖12是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t2_t3時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖13是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t3_t4時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖；圖14是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t5_t6時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖；圖15是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t6_t7時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖；圖16是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t7_t8時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖；圖17是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)的變壓器副邊同步整流電流波形、諧振電感Lr電流波形、Vpn波形和諧振電容Cr電壓。圖18是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t2_t3時刻死區(qū)時間原邊開關(guān)ZVS以及副邊開關(guān)ZCS過程示意圖；圖19是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t4_t5時刻死區(qū)時間原邊開關(guān)ZVS以及副邊開關(guān)ZCS過程示意圖；圖20是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t6_t7時刻死區(qū)時間原邊開關(guān)ZVS以及副邊開關(guān)ZCS過程示意圖；圖21是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的開關(guān)矩陣拓撲示意圖；圖22是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的諧振網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖；圖23是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的諧振網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖；圖M是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的諧振網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖；圖25是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的整流器拓撲示意圖；圖沈是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的整流器拓撲示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖5是依據(jù)本發(fā)明一實施例的多相AC-DC電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。多相AC-DC電源系統(tǒng)包括濾波器501、開關(guān)矩陣502、諧振網(wǎng)絡(luò)503和整流器504。濾波器501連接至多相交流電源輸入。開關(guān)矩陣502，連接經(jīng)所述濾波器501濾波處理后的多相交流電源輸入，所述開關(guān)矩陣502包括多個雙向開關(guān)組件，用于對多相交流電源輸入進行處理并輸出DC電壓， 實現(xiàn)ZVS。諧振網(wǎng)絡(luò)503，連接所述開關(guān)矩陣502，用于實現(xiàn)諧振并控制輸出電流為正弦電流。整流器504，連接所述諧振網(wǎng)絡(luò)503，用于對諧振網(wǎng)絡(luò)輸出的正弦電流進行整流和濾波， 輸出直流，實現(xiàn)ZCS。圖6是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)示意圖。該三相AC-DC電源系統(tǒng)包括濾波器601、開關(guān)矩陣602、諧振網(wǎng)絡(luò)603、整流器604。其中所示的電阻R為負載。應(yīng)注意的是，圖6中的諧振網(wǎng)絡(luò)603、整流器604并不限于三相AC電源系統(tǒng)，也可以是2相或者更多相的電源系統(tǒng)。開關(guān)矩陣602包括6個雙向開關(guān)(al、a2、bl、b2、cl、c2)，其中3個開關(guān)(al、bl、Cl) 一端分別接于三相交流電源輸入的三相，另外一端匯總于點P。另外3個開關(guān)(a2、b2、 c2) 一端分別接于三相交流電源輸入的三相，另外一端匯總于點η。其中所述的6個雙向開關(guān)中的每一個例如由2個MOSFET管組成，即6個雙向開關(guān)共有12個MOSFET管組成。當然也可以由12個JFET并聯(lián)二極管組成，也可以是IGBT，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)雙向開關(guān)的功率管、 二極管或者其他功率管組合均可使用。開關(guān)矩陣的12個開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)ZVS。
諧振網(wǎng)絡(luò)603包括諧振電感Lr、諧振電容Cr、變壓器Τ，諧振電感Lr 一端接于ρ點， 諧振電容Cr 一端接于η點，諧振電感Lr的另一端和諧振電容Cr的另一端接變壓器T的原邊繞組。Lr、Cr、T構(gòu)成諧振網(wǎng)絡(luò)603實現(xiàn)諧振。 應(yīng)當理解的是，上述諧振網(wǎng)絡(luò)603中變壓器T原邊繞組、電容Cr、電感Lr三者的連接順序并不限于上述方式，只要串聯(lián)即可。另外，其中電感還可能集成到變壓器中，這樣只出現(xiàn)電容和變壓器實體器件，或者變壓器中的勵磁電感獨立出來并聯(lián)于變壓器原邊繞組。 后續(xù)將要介紹一些諧振網(wǎng)絡(luò)的變形結(jié)構(gòu)。諧振網(wǎng)絡(luò)包括LC諧振、串聯(lián)諧振SRC、并聯(lián)諧振 PRC、LLC諧振、LCC諧振等等，此處僅為示例，本發(fā)明并不限于此。整流器604包括整流開關(guān)Ssl和Ss2 (例如但不限于同步整流開關(guān)Ssl和和濾波電路。這里的濾波電路例如采用電容Co，Ssl和&2串聯(lián)連接于變壓器副邊繞組的兩端，Ssl和Ss2的節(jié)點連接于電容Co的一端，電容Co的另一端連接于變壓器副邊繞組的中心抽頭，如圖6所示。副邊同步整流開關(guān)&1、Ss2能夠?qū)崿F(xiàn)ZCS。這里的Ssl和Ss2可選用例如但不限于MOSFET管。這里的整流開關(guān)除了選用MOSFET組成的同步整流開關(guān)外，也可以是整流二極管、全波整流器或全橋整流器。本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下特性l)、al等12個開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)ZVS開關(guān)。2)、Lr、Cr、T構(gòu)成諧振網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)諧振。3)、副邊繞組同步整流開關(guān)&1、Ss2能夠?qū)崿F(xiàn)ZCS。4)、由于同步整流開關(guān)后沒有濾波電感，故同步整流開關(guān)應(yīng)力可以選擇兩邊輸出電壓應(yīng)力開關(guān)。ZVS和ZCS提高了功率效率，而且很大程度上減少了開關(guān)過程的損耗。下面介紹本發(fā)明的三相AC-DC電源系統(tǒng)的工作原理。三相AC電源經(jīng)濾波器后送入開關(guān)矩陣，在pn兩點形成方波電壓源，再送入諧振網(wǎng)絡(luò)經(jīng)Lr和Cr濾波以及變壓器T處理后輸出的正弦電流送入整流器504中。開關(guān)過程中諧振電感儲能與開關(guān)管輸出電容諧振換能，實現(xiàn)開關(guān)管的ZVS。由于變壓器副邊繞組輸出為正弦電流，使輸出整流器開關(guān)管實現(xiàn)自然換流，即實現(xiàn)ZCS。開關(guān)矩陣的開關(guān)頻率形成的pn 兩點方波頻率近似等同于Lr和Cr組成的諧振網(wǎng)絡(luò)頻率，使諧振網(wǎng)絡(luò)輸入為方波電壓源，輸出為正弦電流，正弦電流經(jīng)變壓器T和整流器經(jīng)過濾波處理后生成直流DC輸出。輸出電壓例如但不限于53. 5V或負48V。三相交流電壓輸入波形如圖7、8所示，圖7為相電壓波形圖，圖8為線電壓波形圖，每相相差為60度，三個相電壓的幅值中有兩個符號相同，另外一個符號不同，如圖7、8 所示的60 120度區(qū)間內(nèi)(虛線框區(qū)域)，Vu > 0，Vv < 0，Vw < 0，在該象限內(nèi)，線電壓uv 和W最大，而且在這60度內(nèi)，其波形基于agl = 90度對稱，故我們先考慮60 90度區(qū)間內(nèi)工作原理，其他區(qū)間類同，在該30度區(qū)間線電壓uv大于線電壓W。其中圖7和圖8的橫軸為相位角度值(agl)，圖7縱軸為三個相電壓值(Vu、Vv, Vw)，圖7縱軸為三個線電壓值(Vuv、Vvw, Vwu)。圖7所示的波形示出了隨著相位值的變化相電壓的變化情況，圖8所示的波形示出了隨著相位值的變化線電壓的變化情況。下面對本發(fā)明的電源系統(tǒng)的工作原理做詳細的分析。圖9是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在一個總開關(guān)周期內(nèi)p、n兩點間的電壓差Vpn對時間變化示意圖。如圖9所示，橫軸為時間t，縱軸為p、n兩點間的電壓差Vpn，開關(guān)矩陣502總的開關(guān)周期為t0-t8，t0_t4時間段為開關(guān)矩陣al、a2、bl、M —個周期Tsl，t4-t8時間段為開關(guān)矩陣al、a2、cl、c2 —個周期Ts2。在tO-tl時刻，為死區(qū)時間，這時al、a2導(dǎo)通，如圖10所示，Vpn等于0。圖9是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在tO-tl時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖(濾波器部分未示出，圖10-15也如此)。三相電源輸入為U、ν、W。圖11是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在tl_t2時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖。tl-t2時刻為傳能階段，al,b2導(dǎo)通，Vpn等于uv的線電壓(Vuv)，Ss2導(dǎo)通。圖12是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t2_t3時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖。t2-t3時刻為死區(qū)時間，bl,b2導(dǎo)通，Vpn等于0。圖13是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t3_t4時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖。t3-t4時刻為傳能階段，a2、bl導(dǎo)通，Vpn等于uv負的線電壓(-Vuv)，Ssl導(dǎo)通。t4-t5時刻為死區(qū)時間，al、a2導(dǎo)通，如圖9所示，Vpn等于0。圖14是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t5_t6時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖。t5-t6時刻為傳能階段，al,c2導(dǎo)通，Vpn等于uw的線電壓(Vuw)，Ss2導(dǎo)通。圖15是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t6_t7時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖。t6-t7時刻為死區(qū)時間，cl、c2導(dǎo)通，Vpn等于0。圖16是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t7_t8時刻開關(guān)狀態(tài)示意圖。t748時刻為傳能階段，a2、cl導(dǎo)通，Vpn等于uw負的線電壓(-Vuw)，Ssl導(dǎo)通。圖17是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)的變壓器副邊同步整流電流波形、諧振電感電流波形、Vpn波形和諧振電容Cr電壓。其中所示四幅圖的橫坐標均為t， 縱坐標從上到下分別為變壓器副邊同步整流電流id_sl和id_s2、諧振電感電流ilr、Vpn、 諧振電容Cr電壓Vcr。圖18是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t2_t3時刻死區(qū)時間變壓器原邊開關(guān)ZVS以及副邊開關(guān)ZCS過程示意圖。其中所示四幅圖的橫坐標均為t，縱坐標從上到下分別為vds_bl (開關(guān)bl漏極D與源極S間的電壓)和vgs_bl (開關(guān)bl門極G和源極S電壓，即開關(guān)驅(qū)動電壓)、Vpn、變壓器副邊同步整流電流id_sl和id_s2。圖18示出了實施例死區(qū)過程開關(guān)如何實現(xiàn)ZVS和ZCS的關(guān)鍵器件波形。圖19是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t4_t5時刻死區(qū)時間原邊開關(guān)ZVS以及副邊開關(guān)ZCS過程示意圖。其中所示四幅圖的橫坐標均為t，縱坐標從上到下分別為vds_al和Vgs_al、Vpn、變壓器副邊同步整流電流id_sl和id_s2。圖19示出了實施例死區(qū)過程開關(guān)如何實現(xiàn)ZVS和ZCS的關(guān)鍵器件波形。圖20是依據(jù)本發(fā)明一實施例的三相AC-DC電源系統(tǒng)在t6_t7時刻死區(qū)時間原邊開關(guān)ZVS以及副邊開關(guān)ZCS過程示意圖。其中所示四幅圖的橫坐標均為t，縱坐標從上到下分別為vds_cl和vgs_cl、Vpn、變壓器副邊同步整流電流id_sl和id_s2。圖21是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的開關(guān)矩陣拓撲示意圖。圖6所示的本發(fā)明的電源系統(tǒng)中的開關(guān)矩陣502可用圖20的拓撲結(jié)構(gòu)替代，當然還可能存在其他類型的拓撲結(jié)構(gòu)， 此處僅為示例，并不作為對本發(fā)明的限制。開關(guān)矩陣可以有不等于三相輸入的類似N相開關(guān)矩陣，N>2。如圖20所示，對于4相(N = 4)開關(guān)矩陣來說，開關(guān)的個數(shù)為8個，其中每個開關(guān)都可由例如但不限于2個MOSFET管組成。開關(guān)的個數(shù)隨著N的增加而增多。圖22-M是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的諧振網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖。圖6所示的本發(fā)明的電源系統(tǒng)中的諧振網(wǎng)絡(luò)603可用圖22-24的拓撲結(jié)構(gòu)替代。圖22示出的諧振網(wǎng)絡(luò)包括第一電感Lr、電容Cr、第二電感Lm、變壓器Τ。ρ點和η點之間連接有依次串聯(lián)的第一電感 Lr、第二電感Lm和電容Cr ；變壓器T的原邊繞組跨接于第二電感Lm兩端。第二電感Lm即勵磁電感，可以集成于變壓器，也可獨立于變壓器外。另外，諧振網(wǎng)絡(luò)中變壓器Τ、第一電感 Lr、電容Cr的連接順序只要串聯(lián)即可，沒有其他特別要求，勵磁電感Lm要并聯(lián)于變壓器原邊繞組。諧振網(wǎng)絡(luò)包括LC諧振、串聯(lián)諧振SRC、并聯(lián)諧振PRC、LLC諧振、LCC諧振等等，此處僅為示例，本發(fā)明并不限于此。圖23示出的諧振網(wǎng)絡(luò)包括電感Lr、電容Cr、電感L2、電容C2、變壓器T。電感L2 與電容C2并聯(lián)，電容C2 —端接于點p，電容C2另一端接于電容Cr 一端，電容Cr另一端接變壓器T原邊繞組一端，電感Lr 一端接點p，電感Lr另一端接變壓器T原邊繞組另一端。 諧振電感Lr、電容Cr形成一組串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，電感L2、電容C2形成一組并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)與并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在一起使用形成兩個諧振頻率點。圖示的連接順序僅為示例，只要保證電感L2、電容C2形成的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)與電感Lr、電容Cr形成的串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)即可。圖M示出的諧振網(wǎng)絡(luò)包括電容Cr、變壓器T。電容Cr的一端接于點n，電容的另一端接變壓器τ的原邊繞組一端，變壓器T的原邊繞組另一端接點P。諧振網(wǎng)絡(luò)輸入一端連接于點P，輸入另一端連接于點n，諧振網(wǎng)絡(luò)輸出連接至整流器。圖示的電容Cr、變壓器T 連接的位置和順序僅為示例，與電容Cr形成諧振的勵磁電感集成到了變壓器中。勵磁電感也可獨立于變壓器外，如圖22所示。諧振網(wǎng)絡(luò)包括LC諧振、串聯(lián)諧振SRC、并聯(lián)諧振PRC、LLC諧振、LCC諧振等等。圖 22-M所示的諧振網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)僅為示例，本發(fā)明并不限于此。圖2546是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的整流器拓撲示意圖。圖5、6所示的本發(fā)明的電源系統(tǒng)中的整流器504、604可用圖25-26的拓撲結(jié)構(gòu)替代。圖25示出的整流器包括二極管Ssl和Ss2和濾波器(一個電容)。Ssl和Ss2接于變壓器副邊繞組和濾波器上。副邊Ssl和Ss2選用二極管。圖沈示出的整流器包括Ssl和同步整流開關(guān))和濾波器 (兩個電容)。Ssl和Ss2接于變壓器副邊繞組和濾波器上。副邊的Ssl和Ss2可選用例如但不限于MOSFET管。上文所描述的開關(guān)矩陣、諧振網(wǎng)絡(luò)和整流器的變形結(jié)構(gòu)僅為示例，并不作為對本發(fā)明的限制，只要能夠達到本發(fā)明目的的拓撲結(jié)構(gòu)都包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。圖22-26 的諧振網(wǎng)絡(luò)和整流器的變形結(jié)構(gòu)可用于多相AC電源系統(tǒng)，包括但不限于兩相、三相等等。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電源系統(tǒng)，其特征在于，包括 濾波器，連接輸入的多相交流電源；開關(guān)矩陣，連接經(jīng)所述濾波器濾波處理后的多相交流電源輸入，所述開關(guān)矩陣包括多個雙向開關(guān)組件，用于對多相交流電源輸入進行高頻化處理并輸出DC電壓； 諧振網(wǎng)絡(luò)，連接所述開關(guān)矩陣，用于實現(xiàn)諧振并控制輸出電流為正弦電流； 整流器，連接所述諧振網(wǎng)絡(luò)，用于對諧振網(wǎng)絡(luò)輸出的正弦電流進行整流和濾波，輸出直流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括變壓器，所述整流器包括整流開關(guān)和濾波電路；所述整流開關(guān)一端接所述變壓器的副邊繞組，另一端接所述濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 2任一項所述的電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述多相交流電源為三相；所述開關(guān)矩陣包括6個雙向開關(guān)組件，其中3個雙向開關(guān)組件一端分別連接所述三相交流電源輸入，另一端交匯于點P ；另外3個雙向開關(guān)組件一端分別連接所述三相交流電源輸入，另一端交匯于點η。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，其中所述雙向開關(guān)組件包括以下之一或者組合M0SFET管、JFET、IGBT、二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括電容、電感、變壓器；電感一端接于點P，電容一端接于點n，電感的另一端和電容的另一端接變壓器的原邊繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括變壓器、電容；電容的一端接于點n，電容的另一端接變壓器的原邊繞組的一端，變壓器原邊繞組的另一端接點P。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括電容、第一電感、第二電感、變壓器；電容一端接點n，另一端接第二電感一端；第二電感另一端接第一電感一端，第一電感另一端接點P ；變壓器的原邊繞組跨接于第二電感兩端。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波電路包括濾波電容，所述濾波電容連接于所述變壓器副邊繞組的一端與中心抽頭之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波電路包括跨接在所述變壓器副邊繞組兩端且串聯(lián)連接的第一濾波電容和第二濾波電容，所述第一濾波電容和所述第二濾波電容的節(jié)點連接至所述變壓器副邊繞組的中心抽頭。
10.根據(jù)權(quán)利要求3或9所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述整流開關(guān)包括以下任一種 MOSFET管、二極管、全波整流器、全橋整流器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電源系統(tǒng)，包括濾波器連接輸入的多相交流電源；開關(guān)矩陣連接經(jīng)所述濾波器濾波處理后的多相交流電源輸入，所述開關(guān)矩陣包括多個雙向開關(guān)組件，用于對多相交流電源輸入進行高頻化處理并最終實現(xiàn)DC電壓輸出；諧振網(wǎng)絡(luò)連接所述開關(guān)矩陣，用于實現(xiàn)諧振并控制輸出電流為正弦電流；整流器連接所述諧振網(wǎng)絡(luò)，用于對諧振網(wǎng)絡(luò)輸出的正弦電流進行整流和濾波。本發(fā)明的技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)至少兩相AC電源輸入轉(zhuǎn)換為直流；開關(guān)矩陣能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓開關(guān)，整流器中的同步整流開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)零電流開關(guān)；提高了效率，且很大程度上減少了開關(guān)過程的損耗。
文檔編號H02M3/338GK102201750SQ20101014273
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者呂有根 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)北美公司