[发明专利]直流电力转换器

说明书

一种直流电力转换器DPX，连接有初级端口和次级端口，初级端口包括DC或AC电源，次级端口包括DC或AC负载；包括变压器或自耦变压器；两个节点之间的第一电源开关，具有两个电源端子和第一控制端子；其他不同的两个节点之间的第二电源开关，具有两个电源端子，以及第二控制端子，其中所述开关配置为通过变压器或自耦变压器将初级端口电源连接到次级端口负载。所引用的第一和第二电源开关配置为在逻辑控制信号的作用下同时操作，提供导通状态，其中所有电源开关同时处于开启状态或所有电源开关同时处于关闭状态，将所述变压器与所述初级端口和所述次级端口同时连接或断开。

技术领域

本发明在第一方面涉及一种电力转换器，包括变压器或自耦变压器，用以连接初级端口与次级端口，初级端口包括DC电源或AC电源，次级端口包括DC负载或AC负载，

因此，本发明属于电力转换器领域，其将电力从DC或AC输入电源处理到DC或AC负载输出，其中电力可以双向流动，仅需交换电源和负载。

DC/DC电力转换单元可用于实现DC/AC、AC/AC和AC/DC电力转换器。

在本说明中，根据以下定义，在电力转换器中使用了品质因数(Figure of Merit)的概念。

高密度电力转换器的典型品质因数(FOM)是“电力损耗”乘以“体积”。大电流转换器的更具体的FOM是“电源开关的传导电力损耗”乘以“电源开关的占地面积”。假设DC-DC转换器的直流端口中的所有电源开关具有相同的面积，简化后的FOM^*_port可以归一化为FOM_port，如下所示：

j表示该DC端口中的每个电源开关(逆变电源开关或整流电源开关)，i_{j_rms}表示流经每个电源开关的电流的RMS值，I_port表示流入或流出每个DC端口的平均值。

本发明在第二方面进一步涉及一种三电源端子电源开关器件3PTPS，适用于多种电力转换器拓扑结构。

虽然本发明涉及的是三电源端子电源开关，但涉及四个或更多附加电源端子的电源开关的实施例也包含在本说明中。

背景技术

1966年，Moore和T.G.Wilson发表了一篇题为“DC-DC转换网络的基本考虑(BasicConsiderations for DC to DC Conversion Networks)”的基础论文。1969年，麻省理工学院的Dan Holden Wolaver博士向公众公开了他的博士论文“直流到直流转换系统的基础研究(Fundamental study of DC to DC conversion systems)”。两部作品都表明，在开关模式的DC-DC转换器中，已知至少一个电源开关产生“交流”或“间接”电力，并且至少一个电源开关将“交流”电力重新整流为“直流”电力。当时，电源开关用可变电阻表示。“Rac”和“Rdc”指的是逆变电源开关和整流电源开关。

这些电源开关交替处于开启和关闭状态，这意味着至少有一个电源开关以低于或等于50％的占空比工作。

电力转换器的典型开关模式电力拓扑结构有Buck、Boost、Buck-Boost、Sepic/Cuk、Zeta、Flyback和两个电源开关的Flyback、有源钳位/单一电源开关/两个电源开关正激、推挽、Weinberg、半桥、全桥、移相全桥、谐振LLC和许多其他在技术水平上更加复杂的转换器。

由于微处理器、CPU、GPU和XPU(包括人工智能集成电路和服务设备、电动汽车、通信和其他的电气装置)等复杂负载对高功率的需求，目前对小型、高性能和高效电力转换器的需求正在增长。