[发明专利]AC-DC转换器及其控制器

说明书

本发明提供一种AC‑DC转换器及其控制器，涉及AC‑DC转换器技术领域。其中，用于AC‑DC转换器的控制器，包括将AC输入电压转换为DC输出电压的整流电路，该控制器使用控制逻辑来根据两种或更多种工作模式来控制整流电路。整流电路的每一个工作模式有一个电压增益，每种工作模式确定整流电路的增益。控制器基于交流输入电压值和所需直流输出电压值中的至少一个从两种或更多种运行模式中选择一种运行模式。AC‑DC转换器提供宽范围的DC输出电压和功率因数校正。该控制器可以与AC‑DC转换器拓扑一起使用，例如升压转换器、隔离升压转换器、PWM转换器、LLC谐振转换器和LCC谐振转换器。通过该控制器，使得AC‑DC转换器能在宽电压变化范围内实现最佳性能。

相关申请

本申请要求2021年10月26日提交的美国临时专利申请63/272,154的优先权，其公开内容整体并入于此作为参考。

技术领域

本发明涉及AC-DC转换器技术领域，具体涉及用于实现两种或更多种工作模式的AC-DC转换器及其控制器，其中每种工作模式确定带功率因数校正的转换器整流电路的增益并且提供宽范围的DC输出电压。

背景技术

Boost转换器通常用作AC-DC整流器以实现功率因数校正。Boost转换器的输出电压将高于输入交流电压的峰值。对于普通应用，交流电压从90V变为264V，以覆盖120V(60Hz)的交流系统和220V(50Hz)的交流电压系统。因此，升压转换器的输出电压通常被调节在400V。由于(1)负载通常需要不同于升压输出电压的电压(例如400V)，并且(2)负载需要与交流电压进行电气隔离，因此需要另一个DC-DC转换器来转换400V升压输出电压到输出电压Vout。图1显示了根据现有方法实现此目标的典型电路图。电容器CBST用作储能电容器，用于存储能量以缓冲来自交流电源的脉动输入功率。它包含大约400V的平均电压(直流电压)加上倍频纹波(60Hz交流线为120Hz，50Hz线为100Hz)。倍频纹波电压的峰值通常在10到20V左右，具体取决于设计需要。

在某些应用中，交流输入电压的变化很大，例如从90V到264V，变化比为3:1。输出电压的变化也很大。例如，如果使用图1的电路为电动汽车(EV)的电池充电，电池电压将从250V(电池完全放电时)变为430V(电池完全充电时)。因此，当输入电压处于最低电平，如90V，输出电压处于最高电平，如430V时，电压增益计算为Vgain_max＝430V/90V＝4.8。当输入电压为最高电平，如264V，输出电压为最低电平，如250V时，电压增益计算为Vgain_min＝250V/264V＝0.95。为了满足电动汽车电池的充电需求，电动汽车充电器的电压增益会有4.8/0.95＝5的变化范围，这是一个非常大的范围。现有方法只能在非常窄的范围内实现最佳性能。例如，当输入电压为220V，输出电池电压在330V至380V之间时，电源将实现最高效率运行。当输入电压和电池电压超出此范围时，EV充电器的效率会显着降低。因此，当输入电压和输出电压具有大的变化时，如上文所述，现有技术中AC-DC转换器无法在宽电压变化范围内实现最佳性能。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种AC-DC转换器及其控制器，解决了现有技术中AC-DC转换器无法在宽电压变化范围内实现最佳性能的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供一种用于AC-DC转换器的控制器，包括将AC输入电压转换为DC输出电压的整流电路，控制器包括：

根据两种或多种工作模式控制整流电路的控制逻辑；

其中，所述两种或更多种工作模式中的每种工作模式确定所述整流电路的增益；