用于多級逆變器的改進了的電力單元旁通方法及裝置制造方法
【專利摘要】提出了多級逆變器、電力單元和旁通方法，其中，電力單元開關電路被選擇性地從電力單元輸出端斷開，并且旁通被接通以連接第一單元輸出端子和第二單元輸出端子來選擇性地旁通多級逆變器的電力級，利用可選的交流輸入開關在旁通期間選擇性地將交流輸入端從電力單元開關電路斷開。
【專利說明】用于多級逆變器的改進了的電力單元旁通方法及裝置 【技術領域】
[〇〇〇1] 本公開涉及電力轉換的【技術領域】，更具體地涉及一種用于多級逆變器的電力單元 旁通方法及裝置。 【背景技術】
[0002] 多級逆變器有時在電機驅動和其他電力轉換應用中用于生成高壓驅動信號并且 將其提供給高功率應用中的電機或其他負載。多級逆變器的一種形式為采用了多個串聯連 接的電力級的級聯Η橋（CHB)逆變器架構，諸如用于驅動每個電機繞組相的Η橋逆變器。每 個Η橋由分離的直流源供電并且通過開關信號來驅動以生成正或負的輸出電壓，多個Η橋 級的串聯組合提供用于驅動負載的多級逆變器輸出能力。然而，特別地由于各級彼此串聯 連接，因此特定電力級內的器件劣化可能會抑制為負載提供期望輸出電壓的能力。因此，期 望提供旁通特定的劣化的電力級的能力，用于例如以減小的輸出容量來繼續多級逆變器的 操作和/或旁通一個或更多個完好的電力級來平衡電力轉換器輸出，從而適應已經被旁通 的一個或更多個劣化的電力級。
【發明內容】
[0003] 現對本公開內容的各個方面進行概述以利于對本公開內容的基本理解，其中該概 述不是本公開內容的擴展概要，并且既非旨在確認本公開內容的某些要素也非旨在勾劃其 范圍。相反，本概述的主要目的在于在以下呈現的更詳細的描述之前以簡化的形式呈現本 公開內容的各個概念。本公開內容提供用于多級電力轉換器的CHB和其他電力級或電力單 元的旁通裝置及技術，其中Η橋或其他開關電路與電力級輸出端電斷開，并且跨越第一輸 出端子和第二輸出端子的旁通開關被接通以旁通該級。不同于簡單地利用跨越輸出端子的 旁通開關的傳統方法，本公開內容的新型技術有利地避免或緩解了允許電機或其他輸出負 載保持電連接到故障單元。
[0004] 提供了一種電力轉換系統，其包括多個串聯連接的電力級，這些電力級分別包括 開關電路、耦接在開關電路與電力級輸出端之間的一對輸出控制開關以及跨越輸出端連接 的旁通開關。控制器通過斷開相應的輸出控制開關以及接通旁通開關來選擇性地旁通電力 級中的至少一個。在某些實施方式中，輸出控制開關在接通旁通開關之前被斷開。此外，某 些實施方式還提供耦接在電力級的交流輸入端與開關電路之間的輸入開關，其中控制器通 過斷開輸出控制開關、接通旁通開關以及斷開輸入開關來旁通電力級。
[0005] 根據本公開內容的另外方面提供了一種電力單元，該電力單元可以用作多級逆變 器電路中的電力級。電力單元包括交流輸入端、整流器、直流鏈路電路和具有耦接在直流鏈 路電路與輸出端之間的兩個或更多個開關器件的開關電路。第一輸出控制電路和第二輸出 控制電路被連接在相應的開關電路節點與輸出端子之間，并且旁通開關跨越輸出端耦接。 某些實施方式還包括耦接在交流輸入端與開關電路之間的輸入開關。
[0006] 公開了一種用于旁通多級逆變器電路的電力級的方法，包括：將電力級的開關電 路從電力級的輸出端電斷開，以及將電力級的兩個輸出端子彼此電連接以旁通電力級。在 某些實施方式中，該方法還包括將開關電路從輸入端電斷開。 【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 下面的描述及附圖詳細闡述了本公開內容的某些說明性實現方案，這些實現方案 表示可以實施本公開內容的各個原理的若干種示例性方式。但是，所示出的示例不排除本 公開內容的許多可能的實施方式。將在以下詳細描述中結合附圖闡述本公開內容的其他目 的、優點和新型特征。
[0008] 圖1是示出了具有向各個電力單元提供開關和旁通控制信號的控制器的、基于三 相13級CHB逆變器的電機驅動電力轉換系統的示意圖，該系統；
[0009] 圖2是示出了具有三相整流器、直流鏈路電路、逆變器、耦接在逆變器與負載之間 的輸出控制開關和用于旁通電力單元的旁通開關的、圖1的電力轉換器中的Η橋電力單元 或電力級的示意圖；
[〇〇1〇] 圖3是示出了用于旁通多級逆變器電力轉換系統中的電力單元的示例性方法的 流程圖；以及
[0011] 圖4是示出了具有用于旁通電力單元的輸出控制開關、旁通開關和多相輸入開關 的另一種Η橋電力單元實施方式的示意圖。 【具體實施方式】
[0012] 現參考附圖，在下文中結合附圖描述了若干實施方式或實現方案，其中相同的附 圖標記通篇用于表示相同的要素，并且其中各個特征不一定按比例繪制。
[0013] 圖1示出了示例性多級逆變器電機驅動電力轉換系統10,對于與電機負載50的電 機相U、V和W相關聯的三個部分中每個部分，系統10包括具有串聯連接的電力級100-1、 100-2、100-3、100-4、100-5、100-6的三相多級逆變器40。驅動其他形式的負載50的其他 實施方式是可能的，其中本公開內容不限于電機驅動型電力轉換器。在某些實施方式中， 各個電力級100包括具有開關器件(例如，下面圖2中的Q1至Q4)的Η橋開關電路或逆變 器140,盡管任何適當形式的開關電路140可以設置在各個電力級100中，具有形成開關電 路的兩個或更多個開關，該開關電路用于根據由電力轉換器控制器200的逆變器控制部件 220提供的開關控制信號222來生成具有兩個或更多個可能電平之一的電力級輸出。
[0014] 圖1的示例是對于三個電機負載相U、V和W中的每個具有六個電力級(例如， 100-U1、100-U2、100-U3、100-U4、100-U5 和 100-U6用于相U;100-V1、100-V2、100-V3、 100-V4、100-V5 和 100-V6 用于相 V ;以及級 100-W1、100-W2、100-W3、100-W4、100-W5 和 100-W6用于相W;)的多相13級逆變器40。本公開內容的各個方面可以與具有任意整數 "N"個電力級100的單相或多相多級逆變器型電力轉換系統相關聯地實現，其中N大于1。 此外，盡管所示出的實施方式利用級聯的Η橋級100來形成用于電機驅動系統10的每個相 的多級逆變器40,但是可以使用其他類型和形式的電力級100,諸如具有包括多于或少于4 個開關器件的開關電路的級100,其中本公開內容的更寬的方面不限于所示出的實施方式 中示出的Η橋電力單元。例如，以下實施方式是可能的，其中各個單元可以包括少至2個開 關器件或大于或等于2的任意整數個開關。
[0015] 如在圖1中最佳所見的，向電力轉換器10供給來自移相變壓器30的多相交流輸 入電力，移相變壓器30具有從交流電源20接收三相電力的多相初級繞組32 (在所示出的 實施方式中的Λ配置)。變壓器30包括18個三相次級繞組34,具有6組的3個Λ配置的 三相次級繞組34,每組具有不同的相關系。盡管初級繞組32和次級繞組34在示出的示例 中被配置為△繞組，但是替選地可以使用"Υ"連接的初級繞組和/或次級繞組或者其他繞 組配置。此外，雖然該變壓器具有三相初級繞組32和次級繞組34,但是可以使用其他單相 或多相實現方案。盡管在所示出的實施方式中的各個次級繞組34被移相，但是非移相的實 施方式是可能的。
[0016] 圖1的示例中的每個三相次級繞組34被耦接以提供交流電力來驅動三相多級逆 變器40的相應電力級100的三相整流器120。逆變器40是具有6個級聯的Η橋電力級 100U-1至100U-6的13級逆變器，上述6個級聯的Η橋電力級具有彼此串聯連接(級聯)在 電機驅動中性點Ν與三相電機負載50的第一繞組U之間的輸出端口 104U-1至104U-6。類 似地，6個電力級100V-1至100V-6在中性點Ν與第二繞組V之間提供串聯連接的電壓輸出 端104V-1至104V-6,并且電力級100W-1至100W-6在中性點Ν與電機50的第三繞組W之 間提供串聯連接的電壓輸出端口 104W-1至104W-6。控制器200將控制信號222U提供給 與第一電機繞組U相關聯的電力級100U-1至100U-6,并且還將控制信號222V提供給電力 級100V-1至100V-6以及將控制信號222W提供給電力級100W-1至100W-6。盡管圖1中 所示的逆變器40是向相U、V和W供給輸出電力以驅動三相電機50的多相單元，但是本公 開內容的概念還適于單相轉換器，例如，從源20接收三相輸入的三相-單相矩陣轉換器，單 元100的單個串聯連接的組向單相電機或其他單相輸出負載供電。此外，可以提供具有不 止三個相的其他多相輸出。
[0017] 還是參考圖2,電力單元100被設置成用作單相或多相多級逆變器40的電力級， 旁通開關器件通過控制器200的旁通部件210來致動。控制器200及其部件210、220可以 使用任意適當的硬件、處理器執行的軟件或固件、或其組合來實現，其中控制器200的示例 性實施方式包括一個或更多個處理元件，諸如微處理器、微控制器、DSP、可編程邏輯等，以 及電子存儲器、程序存儲器和信號調理驅動器電路，處理元件被編程或另外地配置成生成 適于操作電力級100的開關器件的信號222。此外，在某些實施方式中所示出的控制器200 實現旁通控制部件210以生成旁通控制信號212,用于選擇性地旁通電力級100中的一個或 更多個。
[0018] 在某些實現方案中，旁通控制部件210將各個信號或值212提供給各個電力單元 100用于直接控制輸出控制開關Sla和Sib (信號212-1)、旁通開關S2 (信號212-2)，并且 可選地生成用于操作可選的輸入開關S3的輸入開關控制信號212-3 (圖4下方)。在其他 可能的實現方案中，本地開關驅動器電路和/或開關邏輯可以設置在電力級100內，以基于 來自旁通控制部件210或來自電力轉換系統10的或與電力轉換系統10相關聯的任何其他 控制元件的一個或更多個啟動動作，來實現本文中所描述的旁通開關操作。例如，可以將單 個信號或值提供給各個電力單元100，并且單元100上的本地邏輯和/或開關控制電路可以 響應于接收到這樣的信號或值來啟動所描述的旁通開關操作。
[0019] 圖2示出了 Η橋電力級100的一個可能的實現方案。圖2中的電力級被實現為包 括交流輸入端108的電力單元100,交流輸入端108具有可連接以接收交流輸入電力的輸 入端子108A、108B和108C，在這種情況下，交流輸入電力是來自諸如圖1中的變壓器30的 次級繞組34的交流源的三相電力。將交流輸入電力從單元輸入端108提供給整流器電路 120,整流器電路120具有形成三相整流器120的板載整流器二極管D1至D6,三相整流器接 收來自相應的變壓器次級繞組34的三相交流電力。在該示例中，使用無源整流器120,但也 可以使用有源整流器電流或其他形式的整流器，不論具有單相輸入還是多相輸入。電力單 元100還包括直流鏈路電路130和開關電路(例如，Η橋逆變器140)，其將輸出電壓提 供至具有第一輸出端子104A和第二輸出端子104B的電力單元輸出端104。
[0020] 在示出的實施方式中，整流器120提供跨越連接在直流鏈路電路130的直流鏈路 端子131與直流鏈路端子132之間的直流電容器C的直流電力。直流鏈路電路130又向Η 橋逆變器140提供輸入，Η橋逆變器140由以"Η"橋電路配置的四個開關器件Q1至Q4形 成。盡管示出的電力級100基于由內部整流器電路120提供的直流電力進行操作，內部整流 器電路120由來自相應的變壓器次級繞組34的交流輸入驅動，但是根據本公開內容，可以 將任何適當形式的直流輸入提供給電力級100,并且電力級100可以但不需要包括板載整 流電路120。另外，可以在各個級100的開關電路140 (例如，逆變器)中使用任何適當的開 關電路配置，各個級100具有被配置成在級輸出端104選擇性地提供至少兩個不同電平的 電壓的至少兩個開關器件Q。此外，在電力級100中可以使用任何適當類型的開關器件Q， 包括但不限于基于半導體的開關，諸如絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)、可控硅整流器（SCR)、 門極可關斷晶閘管（GT0)、集成門極換向晶閘管（IGCT)等。
[0021] 示出的四開關Η橋實現方案（圖2 )有利地允許通過控制器200選擇性地生成開關 控制信號，用于以受控方式在輸出端104處提供至少兩個不同的電壓電平。例如，當開關 器件Q1和Q4接通(傳導）而其他器件Q2和Q3斷開(非傳導）時，在輸出端子104Α和104Β 處提供基本上等于跨越直流鏈路電容器C的直流總線電壓(例如，+VDC)的正直流電平的電 壓。相反，當Q2和Q3接通而Q1和Q4斷開時提供負的輸出（例如，-VDC)。因此，示例性Η 橋電力級100有利地允許選擇兩個不同的輸出電壓，并且六個這樣的級的級聯配置(例如， 圖1)通過逆變器控制部件220允許選擇性地生成開關控制信號，以實現13種不同的電壓 電平用于施加到相應的電機相U、V或W。應當注意，可以使用其他可能的開關電路來實現 各個級100的兩個、三個或Κ個電平可選擇的輸出，其中Κ是大于1的任何正整數。控制 器200中的任何適當的邏輯或電路可以用于向給定的電力級100提供逆變器開關控制信號 222,其中控制器200還可以包括信號電平放大和/或驅動器電路(未示出），例如諸如比較 器、載波生成器或數字邏輯和信號驅動器，用于提供足以選擇性地致動開關器件Q1至Q4的 適當的驅動電壓和/或電流電平。
[0022] 對于旁通操作，圖2中的電力單元100包括耦接在開關電路140與輸出端104之 間的一對輸出控制開關Sla和Sib。具體地，第一輸出控制開關Sla f禹接在第一開關電路 節點141與第一輸出端子104A之間，并且第二輸出控制開關Sib耦接在第二開關電路節點 142與第二輸出端子104B之間。根據來自旁通控制部件210的一個或更多個輸出開關控制 信號212-1，輸出控制開關S1在第一狀態下分別進行操作以允許電流在開關電路140與輸 出端104之間流動，并且在第二狀態下分別進行操作以防止電流在開關電路140與輸出端 104之間流動。盡管在圖2的示例中示出了單個輸出控制開關信號212-1，但是在其他實現 方案中分離的輸出控制信號212-1可以用于各個開關S1A和S1B，開關S1A和S1B可以但不 需要同時被開關。此外，輸出控制開關S1可以是任何適當形式的單個或多個電氣或電機械 開關器件，包括但不限于基于半導體的開關、接觸器、繼電器等。另外，電力單元100包括跨 越輸出端子104連接的并且根據來自控制器210的旁通控制信號212-2進行操作的旁通開 關S2。旁通開關S2在非傳導狀態和傳導狀態下進行操作，通過非傳導狀態單元輸出電壓 VQUT由開關電路140的操作控制，而在傳導狀態下(例如，接通或傳導）旁通開關電路140的 輸出端104。旁通開關102可以是任何適當形式的單個或多個電氣或電機械開關器件。
[0023] 在轉換器10的操作中，旁通控制器210通過經由信號212-1將第一輸出控制開關 Sla和第二輸出控制開關Sib設置在相應的第二狀態以及使用信號212-2將旁通開關S2設 置在傳導狀態，來選擇性地旁通單元100。斷開輸出控制開關S1有效地將輸出端104 (以 及因此電機負載50 (圖1))與逆變器開關電路140斷開和隔離。此外，旁通開關S2的接 通有效地將第一輸出端子104A和第二輸出端子104B彼此電連接，使得即使當給定的電力 單元100已經被旁通時，轉換器10中的其他電力單元100可以繼續驅動電機負載50。此 夕卜，如圖2的波形圖中所見，在某些實現方案中控制器200進行操作以在時間T2接通旁通 開關S2之前在時間T1選擇性地將輸出控制開關Sla、Slb設置在第二狀態(斷開)。以這種 方式，控制器200在旁通輸出端子104A和104B之前有效地將輸出端104與開關電路140 隔離。在本公開內容的所有實施方式中，開關操作的相對定時和次序不是關鍵的，并且在其 他實現方案中可以以不同的順序來實現。此外，所示出的實施方式的開關時間的差(例如， T2-T1)以及開關次序可以是旁通部件210控制的任何適當長度的時間，例如基于直流鏈路 電容C的值或其他考慮，諸如電力單元100內的潛在劣化器件的操作和/或快速地旁通電 力單元100的需要。此外，在某些實施方式中，控制器210可以根據電路轉換器10中的一 個或更多個條件選擇性地調整旁通開關控制定時。
[0024] 圖3示出了用于旁通諸如圖2或圖4中的電力單元100的、多級逆變器電路40 的電力級的電力級旁通方法300。在某些實施方式中，控制器200包括至少一個處理器， 其被編程成根據計算機可執行的指令，諸如由旁通控制部件210執行處理300,以提供信號 212用于選擇電力單元100,并且執行本文中所闡述的其他功能(例如，經由逆變器控制部 件220提供開關控制信號222)，該計算機可執行的指令來自具有用于執行本文中描述的處 理和控制器功能的計算機可執行的指令的非暫態計算機可讀介質，諸如計算機存儲器、電 力轉換器控制系統(例如，控制器200)內的存儲器、CD-ROM、軟盤、閃存驅動器、數據庫、服務 器、計算機等。雖然以一系列動作或事件的形式示出和描述了示例性方法300,但是將認識 至IJ，除非本文中具體闡述，否則本公開內容的各種方法不限于這些動作或事件的示出的排 序。在這一點上，除了下文中具體指出，否則一些動作或事件可以以不同的順序進行和/或 與除了本文中所示出和描述的這些動作或事件之外的其他動作或事件同時進行，并且不需 要所有示出的步驟來實現根據本公開內容的處理或方法。示出的方法可以以硬件、處理器 執行的軟件、或其組合來實現，以便提供本文中所公開的電力級旁通概念。
[0025] 在某些實現方案中，可以根據控制器200接收到的任何適當的輸入信號來啟動旁 通操作。例如，電力轉換控制器200可以檢測表示一個或更多個電力級100的可能的劣化 的電力轉換器10的一個或更多個操作條件，并且作為響應可以啟動一個或更多個所選擇 的單元100的旁通。在其他可能的實現方案中，控制器200可以接收來自外部設備(未示出） 的信號或消息并且據此啟動旁通。
[0026] 旁通操作在處理300中開始于302,通過斷開逆變器開關電路140與電力單元輸出 端子104A和104B之間的輸出控制開關（圖2中的S1)來有效地將開關電路140與輸出端 104電斷開和隔離。在某些實施方式中，在304, 一個或更多個輸入開關(例如，圖4下方的 S3)斷開以防止電流在交流輸入端(例如，圖2上方的次級繞組34)與整流器電路120 (圖 2)之間流動。在306,接通旁通開關(例如，圖2和圖4中的開關S2)以便將電力級輸出端 104旁通。在某些實施方式中，如上面所討論的，在302斷開輸出控制開關S1之后，在306 接通旁通開關S2。此外，在某些實施方式中，如果使用一個或更多個輸入控制開關S3 (圖 4)，則在302斷開輸出控制開關S1之后且在306接通旁通開關S2之前，在304斷開所述一 個或更多個輸入控制開關S3。
[0027] 還參照圖4,示出了另一電力單元實施方式100,其通常如上面結合圖2所描述的 那樣被配置。另外，圖4的實施方式包括耦接在交流輸入端108與電力級100的開關電路 140之間的輸入開關S3。在這種情況下，輸入開關S3是三相(三個接觸）開關器件，但是分 離的開關可以用于每個輸入相，兩個接觸或兩個開關用于單相交流輸入，三個接觸或三個 開關用于三相輸入等。此外，對于如圖4所示的包括板載整流器電路120的實施方式，輸入 開關S3可以位于輸入端108與整流器120之間。輸入開關S3在第一(例如，傳導或接通） 狀態下進行操作以允許電流在交流輸入端108與開關電路140之間流動，并且在第二(非傳 導或斷開）狀態下進行操作以防止電流在交流輸入端與開關電路140之間流動。在該實施 方式中，控制器200通過將第一輸出控制開關Sla和第二輸出控制開關Sib設置在相應的 第二(非傳導或斷開）狀態，將旁通開關S2設置在傳導狀態以及將輸入開關S3設置在第二 (非傳導）狀態，來旁通電力級1〇〇。
[0028] 在該實施方式中設置輸入開關S3有利地將電力單元100和輸出端104與交流輸 入源斷開，不論是與圖1中的次級繞組34斷開還是與另一相關聯的交流輸入源斷開。此外， 如圖4中所見，在某些實施方式中，控制器200在將輸入開關S3設置在第二狀態之前選擇 性地將第一輸出控制開關Sla和第二輸出控制開關Sib設置在第二狀態，并且可以在將旁 通開關S2設置在傳導狀態之前將輸入開關S3設置在第二狀態(例如，在圖4中的時間T3)。 在這些實施方式中，信號212之間的定時(例如，T2-TUT3-T1和T2-T3)可以根據上述考慮 中的任何考慮來設定，并且可以基于一個或更多個電力轉換器條件由控制器200選擇性地 調整。此外，如上面所討論的，可以在其他實施方式中實現其他開關次序和/或相對定時， 其中本公開內容的更寬的方面不限于示出的示例。
[0029] 通過上面的技術和裝置，給定的單元100可以被有效地旁通以允許電力轉換系統 10持續操作而與單元1〇〇的故障狀態無關。例如，如果上開關Q1或Q3中的一個（圖2或圖 4)在傳導狀態下會故障，則輸出控制開關S1將會斷開，從而將輸出負載50 (圖1)與上直 流鏈路節點131斷開。同樣，即使下開關Q2或Q4中的一個在傳導狀態下故障，輸出端104 仍與下直流軌132電隔離。因此，本公開內容有利地呈現了較之常規的多級轉換器單元旁 通技術的顯著的進步，并且保護輸出負載50而與給定電力單元100的故障條件無關，同時 允許電力單元100被旁通用于轉換器10的繼續操作。
[0030] 根據上述可知，本公開的實施例包括但不限于以下技術方案：
[0031] 方案1. 一種電力轉換系統，包括：
[0032] 多個電力級，所述多個電力級串聯連接以形成用于與負載連接的多級逆變器電路 (40)，所述電力級分別包括：
[0033] 開關電路，其包括耦接在直流鏈路電路與輸出端之間的多個開關器件，所述開關 電路根據多個開關控制信號進行操作以在所述輸出端處提供具有至少兩個離散電平之一 的幅度的輸出電壓，
[〇〇34] 耦接在第一輸出端子與所述開關電路的第一節點之間的第一輸出控制開關、和耦 接在第二輸出端子與所述開關電路的第二節點之間的第二輸出控制開關；所述第一輸出控 制開關和所述第二輸出控制開關均在第一狀態下進行操作以允許電流在所述開關電路與 所述輸出端之間流動以及在第二狀態下進行操作以防止電流在所述開關電路與所述輸出 端之間流動，以及
[0035] 跨越所述開關電路的所述輸出端耦接的旁通開關，所述旁通開關在非傳導狀態和 傳導狀態下進行操作以旁通所述開關電路的所述輸出端；以及
[0036] 控制器，其進行操作用于通過將所述第一輸出控制開關和所述第二輸出控制開關 設置在相應的第二狀態以及通過將所述旁通開關設置在傳導狀態，來選擇性地旁通至少一 個電力級。
[〇〇37] 方案2.根據方案1所述的電力轉換系統，其中，所述控制器進行操作用于在設置 所述旁通開關之前選擇性地將所述第一輸出控制開關和所述第二輸出控制開關設置在所 述第二狀態。
[0038] 方案3.根據方案2所述的電力轉換系統，還包括耦接在所述至少一個電力級的交 流輸入端與所述開關電路之間的輸入開關，所述輸入開關在第一狀態下進行操作以允許電 流在所述交流輸入端與所述開關電路之間流動并且在第二狀態下進行操作以防止電流在 所述交流輸入端與所述開關電路之間流動，其中，所述控制器進行操作用于通過將所述第 一輸出控制開關和所述第二輸出控制開關設置在相應的第二狀態，將所述旁通開關設置在 所述傳導狀態以及將所述輸入開關設置在所述第二狀態，來旁通所述至少一個電力級。
[0039] 方案4.根據方案3所述的電力轉換系統，其中，所述控制器進行操作用于在將所 述輸入開關設置在所述第二狀態之前選擇性地將所述第一輸出控制開關和所述第二輸出 控制開關設置在所述第二狀態。
[0040] 方案5.根據方案4所述的電力轉換系統，其中，所述控制器進行操作用于在將所 述旁通開關設置在所述傳導狀態之前將所述輸入開關設置在所述第二狀態。
[0041] 方案6.根據方案5所述的電力轉換系統，其中，所述開關電路包括在所述直流鏈 路電路與所述輸出端之間按照Η橋配置連接的四個開關器件，以及其中，所述控制器進行 操作用于將所述開關控制信號提供給所述開關電路的所述四個開關器件以在所述輸出端 處提供具有至少兩個離散電平中至少之一的幅度的輸出電壓。
[0042] 方案7.根據方案2所述的電力轉換系統，其中，所述開關電路包括在所述直流鏈 路電路與所述輸出端之間按照Η橋配置連接的四個開關器件，以及其中，所述控制器進行 操作用于將所述開關控制信號提供給所述開關電路的所述四個開關器件以在所述輸出端 處提供具有至少兩個離散電平中至少之一的幅度的輸出電壓。
[0043] 方案8.根據方案1所述的電力轉換系統，還包括耦接在所述至少一個電力級的交 流輸入端與所述開關電路之間的輸入開關，所述輸入開關在第一狀態下進行操作以允許電 流在所述交流輸入端與所述開關電路之間流動并且在第二狀態下進行操作以防止電流在 所述交流輸入端與所述開關電路之間流動，其中，所述控制器進行操作用于通過將所述第 一輸出控制開關和所述第二輸出控制開關設置在相應的第二狀態，將所述旁通開關設置在 所述傳導狀態以及將所述輸入開關設置在所述第二狀態，來旁通所述至少一個電力級。
[0044] 方案9.根據方案8所述的電力轉換系統，其中，所述控制器進行操作用于在將所 述輸入開關設置在所述第二狀態之前選擇性地將所述第一輸出控制開關和所述第二輸出 控制開關設置在所述第二狀態。
[0045] 方案10.根據方案8所述的電力轉換系統，其中，所述開關電路包括在所述直流鏈 路電路與所述輸出端之間按照Η橋配置連接的四個開關器件，以及其中，所述控制器進行 操作用于將所述開關控制信號提供給所述開關電路的所述四個開關器件以在所述輸出端 處提供具有至少兩個離散電平中至少之一的幅度的輸出電壓。
[0046] 方案11.根據方案1所述的電力轉換系統，其中，所述開關電路包括在所述直流鏈 路電路與所述輸出端之間按照Η橋配置連接的四個開關器件，以及其中，所述控制器進行 操作用于將所述開關控制信號提供給所述開關電路的所述四個開關器件以在所述輸出端 處提供具有至少兩個離散電平中至少之一的幅度的輸出電壓。
[0047] 方案12. -種用作多級逆變器電路中的電力級的電力單元（40)，所述電力單元包 括：
[〇〇48] 用于接收交流輸入電力的交流輸入端；
[〇〇49] 與所述交流輸入端耦接的整流器；
[0050] 直流鏈路電路，其與所述整流器耦接并且包括耦接在第一直流鏈路節點與第二直 流鏈路節點之間的至少一個電容；
[0051] 開關電路，其包括耦接在所述直流鏈路電路與輸出端之間的多個開關器件，所述 開關電路根據多個開關控制信號進行操作以在所述輸出端處提供具有至少兩個離散電平 之一的幅度的輸出電壓；
[0052] 耦接在第一輸出端子與所述開關電路的第一節點之間的第一輸出控制開關、和耦 接在第二輸出端子與所述開關電路的第二節點之間的第二輸出控制開關，所述第一輸出控 制開關和所述第二輸出控制開關均根據至少一個輸出開關控制信號，在第一狀態下進行操 作以允許電流在所述開關電路與所述輸出端之間流動，并且在第二狀態下進行操作以防止 電流在所述開關電路與所述輸出端之間流動；以及
[0053] 旁通開關，其跨越所述開關電路的所述輸出端耦接，所述旁通開關根據旁通開關 控制信號在非傳導狀態以及傳導狀態下進行操作以旁通所述開關電路的所述輸出端。
[0054] 方案13.根據方案12所述的電力單元，還包括耦接在所述交流輸入端與所述開關 電路之間的輸入開關，所述輸入開關根據輸入開關控制信號，在第一狀態下進行操作以允 許電流在所述交流輸入端與所述開關電路之間流動并且在第二狀態下進行操作以防止電 流在所述交流輸入端與所述開關電路之間流動。
[0055] 方案14.根據方案13所述的電力單元，其中，所述開關電路包括在所述直流鏈路 電路與所述輸出端之間按照Η橋配置連接的四個開關器件。
[0056] 方案15.根據方案12所述的電力單元，其中，所述開關電路包括在所述直流鏈路 電路與所述輸出端之間按照Η橋配置連接的四個開關器件。
[〇〇57] 方案16. -種用于旁通多級逆變器電路的電力級的方法，所述方法包括：
[0058] 將所述電力級的開關電路從所述電力級的輸出端電斷開；以及
[〇〇59] 將所述電力級的兩個輸出端子彼此電連接以旁通所述電力級。
[〇〇6〇] 方案17.根據方案16所述的方法，其中，將所述開關電路從所述輸出端電斷開包 括斷開一對輸出控制開關，以及其中，將所述兩個輸出端子彼此電連接包括接通旁通開關。
[0061] 方案18.根據方案17所述的方法，包括在接通所述旁通開關之前斷開所述一對輸 出控制開關。
[0062] 方案19.根據方案16所述的方法，包括將所述開關電路從所述電力級的輸入端電 斷開。
[〇〇63] 上面的示例僅說明了本公開內容的各個方面的若干可能的實施方式，其中在閱讀 和理解本說明書和附圖之后，本領域的其他技術人員將想到等同的替換和/或修改。尤其 對于由上述部件(組件、器件、系統、電路等）執行的各種功能，除非另外指出，否則用于描述 這樣的部件的術語(包括提到的"器件"）旨在對應于執行所描述的部件的指定功能的任何 部件，諸如硬件、處理器執行的軟件或它們的組合，即使所描述的部件并不在結構上與執行 本公開內容的說明的實現方案中的功能的所公開的結構等同（即，功能上等同）。另外，盡 管僅針對若干實現方案中的一個實現方案公開了本公開內容的特定特征，但是如所期望的 且對任何給定的或特定的應用有利的，這樣的特征可以與其他實現方案的一個或更多個其 他特征組合。此外，對于用在說明書和/或權利要求中的術語"包括（including)"，包括 (includes)"，具有（having)"，具有（has)"、"具有（with)"以及它們的變體，以與術語 "包括（comprising)"相似的方式，這樣的術語旨在是內含性的。
[0064] 部件列表
[0065]
【權利要求】
1. 一種電力轉換系統（10)，包括： 多個電力級（100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6)，所述多個電力級串聯連接以 形成用于與負載（50)連接的多級逆變器電路（40)，所述電力級（100)分別包括： 開關電路（140)，其包括耦接在直流鏈路電路（130)與輸出端（104)之間的多個開關器 件（Q1至Q4)，所述開關電路（Q1至Q4)根據多個開關控制信號（222)進行操作以在所述輸 出端（104)處提供具有至少兩個離散電平之一的幅度的輸出電壓（V OTT)， 耦接在第一輸出端子（104A)與所述開關電路（140)的第一節點（141)之間的第一輸 出控制開關（Sla)、和耦接在第二輸出端子（104B)與所述開關電路（140)的第二節點（142) 之間的第二輸出控制開關（Sib);所述第一輸出控制開關（Sla)和所述第二輸出控制開關 (Sib)均在第一狀態下進行操作以允許電流在所述開關電路（140)與所述輸出端（104)之 間流動以及在第二狀態下進行操作以防止電流在所述開關電路（140)與所述輸出端（104) 之間流動，以及 跨越所述開關電路（140)的所述輸出端（104)耦接的旁通開關（S2)，所述旁通開關 (S2)在非傳導狀態和傳導狀態下進行操作以旁通所述開關電路（140)的所述輸出端（104); 以及 控制器（200)，其進行操作用于通過將所述第一輸出控制開關（Sla)和所述第二輸出 控制開關（Sib)設置在相應的第二狀態以及通過將所述旁通開關（S2)設置在傳導狀態，來 選擇性地旁通至少一個電力級（100)。
2. 根據權利要求1所述的電力轉換系統（10)，其中，所述控制器（200)進行操作用于在 設置所述旁通開關（S2)之前選擇性地將所述第一輸出控制開關（Sla)和所述第二輸出控 制開關（Sib)設置在所述第二狀態。
3. 根據權利要求2所述的電力轉換系統（10)，還包括耦接在所述至少一個電力級 (100)的交流輸入端與所述開關電路（140)之間的輸入開關（S3)，所述輸入開關（S3)在第 一狀態下進行操作以允許電流在所述交流輸入端與所述開關電路（140 )之間流動并且在第 二狀態下進行操作以防止電流在所述交流輸入端與所述開關電路（140)之間流動，其中，所 述控制器（200)進行操作用于通過將所述第一輸出控制開關（Sla)和所述第二輸出控制開 關（Sib)設置在相應的第二狀態，將所述旁通開關（S2)設置在所述傳導狀態以及將所述輸 入開關（S3)設置在所述第二狀態，來旁通所述至少一個電力級（100)。
4. 根據權利要求3所述的電力轉換系統（10)，其中，所述控制器（200)進行操作用于在 將所述輸入開關（S3)設置在所述第二狀態之前選擇性地將所述第一輸出控制開關（Sla) 和所述第二輸出控制開關（Sib)設置在所述第二狀態。
5. 根據權利要求4所述的電力轉換系統（10)，其中，所述控制器（200)進行操作用于 在將所述旁通開關（S2)設置在所述傳導狀態之前將所述輸入開關（S3)設置在所述第二狀 態。
6. 根據權利要求1所述電力轉換系統（10)，還包括耦接在所述至少一個電力級（100) 的交流輸入端與所述開關電路（140)之間的輸入開關（S3)，所述輸入開關（S3)在第一狀態 下進行操作以允許電流在所述交流輸入端與所述開關電路（140)之間流動并且在第二狀 態下進行操作以防止電流在所述交流輸入端與所述開關電路（140)之間流動，其中，所述 控制器（200)進行操作用于通過將所述第一輸出控制開關（Sla)和所述第二輸出控制開關 (Sib)設置在相應的第二狀態，將所述旁通開關（S2)設置在所述傳導狀態以及將所述輸入 開關（S3)設置在所述第二狀態，來旁通所述至少一個電力級（100)。
7. 根據權利要求6所述的電力轉換系統（10)，其中，所述控制器（200)進行操作用于在 將所述輸入開關（S3)設置在所述第二狀態之前選擇性地將所述第一輸出控制開關（Sla) 和所述第二輸出控制開關（Sib)設置在所述第二狀態。
8. 根據權利要求1所述的電力轉換系統（10)，其中，所述開關電路（140)包括在所述直 流鏈路電路（130)與所述輸出端（104)之間按照Η橋配置連接的四個開關器件（Q1至Q4)， 以及其中，所述控制器（200)進行操作用于將所述開關控制信號（222)提供給所述開關電 路（140)的所述四個開關器件（Q1至Q4)以在所述輸出端（104)處提供具有至少兩個離散 電平中至少之一的幅度的輸出電壓（ V(m)。
9. 一種用作多級逆變器電路（40)中的電力級的電力單元（100)，所述電力單元（100) 包括： 用于接收交流輸入電力的交流輸入端（108); 與所述交流輸入端（108)耦接的整流器（120); 直流鏈路電路（130)，其與所述整流器（120)耦接并且包括耦接在第一直流鏈路節點 (131)與第二直流鏈路節點（132)之間的至少一個電容（C); 開關電路（140)，其包括耦接在所述直流鏈路電路（130)與輸出端（104)之間的多個開 關器件（Q1至Q4)，所述開關電路（Q1至Q4)根據多個開關控制信號（222)進行操作以在所 述輸出端（104)處提供具有至少兩個離散電平之一的幅度的輸出電壓（V OTT); 耦接在第一輸出端子（104A)與所述開關電路（140)的第一節點（141)之間的第一輸 出控制開關（Sla)、和耦接在第二輸出端子（104B)與所述開關電路（140)的第二節點（142) 之間的第二輸出控制開關（Slb)，所述第一輸出控制開關（Sla)和所述第二輸出控制開關 (Sib)均根據至少一個輸出開關控制信號（212-1)在第一狀態下進行操作以允許電流在所 述開關電路（140)與所述輸出端（104)之間流動，并且在第二狀態下進行操作以防止電流 在所述開關電路（140)與所述輸出端（104)之間流動；以及 旁通開關（S2)，其跨越所述開關電路（140)的所述輸出端（104)耦接，所述旁通開關 (S2)根據旁通開關控制信號（212-2)在非傳導狀態以及傳導狀態下進行操作以旁通所述開 關電路（140)的所述輸出端（104)。
10. -種用于旁通多級逆變器電路（40)的電力級（100)的方法（300)，所述方法（300) 包括： 將所述電力級（100)的開關電路（140)從所述電力級（100)的輸出端（104)電斷開 (302);以及 將所述電力級（100)的兩個輸出端子（104AU04B)彼此電連接（306)以旁通所述電力 級（100)。
【文檔編號】H02M7/00GK104065280SQ201410100302
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2013年3月18日
【發明者】韋立祥, 肖原, 盧海輝, 道格拉斯·B·韋伯 申請人:洛克威爾自動控制技術股份有限公司