專利名稱：電功率轉(zhuǎn)換器控制裝置和方法以及轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電功率轉(zhuǎn)換器的控制裝置，包括控制部件，用于控制半導(dǎo)體支線(semi-conductor leg)的導(dǎo)通。
所述電功率轉(zhuǎn)換器包括-整流部件，用于接收電壓或電流輸入，以及用于在中間DC電壓線路(intermediate DC voltage line)上提供直流(DC)電壓，-直流(DC)電壓濾波部件，連接在所述中間電壓線路上，-轉(zhuǎn)換部件，具有至少兩個(gè)在所述DC電壓線路和輸出端之間連接的支線，用于將所述DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出的交流(AC)電壓，以及-在輸入端和輸出端之間的公共中性線或地線連接，所述控制部件控制所述轉(zhuǎn)換部件的所述支線的導(dǎo)通，并且包括用于提供所述支線的控制信號的調(diào)制信號的處理部件。
本發(fā)明也涉及這樣的包括所述控制裝置的轉(zhuǎn)換器和所述轉(zhuǎn)換器的控制方法。
背景技術(shù)：
公知的電功率轉(zhuǎn)換器具體用于不可間斷電源和電機(jī)的速度調(diào)節(jié)器，或與用于耦接到功率分布系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)。在圖1中所示的這樣的轉(zhuǎn)換器1一般包括DC電壓VDC線路L1和L2；由三個(gè)功率半導(dǎo)體支線2A、2B、2C形成的反相器2，所述功率半導(dǎo)體支線2A、2B、2C連接在線路L1和L2之間，用于在輸出上向負(fù)荷3或向電功率分布系統(tǒng)提供AC電壓VO。當(dāng)以高頻、特別是以脈沖寬度調(diào)制來控制所述支線時(shí)，可以在所述支線2A、2B、2C的輸出和負(fù)荷3或功率系統(tǒng)之間安置電濾波器4。經(jīng)常，在AC輸入VI以及線路L1和L2之間連接的整流器5提供DC電壓VDC。連接到線路L1和L2的電容器C1和C2執(zhí)行DC電壓VDC的濾波。
當(dāng)負(fù)荷不平衡時(shí)，必須在輸出上分布中性線(neutral conductor)以保證正確的電壓。在圖2中，所述負(fù)荷包括連接到濾波電容器C1和C2的中點(diǎn)的中性線LN。這些電容器一般具有很高的電容值，用于保證電壓的良好穩(wěn)定性，即使在具有很強(qiáng)的中性線電流的情況下也是如此?？刂蒲b置6控制支線的半導(dǎo)體以提供特別地以中性線為基準(zhǔn)的AC電壓。
為了增加中性線電流和電壓的控制電平，特別是在反相器2的支線的控制的過調(diào)(over-modulation)的情況下，中性線LN可以連接到反相器2的第四支線2N。在圖3中，支線2N象在DC電壓線路L1和L2之間的其他支線那樣連接。
圖4示出了用于提供支線的控制信號的控制電路6的處理單元7的一部分的示例。在這個(gè)電路中，調(diào)節(jié)器8使得能夠通過在域dqo或αβo中的Park或Concordia變換來顯著地按照減小的設(shè)定值Cd、Cq、Co而調(diào)節(jié)或提供三相調(diào)制信號。一般通過分別稱為Park或Concordia矩陣的矩陣來計(jì)算這些公知的變換和旋轉(zhuǎn)。在來自調(diào)節(jié)器的輸出上的每個(gè)相位的信號MC1最好用于在使能脈沖寬度調(diào)制的三角高頻載波信號上的相交類型(intersecting type)的調(diào)制。在圖4的圖中，調(diào)節(jié)器8提供第一三相調(diào)制信號MC1，模塊9使用運(yùn)算器10確定要施加到所述第一信號MC1的過調(diào)信號OM，模塊11通過運(yùn)算器12向所述信號MC1施加基準(zhǔn)電壓V2，模塊13提供高頻信號，所述高頻信號被設(shè)計(jì)來通過由運(yùn)算器10和12所修改的調(diào)制信號MC2來調(diào)制。運(yùn)算器14將調(diào)制信號MC2最好與三角高頻信號F1組合，以便以脈沖寬度調(diào)制格式來提供反相器支線2A、2B、2C的控制信號CVA、CVB和CVC。因?yàn)橹Ь€控制最好是二進(jìn)制的通斷控制，因此調(diào)節(jié)電路16將控制信號整形。過調(diào)信號OM由調(diào)制信號MC1和由過調(diào)的類型產(chǎn)生?；鶞?zhǔn)信號V2一般表示DC電壓，例如線路L1和L2的電壓VDC的一半。
圖5表示具有公共中性線或通過中性線的公知轉(zhuǎn)換器。被用作不可間斷電源的這種轉(zhuǎn)換器包括電池17，它經(jīng)由適配器18而連接到DC電壓線路L1和L2。以公知的方式，這個(gè)轉(zhuǎn)換器包括整流器19，它具有三條支線19A、19B和19C，它們連接到AC電壓或電流輸入20以及DC電壓VDC線路L1和L2。整流器的控制電路21按照要從在輸入20上連接的電源系統(tǒng)取得的DC電壓VDC和電流來控制整流器支線。濾波電容器具有連接到所述通過中性線(through neutral)LN的公共點(diǎn)。電容器的公共點(diǎn)的電壓一般是在線路L1和L2之間的中點(diǎn)電壓，其值通過由調(diào)節(jié)控制電路22控制的調(diào)壓半導(dǎo)體T1和T2來調(diào)節(jié)。在此圖中，與圖2的相同類型的反相器連接在線路L1和L2上，并且連接到電容器的中點(diǎn)。
在電容器上沒有中點(diǎn)的轉(zhuǎn)換器中，特別是在圖1和3的三相或三相加獨(dú)立的中性線的轉(zhuǎn)換器中，所述電容器不必具有很高的電容值。在圖2的類型的轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)所述中性線連接到電容器C1和C2的公共點(diǎn)時(shí)，所述電容器的值較高以吸收中性線電流而不過多地干擾DC電壓VDC。但是，在連接到整流器的輸入和與圖5相同的反相器的輸出之間具有通過中性線LN的轉(zhuǎn)換器中，濾波電容器C1和C2的值和大小可以變得很高。電容器的高值具體是由于濾波和由于對于由反相器提供的負(fù)荷的中性線電流和向整流器供電的電源的中性線電流的吸收。在這種情況下的所述電容器的高電容值使得能夠保證在反相器的結(jié)構(gòu)和整流器的結(jié)構(gòu)之間的獨(dú)立性。因此，在反相器端的強(qiáng)中性線電流對于整流器或電源電流具有很小的干擾。
當(dāng)轉(zhuǎn)換器功率高時(shí)，諸如圖5那樣的具有通過中性線的公知現(xiàn)有技術(shù)的裝置具有非常高的電容器電容值，這意味著很高的成本。另外，在這樣的轉(zhuǎn)換器中，中性線電流的耦合當(dāng)所述電流不平衡時(shí)使得不能通過在反相器和整流器支線上的控制的過調(diào)來降低在半導(dǎo)體中的功率。在所述控制中的過調(diào)的缺少引起半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換的功耗，并且強(qiáng)加了轉(zhuǎn)換器的更高的DC電壓和較低的電效率。使用通過中性線對于四臂的反相器和整流器增加另外的中性引線是不可能的，因?yàn)楣目刂蒲b置使得不能以足夠獨(dú)立的方式來控制反相器和整流器的中性線電流以限制在整流器、反相器和DC電壓線路之間的耦合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電功率轉(zhuǎn)換器的控制裝置和方法，以及包括這樣的裝置的轉(zhuǎn)換器，用于使得能夠克服具有通過中性線的現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換器的問題。
在按照本發(fā)明的控制裝置中-所述控制部件控制公共支線，所述公共支線包括連接在所述中間DC電壓線路和公共連接之間的電功率元件，以及-所述處理部件包括用于確定用于處理過調(diào)的總控制分量的部件，所述處理部件按照所述公共支線的調(diào)制信號來控制所述公共支線，使用基準(zhǔn)電壓設(shè)定值來確定所述調(diào)制信號，所述基準(zhǔn)電壓設(shè)定值具有表示在所述中性線之間的電壓和代表所述總控制分量的信號的值。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中-所述控制部件控制轉(zhuǎn)換部件的支線，整流部件的支線和公共支線，-處理部件按照表示基準(zhǔn)電壓設(shè)定值的信號來提供每個(gè)支線的調(diào)制信號，以及-所述調(diào)制信號調(diào)制每個(gè)支線的相同特性的載波信號。
優(yōu)選的是，表示基準(zhǔn)電壓的多個(gè)信號是相同的，用于確定轉(zhuǎn)換器的每個(gè)調(diào)制支線的調(diào)制信號，并且所述多個(gè)載波信號是相同的，用于確定轉(zhuǎn)換器的每個(gè)支線的控制信號。
有益的是，所述處理部件包括用于確定用于處理過調(diào)的總控制分量的部件，按照所述轉(zhuǎn)換部件的支線的第一調(diào)制信號來確定所述總控制分量，表示總控制分量的同一個(gè)信號用于處理轉(zhuǎn)換部件的支線的多個(gè)調(diào)制信號和公共支線的調(diào)制信號。
有益的是，處理部件使用表示總控制分量的信號來處理整流部件的支線的調(diào)制信號。
在一個(gè)特定的實(shí)施例中，處理部件包括校正部件，用于按照表示所述整流部件的第一調(diào)制信號的飽和的信號來校正所述總控制分量。
有益的是，所述校正部件包括用于預(yù)測飽和值的部件和用于按照所述飽和值來減小表示所述總控制分量的信號的部件。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種電功率轉(zhuǎn)換器包括-整流部件，用于在輸入上接收電壓或電流，以及用于在中間DC電壓線路上提供直流電壓，-DC電壓濾波部件，連接在所述中間電壓線路上，-轉(zhuǎn)換部件，具有在所述DC電壓線路和輸出之間連接的至少兩條支線，用于將所述DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出的AC電壓，-在輸入和輸出之間的公共中性線或地線連接，-控制部件，用于控制所述轉(zhuǎn)換部件的支線的導(dǎo)通，并且包括處理部件，用于提供所述支線的控制信號的調(diào)制信號，以及-公共支線，包括在所述中間DC電壓線路和公共連接之間連接的電功率元件以及如上所述的控制裝置，所述控制裝置用于按照使用基準(zhǔn)電壓設(shè)定值確定的所述公共支線的調(diào)制信號來控制所述公共支線。
有益的是，所述處理部件提供轉(zhuǎn)換部件的支線的調(diào)制信號，所述調(diào)制信號表示與整流部件的輸入電壓的對應(yīng)電壓不同的電壓。
有益的是，所述處理部件提供所述轉(zhuǎn)換部件的支線的調(diào)制信號，所述調(diào)制信號具有與整流部件的輸入電壓的基本頻率不同的基本頻率。
有益的是，所述處理部件提供所述轉(zhuǎn)換部件的支線的調(diào)制信號，所述調(diào)制信號具有與整流部件的輸入電壓的相位不同的相位。
有益的是，所述控制裝置的所述控制部件以可逆的方式來控制所述轉(zhuǎn)換部件的支線的導(dǎo)通和整流部件的支線的導(dǎo)通，對于負(fù)荷的輸出變?yōu)楣β瘦斎?，轉(zhuǎn)換部件變?yōu)檎鞑考?，以及所述輸入變?yōu)橛糜谔峁┙涣麟姽β实妮敵觥?br> 一種按照本發(fā)明的電功率轉(zhuǎn)換器的控制方法，所述電功率轉(zhuǎn)換器包括-整流部件，用于接收電輸入電壓或電流，以及用于在中間DC電壓線路上提供DC電壓，-DC電壓濾波部件，連接在所述中間線路上，-轉(zhuǎn)換部件，具有在所述DC電壓線路和輸出之間連接的至少兩個(gè)支線，用于將所述DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出的AC電壓，-在輸入和輸出之間的公共中性線或地線連接，-公共支線，包括在所述中間DC電壓線路和公共連接之間連接的電功率元件，以及-控制部件，用于控制所述轉(zhuǎn)換部件的支線的導(dǎo)通，并且包括處理部件，用于提供所述支線的控制信號的調(diào)制信號，所述方法包括-第一步驟確定用于控制轉(zhuǎn)換部件的支線的第一調(diào)制信號，-第一施加步驟用于向公共支線的調(diào)制信號和向用于控制轉(zhuǎn)換部件的支線的調(diào)制信號施加基準(zhǔn)電壓設(shè)定值，-第二步驟用于確定總控制分量的值，以及-第二施加步驟，用于向所述公共支線的調(diào)制信號和向用于控制轉(zhuǎn)換部件的支線的調(diào)制信號施加所述總控制分量。
優(yōu)選的是，所述方法包括第三施加步驟，用于向用于控制整流部件的支線的調(diào)制信號施加基準(zhǔn)電壓設(shè)定值和總控制分量值設(shè)定值。
有益的是，所述方法包括用于控制整流部件的支線的調(diào)制信號的飽和的檢測步驟；以及按照整流部件的支線的調(diào)制信號的飽和的檢測的、總控制分量值的校正步驟。


通過下面說明僅僅作為非限制性示例給出并且在附圖中表示的本發(fā)明的特定實(shí)施例，其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加清楚，其中圖1至3表示具有公知類型的反相器的轉(zhuǎn)換器的圖；圖4表示公知類型的控制裝置的方框圖；圖5表示具有公知類型的通過中性線的轉(zhuǎn)換器的圖；圖6表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器的圖；圖7至9表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制裝置的處理單元的替代實(shí)施例的方框圖；圖10表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制裝置的總控制分量的校正模塊的方框圖；圖11表示根據(jù)按照本發(fā)明的方法的一個(gè)示例的流程圖；圖12圖解了可應(yīng)用到總控制分量的過調(diào)信號的類型；圖13A至13C表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、包括在控制裝置中的總控制分量的調(diào)制信號；圖14表示整流器支線控制飽和信號；以及圖15A至15C、16A至16C和17A至17C圖解了示出總控制分量校正的信號的示例。
具體實(shí)施例方式
在圖6中所示的電功率轉(zhuǎn)換器包括-整流器19，用于在輸入20上接收電壓VI或電流，以及用于在中間DC電壓線路L1和L2上提供DC電壓VDC，-DC電壓濾波電容器C1和C2，連接在中間電壓線路上，-轉(zhuǎn)換部件，諸如反相器2，具有在所述DC電壓線路L1和L2與輸出30之間連接的至少兩條支線2A、2B和2C，用于將所述DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出的AC電壓VO，-公共中性線N或基準(zhǔn)連接LN，以及
-控制裝置31，控制所述轉(zhuǎn)換部件2的支線2A、2B、2C的導(dǎo)通，并且包括處理電路7，用于提供所述支線的控制信號CVA、CVB、CVC的調(diào)制信號MC2。
在按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的這個(gè)電功率轉(zhuǎn)換器中，所述轉(zhuǎn)換器包括公共支線32，所述公共支線32包括電功率元件32A和32B，它們連接在所述中間DC電壓VDC線路L1和L2與公共中性連接LN之間。所述附加公共支線32通過使能附加的控制電平而使得能夠控制中性線電流，以便減小電容器的大小。有益的是，在這個(gè)附加支線中流動(dòng)的中性線電流也使得能夠引入受控的過調(diào)，并且使得能夠降低DC電壓線路的電壓，以減少由于轉(zhuǎn)換的損耗?？刂蒲b置31按照使用基準(zhǔn)電壓設(shè)定值V2而確定的所述公共支線的調(diào)制信號MCom來控制所述公共支線32。所述公共支線調(diào)制信號MCom調(diào)制載波信號F1，所述載波信號F1最好接近或類似于用于控制反相器支線和整流器支線的載波信號F1。
公共支線的調(diào)制信號的基準(zhǔn)電壓設(shè)定值V2最好接近或類似于反相器2和整流器19的支線的調(diào)制信號的基準(zhǔn)電壓設(shè)定值V2。
因此，公共支線的控制、反相器支線的控制和整流器支線的控制具有相同的載波信號F1和基準(zhǔn)電壓設(shè)定值V2基礎(chǔ)。利用這樣的基礎(chǔ)，表示整流器輸入電壓和反相器輸出電壓的調(diào)制信號可以是獨(dú)立的，因?yàn)橥ㄟ^載波信號F1同步了能夠在公共支線中流動(dòng)的中性線電流。在這種情況下，即使對于通過中性線，輸入功率系統(tǒng)電壓和電流的特征可以與反相器輸出電壓的特征不同。例如，反相器的輸出電壓VO可以具有與輸入功率系統(tǒng)的電壓VI不同的電壓值，但是也具有不同的相位或不同的頻率。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，具有通過中性線的這個(gè)轉(zhuǎn)換器也可以以可逆的方式工作。在這種情況下，控制裝置以可逆的方式來控制反相器支線和整流器支線的導(dǎo)通。對于負(fù)荷的輸出然后變?yōu)楣β瘦斎?，反相器變?yōu)檎髌?，輸入變?yōu)樘峁〢C電功率的輸出。
圖7表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制裝置的控制電路6的處理單元7的方框圖。控制裝置被特別設(shè)計(jì)來控制按照圖6的電功率轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體的支線的導(dǎo)通。
控制電路控制反相器支線2A、2B、2C的導(dǎo)通，并且包括處理單元7，用于提供所述支線的控制信號CVA、CVB、CVC的調(diào)制信號MC2A、MC2B和MC2C。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，控制電路控制公共支線32，公共支線32包括串聯(lián)在所述中間DC電壓VDC線路L1和L2之間、并且通過它們的公共中點(diǎn)連接到公共中性連接LN的電功率元件32A和32B。處理單元按照使用基準(zhǔn)電壓設(shè)定值V2而確定的調(diào)制信號Mcom來調(diào)制所述公共支線。公共支線調(diào)制信號Mcom在運(yùn)算器33中被組合以調(diào)制載波信號F1。
在圖7的圖中，調(diào)節(jié)器8提供反相器2的第一三相調(diào)制信號MC1A、MC1B和MC1C，第二調(diào)節(jié)器34提供整流器19的第一三相調(diào)制信號MR1A、MR1B、MR1C。第一反相器調(diào)制信號在運(yùn)算器12中與基準(zhǔn)電壓設(shè)定值V2組合以分別提供第二修改的反相器調(diào)制信號MC2A、MC2B、MC2C。第一整流器調(diào)制信號在運(yùn)算器35中與基準(zhǔn)電壓設(shè)定值V2組合以分別提供第二修改的整流器調(diào)制信號MR2A、MR2B、MR2C。所述修改的調(diào)制信號MR1A、MR1B、MR1C和MC2A、MC2B、MC2C分別在運(yùn)算器14和36中被組合以調(diào)制載波信號F1。對于反相器支線、整流器支線和公共支線的調(diào)制，被施加到運(yùn)算器12、35和33的設(shè)定值V2具有相同的特性，被施加到運(yùn)算器14、36和33的載波F1具有相同的特性。有益的是，相同的電壓V2被施加到運(yùn)算器12、35和33，和/或相同的載波信號F1被施加到運(yùn)算器14、36和33。被調(diào)制的信號CVA、CVB、CVC被設(shè)計(jì)來控制反相器支線，被調(diào)制的信號CRA、CRB、CRC被設(shè)計(jì)來控制整流器支線，信號Ccom被設(shè)計(jì)來控制公共支線。信號的調(diào)制最好是在例如運(yùn)算器14、36和33中按照稱為相交叉的方法以脈沖寬度調(diào)制來調(diào)制的。
圖8表示具有過調(diào)功能的控制裝置的控制電路6的方框圖。在此圖中，模塊9接收由調(diào)節(jié)器提供的第一反相器調(diào)制信號MC1A、MC1B、MC1C，并且確定總控制分量OM，所述總控制分量OM包括公共支線32的過調(diào)和控制信號。這個(gè)分量OM在運(yùn)算器10中與第一反相器調(diào)制信號MC1A、MC1B、MC1C組合，并且在運(yùn)算器37中與基準(zhǔn)電壓設(shè)定值信號V2組合，以提供公共支線調(diào)制信號Mcom。
為了防止中性線電流的干擾，也施加表示總控制分量的信號來用于處理整流器調(diào)制信號。但是，因?yàn)殡妷?、頻率和相位可以在轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出之間不同并且中間DC電壓的電壓必須保持有限以便不增加耗散的功率，因此存在支線控制信號飽和的風(fēng)險(xiǎn)。因此，圖9的控制裝置包括飽和檢測模塊38。模塊38接收第一整流器支線調(diào)制信號MR1A、MR1B、MR1C和第一總控制分量信號OM0。模塊38檢測飽和的風(fēng)險(xiǎn)，并且按照有限飽和值(limitsaturation value)的過沖(overshoot)來校正所述總控制分量信號OM0。在模塊38的輸出上，新校正的總控制分量信號OM1在運(yùn)算器10中與第一反相器支線調(diào)制信號組合，在運(yùn)算器39中與第一整流器支線調(diào)制信號MR1A、MR1B、MR1C組合，并且在運(yùn)算器37中與基準(zhǔn)電壓信號V2組合以控制公共支線。優(yōu)選的是，所述反相器支線調(diào)制信號也在運(yùn)算器12中與基準(zhǔn)電壓信號V2組合，在運(yùn)算器14中與載波信號F1組合，以及整流器支線調(diào)制信號也在運(yùn)算器35中與基準(zhǔn)電壓信號V2組合，并且在運(yùn)算器36中與載波信號F1組合。運(yùn)算器37提供從校正的總控制分量OM1和從基準(zhǔn)電壓信號V2產(chǎn)生的公共支線調(diào)制信號Mcom。信號Mcom在運(yùn)算器中與載波信號F1組合。
圖10表示總控制分量校正模塊38的方框圖的一個(gè)示例。按照表示整流部件的調(diào)制信號的飽和的信號來校正所述總控制分量。模塊38包括飽和值確定模塊41、42、43，它們分別用于每個(gè)整流器支線調(diào)制信號SA、SB、SC。模塊41、42、43分別在輸入上接收第一整流器調(diào)制信號MR1A、MR1B、MR1C和第一總控制分量信號OM0，并且在輸出上分別提供飽和值信號SA、SB、SC。如果檢測到飽和的風(fēng)險(xiǎn)，則第一總控制分量信號和飽和過沖值信號SA、SB、SC在運(yùn)算器44中組合以校正第一總控制分量信號，并且提供新信號或總控制分量的新值OM1。例如，模塊41、42、43確定或預(yù)測飽和值SA、SB、SC，并且運(yùn)算器44按照所述飽和值來減小表示總控制分量OM1的信號。
在按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝置中，所述總控制分量、載波信號和/或基準(zhǔn)電壓信號對于所有反相器支線、整流器支線和公共支線的處理是共同的。但是，處理單元可以提供具有與整流器輸入電壓的對應(yīng)電壓不同的電壓的反相器支線調(diào)制信號和/或具有與整流器輸入電壓的基本頻率不同的基本頻率的反相器支線調(diào)制信號和/或具有與整流器輸入電壓的相位不同的相位的反相器支線調(diào)制信號。
圖11表示按照本發(fā)明的電功率轉(zhuǎn)換器的控制方法的流程圖的一個(gè)示例。所述方法包括第一確定步驟60確定用于控制反相器支線的調(diào)制信號MC1A、MC1B、MC1C。然后，第二確定步驟61按照第一反相器調(diào)制信號并且可能按照所選擇的過調(diào)的類型而確定總控制分量值OM0。在步驟62中，向所述反相器和公共支線調(diào)制信號施加表示所述總控制分量的值。步驟63使得能夠向反相器支線調(diào)制信號MC1A、MC1B、MC1C和向公共支線調(diào)制信號Mcom施加基準(zhǔn)電壓設(shè)定值V2。第三確定步驟64按照基準(zhǔn)電壓設(shè)定值V2和按照總控制分量值OM來確定用于整流器支線控制的調(diào)制信號。
在本流程圖中，飽和管理階段65包括在整流器支線控制的飽和的風(fēng)險(xiǎn)情況下的總控制分量校正步驟。在這個(gè)階段，檢測步驟66檢測整流器支線控制的總控制分量調(diào)制信號的飽和的風(fēng)險(xiǎn)，步驟67通過使用有限的飽和值Vmax計(jì)算所述總控制分量的第一值OM0的所述過沖來確定飽和過沖值Vsat。然后，校正步驟68按照整流器支線調(diào)制信號的飽和Vsat的檢測來校正總控制分量值OM。如果未檢測到飽和，則不校正總控制分量OM，并且步驟69向分量OM施加總控制分量的第一值OM0。
圖12表示反相器支線調(diào)制的類型和可施加到總控制分量的過調(diào)信號。信號MCA、MCB、MCC是三相信號，包括在正弦波峰值上的平坦過調(diào)70。按照調(diào)制信號MCA、MCB、MCC來確定總控制分量信號OM。在這種情況下，這個(gè)總分量OM通過在其他支線上的低電平調(diào)制來補(bǔ)償過調(diào)以恢復(fù)正弦波形狀。
圖13A示出了用于調(diào)制反相器支線控制的調(diào)制信號MC2A、MC2B、MC2C。圖13B示出了按照具有優(yōu)先級的反相器調(diào)制信號而產(chǎn)生的總控制分量信號OM。圖13C表示整流器支線調(diào)制信號MR2A、MR2B、MR2C，它們也包括過調(diào)，但是其電壓形式與反相器的那些不同步。在不在構(gòu)成總控制分量中起作用的非優(yōu)先的整流器調(diào)制信號上，可能發(fā)生飽和71。
圖14表示示出了整流器支線控制飽和的示例的信號。調(diào)制信號MR2A、MR2B和MR2C也表示整流器電壓輸入信號。當(dāng)調(diào)制信號超過有限的飽和值Vmax時(shí)，可能有飽和71的風(fēng)險(xiǎn)。電壓Vmax也表示或依賴于DC電壓VDC線路的電壓或基準(zhǔn)電壓V2?？梢酝ㄟ^在有限值Vmax與第一整流器支線調(diào)制信號MR1A、MR1B和MR1C的值之間的差來定義飽和值。
為了降低或消除這個(gè)飽和風(fēng)險(xiǎn)，可以特別按照所述飽和值來校正所述總控制分量。圖15A示出了按照第一反相器調(diào)制信號MC1A、MC1B、MC1C而確定的第一總控制分量OM0。圖15B示出了按照第一總控制分量OM0和第一整流器支線調(diào)制信號MR1A、MR1B和MR1C而確定的飽和值信號Vsat的示例。圖15C示出了按照飽和值信號校正的第二總控制分量OM1。
圖16A示出了反相器支線調(diào)制信號MC2A、MC2B、MC2C，它們包括使用校正的第二總控制分量信號OM1校正的過調(diào)。在圖16B中示出了校正的第二總控制分量信號OM1的形式的一個(gè)示例。圖16C示出了按照總控制分量的校正被限制到最大值Vmax的校正的調(diào)制信號MR2A、MR2B、MR2C。圖17A至17C表示等同于對應(yīng)的圖16A至16C的信號的信號。在圖17A中，信號MC2A包括對應(yīng)于總控制分量OM1的校正的限幅部分75。在圖17B中，總控制分量信號OM1包括對應(yīng)于用于消除或減少飽和風(fēng)險(xiǎn)的效果的校正的限幅部分76。圖17C詳細(xì)示出了整流器支線的調(diào)制信號MR2A的有限部分。
按照本發(fā)明的實(shí)施例的轉(zhuǎn)換裝置可以特別是不可間斷的電源、速度調(diào)節(jié)器、在能夠具有非常不同的電特性的兩個(gè)電功率分發(fā)系統(tǒng)之間的單向或雙向功率轉(zhuǎn)換器或頻率轉(zhuǎn)換器。公共中性線LN可以依賴于功率系統(tǒng)或安裝保護(hù)裝置的類型而連接到地線。這個(gè)連接LN可以本身是地或地線或在轉(zhuǎn)換器輸入和輸出之間的公共基準(zhǔn)線。
這些轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體有益地是被稱為IGBT的絕緣選通晶體管，但是可以使用其他類型的半導(dǎo)體。支線可以根據(jù)所使用的電壓、電流或電功率而包括串聯(lián)和/或并聯(lián)的幾個(gè)半導(dǎo)體。例如，輸入或輸出電壓對于低壓系統(tǒng)應(yīng)用可以為從幾十伏特到幾千伏特的范圍，特別在中壓應(yīng)用中具有幾千伏特的電壓。所述輸入或輸出電流可以為從幾安培到大于一千安培的范圍。
按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)應(yīng)用可以是電功率轉(zhuǎn)換，特別是用于替代中壓-低壓、低壓-低壓或中壓-中壓變壓器。
在另一種技術(shù)語言中，轉(zhuǎn)換器支線可以被稱為臂。
權(quán)利要求
1.一種電功率轉(zhuǎn)換器的控制裝置，包括控制部件(6)，用于控制半導(dǎo)體支線(2A、2B、2C)的導(dǎo)通，所述電功率轉(zhuǎn)換器包括-整流部件(19)，用于接收電壓(VI)或電流輸入(20)，以及用于在中間DC電壓線路(L1和L2)上提供直流電壓(VDC)，-直流電壓濾波部件(C1，C2)，連接在所述中間電壓線路上(L1，L2)，-轉(zhuǎn)換部件(2)，具有至少兩個(gè)在所述直流電壓線路(L1和L2)和輸出之間連接的支線(2A，2B)，用于將所述直流電壓轉(zhuǎn)換為輸出的交流電壓(VO)，以及-在輸入端和輸出端之間的公共中性線或地線連接(LN)，所述控制部件(6)控制所述轉(zhuǎn)換部件(2)的所述支線(2A，2B，2C)的導(dǎo)通，并且包括用于提供所述支線的控制信號的調(diào)制信號(MC1，MC1A，MC1B，MC1C)的處理部件(7)，所述控制裝置的特征在于-所述控制部件(6)控制公共支線(32)，所述公共支線(32)包括連接到所述中間DC電壓線路(L1，L2)和公共連接(LN)之間的電功率元件(32A，32B)，以及-所述處理部件包括用于確定用于處理過調(diào)的總控制分量(OM，OM0)的部件(9)，所述處理部件(7)按照所述公共支線的調(diào)制信號(MCom)來控制所述公共支線(32)，其中使用基準(zhǔn)電壓設(shè)定值來確定所述調(diào)制信號，所述基準(zhǔn)電壓設(shè)定值具有表示在所述中間電壓線路之間的電壓和代表所述總控制分量(OM，OM1)的信號的值。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于-所述控制部件控制轉(zhuǎn)換部件(2)的支線，整流部件(19)的支線和公共支線(32)，-所述處理部件(7)按照表示基準(zhǔn)電壓設(shè)定值的信號(V2)來提供每個(gè)支線的調(diào)制信號(MC2A，MC2B，MC2C，MR2A，MR2B，MR2C，MCom)，以及-所述調(diào)制信號(MC2A，MC2B，MC2C，MR2A，MR2B，MR2C，MCom)調(diào)制每個(gè)支線的相同特性的載波信號(F1)。
3.按照權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，表示基準(zhǔn)電壓的多個(gè)信號(V2)是相同的，用于確定轉(zhuǎn)換器的每個(gè)調(diào)制支線的調(diào)制信號(MC2A，MC2B，MC2C，MR2A，MR2B，MR2C，MCom)，并且所述多個(gè)載波信號(F1)是相同的，用于確定轉(zhuǎn)換器的每個(gè)支線的控制信號(CVA，CVB，CVC，CRA，CRB，CRC，CCom)。
4.按照權(quán)利要求2或3的裝置，其特征在于，所述處理部件包括用于確定用于處理過調(diào)的總控制分量(OM，OM0)的部件(9)，按照所述轉(zhuǎn)換部件的支線的第一調(diào)制信號(MC1A，MC1B，MC1C)來確定所述總控制分量(OM，OM0)，表示總控制分量(OM，OM1)的同一個(gè)信號用于處理轉(zhuǎn)換部件的支線的多個(gè)調(diào)制信號(MC2A，MC2B，MC2C)和公共支線的調(diào)制信號(MCom)。
5.按照權(quán)利要求4的裝置，其特征在于，所述處理部件使用表示總控制分量的信號(OM，OM1)來處理整流部件(19)的支線的調(diào)制信號(MR2A，MR2B，MR2C)。
6.按照權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，所述處理部件包括校正部件(38，41，42，43，44，65)，用于按照表示所述整流部件的第一調(diào)制信號(MR1A，MR1B，MR1C)的飽和的信號(SA，SB，SC)來校正所述總控制分量(OM，OM0，OM1)。
7.按照權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，所述校正部件包括用于預(yù)測飽和值(SA，SB，SC)的部件(41，42，43)和用于按照所述飽和值來減小表示所述總控制分量(OM)的信號(OM1)的部件(44)。
8.一種電功率轉(zhuǎn)換器，包括-整流部件(19)，用于在輸入(20)上接收電壓(VI)或電流，以及用于在中間DC電壓線路(L1，L2)上提供直流電壓(VDC)，-DC電壓濾波部件(C1，C2)，連接在中間電壓線路上，-轉(zhuǎn)換部件(2)，具有在所述中間DC電壓線路和輸出之間連接的至少兩條支線，用于將所述DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出的AC電壓(VO)，-在輸入和輸出之間的公共中性線或地線連接，-控制部件(6)，用于控制所述轉(zhuǎn)換部件(2)的支線的導(dǎo)通，并且包括處理部件(7)，用于提供所述支線的控制信號的調(diào)制信號(MC1，MC1A，MC1B，MC1C)，以及所述轉(zhuǎn)換器的特征在于它包括公共支線(32)，所述公共支線(32)包括在所述中間DC電壓(VDC)線路(L1，L2)和公共連接(LN)之間連接的電功率元件(32A，32B)以及按照權(quán)利要求1至7中任一個(gè)所述的控制裝置，所述控制裝置用于按照使用基準(zhǔn)電壓設(shè)定值(V2)確定的所述公共支線的調(diào)制信號(MCom)來控制所述公共支線(32)。
9.按照權(quán)利要求8的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述處理部件提供轉(zhuǎn)換部件(2)的支線的調(diào)制信號(MC2A，MC2B，MC2C)，所述調(diào)制信號表示與整流部件(19)的輸入(20)上的輸入電壓(VI)的對應(yīng)電壓不同的電壓。
10.按照權(quán)利要求8或9的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述處理部件提供所述轉(zhuǎn)換部件(2)的支線的調(diào)制信號(MC2A，MC2B，MC2C)，所述調(diào)制信號具有與整流部件(19)的輸入電壓(VI)的基本頻率不同的基本頻率。
11.按照權(quán)利要求8或9的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述處理部件提供所述轉(zhuǎn)換部件(2)的支線的調(diào)制信號(MC2A，MC2B，MC2C)，所述調(diào)制信號具有與整流部件(19)的輸入電壓(VI)的相位不同的相位。
12.按照權(quán)利要求8至11的任何一個(gè)的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制裝置的所述控制部件以可逆的方式來控制所述轉(zhuǎn)換部件(2)的支線的導(dǎo)通和整流部件的支線(19)的導(dǎo)通，對于負(fù)荷的輸出變?yōu)楣β瘦斎?，轉(zhuǎn)換部件變?yōu)檎鞑考鲚斎胱優(yōu)橛糜谔峁┙涣麟姽β实妮敵觥?br> 13.一種電功率轉(zhuǎn)換器的控制方法，所述電功率轉(zhuǎn)換器包括-整流部件(19)，用于接收電輸入電壓或電流，以及用于在中間DC電壓線路上提供DC電壓，-DC電壓濾波部件(C1，C2)，連接在所述中間線路上，-轉(zhuǎn)換部件(2)，具有在所述DC電壓線路和輸出之間連接的至少兩個(gè)支線，用于將所述DC電壓轉(zhuǎn)換為輸出的AC電壓，-在輸入和輸出之間的公共中性線或地線連接(LN)，-公共支線(32)，包括在所述中間DC電壓線路(L1，L2)和公共連接(LN)之間連接的電功率元件，以及-控制部件(6)，用于控制所述轉(zhuǎn)換部件的支線的導(dǎo)通，并且包括處理部件，用于提供所述支線的控制信號的調(diào)制信號，所述方法的特征在于它包括-第一步驟(60)確定用于控制轉(zhuǎn)換部件的支線的第一調(diào)制信號(MC1A，MC1B，MC1C)，-第一施加步驟(63)用于向公共支線的調(diào)制信號(MCom)和向用于控制轉(zhuǎn)換部件的支線的調(diào)制信號(MC1A，MC1B，MC1C，MC2A，MC2B，MC2C)施加基準(zhǔn)電壓設(shè)定值(V2)，-第二步驟(61)用于確定總控制分量的值(OM0)，以及-第二施加步驟(62)，用于向所述公共支線的調(diào)制信號(MCom)和向用于控制轉(zhuǎn)換部件的支線的調(diào)制信號(MC2A，MC2B，MC2C)施加所述總控制分量(OM，OM1)。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于它包括-第三施加步驟(64)，用于向用于控制整流部件(19)的支線的調(diào)制信號(MR2A，MR2B，MR2C)施加基準(zhǔn)電壓設(shè)定值(V2)和總控制分量值(OM，OM1)設(shè)定值。
15.按照權(quán)利要求14的方法，其特征在于它包括-用于控制整流部件的支線的調(diào)制信號(MR1A，MR1B，MR1C)的飽和的檢測步驟(66)；以及-按照整流部件的支線的調(diào)制信號的飽和的檢測的、總控制分量值(OM)的校正步驟(68)。
全文摘要
一種電功率轉(zhuǎn)換器的控制裝置，包括控制部件(6)，用于控制半導(dǎo)體支線的導(dǎo)通。所述轉(zhuǎn)換器包括整流器，用于在中間線路(L1和L2)上提供直流電壓(VDC)；電壓濾波器(C1，C2)，連接在所述中間線路上；反相器，連接在所述中壓線路和輸出之間；公共中性線連接(LN)。所述控制部件包括用于提供所述反相器支線的控制信號的調(diào)制信號的處理單元?？刂撇考?6)控制公共支線(32)，所述公共支線(32)包括連接到所述中間線路和公共中性線連接(LN)之間的電功率元件(32A，32B)。所述處理單元(7)按照使用基準(zhǔn)電壓設(shè)定值而確定的所述公共支線的調(diào)制信號(MCom)來控制所述公共支線(32)。
文檔編號H02M7/219GK1764054SQ20051010685
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月27日
發(fā)明者菲利普·鮑德森, 弗朗科伊斯·布維持, 安東尼奧·阿爾梅達(dá), 讓·N·菲奧里納 申請人:Mge Ups系統(tǒng)公司