功率轉換器控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及功率轉換器控制系統(tǒng)和方法，所述功率轉換器控制系統(tǒng)包括一次橋控制器，所述一次橋控制器被配置成致動第一多個門極驅動單元，所述第一多個門極驅動單元切換功率轉換器的一次橋中的第一多個功率元件。所述控制系統(tǒng)進一步包括二次橋控制器，所述二次橋控制器與所述一次橋控制器分離，并被配置成致動第二多個門極驅動單元，以切換所述功率轉換器的二次橋中的第二多個功率元件。
【專利說明】功率轉換器控制系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及電子裝置，諸如功率轉換器。本發(fā)明其它實施例還涉及功率轉換器控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在采礦行業(yè)，大型非公路車(off-highway vehicles，0HVs)用來拖曳從露天礦挖掘出的重的有效 載荷(payloads)。0HVs通常使用電動車輪來以節(jié)能方式推動或阻止車輛。具體地，0訊^通常使用大馬力的柴油發(fā)動機與交流發(fā)電機、主牽引逆變器和放置在車輛的后輪胎中的一對車輪驅動組件配合。柴油發(fā)動機與交流發(fā)電機直接聯(lián)結，使得柴油發(fā)動機驅動交流發(fā)電機。交流發(fā)電機給主牽引功率轉換器提供動力，其中，功率半導體器件變換交流輸出電流，以提供具有受控電壓和受控頻率的以用于兩輪驅動組件的電驅動電機的電功率。
[0003]適于用于0HVs的功率轉換器包括例如絕緣雙向Η橋轉換器，其特征為通過電力變壓器連接的兩個全橋半導體。這種轉換器能夠使用在某范圍內(nèi)變化的一次側、二次側電壓來雙向傳遞功率。
[0004]絕緣Η橋轉換器或其它功率電子器件可包括可通過驅動電路以交替方式接通或關斷以產(chǎn)生輸出AC波形的功率元件，例如可開關半導體器件(諸如絕緣柵雙極性晶閘管IGBT)。其它類型的功率元件還可用在Η橋電路中，諸如功率BJT晶閘管，功率M0SFET，集成門極換向晶閘管(IGCT)，門極可關斷晶閘管(GT0)或由低功率信號(門極信號)切換的其它任何器件可控半導體。
[0005]通常，功率轉換器內(nèi)的每個功率元件通過從門極驅動單元提供的門極電壓接通或關斷。門極驅動單元通常通過與控制單元的有線連接來控制。然而，控制單元可以與門極驅動單元在物理上距離很遠。而且，0HVs通常在對可用于將信號從控制單元路由到門極驅動單元的有線連接(諸如光纖或電纜)造成物理損壞的有挑戰(zhàn)的環(huán)境條件下使用。包括功率轉換器的其它類型的設備，例如工業(yè)機器人，也可能暴露于有挑戰(zhàn)的環(huán)境條件中。
[0006]因此，可能需要提供與當前可用的系統(tǒng)不同的功率轉換器控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在實施例中，單獨的控制器出現(xiàn)在功率轉換器的每一側，在這些控制器之間有最小量的互連。例如，功率轉換器控制系統(tǒng)可包括一次橋控制器和與一次橋控制器分離的二次橋控制器。一次橋控制器被配置成致動第一多個門極驅動單元，第一多個門極驅動單元切換功率轉換器的一次橋中的第一多個功率元件。二次橋控制器被配置成致動第二多個門極驅動單元，第二多個門極驅動單元切換功率轉換器的二次橋中的第二多個功率元件。
[0008]進一步地，所述二次橋控制器被配置成基于所述一次橋AC電壓波形的直接測量致動所述第二多個門極驅動單元。
[0009]進一步地，所述二次橋控制器被配置成響應于由所述一次橋控制器發(fā)射的信號致動所述第二多個門極驅動單元。
[0010]進一步地，所述發(fā)射的信號是鋸齒波形。
[0011]進一步地，所述二次橋控制器被配置成基于所述一次橋AC電壓的本地估計致動所述第二多個門極驅動單元。
[0012]進一步地，所述本地估計是估計波形。
[0013]進一步地，所述本地估計基于根據(jù)本地門控信號在所述一次橋的本地DC電壓和所述AC電壓的預確定關系。
[0014]進一步地，所述本地估計是本地生成的定時信號。
[0015]進一步地，所述定時信號基于與本地門極信號同時感測的本地DC電壓。
[0016]另一實施例涉及功率轉換器，包括變壓器，一次橋和二次橋。變壓器具有一次線圈和二次線圈。一次橋包括連接于一次端子和變壓器的一次線圈之間的第一多個功率元件。二次橋包括連接于二次端子和變壓器的二次線圈之間的第二多個功率元件。功率轉換器進一步包括分別可操作地耦連到第一多個功率控制元件和一次橋控制器的第一多個門極驅動單元。第一多個門極驅動單元被配置成由一次橋控制器致動，以切換第一多個功率元件。功率轉換器進一步包括分別操作地耦連到第二多個功率元件并耦連到與一次橋控制器分離的二次橋控制器的第二多個門極驅動單元。第二多個門極驅動單元被配置成由二次橋控制器驅動，以切換第二多個功率元件。
[0017]進一步地，所述二次橋控制器被配置成基于直接測量所述一次橋的AC電壓波形，致動所述第二多個門極驅動單元。
[0018]進一步地，所述二次橋控制器被配置成響應于由所述一次橋控制器發(fā)射的信號致動所述第二多個門極驅動單元。
[0019]進一步地，所述發(fā)射的信號是鋸齒波形。
[0020]進一步地，所述二次橋控制器被配置成基于所述一次橋AC電壓的本地估計致動所述第二多個門極驅動單元。
[0021]進一步地，所述本地估計是估計波形。
[0022]進一步地，所述本地估計基于所述一次橋本地DC電壓和所述AC電壓的預確定關系。
[0023]進一步地，所述本地估計是本地產(chǎn)生的定時信號。
[0024]進一步地，所述定時信號基于與本地門極信號同時感測的本地DC電壓。
[0025]另一實施例涉及一種方法，例如用于控制功率轉換器的方法。所述方法包括在一次橋控制器的控制下，切換功率轉換器中一次橋的功率元件，以將電流從所述功率轉換器的一次端子變換到一次線圈，所述一次線圈激勵二次線圈(第一電壓出現(xiàn)在所述一次端子)。所述方法進一步包括觀測所述一次線圈的第二電壓(例如感測或計算第二電壓)；以及根據(jù)所述一次線圈的所述第二電壓并在二次控制器的控制下，切換所述功率轉換器中二次橋的功率元件，用于將電流從所述二次線圈變換到所述功率轉換器的二次端子。
[0026]進一步地，所述一次線圈的第二電壓是通過在所述二次控制器的本地估計觀測的。
[0027]如本文中使用的，“一次”指將功率發(fā)送到“二次”側的轉換器側上的組件?！岸巍敝笍摹耙淮巍眰冉邮展β什⑵浒l(fā)射到負載的轉換器側上的組件。因此，當功率流向反轉時，一次和二次的名稱可相應變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]在參考附圖閱讀下文的詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征將變得容易理解，附圖中相似的字符在所有圖中代表相似部件，其中:
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的絕緣Η橋功率轉換器的示意圖。
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例可用于圖1功率轉換器的一次、二次控制器組合的示意圖。
[0031]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面圖1功率轉換器的一次、二次變壓器繞組的電壓和電流波形圖。
[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例可用于圖1所示的功率轉換器的一次、二次控制器的組合的示意圖。
[0033]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一些方面由一次繞組電壓觀測器生成的鋸齒定時信號圖。
[0034]圖6示出了用于根據(jù)二次DC電壓估計變壓器一次AC電壓的算法的框圖。
[0035]圖7是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例可用于圖1所示功率轉換器的一次、二次控制器的組合的示意圖。
【具體實施方式】
[0036]本發(fā)明的示例性實施例涉及雙(雙向)H橋功率轉換器的分布式控制。功率轉換器具有一次側和二次側，每一側具有一組受控半導體器件，這些器件被命令將電功率從一種波形轉換成另一種波形。功率轉換器能夠在兩個方向上在所述兩側之間轉換功率，然而，在一些情況下，可能要求功率轉換器只有一個方向上工作。
[0037]通常，這種類型的功率轉換器的控制是以集中方式進行的，其中，單個控制器控制一次側和二次側的半導體。這要求送到控制器或控制器發(fā)出的感測和致動信號被路由到轉換器的每一側及路由轉換器的每一側發(fā)出的信號。在一些情況下，此路由難以獲得所要求的質量水平，并且由于距離和/或環(huán)境條件可能是不期望的。因此，在一些方面，提出使用具有兩個單獨控制器的控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，雙向功率轉換器的每一側具有一個控制器，在這些控制器之間有最小量的互聯(lián)。
[0038]為了獲得提出的非集中方式，在一些實施例中，接收能量側的控制器測量或估計發(fā)送端的變壓器繞組電壓的演化(evolution)。在相對側變壓器繞組電壓信號不可用的實施例中，控制器根據(jù)其自己側的測量來計算或估計該信號。在某些實施例中，相對側的變壓器繞組電壓是基于觀測器、模型反演(model inversion)或可以獲得期望電壓的其它算法估計的。在提供雙向功率轉換的實施例中，相對側電壓觀測出現(xiàn)在功率轉換器的兩側。在轉換器只在一個方向上轉換功率的實施例中，相對側電壓觀測出現(xiàn)在功率發(fā)送側是可選的。不過，可能有利于獲得更加高效的操作。盡管在一些方面并不需要調(diào)整目的，但實施例可包括在兩側之間的通信，用于能夠產(chǎn)生(開始/停止)發(fā)送信號和故障跳閘保護。
[0039]本發(fā)明尤其可用于環(huán)境條件對信號二次控制器路由到功率電子門極驅動單元造成困難的情況中，在此情況中通常是使用光纖或電力電纜進行的。這種狀況的一個例子可以是采礦設備和其它非公路車(OHV’ s)。
[0040]因此，圖1圖示了本發(fā)明的一個示例性實施例,其中，單相絕緣雙向Η橋功率轉換器100接收DC電壓“Vdcl”，并提供DC負載電壓“Vdc2”。功率轉換器100包括多個半導體功率元件或其它開關101，102，103，104，105，106，107，108。每個功率元件具有集電極C，門極G和發(fā)射極E。每個功率元件還具有相應的反并聯(lián)(集電極到二極管陰極，以及發(fā)射極到二極管陰極)連接在集電極C和發(fā)射極E之間的反饋二極管111，112，113，114，115，116，117，118。
[0041]功率元件101，102，103，104和它們關聯(lián)的反饋二極管111，112，113，114排列形成一次橋120，而功率元件105，106，107，108和它們的反饋二極管排列形成二次橋122。連接一次橋120以變換DC電源電壓Vdcl，從而在變壓器140的一次線圈141兩端提供AC電流“Iph”。連接二次橋122以通過在變壓器140的二次線圈142上變換AC電流從而提供DC負載電壓Vdc2。
[0042]在功率轉換器100內(nèi)，功率元件105 “類似于(homologous) ”功率元件101，因為功率元件101連接到一次線圈141 (變壓器一次繞組)的高壓端，而功率元件105連接到二次線圈142(變壓器二次繞組)的高壓端，使得在其自身的橋中的每個功率元件功能類似于在其相應橋中的類似(homologous)功率元件。同樣地，功率元件102-106，103-107以及104-108 也是類似對(homologouspairs)。
[0043]一次橋120的功率元件101，102等可通過門極電壓信號“Vgl”，“Vg2”等切換為接通(0N)或關斷(OFF)，以變換一次DC電壓Vdcl，將AC電流Iph提供到變壓器一次線圈141，如下面進一步討論的。二次橋122的功率元件105，106等通過門極電壓信號“Vg5”，“Vg6”等切換為0N或0FF，以變換二次線圈AC電壓，用于提供逐漸降低的DC電壓Vdc2。
[0044]因此，圖1示出了絕緣Η橋轉換器100，其包括通過電力變壓器140連接的一次、二次半導體橋120，122。通過適當?shù)貐f(xié)調(diào)一次、二次橋120，122的變換，轉換器100可以在變壓器140的任一方向上傳輸功率，同時保持DC電壓Vdcl，Vdc2在預確定的范圍內(nèi)。在每種情況下，都有由一次橋切換的一次側或供電側，用于將功率發(fā)送到另一側或二次側，該側接收功率并將功率通過二次橋傳遞到負載。
[0045]盡管圖1具體圖示了一個示例性實施例，其中，用作功率元件的半導體器件是絕緣柵雙極性晶閘管(IGBT)，本發(fā)明還適用于其它固態(tài)半導體器件，通過非限制性例子，包括:雙模式絕緣柵晶閘管；M0SFET;和/或JEFT。在本發(fā)明的選擇實施例中，每個功率元件和其相應的反饋二極管可一起形成開關模塊，正如與其對應的于2012年4月24日提交的美國申請序號13/454292 (’492申請)中進一步討論的，其通過引用被全文并入本文。
[0046]在實施例中，功率轉換器100被控制以根據(jù)設置值或時間函數(shù)保持輸出電壓。通過在一次橋120和二次橋122之間引入橋-橋相移(bridge-to-bridge phase shift)“dsh”控制輸出電壓Vdc2。該相移是變壓器一次線圈141和變壓器二次線圈142中AC電壓的一部分。功率在轉換器兩端的傳遞是相移dsh、一次電壓和二次電壓及變壓器阻抗的函數(shù)。通常，如果電壓是恒定的，則橋-橋相移越大，引起的功率傳遞越大。在功率傳遞是給定值的情況下，相移會改變接收側的電壓。因此，相移dsh可以用來調(diào)節(jié)電壓。
[0047]仍然參照圖1，在本發(fā)明的一些方面，功率轉換器100的控制被分割成一次橋控制器130和二次橋控制器132，使得每個控制器130或132控制相應的一次橋120或二次橋122的功率元件101...。一次控制器130控制一次橋門極電壓Vgl，...，Vg4的產(chǎn)生。二次控制器132控制二次橋門極電壓Vg5，...，Vg8的產(chǎn)生。更具體地，第一多個門極驅動單元143耦連到一次控制器130，第二多個門極驅動單元144耦連到二次控制器132。門極驅動單元的輸入由控制器的控制信號輸出來驅動，門極驅動單元的輸出相應地電附連到功率元件的門極。適當?shù)拈T極驅動單元的例子在上述’492申請中可以找到。門極驅動單元可以與控制器部分或全部集成在一起，或者可以被單獨地封裝，或與控制器分離。一次、二次控制器130，132根據(jù)預確定的方案被協(xié)調(diào)以用于將門極電壓信號Vgl，...，Vg8發(fā)送到半導體功率元件101，...，108，以便控制電功率從DC電源到DC負載的傳遞。
[0048]功率轉換器100可用來在兩個方向上轉換功率。因此，在實施例中，每個控制器130，132被配置成調(diào)制門極電壓，以便獲得期望的橋-橋相移dsh。在一些應用中，可以是控制器130，132之一或兩者都感測相對側橋的變壓器端子的AC電壓。這可能涉及在功率轉換器的兩側之間的“高采樣率”(比大約十(10)倍的變壓器140的工作頻率更大)的有線信號連接。
[0049]在其它實施例中，不進行高采樣率波形測量。實際上，一次、二次控制器130，132可以經(jīng)由通信鏈路134通過從一側發(fā)射到另一側的“低數(shù)據(jù)率”(比大約十(10)倍的變壓器140的工作頻率更低)信號來協(xié)調(diào)。在選擇的實施例中，通信鏈路134可以是無線的。在選擇的實施例中，一個單元(通常是一次單元130)是“主”，而另一單元(通常是二次單元132)是“從”。從單元根據(jù)從主單元接收的定時信號經(jīng)由通信鏈路134循環(huán)其相關橋。
[0050]在其它實施例中，不進行高采樣率波形測量，不發(fā)射任何定時信號?？商娲兀總€控制器130，132估計相對的變壓器繞組電壓，并基于相同側的變壓器端子處的AC電壓的時間(evolution)演變或波形獨立地確定橋-橋相移。適當?shù)墓烙嫹椒ɑ陬A確定關系。這種預確定關系包括鏈接本地可測量變量(諸如DC電壓和門極定時)與遠程(其它側)AC電壓和/或電流的數(shù)學關系。通過與單個中央控制器相比，或者通過與依賴相對側電壓的直接波形測量的分布式控制器相比，這種實施例明顯不易于受到物理損壞。
[0051]同時，在橋用于只在一個方向上傳遞功率的特殊實施例中，可以使用單側測量/估計。取而代之依賴發(fā)送功率側的電壓幅值的測量或估計也是可行的，接收橋控制器基于由與發(fā)送側電壓相關的本地測量產(chǎn)生的定時信號確定適當?shù)臉?橋相移。
[0052]因此，可各方面和實施例中可以實現(xiàn)幾個不同程度的分離或獨立。最高程度的分離對應于獨立工作的發(fā)送側和接收側。估計另一側所需的信號，唯一的互聯(lián)是用來開始/停止(使能，enable)及發(fā)射保護跳閘的電學狀態(tài)。下一程度的分離包括向接收側發(fā)送定時信號。另一程度的分離包括在兩側之間交換定時信號。再一程度的分離包括在至少一個控制器中直接測量相對側電壓。最低程度的分離包括主-從關系，其中，一個控制器驅動另一控制器。
[0053]圖2以示意圖示出了一個實施例，其中，一次橋、二次橋控制器130，132都具有通過相對橋控制器獲得的相對的轉換器側的可用的電壓測量。在一次控制子系統(tǒng)201 (組合后的控制器和門極驅動單元)中，一次橋控制器130( “l(fā)ry控制器”)接收變壓器二次繞組或線圈142兩端的AC電壓V_S測量值以及DC電源電流II和電壓Vdcl的測量值。控制器130與一次側調(diào)制器203，即“l(fā)ry側調(diào)制器”(至少包括第一多個門極驅動單元143，在此圖中沒有示出)交互，其向相應的一次功率元件101，...，104發(fā)送門極電壓Vgl，...，Vg4。在實施例中，一次控制系統(tǒng)201還包括保護/使能模塊(protection/enable module) 205,其與二次橋控制器132內(nèi)的相似模塊206交互，并且可以是一次控制器130的一部分。保護/使能模塊可以被配置成以下當中的至少一個:(i) 一旦接收設計的信號，無效系統(tǒng)操作；或者(ii)只有當信號出現(xiàn)時才允許操作，這樣如果由于故障條件，信號不再出現(xiàn)，則系統(tǒng)操作自動停止。
[0054]仍參照圖2，第二控制子系統(tǒng)202包括二次橋控制器132(“2ry控制器”)和二次側調(diào)制器204 ( “2ry側調(diào)制器”)，二次側調(diào)制器204至少包括第二多個門極驅動單元144 (此圖中沒有顯示)。二次控制器132接收變壓器一次繞組或線圈141兩端的AC電壓V_P的測量值及DC負載電流12和電壓Vdc2的測量值。二次控制器132與二次側調(diào)制器204交互，二次側調(diào)制器204向相應的二次功率元件105，...，108發(fā)送門極電壓Vg5，, Vg8。
[0055]如上文關于圖1討論的，相對側AC電壓測量值V_P，V_S連同保護/使能信號(protection/enable signals) 一起可以通過通信鏈路134發(fā)射。
[0056]圖3示出了根據(jù)圖2實施例的仿真(simulation)，其中，雙Η橋功率轉換器100可由提出的一次、二次側或一次、二次橋控制器130，132使用相對側電壓的完全感測來操作。在圖示的實施例中，一次橋120是功率發(fā)送側，而二次橋122以遲延的相移接收功率。具體地，圖3示出了一次側電流Iph和一次、二次DC電壓(分別標記為V_P，V_S1)的示例性波形。橋-橋相移是基于電壓和電流的測量值在二次橋控制器132中實現(xiàn)的。
[0057]圖4不出了一個實施例的不意圖，其中，一次控制子系統(tǒng)401包括一次橋控制器430及用于估計相對的二次橋122的電壓的觀測器模塊450，而二次控制子系統(tǒng)402包括二次橋控制器432連同用于估計相對的一次橋120的電壓的另一觀測器模塊452。例如，觀測器452接收DC負載電壓和電流的輸入Vdc2，12，以及由二次側調(diào)制器404產(chǎn)生的二次橋門極信號。因此，在圖示的實施例中，觀測器452可以基于與本地門極信號一起感測的本地DC電壓，產(chǎn)生一次側AC電壓V_P的即時估計值Vlac。在某些方面，一次電壓觀測器452基于估計值Vlac，可以產(chǎn)生鋸齒定時信號NTG，如圖5中所示。另外，在某些方面，觀測器452可以解釋(account)變壓器性質。例如，觀測器452可以基于V2dc，變壓器140繞組比率N，估計的泄露電流Llk和門極電壓Vg5，...，Vg8估計Vlac，如圖6所示。
[0058]圖7以示意圖示出了圖4中所示實施例的特殊情況,其中，功率傳遞是單方向的，觀測器只用在二次控制子系統(tǒng)402中用于估計一次側的電壓。盡管二次側電壓V_S的測量值可以提供給一次控制器132，但對此實施例，此測量值不是嚴格所需的。
[0059]因此，在實施例中，功率轉換器控制系統(tǒng)包括一次橋控制器以及與一次橋控制器分離的二次橋控制器。一次橋控制器被配置成致動第一多個門極驅動單元，該第一多個門極驅動單元切換功率轉換器的一次橋中的第一多個功率元件。二次橋控制器被配置成致動第二多個門極驅動單元，該第二多個門極驅動單元切換功率轉換器的二次橋中的第二多個功率元件。在選擇的實施例中，二次橋控制器被配置成基于在一次橋處直接測量的AC電壓波形致動第二多個門極驅動單元。在其它實施例中，二次橋控制器被配置成響應于由一次橋控制器發(fā)射的信號致動第二多個門極驅動單元。例如，發(fā)射的信號可以是鋸齒波形。在其它實施例中，二次橋控制器被配置成基于一次橋AC電壓的本地估計致動第二多個門極驅動單元。在選擇的實施例中，所述本地估計是估計波形。在某些方面，本地估計基于本地門極信號和本地DC電壓與二次橋處AC電壓的預確定關系。在這些方面，也可以輸入變壓器的本地電流和參數(shù)以獲得本地估計的更加準確的結果。一次電壓的估計可以用來產(chǎn)生本地同步信號。
[0060]在其它實施例中，功率轉換器包括變壓器、一次橋和二次橋。變壓器包括一次線圈和二次線圈。一次橋包括連接于一次端子之間的第一多個功率元件。二次橋包括連接于二次端子之間的第二多個功率元件。第一多個功率元件中的每個元件被配置成由第一多個門極驅動單元中的相應一個切換，第一多個門極驅動單元相應可操作地耦連到功率元件。第一多個門極驅動單元中的一個被配置成由一次橋控制器致動。第二多個功率元件中的每一個被配置成由第二多個門極驅動單元中的相應一個切換，第二多個門極驅動單元相應可操作地耦連到功率元件。第二多個門極驅動單元中的每一個被配置成由與一次橋控制器分離的二次橋控制器致動。在選擇的實施例中，二次橋控制器被配置成基于直接測量的一次橋的AC電壓波形致動第二多個門極驅動單元。在其它實施例中，二次橋控制器被配置成響應于由一次橋控制器發(fā)射的信號致動第二多個門極驅動單元。例如，發(fā)射的信號可以是鋸齒波形。在其它實施例中，二次橋控制器被配置成基于一次橋AC電壓的本地估計致動第二多個門極驅動單元。在選擇的實施例中，本地估計是估計波形。在某些方面，本地估計基于一次橋本地DC電壓和AC電壓的預確定關系。在其它實施例中，本地估計是本地產(chǎn)生的定時信號。例如，定時信號基于與本地門極信號同時感測的本地DC電壓。
[0061]在一些方面，在功率轉換器的一次端子提供電壓。一次橋的功率兀件通過一次橋控制器被切換，以將電流從一次端子變換到一次線圈。一次線圈激勵二次線圈。觀察一次線圈上的電壓，根據(jù)所觀察的一次線圈的電壓操作二次控制器，以切換功率轉換器中二次橋的功率元件，用于將電流從二次線圈變換到功率轉換器的二次端子。在某些方面，所觀察的一次線圈的電壓是通過在二次控制器的本地估計觀察到的。
[0062]因此，本發(fā)明的實施例和各個方面涉及通過與功率轉換器中的一次橋和二次橋關聯(lián)的一次、二次控制器進行的功率轉換器的分布式控制。結果，可以最小化或消除一次橋和二次橋之間的與控制相關的有線連接。因此，通過降低損壞電纜的風險，降低了到功率轉換器的物理損壞的風險。因此，在某些方面，本發(fā)明能夠在有害環(huán)境條件下提高功率轉換器運行的可靠性。
[0063]如本文中討論的，在實施例中，功率轉換器包括一次橋，二次橋，一次橋控制器和與一次橋控制器分離的二次橋控制器。根據(jù)一個方面，“分離”的意思是每個控制器單獨能夠控制與橋關聯(lián)的門極驅動單元，使得如果一個控制器完全與另一個電絕緣，依然能夠控制它自身橋的門極驅動單元分離(Separate)還可包括不同的外殼或子外殼，具有不同的微處理器或其它集成電路或不在所述兩個控制器之間共用的電子器件和/或除了變壓器連接或與公共地的連接之外的電絕緣。
[0064]應當理解，上文的描述想要是示意性的，不是限制性的。例如，上述的實施例(和/或其方面)可彼此結合使用。此外，在不偏離其范圍下，可以進行許多變形以將特殊情況或材料修改為本發(fā)明的教導。盡管本文中描述的材料的尺寸和類型想要說明本發(fā)明的實施例，他們決不是限制的，在本質上是示例性的。在查看上文的描述時，其它實施例可能是顯然的。因此，本發(fā)明的范圍應當參照所附權利要求來確定，給予與這些權利要求等同的全部范圍的權利。
[0065]在所附權利要求中，詞語“包括”和“在...中”用作相應詞語“由...組成”和“其中”的通俗英文的同義詞。而且，在下面的權利要求中，詞語“第一”，“第二”，“第三”，“上”，“下”，“底”，“頂”，“往上”，“往下”等只用作標記，不旨在對他們的物體強加數(shù)量或位置的要求。而且，下文權利要求的限制不是以裝置加功能格式撰寫的，不想要基于35U.S.C.§ 112，第6款解讀，除非這些權利要求的限制明確使用詞組“用于...的裝置”之后跟沒有進一步結構的功能聲明。
[0066]如本文中使用的，以單數(shù)引用并以詞語“一”開頭的元件或步驟應理解為不排除所述元件或步驟的復數(shù)，除非這種排除是明確聲明的。而且，引用本發(fā)明的“一個實施例”不想要解釋為排除也包含所引用特征的附加實施例的存在。而且，除非明確聲明為相反，否則“由...組成”，“包括”或“具有”有特殊性質的一個或多個元件的實施例可以包括不具有該性質的另外的這類元件。
[0067]在不偏離本文中涉及的本發(fā)明的精神和范圍下，可以在上述實施例中進行某些改變，旨在上文描述或在附圖中顯示的所有主題應只解釋為圖示本文中本發(fā)明概念的例子，不應解讀為限制本發(fā)明。
【權利要求】
1.一種功率轉換器控制系統(tǒng)，包括:一次橋控制器，所述一次橋控制器被配置成致動第一多個門極驅動單元，所述第一多個門極驅動單元切換功率轉換器的一次橋中的第一多個功率元件；二次橋控制器，所述二次橋控制器與所述一次橋控制器分離，并被配置成致動第二多個門極驅動單元，所述第二多個門極驅動單元切換所述功率轉換器的二次橋中的第二多個功率元件。
2.根據(jù)權利要求1所述的功率轉換器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述二次橋控制器被配置成基于一次橋AC電壓波形的直接測量致動所述第二多個門極驅動單元。
3.根據(jù)權利要求1所述的功率轉換器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述二次橋控制器被配置成響應于由所述一次橋控制器發(fā)射的信號致動所述第二多個門極驅動單元。
4.根據(jù)權利要求3所述的功率轉換器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射的信號是鋸齒波形。
5.根據(jù)權利要求1所述的功率轉換器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述二次橋控制器被配置成基于一次橋AC電壓的本地估計致動所述第二多個門極驅動單元。
6.根據(jù)權利要求5所述的功率轉換器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述本地估計基于根據(jù)本地門控信號在所述一次橋的本地DC電壓和所述AC電壓的預確定關系。
7.根據(jù)權利要求5所述的功率轉換器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述本地估計是本地生成的定時信號。
8.—種功率轉換器，包括:變壓器，所述變壓器包括一次線圈和二次線圈；一次橋，所述一次橋包括連接于一次端子和所述變壓器的一次線圈之間的第一多個功率元件；第一多個門極驅動單元，所述第一多個門極驅動單元分別可操作地耦連到所述第一多個功率元件和一次橋控制器，所述第一多個門極驅動單元被配置成由所述一次橋控制器致動以切換所述第一多個功率元件；二次橋，所述二次橋包括連接于二次端子和所述變壓器的二次線圈之間的第二多個功率元件；以及第二多個門極驅動單元，所述第二多個門極驅動單元分別操作地耦連到所述第二多個功率元件并耦連到與所述一次橋控制器分離的二次橋控制器，所述第二多個門極驅動單元被配置成由所述二次橋控制器致動以切換所述第二多個功率元件。
9.一種方法，包括:在一次橋控制器的控制下，切換功率轉換器中一次橋的功率元件，以將電流從所述功率轉換器的一次端子變換到一次線圈，第一電壓出現(xiàn)在所述一次端子，所述一次線圈激勵二次線圈；觀測所述一次線圈的第二電壓；以及根據(jù)所述一次線圈的所述第二電壓并在二次控制器的控制下，切換所述功率轉換器中二次橋的功率元件，用于將電流從所述二次線圈變換到所述功率轉換器的二次端子。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述一次線圈的第二電壓是通過在所述二次控制器的本地估計觀測的。
【文檔編號】H02M3/335GK103683948SQ201310418230
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2012年9月14日
【發(fā)明者】S.P.羅薩多, H.T.楊, S.H.施拉姆, A.J.瑪麗庫爾貝洛, J.D.庫滕庫勒, P.索爾迪 申請人:通用電氣公司