功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文中所公開的主題涉及功率轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率轉(zhuǎn)換器可W用于使用所生成的AC信號(hào)來創(chuàng)建用于驅(qū)動(dòng)各種電氣裝置(例如， AC電動(dòng)機(jī)）的變頻。一些受驅(qū)電氣裝置使用來自低壓、中壓或高壓的高質(zhì)量(例如，高分辨 率）輸出波形。AC信號(hào)的分辨率可W由功率轉(zhuǎn)換器能夠產(chǎn)生的級(jí)數(shù)確定。例如，功率轉(zhuǎn)換 器可W產(chǎn)生具有H個(gè)或更多個(gè)可用功率級(jí)(例如，低、中、高)的AC信號(hào)。每個(gè)附加的功率級(jí) 都增加更大的分辨率，但附加的功率級(jí)也可能增大功率轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在下文中概述范圍與原始要求保護(hù)的發(fā)明相稱的某些實(shí)施例。該些實(shí)施例不旨在 限制所要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，而是該些實(shí)施例僅旨在提供本發(fā)明的可能的形式的簡短的 概要。實(shí)際上，本發(fā)明可W包含可W與下文中所闡明的實(shí)施例類似或不同的形式的種種形 式。
[0004] 在第一實(shí)施例中，用于轉(zhuǎn)換功率的系統(tǒng)包括在第一干線與第二干線之間串聯(lián)禪 合的多個(gè)電源。系統(tǒng)還包括在第一干線與輸出節(jié)點(diǎn)之間禪合的第一跨接電抗器電感器 (spanningreactorin化ctor)。第一跨接電抗器電感器經(jīng)由第一干線而被約束為第一電 壓級(jí)。而且，系統(tǒng)還包括在第二干線與輸出節(jié)點(diǎn)之間禪合的第二跨接電抗器電感器。第二 跨接電抗器電感器經(jīng)由第二干線而被約束為第二電壓級(jí)，并且，第一和第二跨接電抗器電 感器利用環(huán)流來生成第H電壓級(jí)。
[0005] 在第二實(shí)施例中，用于轉(zhuǎn)換功率的系統(tǒng)包括輸出節(jié)點(diǎn)和在輸出節(jié)點(diǎn)與第一電壓干 線之間禪合的第一跨接電抗器電感器。第一跨接電抗器電感器具有被約束為第一干線的電 壓級(jí)的電壓級(jí)。系統(tǒng)還包括在輸出節(jié)點(diǎn)與第二電壓干線之間禪合的第二跨接電抗器電感 器。第二跨接電抗器電感器具有被約束為第二電壓干線的電壓級(jí)的電壓級(jí)。第一和第二跨 接電抗器電感器分配第一和第二電壓干線的電壓級(jí)，W生成輸出節(jié)點(diǎn)處的輸出電壓。系統(tǒng) 還包括一個(gè)或更多個(gè)模塊化信號(hào)生成單元。每個(gè)模塊化生成單元包括具有第一陽極和第一 陰極的第一電源W及具有第二陽極和第二陰極的第二電源。第二陽極禪合至第一陰極。模 塊化信號(hào)生成單元還包括位于第一電源和第二電源的第一側(cè)的第一通道。此外，第一通道 配置成控制第一干線的電壓級(jí)，并且，包括與第一電源并聯(lián)的第一開關(guān)二極管對和與第二 電源并聯(lián)的第二開關(guān)二極管對。模塊化信號(hào)生成單元還包括位于第一電源和第二電源的與 第一通道相反的一側(cè)的第二通道。第二通道配置成控制第二干線的電壓級(jí)，并且，包括與第 一電源并聯(lián)的第H開關(guān)二極管對和與第二電源并聯(lián)的第四開關(guān)二極管對。
[0006] 在第H實(shí)施例中，用于轉(zhuǎn)換功率的方法包括生成大約等于一個(gè)或更多個(gè)電源電壓 級(jí)的倍數(shù)的多個(gè)功率級(jí)。方法還包括經(jīng)由跨接電抗器電感器來生成多個(gè)功率級(jí)的級(jí)之間的 一個(gè)或更多個(gè)中間功率級(jí)。而且，方法包括使用所生成的多個(gè)功率級(jí)和一個(gè)或更多個(gè)中間 級(jí)來生成輸出信號(hào)。
[0007] 技術(shù)方案1 ;一種用于轉(zhuǎn)換功率的系統(tǒng)，包括： 多個(gè)電源，串聯(lián)禪合于第一干線與第二干線之間； 第一跨接電抗器電感器，禪合于所述第一干線與輸出節(jié)點(diǎn)之間，其中，所述第一跨接電 抗器電感器經(jīng)由所述第一干線而被約束為第一電壓級(jí)；W及 第二跨接電抗器電感器，禪合于所述第二干線與所述輸出節(jié)點(diǎn)之間，其中，所述第二跨 接電抗器電感器經(jīng)由所述第二干線而被約束為第二電壓級(jí)，其中，所述第一和第二跨接電 抗器電感器利用環(huán)流來生成第H電壓級(jí)。
[0008] 技術(shù)方案2 ;如技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，包括： 第一部分，包括： 第一多個(gè)開關(guān)二極管對，配置成將所述第一干線禪合至所述第一電壓級(jí)；和 第一多個(gè)互連二極管，各自將所述第一多個(gè)開關(guān)二極管對的一個(gè)或更多個(gè)禪合至所述 多個(gè)電源的相應(yīng)的電源；W及 第二部分，包括： 第二多個(gè)開關(guān)二極管對，配置成將所述第二干線禪合至所述第二電壓級(jí)；和 第一多個(gè)互連二極管，各自將所述第一多個(gè)開關(guān)二極管對的一個(gè)或更多個(gè)禪合至所述 多個(gè)電源的相應(yīng)的電源，其中，所述第一部分和所述第二部分關(guān)于所述多個(gè)電源而大體上 對稱。
[0009] 技術(shù)方案3;如技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一電壓級(jí)包括由所述多個(gè)電 源的每個(gè)提供的電源電壓的第一倍數(shù)，并且，所述第二電壓級(jí)包括所述電源電壓的第二倍 數(shù)。
[0010] 技術(shù)方案4 ;如技術(shù)方案3所述的系統(tǒng)，其中，所述第一電壓級(jí)不同于所述第二電 壓級(jí)，其中，所述第H電壓級(jí)處于所述電源電壓的倍數(shù)之間。
[0011] 技術(shù)方案5 ;如技術(shù)方案4所述的系統(tǒng)，其中，所述第H電壓級(jí)包括所述電源電壓 的非整數(shù)倍數(shù)。
[0012] 技術(shù)方案6 ;如技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述第H電壓級(jí)是所述第一電壓和 所述第二電壓的平均值。
[0013] 技術(shù)方案7 ;如技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二多個(gè)開關(guān)二極管對 包括絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)、集成口極換流晶間管（IGCTXn極關(guān)斷型晶間管（GT0) 或它們的組合作為每個(gè)開關(guān)二極管對的開關(guān)。
[0014] 技術(shù)方案8;-種用于轉(zhuǎn)換功率的系統(tǒng)，包括： 輸出節(jié)點(diǎn)； 第一跨接電抗器電感器，禪合于所述輸出節(jié)點(diǎn)與第一電壓干線之間，其中，所述第一跨 接電抗器的電壓級(jí)被約束為所述第一電壓干線的電壓級(jí)； 第二跨接電抗器電感器，禪合于所述輸出節(jié)點(diǎn)與第二電壓干線之間，其中，所述第二 跨接電抗器的電壓級(jí)被約束為所述第二電壓干線的電壓級(jí)，其中，所述第一和第二跨接電 抗器電感器分配所述第一和第二電壓干線的所述電壓級(jí)，W生成所述輸出節(jié)點(diǎn)處的輸出電 壓； 一個(gè)或更多個(gè)模塊化信號(hào)生成單元，各自包括： 第一電源，具有第一陽極和第一陰極； 第二電源，具有第二陽極和第二陰極，其中，所述第一陰極禪合至所述第二陽極； 第一通道，位于所述第一和第二電源的第一側(cè)，其中，所述第一通道配置成控制所述第 一干線的所述電壓級(jí)，并且，所述第一通道包括： 第一開關(guān)二極管對，與所述第一電源并聯(lián)； 第二開關(guān)二極管對，與所述第二電源并聯(lián)；和 第二通道，位于所述第一和第二電源的與所述第一通道相反的一側(cè)，其中，所述第二通 道配置成控制所述第二干線的所述電壓級(jí)，并且，所述第二通道包括： 第H開關(guān)二極管對，與所述第一電源并聯(lián)； 第四開關(guān)二極管對，與所述第二電源并聯(lián)。
[0015] 技術(shù)方案9 ;如技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二電源各自包括電容 器、化學(xué)電池或它們的組合。
[0016] 技術(shù)方案10;如技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二電源各自包括DC 鏈路電容器，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)模塊化信號(hào)生成單元配置成針對每個(gè)期望的輸出電 壓而提供一個(gè)或更多個(gè)配置，其中，針對每個(gè)期望的輸出電壓的所述一個(gè)或更多個(gè)配置通 過改變所述DC鏈路電容器的哪些放電或充電而允許電容器在所述DC鏈路電容器之間平 衡。
[0017] 技術(shù)方案11 ;如技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二跨接電抗器電感器 配置成基于用于生成輸出信號(hào)的多個(gè)源來生成具有多個(gè)可用級(jí)的分辨率的所述輸出信號(hào)。 [001引技術(shù)方案12 ;如技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)包括兩個(gè)模塊化生成單元，并 且，通過使所述第一干線的所述電壓級(jí)大約等于所述第二干線的所述電壓級(jí)來生成五級(jí)的 分辨率。
[001引技術(shù)方案13 ;如技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)包括兩個(gè)模塊化生成單元，該 模塊化生成單元配置成通過使所述第一干線的所述電壓級(jí)W由所述第一電源供給的電壓 而不同于所述第二干線的所述電壓級(jí)來生成九級(jí)的分辨率。
[0020] 技術(shù)方案14 ;如技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，包括： 第一互連二極管，在所述第一跨接電抗器電感器與所述第一干線之間連接，并且，沿所 述第一干線的方向偏置；和 第二互連二極管，在所述第一跨接電抗器電感器與所述第二干線之間連接，并且，沿所 述第二跨接電抗器電感器的方向偏置，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)模塊化信號(hào)生成單元各自 包括： 第H互連二極管，在所述第一電源的所述陽極與所述第一開關(guān)二極管對之間連接； 第四互連二極管，在所述第二電源的所述陽極與第二開關(guān)二極管對之間連接； 第五互連二極管，在所述第一電源的所述陰極與所述第H開關(guān)二極管對之間連接；W及 第六互連二極管，在所述第二電源的所述陰極與第四開關(guān)二極管對之間連接。
[0021] 技術(shù)方案15 ;如技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第H和第四開關(guān) 二極管對的每個(gè)包括二極管，其中，所述第一、第二、第H、第四、第五和第六互連二極管的 每個(gè)的額定電壓大于所述二極管的額定電壓。
[0022] 技術(shù)方案16 ;如技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第H、第四、第五 和第六互連二極管的每個(gè)的所述額定電壓關(guān)于每個(gè)相應(yīng)的互連二極管與所述第一干線之 間的多個(gè)構(gòu)件而改變。
[0023] 技術(shù)方案17;如技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第H和第四開關(guān)二 極管對的每個(gè)包括絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)、集成口極換流晶間管（IGCTXn極關(guān)斷型 晶間管（GT0)或它們的組合作為每個(gè)開關(guān)二極管對的開關(guān)。
[0024] 技術(shù)方案18 ;-種用于轉(zhuǎn)換功率的方法，包括： 生成大約等于一個(gè)或更多個(gè)電源電壓級(jí)的倍數(shù)的多個(gè)功率級(jí)； 經(jīng)由跨接電抗器電感器來生成所述多個(gè)功率級(jí)的級(jí)之間的一個(gè)或更多個(gè)中間功率級(jí)； W及 使用所述生成的多個(gè)功率級(jí)和所述一個(gè)或更多個(gè)中間級(jí)來生成輸出信號(hào)。
[0025] 技術(shù)方案19 ;如技術(shù)方案18所述的方法，其中，生成所述一個(gè)或更多個(gè)中間功率 級(jí)包括使用