多电平逆变器制造技术

技术编号:10437971 阅读:214 留言:0更新日期:2014-09-17 14:18
本发明专利技术涉及多电平逆变器。一种多电平逆变器,其具有至少两个组,每个组都包含多个低电压MOSFET晶体管;以及处理器,其被配置成切换每个组中的多个低电压MOSFET晶体管以在每个周期内进行多次切换。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及多电平逆变器。一种多电平逆变器,其具有至少两个组,每个组都包含多个低电压MOSFET晶体管;以及处理器,其被配置成切换每个组中的多个低电压MOSFET晶体管以在每个周期内进行多次切换。【专利说明】多电平逆变器
本专利技术涉及多电平逆变器及其相关控制方法。
技术介绍
尽管经过了多年的研究,但是寻找成本更有效的逆变器实现(单相或三相)的目的还远未达到。一些尝试在电路布局中使用高压开关(例如600V的IGBT),其目的在于降低切换损耗和/或减小无源部件(主要是磁性元件)的尺寸。参照例如“Multilevel inverters:Asurvey of Topologies, Control and Applications”。这些以降低切换损耗为目的的逆变器通常包含高压开关(例如600V的IGBT),其以大约10倍于输电线频率(50Hz)或最高达16kHz的频率进行切换。IGBT在这一频率范围的切换损耗是相当大的,并且即使在这些频率的较低端,其切换损耗也是相当大的。而且,低频率切换导致了扼流圈的成本接近或超过逆变器的总成本的20%。可选择的研究已经寻求使用更先进的开关技术(例如碳化硅和/或氮化镓)来提高频率并且减小无源部件的尺寸。这一研究也可以在一定程度上降低切换损耗,但却仅仅是以先进的开关技术的高成本为代价而取得的。尽管进行了扩展研究,但是这些逆变器的电路布局仅仅提供了有限的改进,而不能达到成本降低和高效逆变器技术所需要的效率的目的。 目前仍存在对低成本、高效率的逆变器技术的需求。
技术实现思路
下面的概述仅仅出于说明性的目的,而不是旨在对本文的详细描述进行限制或约束。 本文的实施方式可以采用带有专门的控制系统的多电平逆变器(例如单相和/或三相逆变器),所述专门的控制系统使具有高效率、低成本的逆变器成为可能。在本文讨论的一些实施方式中,多电平逆变器可以用在逆变器的输出(滤波之前)具有多个电压等级的情况中,从而减小了逆变器的磁性元件上的应力,并且改善了输出电压波形,这样允许切换频率的进一步降低。 在本文描述的示例性的多电平逆变器(单相或三相)中,控制系统允许使用低电压(例如80V) MOSFET以产生等价的高电压开关(例如,使用6个80V的MOSFET能产生等价的480V开关)。低电压切换多电平逆变器的导通特性和切换特性比其他的多电平逆变器实现方式有实质上和意料不到的改善。在这些实施方式中,通过错开低电压MOSFET的接通和断开,可以对每个多电平开关使用较低频率调制,例如,每个MOSFET能以中等频率(例如200kHz)进行切换,同时保持了比其他开关技术低的切换损耗,并且获得了 200kHz*N的有效频率的好处,其中N是串接的时间上错开的开关数目,从而根据实际扩展频率减小了无源部件的尺寸要求。在一些实施方式中,MOSFET能根据占空比按错开的时间(其可以或可以不根据正弦波变化)切换,例如,其中每个MOSFET都被移了 1/6的切换周期(例如使用6个串接的M0SFET)。 根据本文讨论的实施方式,除了本文所讨论的关于导通损耗和切换损耗方面的优点之外,这些例子还提供了比如减少了无源部件(例如,主扼流圈磁性元件和/或输出滤波器)的其他重要优点。例如,由于多电平电压和低成本MOSFET开关的使用,可以实现部件尺寸和/或成本减小N (例如该例子中的6)倍。另外,本文所讨论的示例性的实施方式可以在主扼流圈中获得可能是切换频率的N倍(例如该例子中的6*200kHz)的有效频率。因此,在这些实施方式中,主扼流圈可能比标准设计小了 N~2 (例如36)倍。在本文讨论的实施方式中,例如,相对于使用16kHz切换频率的标准的基于IGBT的逆变器系统,主扼流圈的尺寸的总增益倍数可能是200kHz/16kHz*36=450,这使得扼流圈的成本变得如此低廉以至于在本文讨论的多电平逆变器的例子中这几乎可以忽略不计。可以对输出滤波器进行相似的计算,并且能够表明在成本降低和效率提高方面的更大的优势。 如上所述,该概述仅仅是对本文描述的一些特征的总结。其不是排他性的,且不对权利要求进行限制。 【专利附图】【附图说明】 结合下面的详细描述、权利要求、以及附图,本公开的这些和其他的特征、方面、以及优点将变得更好理解。本公开以示例的方式进行示出,但是不受附图的限制,在这些附图中相似的标记表示相似的元件。 图1示出了与本文的实施方式一致的示例的多电平逆变器。 图2示出了用来控制与本文的实施方式一致的多电平逆变器的算法。 图3示出了用于本文的实施方式的示例性控制。 图4示出了与本文的实施方式一致的多电平逆变器的另一个例子。 图5示出了与本文的实施方式一致的多电平逆变器的又一个例子。 【具体实施方式】 在下面的多个示例性实施方式的描述中,对附图做了参考,这些附图构成了本文的一部分,并且在附图中以图示的方式示出了在其中可以实践本公开的方面的多个实施方式。需要了解的是,也可以使用其他的实施方式并且可以做出结构和功能上的改变,而没有背离本公开的范围。 参照图1,示例性的多电平逆变器包括一个、两个、或多于两个的并行连接,其中每个并行连接包括跨接DC电压布置的多个不同的开关。这些开关可以耦合到可以用来平滑逆变器的AC输出的正弦波的多个电容器和/或电感器。例如,多个开关组S1A-S6A、S6B-S1B、S1C-S6C和/或S6D-S1D可以被布置在如图1中示出的任何合适的结构中。每个MOSFET晶体管组都可以可变地配置成包含两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个、或多于十二个的晶体管。参照图2,每个开关都可以由来自处理器10(例如,逻辑、一个或多个处理器、控制、状态机、控制器、微处理器、软件驱动控制、门阵列、和/或其他的控制器)的输出控制。在这个实施方式中,开关组A包含一系列例如彼此以源到漏极配置结构连接在一起的FET晶体管S1A-S6A (例如,20v、40v、60v、80v、100v、120v的MOSFET晶体管)以构成第一开关组;开关组B包含一系列例如彼此以源到漏极配置结构连接在一起的 FET 晶体管 S1B-S6B (例如,20v、40v、60v、80v、100v、120v 的 MOSFET 晶体管)以构成第二开关组;开关组C包含一系列例如彼此以源到漏极配置结构连接在一起的FET晶体管 S1C-S6C ^ι^η,20ν、40ν、60ν、80ν、100ν、120ν 的 MOSFET 晶体管)以构成第三开关组;开关组D包含一系列例如彼此以源到漏极配置结构连接在一起的FET晶体管S1D-S6D (例20ν,40ν,60ν,80ν, ΙΟΟν, 120v的MOSFET晶体管)以构成第四开关组。虽然在这个例子中每个开关组都使用了 6个80伏的FET晶体管,但是也可以使用多于6个或少于6个的利用例如20v、40v、60v、80v、100v、120v的不同电压的晶体管。例如,当每个开关组都使用12个晶体管时,跨过这些晶体管的电压可以被调整至比如40伏的合适的电压,并且在一个周期内的晶体管的切换频率可以从例如仅使用6个晶体管的例子的晶体管切换频率提高(例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法,包括:在不同的时间切换包括至少一组MOSFET晶体管的多电平逆变器中的第一组中串接的多个低电压MOSFET晶体管中的每一个。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员:伊兰·约瑟考维奇
申请(专利权)人:太阳能安吉科技有限公司
类型:发明
国别省市:以色列;IL

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