具有改进的击穿免疫性的逆变器制造技术

一种用于AC-DC逆变器(10，20)的逆变器相臂(100)包括高压电源线(12，22)和低压电源线(14，24)，跨该高压电源线和低压电源线提供DC电压。高压侧栅控开关(110)连接到高压电源线，以及低压侧栅控开关(114)连接到低压电源线，其中具有高压侧开关与低压侧开关之间的输出结点(104)。逆变驱动器(116)连接到高压侧栅控开关(114)，以及第一DC电压的源设置在输出结点(104)与逆变驱动器(116)之间。数字隔离器(120)连接在逆变驱动器(116)与控制信号(128)之间以用于切换逆变器相臂(100)。逆变驱动器(116)的驱动电压设置成使输出电压为零，直到输入电压超过第一DC电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年9月27日提交的美国临时申请No.61/883617的权益，通过引用将其完整地结合到本文中。
本专利技术一般涉及电力转换领域，以及具体来说涉及利用半导体开关的DC-AC逆变器。
技术介绍
电力逆变器通常利用多对半导体开关，多对半导体开关跨DC电压源所连接到的DC母线或电源线来连接在一起。开关按照所选切换序列交替地接通和关断，以便向连接到两个开关之间的结点的负载提供AC电力。由于n型装置与p型装置相比的优良开关特性和低导通电阻，高压侧半导体开关几乎始终选择为n型装置。因此，高压侧开关要求浮动电压源和电平移位功能，其促成逆变器栅极驱动的成本和复杂度。按照这种方式所连接的单对半导体开关本身可用来向负载提供单相AC电力，或者两对开关可按照常规H桥配置连接在一起以用于单相电力、三对开关用于三相电力等。每对开关可被认为是单相或多相逆变器的相臂。空载时间（deadtime）几乎始终加入提供给相臂的两个开关的栅极驱动信号，以确保开关之一在另一开关接通之前完全关断。否则，如果两个开关均同时接通，则因为两个开关跨DC汇流线串联连接，通过开关的短路电流可能烧坏开关或者损坏其他电路组件。这种条件有时称作“击穿”（shootthrough）。但是，空载时间的存在能够对输出电压波形增加显著数量的非预期非线性度和谐波失真。基频分量的输出波形失真和电压幅度损失随着基频或载波频率增加而变差。用于补偿空载时间的不同方法是已知的，包括感测通过开关的电流并且确保接通另一个开关之前关断导通开关。参见美国专利No.4126819、No.5646837和No.5859519以及已公开美国专利申请US2001/0048278A1。这类电路要求显著增加成本的大量附加组件，或者仍然要求具有对应空载时间的开关的关断与接通之间的延迟。美国专利No.6909620具有两个开关之间的输出结点，其中输出结点与低压侧开关之间的串联二极管或连接器开关以及二极管或连接器开关与低压侧开关之间的汇合处直接电连接到高压侧开关的栅极。如果低压侧开关在高压侧开关接收接通的命令时仍然导通，则高压侧开关的栅极将偏置，使得开关保持为关断，直到电流停止流经低压侧开关，以及相反，如果高压侧开关在低压侧开关接通时仍然接通，则高压侧开关的栅极将偏置，以确保其立即关断，由此防止高压侧和低压侧开关同时接通的条件。然而当高速开关的快速切换发生时，漏极-栅极电容创建使寄生电流流入内部栅电阻的通路，这引起栅极上的电压尖峰，从而冒着不希望接通以及击穿条件可能发生的风险。
技术实现思路
本专利技术的一个方面涉及一种逆变器相臂，包括高压电源线和低压电源线，跨它们可提供DC电压。逆变器臂包括连接到高压电源线的高压侧栅控开关以及连接到低压电源线的低压侧栅控开关。开关连接在高压电源线与低压电源线之间，其中具有高压侧开关与低压侧开关之间的输出结点。逆变驱动器连接到高压侧栅控开关，并且具有来自控制信号的输入电压、用于切换高压侧栅控开关的输出电压以及驱动电压。第一DC电压的源设置在输出结点与逆变驱动器之间。驱动电压设置成使逆变驱动器的输出电压为零，直到输入电压超过第一DC电压，由此防止高压侧栅控开关的无控制激活所引起的击穿条件。附图说明附图包括：图1是单相DC-AC逆变器的示意图。图2是三相DC-AC逆变器的示意图。图3是图1和图2的逆变器中的相臂的任一个的隔离电路的示意图。具体实施方式为了便于说明，在背景和以下描述中提出了大量具体细节，以便透彻地理解本文所述的技术。然而，本领域的技术人员将会清楚地知道，即使没有这些具体细节也可实施示范实施例。在其他情况下，结构和装置以简图形式示出，以便于示范实施例的描述。参照附图来描述示范实施例。这些附图示出实现本文所述的模块、方法或计算机程序产品的具体实施例的某些细节。但是，附图不应当被理解为施加附图中可存在的任何限制。方法和计算机程序产品可在任何机器可读介质上提供以用于实现其操作。实施例可使用现有计算机处理器、或者通过为这个或另一个目的所结合的专用计算机处理器、或者通过硬连线系统来实现。如上所述，本文所述的实施例可包括计算机程序产品，其中包括用于携带或其上存储了机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这类机器可读介质能够是任何可用介质，其能够由通用或专用计算机或者具有处理器的其他机器来访问。作为举例，这类机器可读介质能够包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或者其他磁存储装置、或者能够用于携带或存储采取机器可执行指令或数据结构形式的预期程序代码并且能够由通用或专用计算机或者具有处理器的其他机器来访问的其他任何介质。当信息通过网络或另一种通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的组合)传递或提供给机器时，机器将连接适当地看作是机器可读介质。因此，任何这种连接都适当地称作机器可读介质。以上所述的组合也包含在机器可读介质的范围之内。机器可执行指令例如包括使通用计算机、专用计算机或者专用处理机来执行某个功能或某组功能的指令和数据。将在方法步骤的一般上下文中描述实施例，方法步骤在一个实施例中可通过程序产品来实现，程序产品包括例如采取由组网环境中的机器所执行的程序模块形式的机器可执行指令、如程序代码。一般来说，程序模块包括具有执行特定任务或者实现特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、组件、数据结构等。机器可执行指令、关联数据结构和程序模块表示用于运行本文所公开方法的步骤的程序代码的示例。这类可执行指令或关联数据结构的特定序列表示用于实现在这类步骤中所述的功能的对应动作的示例。实施例可在使用到一个或多个远程计算机(其具有处理器)的逻辑连接的组网环境中实施。逻辑连接可包括局域网(LAN)和广域网(WAN)(其在此作为举例而不是限制来提供)。这类组网环境是办公范围或企业范围的计算机网络、内联网和因特网中常见的，并且可使用大量不同的通信协议。本领域的技术人员将会理解，这类网络计算环境通常将包含许多类型的计算机系统配置，其中包括个人计算机、手持装置、多处理器系统、基于微处理器或者可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机等。实施例还可在分布式计算环境中实施，在这些环境中，任务由通过通信网络链接(通过硬连线链路、无线链路或者通过硬连线或无线链路的组合)的本地和远程处理装置来执行。在分布式计算环境中，程序模块可位于本地和远程存储器存储装置中。一种用于实现示范实施例的整体或部分的示范系统可包括采取计算机形式的通用计算装置，其中包括处理单元、系统存储器以及将包括系统存储器在内的各种系统组件耦合到处理单元的系统总线。系统存储器可包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。计算机还可包括用于对磁硬盘进行读取和写入的磁硬盘驱动器、对可移动磁盘进行读取或写入的磁盘驱动器以及用于对可移动光盘、如CDROM或其他光介质进行读取或写入的光盘驱动器。驱动器及其关联的机器可读介质提供对机器可读指令、数据结构、程序模块和用于计算机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC‑AC转换器(10，20)中的逆变器相臂(100)，所述DC‑AC转换器包括高压电源线(12，22)和低压电源线(14，24)，跨所述高压电源线和所述低压电源线可提供DC电压，高压侧栅控开关(110)连接到所述高压电源线，并且低压侧栅控开关(114)连接到所述低压电源线，所述开关连接在所述高压电源线(12，22)与所述低压电源线(14，24)之间，其中具有所述高压侧开关与所述低压侧开关之间的输出结点(104)，其特征在于：逆变驱动器(116)，连接到所述高压侧栅控开关(110)，并且具有来自控制信号(128)的输入电压、用于切换所述高压侧栅控开关(110)的输出电压和驱动电压；以及所述输出结点(104)与所述逆变驱动器(116)之间的第一DC电压的源；其中所述驱动电压设置成使所述逆变驱动器(116)的所述输出电压为零，直到所述输入电压超过所述第一DC电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.27 US 61/8836171.一种DC-AC转换器(10，20)中的逆变器相臂(100)，所述DC-AC转换器包括高压电源线(12，22)和低压电源线(14，24)，跨所述高压电源线和所述低压电源线可提供DC电压，高压侧栅控开关(110)连接到所述高压电源线，并且低压侧栅控开关(114)连接到所述低压电源线，所述开关连接在所述高压电源线(12，22)与所述低压电源线(14，24)之间，其中具有所述高压侧开关与所述低压侧开关之间的输出结点(104)，其特征在于：
逆变驱动器(116)，连接到所述高压侧栅控开关(110)，并且具有来自控制信号(128)的输入电压、用于切换所述高压侧栅控开关(110)的输出电压和驱动电压；以及
所述输出结点(104)与所述逆变驱动器(116)之间的第一DC电压的源；
其中所述驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：PHR埃普斯，AB科尔，
申请(专利权)人：通用电气航空系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US