中性点箝位多电平转换器制造技术

一种中性点箝位多电平转换器包括：DC电压链路；将所述DC链路的一侧耦合到中性点的第一电容器；将所述DC链路的另一侧耦合到所述中性点的第二电容器；多个相脚，每个相脚包括开关，每个相脚耦合到AC节点：与每个AC节点相关联的电流传感器；以及生成PWM信号以控制所述开关的控制器，所述控制器响应于在所述电流传感器中的每个处感测的电流来生成电流零序分量，所述控制器响应于所述电流零序分量来调节调制指数信号以产生所述PWM信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】中性点箝位多电平转换器 专利
本文所公开的主题一般涉及功率转换系统的领域，并且更具体地涉及中性点箝位 多电平转换器。 专利技术背景 中性点箝位（NPC)多电平转换器用于将DC信号转换为AC信号，并将AC信号转换 为DC信号。伴随中性点箝位多电平转换器的一个问题是中性点（NP)电压平衡。三电平 NPC转换器的正确操作要求横跨两个dc链路电容器的电压是相同的。这确保横跨每个半导 体器件的电压应力是相同的，均匀地散布开关损耗并提高可靠性。NP电压平衡问题来自于 非零NP电流的存在。 在没有额外设备的情况下，现有的NP电压平衡技术基于共模电压注入，造成在 NPC转换器内不同功率半导体器件之间很不均匀的热应力。这导致高估半导体器件和/或 限制转换器的工作范围以便保持在所有器件的热限制之内。功率半导体器件的热应力可以 采用其在负载下结到外壳温度上升（Δ Tjc)进行测量。转换器的最大功率通量以及该器件 的预期寿命由最高Δ Tje限制，在三电平NPC转换器情况下最高Λ Tje通常出现在中性二极 管中。 现有的脉宽调制（PWM)方案试图解决NPC多电平转换器的缺点。现有的PWM方案 试图将在NPC转换器中的开关损耗最小化。这些方案导致不希望的中性点电流和在器件之 间不均匀的Δ 具有在中性二极管上的最高热应力。其它PWM技术可用于最小化NP电 流。虽然NP电流被最小化，但是中性二极管仍基本上受到比其它器件实质上更多的热应 力。 专利技术概要 根据本专利技术的示例性实施例，一种中性点箝位多电平转换器包括：DC电压链路； 将DC链路的一侧耦合到中性点的第一电容器；将DC链路的另一侧耦合到中性点的第二电 容器；多个相脚，每个相脚包括开关，每个相脚耦合到AC节点；与每个AC节点相关联的电 流传感器；以及生成PWM信号以控制开关的控制器，所述控制器响应于在电流传感器中的 每个处感测的电流来生成电流零序分量，所述控制器响应于电流零序分量来调节调制指数 信号以产生PWM信号。 根据本专利技术的另一示例性实施例，一种中性点箝位多电平转换器包括：DC电压链 路；将DC链路的一侧耦合到中性点的第一电容器；将DC链路的另一侧耦合到中性点的第 二电容器；多个相脚，每个相脚包括器件，所述器件包括箝位二极管和开关，每个相脚耦合 到AC节点；以及生成PWM信号以控制开关的控制器，所述控制器响应于热平衡使能信号提 供横跨器件的热平衡和中性点电流平衡中的一个。 本专利技术的实施例的其它方面、特征和技术将从结合附图的以下描述中更加显而易 见。【附图说明】 现参考其中相似的元件在附图中相似标记的附图： 图1是在示例性实施例中NPC多电平转换器的示意图； 图2示出在示例性实施例中的PWM控制过程； 图3示出在另一个示例性实施例中的PWM控制过程；以及 图4示出在示例性实施例中的平衡调节器。 具体实施例 图1是在示例性实施例中的NPC三相三电平转换器的示意图。转换器可在在生成 模式或再生模式中操作。在生成模式中，来自DC链路12的DC信号转换为AC信号。两个 电容器18横跨DC链路12串联连接，其中电容器结被称为中性点（NP)。转换器10生成在 AC节点A、B和C中的每一个节点的单相AC信号。转换器10的每个引脚14生成AC相中 的一个相。如本领域已知的，开关Q由控制器16控制以生成AC波形。每个引脚14包括箝 位中性二极管D，以将引脚输出箝到中性点NP。在再生模式下，在AC节点A、B和C中的一 个或多个上的AC信号被转换成DC信号，并提供给DC链路12。在再生模式中，开关Q由控 制器16控制以生成在DC链路处的DC信号12。开关Q可以是如本领域已知的晶体管。 为了减小NP电流，控制器16生成至少一个零序分量，其与调制指数信号组合，该 调制指数信号用来生成用于开关Q的PWM信号。控制器16通过电压传感器20监控在电容 器18上的电压。控制器16通过电流传感器22监控在每个AC节点处的电流。两个电压测 量和三个电流测量被用于调节调制指数信号以减小NP电流。 图2示出在示例性实施例中的PWM控制过程。控制过程可以由控制器16执行。控 制器16可以使用执行在存储介质上存储的计算机程序的通用微处理器来实施，以执行本 文描述的操作。可替代地，控制器16可以以硬件（例如，ASIC、FPGA)或以硬件/软件的组 合来实施。 如图2所示，在每个AC节点处感测的电流Ia、Ib和Ic在相应的逆变器30处逆 变。最小逆变电流在电流组合器32处从最大逆变电流减去。组合的逆变电流在电流缩放 器34处以缩放因子K sealing缩放。电流缩放器34的输出是电流零序分量。 横跨每个电容器18所感测的电压在相应的逆变器30处被逆变。逆变电压在电压 组合器36处被减去。组合的逆变电压在电压缩放器38处以平衡因子K balaneing缩放。电压 缩放器38的输出是电压零序分量。 电流零序分量和电压零序分量在组合器40处被组合，以产生组合的零序分量。乘 法器42将组合的零序分量乘以1或-1，取决于正交电流Iq的方向。如果Iq小于零则选择 器44选择1，并且如果Iq大于零则选择-1。在示例性实施例中，Iq将在生成模式中为正， 并且在再生模式中为负。 组合的零序分量在放大器46处被放大。放大器46的输出被提供给组合器48,其 中它们组合的零序分量被加到来自空间矢量调制（SVM)单元50的调制指数信号。SVM单元 50执行算法以生成调制指数信号，其由PWM单元52使用以控制施加到开关Q的PWM信号的 占空比。在向PWM单元52提供调制指数信号之前，组合的零序分量被加到调制指数信号。 图2的过程通过创建两个单独的零序分量（即电流零序分量和电压零序分量）来 减小NP电流，所述两个单独的零序分量加到调制指数信号或从调制指数信号减去，取决于 转换器10是否在生成或再生模式中工作。 图3在示例性实施例中示出用于提供横跨开关的热平衡和平衡NP电流的控制过 程。图3的过程可以由控制器16实施。外调节器70接收控制命令和状态反馈信号以生成 直接（D)和正交（Q)电流命令i #d和i\。该控制命令可以是来自外部控制系统的有功和无 功功率、DC链路电压等。状态反馈信号可以是有功和无功功率、DC链路电压等。 直接⑶和正交（Q)电流命令匕和i \被提供给直接正交电流调节器72,其基于 命令的直流i#d、命令的正交电流、测量的直流id和测量的正交电流i ,来生成D-Q占空比 命令。直接正交电流调节器72生成命令的正交占空比1)\和命令的直接占空比D 占空 比当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中性点箝位多电平转换器，其包括：DC电压链路；将所述DC链路的一侧耦合到中性点的第一电容器；将所述DC链路的另一侧耦合到所述中性点的第二电容器；多个相脚，每个相脚包括开关，每个相脚耦合到AC节点；与每个AC节点相关联的电流传感器；以及生成PWM信号以控制所述开关的控制器，所述控制器响应于在所述电流传感器中的每个处感测的电流来生成电流零序分量，所述控制器响应于所述电流零序分量来调节调制指数信号以产生所述PWM信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：L阿内多，M科瓦奇，王洋，S克里什纳墨菲，
申请(专利权)人：奥的斯电梯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US