分相功率转换装置、方法和系统制造方法及图纸

本申请揭示了一种分相功率转换装置、方法和系统。一个示例性实施例包括发电机、与上述发电机耦接的AC/DC转换器、与上述AC/DC转换器耦接的DC总线以及与上述DC总线耦接的逆变器。上述逆变器包括第一、第二和第三桥臂，每一个桥臂包括多个开关。第一控制器基于第一系统输出与第二系统输出之间的电压和提供给上述第一系统输出的第一电流来提供控制信号给上述第一桥臂。第二控制器基于第二系统输出与第三系统输出之间的电压和提供给上述第三系统输出的第二电流来提供第二控制信号给上述第二桥臂。第三控制器控制上述第三桥臂来提供等于DC总线电压的一半的输出。

【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于2014年1月20日提交的申请号为14/159,208的美国专利申请的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
分相功率转换在与多个应用相关时是有用的，上述多个应用包括露营车(RVs)中的辅助功率系统、船舶功率系统、家用和商用备用功率系统以及移动功率系统。传统地，分相功率转换系统在逆变器与负载之间使用中心抽头变压器以提供两个AC(交流)电压和另一个AC电压，上述两个AC电压相对于公共中线180度反相，上述另一个AC电压跨过上述两个相位。已经作出了一些努力，在由逆变器提供分相输出的同时消除对中心抽头变压器的需要。这些努力存在一些缺点和缺陷，包括谐波失真、输出纹波、相对于不平衡输出负载的性能限制、以及区别几个实例的逆变器控制装置的复杂度。对本申请所揭示的独特的分相功率转换装置、系统和方法仍然存在很大的需求。公开内容为了清晰地、简洁地和准确地对本专利技术、制造和使用本专利技术的方式和过程的各示例性实施例进行描述并使得能够实施、制造和使用本专利技术，现将参照某些示例性实施例，某些示例性实施例包括示于附图中的那些实施例，并将使用特定语言来对这些示例性实施例进行描述。但应当理解的是，没有因此对本专利技术的范围产生限制，本专利技术包括和保护如本领域技术人员会想到的
本专利技术涉及的改变、修改以及各示例性实施例的进一步应用。
技术实现思路
本申请揭示了独特的分相功率转换装置、方法和系统。一个示例性系统包括发电机、与所述发电机耦接的AC/DC转换器、与所述AC/DC转换器耦接的DC总线以及与所述DC总线耦接的逆变器。所述逆变器包括第一、第二和第三桥臂，每个桥臂包括多个开关。第一控制器基于第一系统输出与第二系统输出之间的电压和提供给所述第一系统输出的第一电流来提供控制信号给所述第一桥臂。第二控制器基于所述第二系统输出与第三系统输出之间的电压和提供给所述第三系统输出的第二电流来提供第二控制信号给所述第二桥臂。第三控制器控制所述第三桥臂以提供等于所述DC总线电压的一半的输出。更多实施例、形式、对象、特征、优势、方面以及优点将由以下描述和附图而变得显而易见。附图说明图1是示例性分相功率转换系统的示意图。图2是另一个示例性分相功率转换系统的示意图。图3是示出了分相功率转换系统的示例性逆变器和输出级的电路图。图4是示出了分相功率转换系统的示例性逆变器控制装置的电路图。图5是示出了分相功率转换系统的更多示例性逆变器控制装置的电路图。图6是示出了分相功率转换系统的示例性输出模式的电路图。具体实施方式参照图1，示出了示例性分相功率系统100，上述分相功率系统100包括发电机110、AC/DC转换器120、DC(直流)总线125、DC/AC转换器130以及输出级140。发电机110与AC/DC转换器120耦接并配置成提供AC电压给上述AC/DC转换器120。在示出的实施例中，发电机110配置成以可变频率和可变电压来提供三相AC电压输出。其他实施例包括提供单相AC电压输出的发电机或者以可变频率和可变电压提供其他多相电压输出的发电机。也可以考虑，可以使用配置成或控制为提供固定的输出电压和/或频率的发电机。AC/DC转换器120配置成对从发电机110接收的AC电压进行转换以提供DC输出电压。在某些实施例中，AC/DC转换器120可以使用无源器件例如二极管桥式整流器，以提供不受控制的AC/DC转换。其他实施例可以使用有源器件例如功率场效应晶体管(MOSFETs)、双极型晶体管(BJTs)或者绝缘栅双极晶体管(IGBTs)，以提供可控制的AC/DC转换。另外的实施例可以使用有源器件和无源器件的组合。AC/DC转换器120的输出被提供给DC总线125的第一和第二轨道。DC总线125包括与第一和第二轨道耦接的电容器，上述电容器减轻了上述DC电压输出中的纹波。DC总线125的第一和第二轨道与DC/AC转换器130耦接，上述DC/AC转换器130配置成基于从DC总线125接收的DC输入来提供AC输出。在示出的实施例中，DC/AC转换器配置为三桥臂逆变器并包括三个逆变器输出，上述三个逆变器输出与输出级140耦接。输出级140包括系统输出141、142和143，上述系统输出141、142和143与各负载耦接并配置成驱动各负载。在示出的实施例中，各输出141和142配置成提供额定120V的AC输出，输出141与输出142提供的AC输出相互180度反相，输出143配置成提供额定240V的AC输出。应当理解，各输出的特定电压可以根据驱动的负载需求进行改变，
以及在操作时，由输出提供的额定电压会增加或减少，例如会因为负载波动或负载不平衡而增加或减少。还应当理解，前述额定电压是非限制性的，以及在某些实施例中可以考虑具有不同额定输出电压和相位差的系统。还应当理解，某些实施例包括附加的或者可选的输出配置例如以下关于图6进行描述的那些输出配置。参照图2，示出了示例性分相功率系统200，上述分相功率系统200包括以上关于图1进行描述的多个特征并以类似的附图标记进行标明。系统200还包括蓄电池150，上述蓄电池150与DC总线125耦接并优选为高电压的、多单元的电池组。可以在综合模式下对系统200进行控制，在上述综合模式下，蓄电池150通过提供部分或全部电流供应给DC/AC转换器130来对发电机100和/或AC/DC转换器120的输出中的瞬变条件或者中断进行补偿。在上述综合模式下，蓄电池150可以在由AC/DC转换器120提供的跨过DC总线125的电压大于蓄电池150的电压时进行充电，并可以在由AC/DC转换器120提供的跨过DC总线125的电压小于蓄电池150的电压时进行放电。可以考虑，可以使用电池控制单元来对蓄电池150的充电和放电进行控制。还可以在充电模式下对系统200进行控制，在上述充电模式下，蓄电池150由来自于和各输出141、142和143耦接的一个或多个负载的电流进行充电。在某些配置中，DC源可以与各输出141、142和143中的一个输出耦接，并可以对DC/AC转换器130进行控制以提供充电电流给蓄电池150。此时，需注意的是，可以通过上述DC/AC转换器130的各晶体管直接将上述DC源耦接到上述蓄电池150，以对上述蓄电池150进行充电。还可以在操作的升压模式下对DC/AC转换器130进行操作，以使用如图3所示的与各输出141、142和143耦接的各电感器335、333或331以及使用逆变桥的上部/第一桥臂中的晶体管中的固有二极管并与该桥臂的下部/相对晶体管切换来感应电流流动，以对上述DC源进行升压来对蓄电池150进行充电。在其他配置中，AC源可以与各输出141、142和143中的一个输出耦接，可以对DC/AC转换
器130进行控制以对上述AC源进行整流并提供充电电流给蓄电池150。这可以发生在例如地区电源情况下，在上述地区电源情况下，各输出与公用供电电源连接。在示出的实施例中，可以对DC/AC转换器130进行控制以提供来自于耦接到输出141或142的各源的120V的AC充电以及来自于耦接到输出143的各源的240V的AC充电。可以考虑的是，各系统1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其特征在于，包括：发电机；AC/DC转换器，所述AC/DC转换器与所述发电机耦接；DC总线，所述DC总线与所述AC/DC转换器耦接；逆变器，所述逆变器与所述DC总线耦接，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，每个桥臂包括多个开关器件；输出电路，所述输出电路包括与所述第一桥臂耦接的第一系统输出、与所述第二桥臂耦接的第二系统输出，和与所述第三桥臂耦接的第三系统输出；第一控制器，所述第一控制器配置成基于所述第一系统输出与所述第三系统输出之间的第一电压和提供给所述第一系统输出的第一电流来提供第一控制信号给所述第一桥臂的开关器件；第二控制器，所述第二控制器配置成基于所述第二系统输出与所述第三系统输出之间的第二电压和提供给所述第二系统输出的第二电流来提供第二控制信号给所述第二桥臂的开关器件；以及第三控制器，所述第三控制器配置成提供第三控制信号给所述第三桥臂的开关器件以提供等于所述DC总线的电压的一半的输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.20 US 14/159,2081.一种系统，其特征在于，包括：发电机；AC/DC转换器，所述AC/DC转换器与所述发电机耦接；DC总线，所述DC总线与所述AC/DC转换器耦接；逆变器，所述逆变器与所述DC总线耦接，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，每个桥臂包括多个开关器件；输出电路，所述输出电路包括与所述第一桥臂耦接的第一系统输出、与所述第二桥臂耦接的第二系统输出，和与所述第三桥臂耦接的第三系统输出；第一控制器，所述第一控制器配置成基于所述第一系统输出与所述第三系统输出之间的第一电压和提供给所述第一系统输出的第一电流来提供第一控制信号给所述第一桥臂的开关器件；第二控制器，所述第二控制器配置成基于所述第二系统输出与所述第三系统输出之间的第二电压和提供给所述第二系统输出的第二电流来提供第二控制信号给所述第二桥臂的开关器件；以及第三控制器，所述第三控制器配置成提供第三控制信号给所述第三桥臂的开关器件以提供等于所述DC总线的电压的一半的输出。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一控制器配置成提供所述第一系统输出与所述第三系统输出之间的电压和正弦形参考信号之间的差给电压控制回路、提供所述电压控制回路的输出与提供给所述第一系统输出的电流之间的差给电流控制回路，并基于所述电流控制回路的输出提供所述第一控制信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二控制器配置成
\t提供所述第二系统输出与所述第三系统输出之间的电压和所述正弦形参考信号之间的差给第二电压控制回路、提供所述第二电压控制回路的输出与提供给所述第二系统输出的电流之间的差给第二电流控制回路，并基于所述第二电流控制回路的输出提供所述第二控制信号。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三控制器配置成通过闭环控制器和开环控制器中的一个来提供第三控制信号给所述第三桥臂的开关器件以提供等于所述DC总线的电压的一半的输出。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输出电路包括串联耦接于所述第一桥臂与所述第一系统输出之间的第一电感器、串联耦接于所述第二桥臂与第二系统输出之间的第二电感器、串联耦接于所述第三桥臂与第三系统输出之间的第三电感器、串联耦接于所述第一系统输出与所述第三系统输出之间的第一电容器，以及串联耦接于所述第二系统输出与所述第三系统输出之间的第二电容器。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第三电感器比所述第一和第二电感器具有更小的电感。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述DC总线耦接的蓄电池，其中在第一可选择模式下，所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器配置成至少部分基于来自于所述蓄电池的电流来提供所述第一、第二和第三系统输出中的至少两个系统输出之间的AC电压波形输出。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在第二可选择模式下，所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器配置成至少部分基于来自于所述第一、第二和第三系统输出中的至少一个系统输出的电流来给所述蓄电池进行充电。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电机、所述AC/DC
\t转换器、所述DC总线和所述逆变器配置为地面车辆辅助功率系统、固定的备用功率系统和船舶功率系统中的一个。10.一种方法，其特征在于，包括以下步骤：提供分相功率转换系统，所述分相功率转换系统包括发电机、与所述发电机耦接的AC/DC转换器、与所述AC/DC转换器耦接的DC总线、与所述DC总线耦接的逆变器以及输出电路，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，每个桥臂包括多个开关，所述输出电路包括与所述第一桥臂耦接的第一系统输出、与所述第二桥臂耦接的第二系统输出，和与所述第三桥臂耦接的第三系统输出；提供第一开关控制信号给所述逆变器的第一桥臂的开关，所述第一开关信号基于参考信号、所述第一系统输出与所述第三系统输出之间的第一电压和从所述第一桥臂到所述第一系统输出的电流；提供第二开关控制信号给所述逆变器的第二桥臂的开关，所述第二开关信号基于所述参考信号、所述第二系统输出与所述第三系统输出之间的第二电压和从所述第二桥臂到所述第二系统输出的电流；以及控制所述逆变器的第三桥臂的开关以提供等于所述DC总线的电压的一半的输出。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述提供第一开关控制信号的步骤中包括以下步骤：提供所述第一系统输出与所述第三系统输出之间的电压和正弦形参考信号之间的差给电压控制回路，提供所述电压控制回路的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·M·阿雅纳，S·纳斯，A·索洛扎诺，A·沃尔瑟斯，S·库宁，B·K·帕默尔，
申请(专利权)人：康明斯发电IP公司，
类型：发明
国别省市：美国;US