多电平逆变器制造技术

本发明专利技术涉及多电平逆变器。多电平逆变器具有一组或多组，每组包含多个低电压MOSFET晶体管。处理器配置成切换每组中的多个低电压MOSFET晶体管以在每个周期期间的多个时间处切换。

【技术实现步骤摘要】
多电平逆变器本申请是申请日为2015年3月25日，申请号为201510133812.8，专利技术名称为“多电平逆变器”的申请的分案申请。相关申请本申请要求题目为“MULTI-LEVELINVERTER”且于2014年3月26日提交的美国临时申请号61/970,788的优先权，该临时申请特此通过引用被全部并入且与题目为“Multi-levelInverter”、于2013年3月14日提交的美国专利申请序列号13/826,556有关，该专利申请特此通过引用被全部并入。
本专利技术涉及多电平逆变器。
技术介绍
尽管有很多年的研究，但对更具成本效益的逆变器实现(单相或三相)的探究到现在为止一直难以捉摸。一些尝试在目的在于降低切换损耗和/或无源器件(主要是磁性元件)的尺寸的拓扑中利用高电压开关(例如600VIGBT)。参见例如“Multilevelinverters:AsurveyofTopologies,ControlandApplications”。目的在于降低切换损耗的这些逆变器典型地包括在大约10倍的线频率(50Hz)或高达16kHz的频率下切换的高电压开关(例如600VIGBT)。IGBT的切换损耗在该频率范围下且甚至在这些频率的下边界处是相当大的。此外，低频切换导致扼流器接近或超过逆变器的总成本的20％。可替代的研究试图使用甚至更先进的开关技术(例如碳化硅和/或氮化镓)以便增加频率并减小无源器件的尺寸。这个研究也可将切换损耗降低到某个程度，但只在高成本的先进开关技术下进行。尽管有广泛的研究，这些逆变器拓扑只提供有限的改进且不能实现有效的逆变器技术所需的成本降低和效率。依然存在对低成本、高效率的逆变器技术的需求。
技术实现思路
下面的概述仅为了例证性目的，且并不打算限制或约束详细描述。本文的实施方式可使用具有专用控制系统的多电平逆变器(例如单相和/或三相逆变器)，该专用控制系统使具有高效率的低成本逆变器变得可能。在本文讨论的一些实施方式中，可在逆变器的输出(在滤波之前)具有几个电压阶跃的情况下利用多电平逆变器，从而减小在逆变器的磁性元件上的应力并改进输出电压成形，这使得进一步减小切换频率。在本文所述的示例性多电平逆变器(单相或三相)中，控制系统允许低电压MOSFET(例如80V)的使用以便形成较高电压的等效开关(例如使用六个80V的MOSFET产生等效的480V开关)。相较于其它的多电平逆变器实现，低电压切换的多电平逆变器的传导性和切换特性明显地且意想不到地提高了。在这些实施方式中，通过交错接通和断开低电压MOSFET，可将较低的频率调制用于每个多电平开关，例如，每个MOSFET可在适度的频率(例如200kHz)下进行切换，同时与其它开关技术相比维持低的切换损耗并获得200kHz*N的有效频率的益处，其中N是在时间上交错的串联开关的数量，从而根据有效的扩展频率而减小了无源零件的尺寸要求。在一些实施方式中，可根据占空比(其可以或可以不根据正弦波进行改变)在交错的时间上切换MOSFET，其中每个MOSFET偏移例如切换周期的1/6(例如有6个串联的MOSFET)。根据本文讨论的实施方式，除了关于本文讨论的传导性和切换损耗的优点以外，这些例子还提供其它主要益处，例如(例如在主扼流器磁性元件和/或输出滤波器中的)无源器件的减少。例如，由于多电平电压和低成本的MOSFET开关，可实现尺寸和/或成本的N倍(例如在本例中是6)减小。此外，本文讨论的示例性实施方式可在主扼流器内实现可以是切换频率的N倍(例如在本例中是6*200kHz)的有效频率。因此，在这些实施方式中，主扼流器相对于标准设计可以减小N^2(例如36)倍。在本文描述的实施方式中，相对于利用16kHz的切换频率的基于IGBT的标准逆变器系统，在主扼流器尺寸上的总增益因子可以是例如200kHz/16kHz*36＝450，使扼流器的成本小到使得它在本文描述的多电平逆变器例子中变得几乎可忽略。可对输出滤波器进行类似计算，在成本降低和效率增加上显示甚至更大优势。本公开的实施例涉及以下方面：(1)一种装置，包括：多电平逆变器，其包括第一相电路和第二相电路，所述第一相电路和所述第二相电路中的每个包括飞跨电容器电路；第一套开关和第二套开关，所述第一套开关连接在电压输入端子之间的所述第一相电路，所述第二套开关连接在所述电压输入端子之间的所述第二相电路；以及相间平衡电路，其包括跨所述第一相电路并联连接的第一对端子和跨所述第二相电路并联连接的第二对端子。(2)如(1)所述的装置，还包括控制器，其中：所述第一相电路和所述第二相电路每个包括相输出端、电感器、第一对开关和第二对开关以及第一电容器和第二电容器：所述电感器的第一端子连接到所述相输出端；所述电感器的第二端子连接到所述第一对开关的第一端子；所述第一电容器跨所述第一对开关的第二端子和跨所述第二对开关的第一端子连接；所述第二电容器跨所述第二对开关的第二端子连接；以及所述控制器配置成使跨所述第一电容器的电压平衡。(3)如(1)所述的装置，还包括控制器，其中：所述第一套开关包括至少一个高开关和至少一个低开关，所述至少一个高开关将所述第一相电路的第一输入端子连接到所述电压输入端子中的第一电压输入端子，所述至少一个低开关将所述第一相电路的第二输入端子连接到所述电压输入端子中的第二电压输入端子；所述第二套开关包括至少一个第二高开关和至少一个第二低开关，所述至少一个第二高开关将所述第二相电路的第一输入端子连接到所述电压输入端子中的所述第一电压输入端子，所述至少一个第二低开关将所述第二相电路的第二输入端子连接到所述电压输入端子中的所述第二电压输入端子；以及所述控制器配置成相较于所述第一相电路和所述第二相电路中的开关在更低的频率下切换所述第一套开关和所述第二套开关。(4)如(1)所述的装置，其中所述相间平衡电路包括：第一开关，其将所述第一相电路的高输入端子连接到所述第二相电路的低输入端子；以及第二开关，其将所述第二相电路的高输入端子连接到所述第一相电路的低输入端子。(5)如(1)所述的装置，还包括控制器电路，所述控制器电路配置成相较于所述第一相电路和所述第二相电路在更低的频率下控制所述第一套开关和所述第二套开关。(6)如(1)所述的装置，其中所述第一相电路包括：串联连接的开关的第一组和第二组，其中所述第一组和所述第二组串联连接在所述第一套开关之间；以及多个电容器，每个电容器连接在所述第一组中的串联连接的开关中的一个开关和所述第二组中的串联连接的开关中的相应开关之间。(7)如(6)所述的装置，还包括：控制器电路，其配置成以公共占空比和在公共频率下切换所述第一组和所述第二组中的多个串联连接的开关中的每个，在相反的状态下切换所述第一组中的串联连接的开关中的每个开关和所述第二组中的串联连接的开关中的相应开关，并将所述第一组中的所述多个串联连接的开关中的每个开关的相位偏移顺序增加的量。(8)如(7)所述的装置，其中所述控制器配置成调节所述公共占空比以调节所述多电平逆变器的转换比。(9)一种方法，包括：在第一频率下切换多电平逆变器的第一相电路和第二相电路；在第二频率下切换所述多电平逆变器的第一对开关和第二对开关，所述第一对开关在一对电压输入端子之间连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：多电平逆变器，其包括:串联连接的第一组和第二组，其中所述第一组和所述第二组中的每个包括串联连接的多个晶体管；一个或多个电容器，所述一个或多个电容器中的每个连接在所述第一组的两个相邻的晶体管和所述第二组的两个相邻的晶体管之间；第一多个开关，其串联连接在输入电压和所述第一组之间；以及第二多个开关，其串联连接在参考电压和所述第二组之间。

【技术特征摘要】
2014.03.26 US 61/970,788;2014.09.13 US 14/485,6821.一种装置，包括：多电平逆变器，其包括:串联连接的第一组和第二组，其中所述第一组和所述第二组中的每个包括串联连接的多个晶体管；一个或多个电容器，所述一个或多个电容器中的每个连接在所述第一组的两个相邻的晶体管和所述第二组的两个相邻的晶体管之间；第一多个开关，其串联连接在输入电压和所述第一组之间；以及第二多个开关，其串联连接在参考电压和所述第二组之间。2.如权利要求1所述的装置，还包括控制器，其配置成：控制所述第一多个开关和所述第二多个开关从而以第一频率来切换；以及控制所述第一组的所述多个晶体管中的每个晶体管和所述第二组的所述多个晶体管中的每个晶体管，从而在不同的时间并且以第二频率来切换，其中所述第二频率大于所述第一频率。3.如权利要求2所述的装置，其中所述控制器配置成导致所述多电平逆变器产生具有所述第一频率的周期性波形。4.一种装置，包括：交点；第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路、第六开关电路、第七开关电路和第八开关电路；以及多电平逆变器，其包括第一相电路和第二相电路，所述第一相电路和所述第二相电路中的每个包括飞跨电容器电路，其中所述第一相电路的高输入端子通过所述第一开关电路连接到输入电压端子，并且通过所述第二开关电路连接到所述交点；其中所述第一相电路的低输入端子通过所述第三开关电路连接到参考电压端子，并且通过所述第四开关电路连接到所述交点；其中所述第二相电路的高输入端子通过所述第五开关电路连接到所述输入电压端子，并且通过所述第六开关电路连接到所述交点；其中所述第二相电路的低输入端子通过所述第七开关电路连接到所述参考电压端子，并且通过所述第八开关电路连接到所述交点。5.如权利要求4所述的装置，其中所述第二开关电路、所述第四开关电路开关电路、所述第六开关电路和所述第八开关电路中的每个包括串联连接的开关，所述开关将所述第一相电路和所述第二相电路连接到所述交点。6.一种装置，包括：多电平逆变器，其包括第一相电路、第二相电路和第三相电路，所述第一相电路、所述第二相电路和所述第三相电路中的每个包括具有相输出端的飞跨电容器电路；第一套开关、第二套开关和第三套开关，所述第一套开关连接在电压输入端子之间的所述第一相电路，所述第二套开关连接在所述电压输入端子之间的所述第二相电路，所述第三套开关连接在所述电压输入端子之间的所述第三相电路；以及相间平衡电路，其包括跨所述第一相电路连接的第一对端子、跨所述第二相电路连接的第二对端子和跨所述第二相电路连接的第三对端子。7.如权利要求6所述的装置，其中所述相间平衡电路包括：第一开关，其将所述第一相电路的高输入端子连接到所述第二相电路的低输入端子；第二开关，其将所述第二相电路的高输入端子连接到所述第一相电路的低输入端子；第三开关，其将所述第一相电路的高输入端子连接到所述第三相电路的低输入端子；第四开关，其将所述第三相电路的高输入端子连接到所述第一相电路的低输入端子；第五开关，其将所述第二相电路的高输入端子连接到所述第三相电路的低输入端子；以及第六开关，其将所述第三相电路的高输入端子连接到所述第二相电路的低输入端子。8.一种装置，包括：第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路、第六开关电路、第七开关电路和第八开关电路；以及多电平逆变器，其包括第一相电路和第二相电路，所述第一相电路和所述第二相电路中的每个包括飞跨电容器电路，串联连接在输入电压端子和参考电压端子之间的第一电容器、第二电容器和第三电容器，所述第一电容器和所述第二电容器之间的连接形成第一交点，并且所述第二电容器和第三电容器之间的连接形成第二交点；其中所述第一相电路的高输入端子通过所述第一开关电路连接到所述输入电压端子，并且通过所述第二开关电路连接到所述第一交点；其中所述第一相电路的低输入端子通过所述第三开关电路连接到所述参考电压端子，并且通过所述第四开关电路连接到所述第二交点；其中所述第二相电路的高输入端子通过所述第五开关电路连接到所述输入电压端子，并且通过所述第六开关电路连接到所述第一交点；其中所述第二相电路的低输入端子通过所述第七开关电路连接到所述参考电压端子，并且通过所述第八开关电路连接到所述第二交点。9.一种装置，包括第一脉动存储电容器、第二脉动存储电容器、第一开关、第二开关、电感器、中心节点、输入端子和参考端子，其中：所述第一脉动存储电容器通过所述第一开关连接在所述中心节点和所述参考端子之间；所述第二脉动存储电容器通过所述第二开关连接在所述中心节点和参考端子之间；以及所述电感器连接在所述中心节点和所述输...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊兰·约瑟考维奇，察希·格罗文斯基，G·塞拉，Y·戈林，
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