用于关断有源中性点钳位转换器的方法技术

提供了一种用于关断三电平有源中性点钳位转换器的相脚的方法。该方法包括以下步骤。确定步骤，确定是否已经发生了开关故障，并且如果已经发生了开关故障，则将多个开关中的每一个开关断开。如果没有发生开关故障并且请求关断，则操作步骤，操作多个开关以断开第一开关和第四开关。等待步骤，等待第一预定时间段。操作步骤，操作多个开关以接通第二开关和第三开关。重复等待步骤。操作步骤，操作多个开关以断开第五开关和第六开关。重复等待步骤。操作步骤，断开第二开关和第三开关。

A method for turning off the active neutral point clamper

【技术实现步骤摘要】
用于关断有源中性点钳位转换器的方法关于联邦政府赞助的研究与开发的声明本专利技术是在美国国家航空航天局(NASA)授予的合同号NNC15CA29C的政府支持下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。相关申请的交叉引用本申请要求2018年11月15日提交的美国专利申请No.16/192,668的优先权和权益，其全部内容合并于此。
本公开涉及中性点钳位转换器，并且更具体地涉及用于有源中性点钳位转换器的关断方法。
技术介绍
本说明书的实施例大体涉及中性点钳位转换器，并且更具体地涉及用于有源中性点钳位转换器的关断方法。通常，采用三电平有源中性点钳位(3L-ANPC)转换器将直流(DC)电力转换为具有三电平输出的交流(AC)电力。3L-ANPC转换器广泛用于AC驱动和灵活的AC传输系统中。这些3L-ANPC转换器采用多个开关来辅助电力转换。此外，传统上，当需要耐高压时，使用采用碳化硅(SiC)开关(例如SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))的3L-ANPC转换器。如将意识到，与诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的其他开关相比，SiCMOSFET切换更快，从而导致较低的切换损耗。然而，由于换向环路电感，SiCMOSFET的更快开关还导致横跨传统3L-ANPC转换器的SiCMOSFET的电压应力更高。通常，在采用SiCMOSFET的传统3L-ANPC转换器中，会形成大换向环路，或者形成大换向环路和小换向环路两者。大换向环路的形成导致传统3L-ANPC转换器中的环路电感增加。环路电感的这种增加会导致横跨SiCMOSFET的电压应力增加，从而导致传统3L-ANPC转换器中SiCMOSFET的寿命缩短或效率降低的转换器设计。此外，SiCMOSFET通常利用MOSFET体二极管作为反并联二极管来减少成本和空间。此外，在传统3L-ANPC转换器中，操作一些SiCMOSFET中的MOSFET体二极管以长时间传导电流。然而，由于热和可靠性的限制，这种体二极管不能长时间传导高电流，从而导致传统3L-ANPC转换器的可靠性很差。当将3L-ANPC转换器设计为仅在小换向环路中进行换向时，例如由突然跳闸事件而导致的关断期间会发生过电压。突然关断期间的过电压是由于使用大换向环路的电流换向而导致的，这在正常操作中不会使用。大换向环路的漏电感不仅包括模块的漏电感，还包括外部母线。因此，当使用大换向环路时，装置上的电压应力将更高。调制器设计为仅使用小换向环路，使得可以提高开关速度以实现高效率，并且同时避免对电力电子装置施加应力。但是，在跳闸事件期间同时断开所有装置时，可能会使用大换向环路。假设SiCMOSFET的断开时间短于SiIGBT，那么在多种情况下，转换器可能会因过电压而损坏。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，提供了一种用于关断三电平有源中性点钳位转换器的相脚的方法。相脚包括输出端子，多个输入端子以及设置在它们之间的多个开关。该方法包括以下步骤。确定步骤，确定是否已经发生了开关故障，并且如果已经发生了开关故障，则断开多个开关中的每一个开关。如果尚未发生开关故障并且请求关断，则操作步骤，操作多个开关以断开第一开关和第四开关。等待步骤，等待第一预定时间段过去。操作步骤，操作多个开关以接通第二开关和第三开关。等待步骤，等待第二预定时间段过去。操作步骤，操作多个开关以断开第五开关和第六开关。等待步骤，等待第三预定时间段过去。操作步骤，操作多个开关以断开第二开关和第三开关。根据本公开的另一方面，三电平有源中性点钳位转换器包括一个或多个相脚。一个或多个相脚中的至少一个相脚包括：输出端子；多个输入端子，其包括第一输入端子，第二输入端子和中性输入端子。多个开关，其设置在多个输入端子与输出端子之间。多个开关包括第一开关，第二开关，第三开关，第四开关，第五开关和第六开关。多个开关中的第一开关，第二开关，第三开关和第四开关可操作地串联联接。第一开关可操作地联接到第一输入端子。第四开关可操作地联接到第二输入端子。第二开关和第三开关的互连点可操作地联接到中性输入端子。第五开关可操作地联接在第一开关和第二开关的互连点与输出端子之间。第六开关可操作地联接在第三开关和第四开关的互连点与输出端子之间。调制器，其可操作地联接到一个或多个相腿的多个开关，并且被构造为确定是否已经发生了开关故障。如果已经发生了开关故障，则断开多个开关中的每一个。如果尚未发生开关故障并且请求关断，则操作多个开关以断开第一开关和第四开关。等待步骤，等待第一预定时间段过去。操作步骤，操作多个开关以接通第二开关和第三开关。另一个等待步骤，等待第二预定时间段过去。操作步骤，操作多个开关以断开第五开关和第六开关。另一个等待步骤，等待第三预定时间段过去。操作步骤，操作多个开关以断开第二开关和第三开关。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的实施例的这些以及其他特征和方面，在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：图1是根据本公开的方面的三电平有源中性点钳位(3L-ANPC)转换器的框图；图2是根据本公开的方面的图1的3L-ANPC转换器的相脚的示意图；图3是根据本公开的方面的图1的3L-ANPC转换器的相脚的示意图；图4是根据本公开的方面的图1的3L-ANPC转换器的相脚的示意图；图5是根据本公开的方面的用于图2的相脚的关断方法的流程图；图6是描绘根据本公开的方面的表示相脚的输出电压的示例信号的图形表示；和图7是描绘根据本公开的方面的表示关断序列的示例信号的图形表示。具体实施方式如将在下文中详细描述的，呈现了用于关断三电平有源中性点钳位(3L-ANPC)转换器的示例性方法的各种实施例。使用这些方法可避免在故障跳闸事件中损坏3L-ANPC转换器。特别地，与关断3L-ANPC转换器的传统方法相比，该方法允许电流流过3L-ANPC转换器的开关的体二极管的持续时间减少，从而改善了开关的寿命。此外，这些方法导致在相脚内形成小换向环路，从而减小了3L-ANPC转换器的相脚的总环路电感。总环路电感的这种减小减小了横跨3L-ANPC转换器的开关的电压应力。因此，可以改善3L-ANPC转换器的寿命和可靠性。为了提供对这些实施例的简要描述，可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中(例如在任何工程或设计项目中)，都可以做出许多特定实施方式的决策，以实现开发人员的特定目标，例如遵守与系统相关的约束和与业务相关的约束。当描述本说明书的各种实施例的元件时，冠词“一”，“一种”，“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包含”，“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除列出的元件外可能还有附加的元件。如本文所用，术语“可能”和“可能是”表示在一组情况下发生的可能性；拥有特定的属性，特性或功能；和/或通过表达与限定动词相关联的能，能力或可能性中的一个或多个来限定另一个动词。因此，“可能”和“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于关断三电平有源中性点钳位转换器的相脚的方法，其特征在于，所述相脚包括输出端子，多个输入端子和多个开关，所述多个开关设置在所述输出端子与所述多个输入端子之间，所述方法包括：/n确定是否已经发生了开关故障，并且如果已经发生了开关故障，则断开所述多个开关中的每一个开关，并且如果尚未发生开关故障并且请求关断，则操作所述多个开关以断开第一开关和第四开关；/n等待第一预定时间段过去；/n操作所述多个开关以接通第二开关和第三开关；/n等待第二预定时间段过去；/n操作所述多个开关以断开第五开关和第六开关；/n等待第三预定时间段过去；/n操作所述多个开关以断开所述第二开关和所述第三开关。/n

【技术特征摘要】
20181115 US 16/192,6681.一种用于关断三电平有源中性点钳位转换器的相脚的方法，其特征在于，所述相脚包括输出端子，多个输入端子和多个开关，所述多个开关设置在所述输出端子与所述多个输入端子之间，所述方法包括：
确定是否已经发生了开关故障，并且如果已经发生了开关故障，则断开所述多个开关中的每一个开关，并且如果尚未发生开关故障并且请求关断，则操作所述多个开关以断开第一开关和第四开关；
等待第一预定时间段过去；
操作所述多个开关以接通第二开关和第三开关；
等待第二预定时间段过去；
操作所述多个开关以断开第五开关和第六开关；
等待第三预定时间段过去；
操作所述多个开关以断开所述第二开关和所述第三开关。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述多个输入端子包括第一输入端子，第二输入端子和中性输入端子，其中所述多个开关中的所述第一开关，所述第二开关，所述第三开关和所述第四开关可操作地串联联接，并且其中所述第一开关可操作地联接到所述第一输入端子，所述第四开关可操作地联接到所述第二输入端子，所述第二开关和所述第三开关的互连点可操作地联接到所述中性输入端子，所述第五开关可操作地联接在所述第一开关和所述第二开关的互连点与所述输出端子之间，并且所述第六开关可操作地联接在所述第三开关和所述第四开关的互连点与所述输出端子之间。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中所述第一输入端子包括正电压电平输入端子，并且所述第二输入端子包括负电压电平输入端子。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中所述第一预定时间段和所述第二预定时间段中的每一个约为5μs。


5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中所述第一预定时间段和所述第二预定时间段中的每一个是2μs至8μs。


6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘迪，马克·爱德华·达梅，张迪，何江彪，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US