用于对多电平飞跨电容器转换器预充电的方法及电路技术

本申请案涉及用于对多电平飞跨电容器转换器预充电的方法及电路。一种电路(100)包含第一及第二晶体管(S31、S32)、电容器(C1)及控制器(110)。所述控制器(110)经耦合到所述第一及第二晶体管(S31、S32)的控制输入。所述控制器(110)经配置以在第一模式期间且根据第一时变工作循环接通及关断所述第一晶体管(S31)同时当所述第一晶体管(S31)断开时接通所述第二晶体管(S32)。所述控制器(S31)还经配置以在所述第一模式之后的第二模式期间且根据第二时变工作循环接通及关断所述第一晶体管(S31)同时当所述第一晶体管(S31)断开时接通所述第二晶体管(S32)。晶体管(S32)。晶体管(S32)。

【技术实现步骤摘要】
用于对多电平飞跨电容器转换器预充电的方法及电路
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]此申请案主张2020年8月19日申请的第63/067,680号美国临时申请案的优先权，所述申请案特此以引用方式并入。


[0003]本公开的实施例涉及预充电
，且更明确来说，涉及用于多电平飞跨电容器转换器的预充电技术。

技术介绍

[0004]一种类型的交流(AC)到直流(DC)转换器是飞跨电容器、多电平转换器。飞跨电容器、多电平转换器使用称为飞跨电容器的电容器来箝位跨晶体管的电压。这些类型的转换器在低失真下对高功率及高电压操作是有益的。

技术实现思路

[0005]根据实例，一种电路包含第一及第二晶体管、电容器及控制器。所述控制器经耦合到所述第一及第二晶体管的控制输入。所述控制器经配置以在第一模式期间且根据第一时变工作循环，接通及关断所述第一晶体管同时当所述第一晶体管断开时接通所述第二晶体管。所述控制器还经配置以在所述第一模式之后的第二模式期间且根据第二时变工作循环，接通及关断所述第一晶体管同时当所述第一晶体管断开时接通所述第二晶体管。
附图说明
[0006]图1是根据实例的六晶体管四电平飞跨电容器转换器的示意图。
[0007]图2是根据实例的含有用于四电平飞跨电容器转换器的三个相位中的每一者的电容器及晶体管的示意图。
[0008]图3展示关于转换器的控制器如何使转换器的晶体管的工作循环时变的一个实施例的波形。
[0009]图4是根据实例的其中三个自举栅极供应器经耦合到三相四电平飞跨电容器转换器中的一个相位的相应六个晶体管中的每一者的相应栅极驱动器的示意图。
[0010]图5展示表示三相飞跨电容器转换器的相位中的一者的相应晶体管的开/关状态的实例波形。
[0011]图6展示根据实例的说明在预充电模式期间及正常操作期间飞跨电容器转换器内的电压以及晶体管的可变工作循环的实例波形。
[0012]图7展示关于针对转换器的控制器如何使转换器的晶体管的工作循环时变的另一实施例的波形。
[0013]图8说明用于使转换器中的晶体管的工作循环在预充电模式期间时变的另一实施例，其中工作循环正弦地但以比正常操作期间更低的振幅改变。
[0014]图9说明用于使转换器中的晶体管的工作循环在预充电模式期间时变的又一实施例，其中工作循环以增加的振幅正弦地改变。
具体实施方式
[0015]本文中描述的实施例涉及用于以可控方式对用于飞跨电容器、多电平转换器的电容器进行预充电的启动模式。在启动模式期间，控制器根据第一时变工作循环控制技术控制转换器的晶体管的开及关状态。在启动模式之后，转换器进入其正常(稳态操作)，其中控制器根据第二时变工作循环控制技术控制晶体管的开及关状态。本文中呈现的图展示六晶体管四电平飞跨电容器，但所论述的原理可应用于实施偶数数目个电压电平的其它配置的飞跨电容器转换器(例如双晶体管双电平转换器；十晶体管六电平转换器等)。
[0016]图1是六晶体管四电平飞跨电容器转换器100的示意图。到转换器的输入是AC电压，在此实例中，其是在图1中标记为Vgrid的AC主电压。转换器100将输入AC电压转换成DC输出电压，展示为跨电容器Cdc的电压Vdc。转换器100包含晶体管S11、S12、S21、S22、S31及S32、电容器C1、C2及Cdc、电感器Lboost、电阻器Rpre
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charge、开关SW
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pre及控制器110。
[0017]此实例中的晶体管是N型金属氧化物半导体场效晶体管且操作为开关(开或关)。晶体管S31的源极在开关节点SW处经耦合到晶体管S32的漏极。电容器C1经耦合到晶体管S31的漏极及晶体管S32的源极。因此，电容器C1与串联耦合的晶体管S31及S32并联耦合。晶体管S21的源极经耦合到电容器C1及晶体管S31的漏极。晶体管S22的漏极经耦合到电容器C1及晶体管S32的源极。电容器C2经耦合到晶体管S21的漏极及晶体管S22的源极。因此，电容器C2跨晶体管S21及S22耦合。晶体管S11的源极经耦合到电容器C2及晶体管S21的漏极。晶体管S12的漏极经耦合到电容器C2及晶体管S22的源极。电容器Cdc经耦合到晶体管S11的漏极及晶体管S12的源极。因此，电容器Cdc跨晶体管S11及S12耦合。
[0018]每一晶体管具有控制输入(例如栅极)。每一栅极接收由控制器110产生的控制信号。用于晶体管S11的栅极信号被标记为G11。类似地，用于晶体管S12、S21、S22、S31及S32的栅极信号分别被标记为G12、G21、G22、G31及G32，如图1中展示。
[0019]电感器Lboost的一个端子101经耦合到开关节点SW。电感器Lboost的相对端子102经耦合到AC输入电压Vgrid。电阻器R
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pre经耦合于AC输入电压Vgrid与电容器Cdc之间。开关SW
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pre跨电阻器R
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pre耦合。控制器100产生控制信号PRE_CHARGE以断开及闭合开关SW
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pre。控制器将控制信号PRE_CHARGE断言到第一逻辑状态(例如逻辑低)以致使开关SW
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pre在预充电操作模式期间断开，其中电容器C1、C2及Cdc上的电压在通电事件后以可控方式从0V增加到其最终稳态电压，如本文中描述。当跨电容器Cdc的电压低于Vgrid的瞬时电压时，在预充电模式期间包含电阻器R
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pre的电阻有利地限制通过电容器Cdc的电流。电阻器R
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pre可具有固定电阻或可经实施以具有负温度系数(例如，其电阻可与温度成反比变化)。在完成预充电模式之后，控制器将控制信号PRE_CHARGE断言到第二逻辑状态(例如逻辑高)以致使开关SW
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pre闭合，借此绕过电阻器R
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pre。
[0020]在图1的实例中，控制器100包含耦合到处理核心112的模/数转换器(ADC)111。非暂时性存储装置115含有可执行机器指令(例如固件116)。非暂时性存储装置115可与控制器100分离或包含在控制器100内。固件116经提供到核心112且由核心112执行。在一个实施例中，本文中描述的预充电技术由执行固件116的核心112执行。核心112致使栅极信号G11
到G32被断言以接通及关断晶体管S31到S32，如本文中描述。在图1的实例中，控制器100是执行机器指令的可编程处理器。在其它实施例中，控制器100是离散电路(例如有限状态机)。
[0021]转换器100可经耦合到单相AC输入电压或三相AC输入电压。图1展示转换器100的单相实施方案。图2展示三相实施方案。图2展示针对四电平飞跨电容器转换器200的三个相位相位A、相位B及相位C中的每一者的电容器及晶体管。虽然为简单起见未展示，但相位A到C的开关节点SWA、SWB及SW本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路，其包括：第一晶体管，其具有第一控制输入；第二晶体管，其具有第二控制输入；电容器，其耦合到所述第一及第二晶体管；及控制器，其耦合到所述第一及第二控制输入，所述控制器经配置以：在第一模式期间且根据第一时变工作循环，打开及关闭所述第一晶体管同时打开及关闭所述第二晶体管使得所述第二晶体管在所述第一晶体管断开时开启；及在所述第一模式之后的第二模式期间且根据第二时变工作循环，打开及关闭所述第一晶体管同时打开及关闭所述第二晶体管使得所述第二晶体管在所述第一晶体管断开时开启。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一模式是在其期间所述控制器致使所述电容器上的所述电压增加的预充电模式。3.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一时变工作循环在第一工作循环值与第二工作循环值之间重复地改变，且所述第二时变工作循环正弦地改变。4.根据权利要求1所述的电路，其中：所述第一时变工作循环从第一较低工作循环值正弦地改变到第一较高工作循环值；所述第二时变工作循环从第二较低工作循环值正弦地改变到第二较高工作循环值；且所述第一较低工作循环值大于所述第二较低工作循环值，且所述第一较高工作循环值小于所述第二较高工作循环值。5.根据权利要求1所述的电路，其中：所述第一时变工作循环以增加的第一量值正弦地改变；且所述第二时变工作循环以恒定的第二量值正弦地改变。6.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路是飞跨电容器转换器。7.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路是三相飞跨电容器转换器。8.根据权利要求1所述的电路，其包含：第一栅极驱动器，其耦合到所述第一晶体管；第二栅极驱动器，其耦合到所述第二晶体管；及自举电路，其耦合到所述第一及第二栅极驱动器。9.一种电路，其包括：处理器核心，其经配置以：在第一模式期间且根据第一时变工作循环，断言及取消断言第一控制信号以接通及关断第一晶体管同时转变第二控制信号以接通及关断第二晶体管使得所述第二晶体管在所述第一晶体管断开时开启；及在所述第一模式之后的第二模式期间且根据第二时变工作循环，断言及取消断言所述第一控制信号以打开及关闭所述第一晶体管同时转变第二控制信号以接通及关断第二晶体管使得所述第二晶体管在所述第一晶体管断开时开启。10.根据权利要求9所述的电路，其中所述第一模式是在其期间所述控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚通，J，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：