CN102340280B

CN102340280B - 并行功率逆变器电机驱动系统

Info

Publication number: CN102340280B
Application number: CN201110213048.7A
Authority: CN
Inventors: 兰加拉詹·M·塔拉姆; 拉塞尔·J·克尔克曼; 理查德·H·拉多舍维奇; 阿兰·J·坎贝尔
Original assignee: Rockwell Automation Technologies Inc
Current assignee: Rockwell Automation Technologies Inc
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2031-07-18
Also published as: US20120235614A1; US20120013283A1; EP2408099B1; EP2408099A2; US8710782B2; CN102340280A; US8188694B2; EP2408099A3

Abstract

多个逆变器电机驱动器并行地互连以向电机提供公共输出。公共控制电路经由光缆耦合到所有并行驱动器并且向每个逆变器的功率层电路提供信号，用于在功率层处生成关于各个逆变器功率电子开关的栅极驱动信号的定时。得到的定时呈现了高度的同步性，使得在并行驱动器的输出中出现极小的失衡，导致非常低的环流。

Description

并行功率逆变器电机驱动系统

技术领域

本发明通常涉及功率转换设备的领域并且更具体地涉及逆变器及其控制。

背景技术

大量的功率转换电路的形态和类型是已知的并且正在使用。许多这些电路依赖于用于将直流(DC)功率转换为频率受控交流(AC)功率的逆变器拓扑。在许多拓扑中提供整流器或其他转换器以接收典型地从电网输入AC功率，并且将AC功率转换为施加到DC总线的DC功率，其用于向逆变器电路馈电。这些拓扑用在多种应用中，诸如用于控制电机的速度和操作特性。

利用逆变器拓扑的电机驱动器常常使用通过单个DC总线彼此耦合的单个转换器和单个逆变器。传统的逆变器由成对提供的固态开关形成并且在导通和不导通状态之间交替地切换以提供典型地具有受控频率的期望的输出波形。这些拓扑足以用于许多较小的应用，并且可以根据驱动电机的额定功率、安装尺寸、电压和其他规格而在尺寸上变化。然而，对于较大的电机，这些驱动器的部件成比例地变大并且变昂贵。于是有吸引力的是使用可替选的拓扑，其中并行地提供多个逆变器，它们的输出连结以向负载提供公共AC输出。

这些并行逆变器应用造成了独特的困难。例如，由于逆变器的输出基本上彼此短接，因此需要各种磁结构以防止由于逆变器中的功率电子开关的不匹配的开关定时而建立环流。例如，如果第一逆变器中的开关以未充分与并行逆变器的开关同步的方式开关，则由于开关的导通状态，可能允许输出功率重新进入一个或其他的逆变器。而且，由于这些逆变器部件的开关频率非常高，因此在没有现有技术中使用的类型的磁结构的情况下，将需要高精度以防止这种环流。仍必须提出充分精确的开关拓扑。

发明内容

本发明提供了设计用于响应于这些需要的用于驱动逆变器开关的技术。根据本技术的一个方面，一种电机驱动系统包括多个驱动模块，每个驱动模块包括用于将输入AC功率转换为DC功率的转换器和用于将DC功率转换为频率受控AC功率的耦合到转换器的逆变器，以及共享线路侧总线，其耦合到驱动模块的转换器，用于提供输入AC功率。共享负载侧总线耦合到逆变器，用于将来自所有驱动模块的频率受控AC功率组合为公共AC输出。公共控制器耦合到所有逆变器并且被配置为向逆变器提供信号以允许每个逆变器彼此分离地和并行地生成用于各个逆变器的功率电子开关的栅极驱动信号。

根据本发明的另一方面，一种电机驱动系统包括多个驱动模块，每个驱动模块包括用于将输入AC功率转换为DC功率的转换器和用于将DC功率转换为频率受控AC功率的耦合到转换器的逆变器。公共控制器耦合到所有逆变器并且被配置为向逆变器提供信号以允许每个逆变器彼此分离地和并行地生成用于各个逆变器的功率电子开关的栅极驱动信号。共享线路侧总线耦合到驱动模块的转换器，用于提供输入AC功率，并且共享负载侧总线耦合到逆变器，用于将来自所有驱动模块的频率受控AC功率组合为公共AC输出而不会在它们之间插入电感分量。每个逆变器包括功率层处理电路，其在操作期间从公共控制器接收信号并且基于接收信号生成关于栅极驱动信号的定时。

根据本发明的另一方面，一种电机驱动系统包括多个驱动模块，每个驱动模块包括用于将输入AC功率转换为DC功率的转换器和用于将DC功率转换为频率受控AC功率的耦合到转换器的逆变器，以及公共控制器，其耦合到所有逆变器并且被配置为向逆变器提供信号以允许每个逆变器彼此分离地和并行地生成用于各个逆变器的功率电子开关的栅极驱动信号。共享线路侧总线耦合到驱动模块的转换器，用于提供输入AC功率，并且共享负载侧总线耦合到逆变器，用于将来自所有驱动模块的频率受控AC功率组合为公共AC输出而不会在它们之间插入电感分量。每个逆变器经由各个光缆耦合到公共控制电路并且包括功率层处理电路，其在操作期间经由各个光缆从公共控制器接收信号并且基于接收信号生成关于栅极驱动信号的定时，任何两个逆变器的栅极驱动信号的定时彼此之间相差不超过40ns。

附图说明

当参照附图阅读下面的详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图通篇中相同的附图标记表示相同的部件，其中：

图1是根据本公开的某些方面的电机驱动系统的示图；

图2是图示多个并行电机驱动器中使用的功率层接口电路的图1的系统的一部分的进一步的示图；

图3是根据本发明的方面的用于在控制电路和功率电路之间通信的某些功能电路和数据交换设备的示图；

图4是逆变器的一相中的功率电子开关的示意图；

图5是控制电路和功率层电路之间的数据互换的示图；

图6是图示根据本技术的方面的各个逆变器的功率电路中的栅极驱动信号的重建的时序图；

图7是遵循图6中图示的信号时序的功率电路中的时钟恢复的曲线图；

图8是图示用于协调并行驱动器中的功率电路的操作的示例性逻辑的框图；

图9是其中提供时钟信号导体用于传送时钟信号的可替选的实施例的示图；

图10是多驱动器系统中的若干个并行驱动部分的示例性物理示图；

图11是关于并行操作的三个这种驱动部分的电流失衡测量结果的曲线图；

图12是同一布置中的接通栅极驱动同步测量结果的曲线图；以及

图13是断开栅极同步测量结果的曲线图。

具体实施方式

图1呈现了根据本公开的方面的驱动系统10。该驱动系统被配置为耦合到如附图标记12指示的诸如电网的AC电源，并且向电机14或者任何其他适当的负载递送经调理的功率。系统10包括多个单独的驱动器，它们彼此并行耦合以向负载提供功率。在图1中图示的示例中，例如，第一驱动器16被图示为耦合到第二驱动器18和另一驱动器20，该另一驱动器20可以是第三、第四、第五或者任何适当的末端编号的驱动器。当前考虑的实施例可以容纳高达5个并行驱动器，尽管可以同一方式配置更少或更多的并行驱动器。应当注意，这里描述的技术的某些方面可以与单个驱动器一起使用。然而，其他方面特别良好地适用于多个并行驱动器。

如下文更全面地描述的，控制器22耦合到每个驱动器的电路并且被配置为控制电路的操作。在当前考虑的实施例中，控制器可以容纳在一个驱动器中或者分立的壳体中。提供适当的线缆(例如，光纤线缆)以在控制器和各个驱动器的电路之间传递控制和反馈信号。控制器将协调驱动器的操作以确保共享功率供应并且驱动器的操作充分地同步以向电机提供期望的功率输出。在图1中图示的实施例中，可以在电机驱动器的上游提供功率滤波电路24。该电路可以在线路侧总线26的上游提供，或者相似的电路可以在每个驱动器中的总线下游提供。该电路可以包括设计和应用中通常传统的电感器、电容器、断路器、熔丝等。

功率总线26在各个驱动器之间分送三相AC功率。在该总线的下游，每个驱动器包括转换器电路28，其将三相AC功率转换为施加到DC总线30的DC功率。转换器电路28可以是无源的或有源的。就是说，在当前考虑的实施例中，非栅极驱动电路单独地用于限定全波整流器，其将输入AC功率转换为施加到总线的DC功率。在其他实施例中，转换器电路28可以是有源的或栅极驱动的，包括在导通和不导通状态之间切换以控制施加到总线的DC功率的特性的受控功率电子开关。

继续每个驱动器的部件的描述，可以提供总线滤波电路34，其调理沿DC总线30传送的DC功率。该滤波电路可以包括例如，电容器、电感器(例如，扼流器)、制动电阻器等。在一些实施例中，可以在DC总线上提供公共器件，其可以通过由附图标记32图示的链路彼此耦合。

每个驱动器进一步包括逆变器电路36。如本领域的技术人员将认识到的，该电路将典型地包括成组的功率电子开关，诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和二极管，其被布置为允许将来自总线的DC功率转换为频率受控AC输出波形。逆变器因此创建了三相频率受控输出，每相沿输出总线38短接或组合。组合的功率可以施加到输出滤波电路40，其可以包括耦合各相之间的输出功率的磁部件。该电路也可以沿负载侧总线38提供。

控制器将典型地包括控制电路42，其被配置为通过适当地向逆变器电路(并且在适当的情况中，向变换器电路)发信号以控制这些电路中的功率电子开关来实现各种控制方案。控制电路42可以例如包括任何适当的处理器，诸如微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器电路、支持电源等。在电机驱动应用中，控制电路可以被配置为实现各种期望的控制方案，诸如用于速度调节、转矩控制、矢量控制、启动方案等。在图1中图示的实施例中，各种功能电路板44链接到控制电路并且可以被设置用于特定的功能。例如，通过使用该电路可以实现范围广泛的选项，包括上文提到的控制方案、以及各种通信选项、安全选项等。

控制器将典型地允许连接到操作者接口，其可以位于控制器本地和/或远离控制器。在当前考虑的实施例中，例如，操作者接口46可以在物理上位于控制器上但是可移除用于手持接驳。接口电路(例如，便携式计算机)也可以诸如经由互联网线缆或者其他网络协议(包括标准工业控制协议)永久地或临时地耦合到控制器。最后，控制器可以耦合到如附图标记48指示的各种远程监控和控制电路。该电路可以包括监控站、控制站、控制室、远程编程站等。应当注意，该电路还可以包括其他驱动器，使得系统10的操作可以在期望的情况中与其他设备的操作协调。该协调在自动设置中是特别有用的，其中以协调的方式执行大量的操作。因此，控制电路42可以与自动控制器、分立的计算机等实现的逻辑协调地形成其控制。

图2图示了上述各个驱动器中可以包括的某些部件。例如，控制电路42被图示为耦合到功率层接口电路50。该电路将设置在每个驱动器中并且将在驱动器中独立地但是在控制电路的控制下协调地操作。功率层接口电路可以包括一定范围的电路，诸如专用处理器、存储器等。在当前考虑的实施例中，功率层接口电路50包括FPGA，其实现用于执行各个驱动器中的功率电子开关的控制的编程。功率层接口电路因此与如附图标记52指示的功率层通信，其自身包括成组的功率电子器件，诸如IGBT和二极管。这些开关通常由附图标记54图示。在典型的布置中，开关可以设置在单个支持部上或多个支持部上。例如，在当前考虑的实施例中，对于每相功率提供分立的支持部，多个IGBT和二极管设置在每个支持部上。这些器件自身可以以任何适当的方式构造，诸如直接接合铜堆叠、引线框封装等。通常，在如附图标记56指示的电路中提供一种或数种类型的反馈。这种反馈可以包括例如，输出电压、输出电流、温度等。可以在系统各处提供其他反馈信号，诸如以允许控制电路监控输入功率、输出功率、DC总线功率等的电气参数。

控制电路的结构和操作可以基本上与Campbell等人在2008年11月17日提交的题为“Motor Controller with Deterministic SynchronousInterrupt having Multiple Serial Interface Backplane”的美国公布专利申请第20100123422号中描述的内容相似，其通过引用并入本公开。

图3图示了其中各个驱动器的某些功能部件可以耦合以提供系统中的驱动器的协调操作的示例性方式。如图3中所示，控制电路42通过光学接口的媒介耦合到逆变器电路36。如上文指示的，控制电路将包括任何适当的处理电路，诸如图3中图示的实施例中的FPGA 58。该FPGA可以包括其自身的存储器或者可以提供分立的存储器(未示出)。亦如上文提到的，FPGA 58可以与如附图标记60指示的各种功能板合作地执行各种功能。FPGA通过光纤接口62与各种逆变器通信，光纤接口62与相配的光纤接口64通信。该接口将信号分送到各个驱动器的系列光纤接口66。这些部件依次地在每个逆变器的功率级与光纤接口68通信。该功率级的电路将典型地包括另外的FPGA 70，其可以设置在功率电路接口72的公共的支持部(例如，电路板)上。该支持部(其在当前上下文中可以被称为功率层接口)用于从控制电路接收信号，将信号报告回控制电路，生成用于功率电子开关的驱动信号等。电路还可以执行某些测试功能，诸如在期望时验证一个或多个驱动器可以被禁用。功率电路接口72可以将控制信号转换为用于驱动如附图标记74通常指示的功率电路的驱动信号。功率电路74将包括如上文描述的功率电子开关。

应当注意，在某些实施例中，控制电路和功率层电路之间的信号传送可以在光纤以外的导体上执行。例如，可以利用传统的铜或其他导体。在这些情况中，结合图3讨论的光纤接口可以被省略，并且控制电路直接耦合到功率层电路。

当前上下文中的功率层电路的特定功能包括基于由控制电路42提供的信号生成栅极驱动信号。就是说，不同于直接从控制电路42提供栅极驱动信号，这里描述的电路允许将某些数据提供给每个驱动器的功率层，并且基于针对功率层电路中的FPGA运行的时钟，可以在每个功率层中并行地生成或计算定时信号。定时信号用于生成典型地如图4中图示的那样布置的功率电子器件的栅极驱动信号。就是说，每个逆变器的每相将包括如附图标记76指示的成组的开关，特别是高边开关78和低边开关80。这些功率开关跨越DC总线30耦合并且输出82耦合在高边开关和低边开关之间。开关在导通和不导通状态之间的协调开关允许在输出线路82上生成受控输出波形。实际上，许多这样的开关可以设置在公共支持部上并且彼此耦合以提供期望的功率容量。

图5是考虑用于建立功率层处的功率电子器件的栅极驱动信号的、并行驱动器的拓扑和驱动器之间的通信的图示。特别地，控制电路FPGA 58将沿第一、传送(TX)光纤提供某种数据并且经由第二、并行接收(RX)光纤接收数据。由附图标记84、86和88指示的相似的光纤对被设置用于每个逆变器。对于每个逆变器，光纤对并行地传送数据并且接收数据，使得每个逆变器中的功率层接口电路，并且特别地与该电路关联的处理器可以重新计算来自控制电路FPGA的时钟或定时信息而不需要向逆变器传送时钟数据。在当前考虑的实施例中，这些光纤对的长度90基本上相等以减少由于控制电路和功率层电路之间的信号传播引起的差别性能。

如本领域的技术人员将认识到的，由于逆变器的输出基本上短接，因此每个逆变器的功率层之间的开关和开关定时的差异可能引起通常要避免的环流。图5中图示的并且下文更详细地描述的布置允许维持逆变器之间的开关定时中的严密的容差，诸如约20至40ns。在当前考虑的实施例中，从控制板FPGA发送到每个逆变器的功率层的数据包括控制状态，载波增量，死时间值，以及U、V和W(输出)相比较值。由每个功率层提供回控制板FPGA的数据包括总线电压，温度，故障状态，以及U、V和W相电流。如下文所述，基于提供给每个功率层的信息，可以并行地生成固有地同步的栅极驱动信号而没有传送时钟信号的开销。就是说，根据其自身的振荡器和时钟操作的每个功率层的FPGA可以准确地生成或重新计算各个逆变器的开关与其他逆变器的开关同步的栅极驱动信号的定时。如参照图6和7更详细描述的，在当前考虑的实施例中电路通过传输用于同步的数据工作，该数据嵌入在沿传送光纤提供的数据中。该数据允许功率层处的时钟数据恢复。而且，从控制电路发送方便时钟数据恢复的载波波形信号。最后，结合恢复时钟数据允许栅极驱动信号的同步，由每个功率层执行相位比较。

在操作中，控制电路向每个逆变器的功率层电路发送信号，其允许功率层电路计算或重新计算用于改变每个逆变器中的固态开关的导通状态的定时。在当前考虑的实施例中，这些计算基于参照恢复时钟步长和三角波形累加器的载波波形的重构。为了允许计算或重新计算定时，控制电路发送允许载波三角波形的重构的三角增量信号。其还发送用于三个输出相U、V和W中的每个的比较值。还发送死时间或延迟信号以允许避免将每个逆变器桥臂的高边和低边开关同时置于导通状态(例如，图3)。

图6呈现了关于每个逆变器桥臂的图3中图示类型的高边和低边开关的示例性时序图。应当注意，这种开关是针对并行逆变器的相同桥臂执行的，并且尽管存在相移，针对逆变器的其他桥臂执行相似的开关。还应当注意，不同于可以在控制电路级执行用于生成栅极驱动定时的相似处理的现有的拓扑，下文描述的处理在功率层处执行。计算自身的某些方面可以基本上与在1999年6月29日授予Kerkman等人的题为“Apparatus forReducing the Effects of Turn on Delay Errors in Motor Control”的美国专利第5,917,721号；在1999年11月23日授予Kerkman等人的题为“Apparatus for Controlling Reflected Voltage on Motor Supply Lines”的美国专利第5,990,658号；在2010年6月15日授予Tallam等人的题为“Systems and Methods for Common-mode Voltage Reduction in ACDrives”的美国专利第7,738,267号；以及在2008年3月11日授予Kerkman等人的题为“System and Method for Adjustable Carrier WaveformGenerator”的美国专利第7,342,380号中描述的内容相似，所有这些专利通过引用并入本公开。

如图6中所示，基于从控制电路接收到的信息在每个功率层接口电路中重新计算三角载波92。三角载波波形的改变速率或斜率取决于波形的步长增量和恢复的时钟信号。在下文中参照图7讨论载波信号的重新计算。在图6中三角载波波形与由附图标记94指示的相位计数线交叉。该相位计数线允许改变固态开关的占空周期，使其升高或降低以改变其与载波的交点。相位计数94的竖直位置的移位由从控制电路传送到功率层接口电路的相比较值提供。交点导致如图6中的附图标记96指示的相位比较器输出的计算。在图6中，开关对中的上固态开关的时序在图的上部分中图示，而开关对中的下固态开关的时序在图的下部分中指示。应当注意，对于上开关和下开关两者，比较器输出96通常相同但是反相。相位计数线和载波的交点在时间102和104处产生了这些比较器输出中的每个中的上升沿98和下降沿100，上和下开关中的上升和下降彼此相反。

而且，在图6中图示的实施例中，结合相位比较器输出考虑死时间或延迟以产生分别由附图标记106和108指示的上开关驱动定时和下开关驱动定时。就是说，控制电路向功率层电路传送死时间或延迟信号，其使上和下开关的OFF(断开)或不导通时段延长并且ON(接通)或导通时段减少，从而避免将这两个开关同时置于导通状态，即导致电流“直通”的条件。在图6中由附图标记110指示的该延迟导致提供如下时段的计算定时，在该时段中各开关处于导通和不导通状态以产生施加到固态开关的栅极的脉冲宽度调制信号。就是说，如图6中所示，时段112表示其中上开关导通的时段，而附图标记114表示其中下固态开关不导通的时段。可以注意，死时间允许在下开关移至导通状态之前将上开关置于不导通状态。这样附图标记116表示其中上固态开关处于不导通状态的时段，而附图标记118表示其中下固态开关处于导通状态的时段。这里再次地，死时间允许避免这两个开关同时导通。这些定时信号随后被施加到栅极以按传统的方式控制固态开关的通电。然而，应当注意，如果死时间不改变，则用于该参数的值可以不常发送或者在电路初始化时发送，并且不需要由控制电路重复发送。而且，如果死时间是固定的，则一些实施例可以简单地将死时间值存储在功率层电路中。

图7呈现了用于通过在功率层接口电路中使用累加器来重新计算三角波形的示例性技术。图7的示图图示了对应于图6的载波92的载波计数器120。计数器波形被图示为由累加器值122和恢复时钟时间124限定。时钟时间被分为时间增量126并且随后基于累加的时间步长128计算载波计数器。将该载波计数器的三角增量从控制电路传送到每个逆变器的功率层电路。

应当注意，从控制电路传送到每个逆变器的功率层电路的信号足以重新计算载波和定时信号，因此允许每个逆变器独立地和并行地、高保真地重新计算定时信号。在当前考虑的实施例中，例如，逆变器的定时之间的偏差不超过约40ns，并且在某些实施例中可以不超过约20ns。可以定期地将同步脉冲从控制电路发送到功率层接口电路以重新建立时钟之间的同步性。就是说，在功率层接口电路的处理器的振荡器未以相同的速率操作的情况下，通过使用同步脉冲可以定期地(例如，每隔250μs)校正任何变化。然而，在功率层电路处重新计算定时信号的能力实现了逆变器的并行，同时显著地减少了环流。

图8呈现了用于执行这些操作的示例性逻辑。通常由图8中的附图标记130指示的逻辑开始于如步骤132指示的在控制电路中生成参考数据。该参考数据将典型地包括定时或者可用于计算定时的数据，在本实施例中，该数据包括载波三角波形增量，U、V和W相比较值以及死时间或延迟值。如步骤134处指示的，随后将这些值并行地传送到各逆变器，并且特别地传送到功率层接口电路。如步骤136处指示的，基于功率层接口电路的时钟间隔和三角增量，在如图7中指示的逆变器中恢复时钟定时。在步骤138处，随后在功率层接口电路中重构定时信号并且生成具有调制信号的脉冲用于驱动每个逆变器的固态开关。在步骤140处，可以将信号从每个逆变器发送回控制电路。如上文提及的，在当前考虑的实施例中，该信息可以包括U、V和W相电流、总线电压、温度、故障状态等。

如上文提及的，前面的处理允许公共三相输出中的具有公共控制电路的并行耦合的逆变器的开关的准确同步。波形或者用于重新计算波形的数据由控制电路FPGA生成并且通过功率层FPGA中的相同的波形进行镜像。该定时信号的重新计算便于控制任务中断生成，简化控制电路和功率层电路之间的信息传送，并且在需要的情况下允许驱动器与驱动器的同步(例如，经由IEEE-1588)。这种驱动器与驱动器的同步可以如Campbell等人在2008年11月17日提交的题为“Motor Drive SynchronizationSystem and Method”的美国公布专利申请第20100123425号中公开的那样执行，其通过引用并入本公开。

在某些实施例中，还考虑在控制电路和每个功率层接口之间提供另外的光学导体，可以在该光学导体上传送时钟信号。图9图示了该类型的系统。如上文讨论的，每个逆变器36可以经由包括一对光纤的并行的串行线缆耦合到控制电路。可以提供第三光纤144，在该第三光纤144上将时钟信号从控制电路提供给每个功率层接口。该时钟信号的提供可以通过如图7中图示的三角波形的重新计算来避免对时钟恢复的需要。因此，定时信号的重新计算可以基于所传送的时钟信号同步地执行。

尽管在并行逆变器的背景下描述了前面的技术，但是应当注意，当控制单个逆变器的开关时可以使用相同的技术。就是说，控制电路可以适于生成定时信号或者可以从其得到定时信号的数据。数据可以被发送到单个逆变器的功率层接口，其如上文讨论的那样重构用于改变单个逆变器的固态开关的状态的定时信号。在某些背景下，这可以允许简化产品设计、生产线、逆变器的模块化功率层、这种电路的编程的模块性等。

还应当注意，尽管这里公开了用于驱动逆变器的固态开关的定时信号的计算或重新计算的特定技术，但是也可以使用其他技术。就是说，控制电路可以将信息传送到功率层电路，该信息允许通过其他算法在功率层电路处建立开关定时。

图10呈现了具有上述类型的系统的多个、并行驱动器布置的示例性实施例。在图10的实现方案中，提供了多个模块化电气壳体，其彼此连结以形成包括若干个并行驱动器16、18和20的公共驱动器。通常由附图标记146指示的壳体均具有门148，其可以打开以接入各个并行驱动器的内部部件。如上文提到的，这些壳体中的一个可以容器控制器22，其如上文所述通过光纤耦合到该同一驱动器和其他并行驱动器。在每个驱动器中，在逆变器152上方容纳转换器150。壳体中的这些电路的特定布置可以改变，但是已发现图示实施例允许便利地组合地或分立地移除各个电路用于服务、更换等。转换器耦合到每个壳体(未示出)中的线路侧总线，用于从线路拉出功率以转换为DC功率，该DC功率由DC总线导体(未示出)传送到各个逆变器。相似地，每个逆变器耦合到各个壳体中的公共负载侧总线，其向负载提供输出功率。除了图10中图示的壳体，可以提供分立的壳体用于配线连接、通信连接等。每个部分的基部处的吹风机154允许冷却空气在电路的散热器或者其他冷却部件上流通。该冷却空气可以由每个驱动器部分的顶部处的通风孔156排出。

已经发现，如图11、12和13中所示，在每个驱动器的功率层并行地生成栅极驱动信号允许高度的同步性。特别地，图11是如上文所述操作的三个并行驱动器的输出电流的电流迹线158。通过沿竖直轴160的电流幅值以及沿水平轴162的时间以图形方式图示了该电流迹线。如可以从图中看出的，在输出电流之间测量的极小的电流失衡叠加到这些电流，导致了极小的环流。

图12呈现了如通常由附图标记164指示的开关接通门控同步测量结果。在该图中，通过沿竖直轴166的幅值和沿水平轴168的时间表示栅极信号。图示了三个栅极驱动信号170、172、174，其示出了驱动器之间的接通定时中的优秀的同步性。相似地，图13呈现了如通常由附图标记176指示的关于断开的开关门控同步测量结果。这里再次地，如轴178相对时间180指示的，竖直地图示栅极驱动信号。三个断开信号182、184和186被再次图示为具有定时的高度同步性。

而且，可以注意，前面的技术有效地建立了可以被称为“主/从”系统的系统以及用于生成功率层电路使用的栅极驱动信号的方法。就是说，控制电路生成三角载波并且确定U、V和W相栅极定时。重新计算该定时所需的数据被发送到功率层电路。不论使用单个功率层(用于单个逆变器)还是多个功率层(例如，在所描述的并行布置中)，情况都是这样。当使用多个并行功率层时，相同的数据被同时并行地发送到所有功率层。随后各功率层用作从设备，基于相同的信息重新计算定时。同步脉冲的使用允许功率层保持与控制电路同步并且保持彼此同步(同步脉冲有效地重新设置每个功率层中的计数器)。随后将时钟增量写入到功率层中的波形生成器，并且通过每个同步脉冲处的中断来锁存数据。

本发明公开了以下技术方案，包括但不限于：

方案1.一种电机驱动系统包括：

多个驱动模块，每个驱动模块包括用于将输入交流AC功率转换为直流DC功率的转换器和用于将DC功率转换为频率受控AC功率的、耦合到所述转换器的逆变器；

共享线路侧总线，耦合到所述驱动模块的所述转换器，用于提供输入AC功率；

共享负载侧总线，耦合到所述逆变器，用于将来自所有驱动模块的频率受控AC功率组合为公共AC输出；以及

公共控制器，耦合到所有逆变器并且被配置为向所述逆变器提供信号，以允许每个逆变器彼此分离地以及并行地生成用于各个逆变器的功率电子开关的栅极驱动信号。

方案2.根据方案1所述的系统，其中每个逆变器包括功率层处理电路，其在操作期间从所述公共控制器接收信号并且基于接收信号生成关于所述栅极驱动信号的定时。

方案3.根据方案2所述的系统，其中每个逆变器的所述功率层处理电路从所述公共控制电路接收足以计算载波波形以及关于输出功率的三相的所述功率电子开关的占空周期的信号。

方案4.根据方案3所述的系统，其中来自所述公共控制电路的信号包括三角载波波形增量、死时间以及输出相比较值。

方案5.根据方案1所述的系统，其中所述控制电路经由并行的光缆耦合到所述逆变器。

方案6.根据方案5所述的系统，其中所述光缆具有基本上相同的长度。

方案7.根据方案5所述的系统，其中所述光缆均包括仅2个并行的光纤。

方案8.根据方案7所述的系统，其中所述光纤中的一个专用于从所述公共控制电路到各个逆变器的数据传送，以及所述光纤中的另一个专用于从各个逆变器到所述公共控制电路的数据传送。

方案9.根据方案5所述的系统，其中所述光缆均仅包括3个并行的光纤。

方案10.根据方案9所述的系统，其中所述光纤中的第一个专用于从所述公共控制电路到各个逆变器的数据传送，所述光纤中的第二个专用于从各个逆变器到所述公共控制电路的数据传送，以及所述光纤中的第三个专用于从所述公共控制电路向各个逆变器提供时钟信号。

方案11.根据方案1所述的系统，其中直接经由所述共享负载侧总线将来自所有驱动模块的频率受控AC功率组合为公共AC输出而不会在它们之间插入电感分量。

方案12.一种电机驱动系统包括：

公共控制器，耦合到所有逆变器并且被配置为向所述逆变器提供信号，以允许每个逆变器彼此分离地和并行地生成用于各个逆变器的功率电子开关的栅极驱动信号；

共享线路侧总线，耦合到所述驱动模块的所述转换器，用于提供输入AC功率；以及

共享负载侧总线，耦合到所述逆变器，用于将来自所有驱动模块的频率受控AC功率组合为公共AC输出而不会在它们之间插入电感分量；

其中每个逆变器包括功率层处理电路，其在操作期间从所述公共控制器接收信号并且基于接收信号生成关于所述栅极驱动信号的定时。

方案13.根据方案12所述的系统，其中所述控制电路经由具有基本上相同长度的并行的光缆耦合到所述逆变器。

方案14.根据方案13所述的系统，其中所述光缆均包括仅2个并行的光纤，所述光纤中的一个专用于从所述公共控制电路到各个逆变器的数据传送，以及所述光纤中的另一个专用于从各个逆变器到所述公共控制电路的数据传送。

方案15.根据方案12所述的系统，其中每个逆变器的所述功率层处理电路从所述公共控制电路接收足以计算载波波形以及关于输出功率的三相的所述功率电子开关的占空周期的信号。

方案16.根据方案15所述的系统，其中来自所述公共控制电路的信号包括三角载波波形增量、死时间以及输出相比较值。

方案17.一种电机驱动系统包括：

公共控制器，其耦合到所有逆变器并且被配置为向所述逆变器提供信号，以允许每个逆变器彼此分离地和并行地生成用于各个逆变器的功率电子开关的栅极驱动信号；

其中每个逆变器经由各个光缆耦合到所述公共控制电路，并且包括功率层处理电路，其在操作期间经由各个光缆从所述公共控制器接收信号并且基于接收信号生成关于所述栅极驱动信号的定时，任何两个逆变器的栅极驱动信号的定时彼此之间相差不超过40ns。

方案18.根据方案17所述的系统，其中所述光缆均包括仅2个并行的光纤，所述光纤中的一个专用于从所述公共控制电路到各个逆变器的数据传送，以及所述光纤中的另一个专用于从各个逆变器到所述公共控制电路的数据传送。

方案19.根据方案17所述的系统，其中每个逆变器的所述功率层处理电路从所述公共控制电路接收足以计算载波波形以及关于输出功率的三相的所述功率电子开关的占空周期的信号。

方案20.根据方案19所述的系统，其中来自所述公共控制电路的信号包括三角载波波形增量、死时间以及输出相比较值。

尽管这里图示和描述了本发明的某些特征，但是本领域的技术人员将想到许多修改和改变。因此，应当理解，所附权利要求旨在涵盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。

Claims

1.一种电机驱动系统包括：

公共控制器，耦合到所有逆变器并且被配置为向所述逆变器提供相同的信号，以允许每个逆变器彼此分离地以及并行地生成用于各个逆变器的功率电子开关的栅极驱动信号，所述栅极驱动信号彼此同步。

2.根据权利要求1所述的系统，其中每个逆变器包括功率层处理电路，其在操作期间从所述公共控制器接收信号并且基于接收信号生成关于所述栅极驱动信号的定时。

3.根据权利要求2所述的系统，其中每个逆变器的所述功率层处理电路从所述公共控制器接收足以计算载波波形以及关于输出功率的三相的所述功率电子开关的占空周期的信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其中来自所述公共控制器的信号包括三角载波波形增量、死时间以及输出相比较值。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述公共控制器经由并行的光缆耦合到所述逆变器。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述光缆具有基本上相同的长度。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述光缆均包括仅2个并行的光纤。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述光纤中的一个专用于从所述公共控制器到各个逆变器的数据传送，以及所述光纤中的另一个专用于从各个逆变器到所述公共控制器的数据传送。

9.根据权利要求5所述的系统，其中所述光缆仅包括3个并行的光纤。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述光纤中的第一个专用于从所述公共控制器到各个逆变器的数据传送，所述光纤中的第二个专用于从各个逆变器到所述公共控制器的数据传送，以及所述光纤中的第三个专用于从所述公共控制器向各个逆变器提供时钟信号。

11.根据权利要求1所述的系统，其中直接经由所述共享负载侧总线将来自所有驱动模块的频率受控AC功率组合为公共AC输出而不会在它们之间插入电感分量。

12.一种电机驱动系统包括：

公共控制器，耦合到所有逆变器并且被配置为向所述逆变器提供相同的信号，以允许每个逆变器彼此分离地和并行地生成用于各个逆变器的功率电子开关的栅极驱动信号，所述栅极驱动信号彼此同步；

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述公共控制器经由具有基本上相同长度的并行的光缆耦合到所述逆变器。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述光缆均包括仅2个并行的光纤，所述光纤中的一个专用于从所述公共控制器到各个逆变器的数据传送，以及所述光纤中的另一个专用于从各个逆变器到所述公共控制器的数据传送。

15.根据权利要求12所述的系统，其中每个逆变器的所述功率层处理电路从所述公共控制器接收足以计算载波波形以及关于输出功率的三相的所述功率电子开关的占空周期。

16.根据权利要求15所述的系统，其中来自所述公共控制器的信号包括三角载波波形增量、死时间以及输出相比较值。

17.一种电机驱动系统包括：

公共控制器，其耦合到所有逆变器并且被配置为向所述逆变器提供相同的信号，以允许每个逆变器彼此分离地和并行地生成用于各个逆变器的功率电子开关的栅极驱动信号，所述栅极驱动信号彼此同步；

其中每个逆变器经由各个光缆耦合到所述公共控制器，并且包括功率层处理电路，其在操作期间经由各个光缆从所述公共控制器接收信号并且基于接收信号生成关于所述栅极驱动信号的定时，任何两个逆变器的栅极驱动信号的定时彼此之间相差不超过40ns。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述光缆均包括仅2个并行的光纤，所述光纤中的一个专用于从所述公共控制器到各个逆变器的数据传送，以及所述光纤中的另一个专用于从各个逆变器到所述公共控制器的数据传送。

19.根据权利要求17所述的系统，其中每个逆变器的所述功率层处理电路从所述公共控制器接收足以计算载波波形以及关于输出功率的三相的所述功率电子开关的占空周期的信号。

20.根据权利要求19所述的系统，其中来自所述公共控制器的信号包括三角载波波形增量、死时间以及输出相比较值。