CN104767392B - 功率转换的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于功率转换的系统和方法。功率转换包括使用开关、二极管或者其组合、经过功率转换单元中的多个电流通路的第一电流通路来传导负载电流。功率转换还包括使用开关的一个或多个、二极管的一个或多个或者其组合来阻塞功率转换单元中的多个电流通路的一个或多个另外的电流通路。此外，功率转换包括通过将一个或多个开关的每个的与阻塞端相对的一端连接到中间电压结点，通过使用一个或多个电压应力降低开关以降低被一个或多个阻塞开关或二极管阻塞的电压，来降低一个或多个开关上的潜在电压应力。

Description

功率转换的系统和方法
技术领域
本文所公开的主题涉及功率转换器。
背景技术
功率转换器可用来创建可变频率，其用来使用所生成AC信号驱动各种电气装置(例如AC电动机)。一些被驱动电气装置使用来自低压、中压或高压的高质量(例如高分辨率)输出波形。AC信号的分辨率可通过功率转换器能够产生的级数来确定。例如，功率转换器可产生具有三个或以上可用功率级(例如低、中、高)的AC信号。每个另外的功率级添加更大分辨率，但是另外的功率级也增加功率转换器的复杂度。
发明内容
下面概述其范围与最初要求保护的本发明相称的某些实施例。这些实施例不是意在限制要求保护的本发明的范围，这些实施例而是仅预计提供本发明的可能形式的概述。实际上，本发明可包含可与下面提出的实施例相似或不同的多种形式。
在第一实施例中，一种用于转换具有多个电流通道的功率的系统包括第一通道，其配置成传导电流供功率转换。第一通道包括开关的第一组开关。第一组开关的至少一个配置成当电流经过其余通道来传导时阻塞经过第一通道的电流。此外，第一组开关的一个或多个其余开关配置成通过在阻塞期间将第一组开关的至少一个耦合到中间电压，来降低第一组开关的至少一个上的电压应力。该系统还包括第二通道，其配置成传导电流供功率转换。第二通道包括第二组开关。第二组开关的至少一个配置成当电流经过其余通道来传导时阻塞经过第二通道的电流，以及第二组开关的一个或多个其余开关配置成通过在阻塞期间将第二组开关的至少一个耦合到中间电压，来降低第二组开关的至少一个上的电压应力。
在第二实施例中，一种用于转换功率的系统包括多个通道，其中每个包括多个二极管开关对。二极管开关对的第一子集配置成在多个通道的相应通道的传导状态期间传导电流。二极管开关对的第二子集配置成在阻塞状态期间阻塞经过相应通道的电流。此外，二极管开关对的至少一个开关配置成在通道的阻塞状态期间将二极管开关对的第二子集耦合到多个输入电压的中间电压。
在第三实施例中，一种用于转换功率的方法包括使用开关、二极管或者其组合、经过功率转换单元中的多个电流通路的第一电流通路来传导负载电流。该方法还包括使用开关的一个或多个、二极管的一个或多个或者其组合来阻塞功率转换单元中的多个电流通路的一个或多个另外的电流通路。此外，该方法包括通过将一个或多个开关的每个的与阻塞端相对的一端连接到中间电压结点，通过使用一个或多个电压应力降低开关以降低被一个或多个阻塞开关或二极管阻塞的电压，来降低一个或多个开关上的潜在电压应力。
技术方案1：一种具有多个电流通道、用于转换功率的系统，包括：
第一通道，配置成传导电流供功率转换，其中，所述第一通道包括第一多个开关，其中所述第一多个开关的至少一个配置成当电流经过所述多个电流通道的其余通道来传导时阻塞经过所述第一通道的电流，并且所述第一多个开关的一个或多个其余开关配置成通过在阻塞期间将所述第一多个开关的所述至少一个耦合到中间电压，来降低所述第一多个开关的所述至少一个上的电压应力；以及
第二通道，配置成传导电流供功率转换，其中，所述第二通道包括第二多个开关，其中所述第二多个开关的至少一个配置成当电流经过所述多个电流通道的其余通道来传导时阻塞经过所述第二通道的电流，并且所述第二多个开关的一个或多个其余开关配置成通过在阻塞期间将所述第二多个开关的所述至少一个耦合到中间电压，来降低所述第二多个开关的所述至少一个上的电压应力。
技术方案2：如技术方案1所述的系统，其中，所述第一通道包括第一多个二极管，其中所述第一多个二极管的各二极管与所述第一多个开关的相应开关并联连接，以及所述第二通道包括第二多个二极管，其中所述第二多个二极管的各二极管与所述第二多个开关的相应开关并联连接。
技术方案3：如技术方案1所述的系统，其中，所述多个通道包括配置成传导电流供功率转换的第三通道，其中所述第三通道包括第三多个开关，所述第三多个开关的至少一个配置成当电流经过所述多个电流通道的其余通道来传导时阻塞经过所述第三通道的电流，并且所述第三多个开关的一个或多个其余开关配置成通过在阻塞期间将所述第三多个开关的至少一个耦合到中间电压，来降低所述第三多个开关的所述至少一个上的电压应力。
技术方案4：如技术方案1所述的系统，其中，所述第一和第二多个开关包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
技术方案5：如技术方案1所述的系统，其中，所述第一和第二多个开关包括集成门极换向晶闸管(IGCT)。
技术方案6：如技术方案1所述的系统，其中，所述第一和第二多个开关包括门极关断晶闸管(GTO)。
技术方案7：一种用于转换功率的系统，包括：
各包括多个二极管-开关对的多个通道，其中所述二极管-开关对的第一子集配置成在所述多个通道的相应通道的传导状态期间来传导电流，所述二极管-开关对的第二子集配置成在阻塞状态期间阻塞经过所述相应通道的电流，以及所述多个二极管-开关对的至少一个开关配置成在所述通道的阻塞状态期间将二极管-开关对的所述第二子集耦合到多个输入电压的中间电压。
技术方案8：如技术方案7所述的系统，其中，当所述多个通道的任何通道处于传导状态时，所述多个通道的其余通道的每个处于阻塞状态。
技术方案9：如技术方案7所述的系统，其中，所述多个二极管-开关对的所述二极管包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、门极关断晶闸管(GTO)或者其组合。
技术方案10：如技术方案7所述的系统，其中，所述多个通道配置成提供具有四个可用功率级的输出AC信号。
技术方案11：如技术方案10所述的系统，其中，所述多个通道包括：
第一通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点和所述第一中间结点的第二二极管和第二开关；以及
第三二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第一中间结点和输出结点的第三二极管和第三开关；以及
第二通道，包括：
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和第二中间结点的第四二极管和第四开关；
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和所述第二中间结点的第五二极管和第五开关；以及
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第二中间结点和所述输出结点的第六二极管和第六开关。
技术方案12：如技术方案7所述的系统，其中，所述多个通道包括两个堆叠四级配置，其中各四级配置被配置成提供具有四个可用功率级的输出AC信号。
技术方案13：如技术方案7所述的系统，其中，所述多个通道配置成提供具有五级粒度、六级粒度或七级粒度的输出AC信号。
技术方案14：如技术方案13所述的系统，其中，所述多个通道包括配置成产生具有五级粒度的AC信号的三个通道，其中所述三个通道包括：
第一通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点和所述第一中间结点的第二二极管和第二开关；以及
第三二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第一中间结点和输出结点的第三二极管和第三开关；以及
第二通道，包括：
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和第二中间结点的第四二极管和第四开关；
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和所述第二中间结点的第五二极管和第五开关；以及
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第二中间结点和所述输出结点的第六二极管和第六开关；以及
第三通道，包括串联耦合在第五输入电压结点与输出结点之间的第七和第八二极管-开关对，其中所述第七二极管-开关对以第八二极管-开关对的相反方向来偏压。
技术方案15：如技术方案13所述的系统，其中，所述多个通道包括配置成产生具有六级粒度的AC信号的两个通道，其中所述两个通道包括：
第一通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点的第二二极管和第二开关；
第三二极管-开关对，包括各并联耦合到所述第二二极管-开关对和所述第一中间结点的第三二极管和第三开关，其中所述第二和第三二极管-开关对以相反方向来偏压；以及
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和所述第一中间结点的第四二极管和第四开关；以及
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第一中间结点和输出结点的第五二极管和第五开关；以及
第二通道，包括：
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和第二中间结点的第六二极管和第六开关；
第七二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第五输入电压结点的第七二极管和第七开关；
第八二极管-开关对，包括各并联耦合到所述第七二极管-开关对和所述第二中间结点的第八二极管和第八开关，其中所述第七和第八二极管-开关对以相反方向来偏压；以及
第九二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第六输入电压结点和所述第二中间结点的第九二极管和第九开关；以及
第十二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第二中间结点和输出结点的第十二极管和第十开关。
技术方案16：如技术方案13所述的系统，其中，所述多个通道包括配置成产生具有六级粒度的AC信号的三个通道，其中所述三个通道包括：
第一通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点和所述第一中间结点的第二二极管和第二开关；以及
第三二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第一中间结点和输出结点的第三二极管和第三开关；以及
第二通道，包括：
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和第二中间结点的第四二极管和第四开关；
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和所述第二中间结点的第五二极管和第五开关；以及
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第二中间结点和所述输出结点的第六二极管和第六开关；以及
第三通道，包括：
第七二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第五输入电压结点和第三中间结点的第七二极管和第七开关；
第八二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第六输入电压结点和所述第三中间结点的第八二极管和第八开关；以及
第九二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第三中间结点的第九二极管和第九开关；
第十二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第九二极管-开关对和所述输出结点的第十二极管和第十开关，其中所述第九二极管-开关对以所述第十二极管-开关对的相反方向来偏压。
技术方案17：如技术方案13所述的系统，其中，所述多个通道包括配置成产生具有七级粒度的AC信号的两个通道，其中所述两个通道包括：
第一通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点和所述第一中间结点的第二二极管和第二开关；
第三二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和第二中间结点的第三二极管和第三开关；
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和所述第二中间结点的第四二极管和第四开关；
串联耦合在所述第一中间结点与第三中间结点之间的第一两个或更多二极管-开关对，其中所述第一两个或更多二极管-开关对中的各二极管-开关对以第一方向来偏压；
串联耦合在所述第二中间结点与所述第三中间结点之间的第二两个或更多二极管-开关对，其中所述第二两个或更多二极管-开关对中的各二极管-开关对以与所述第一方向相反的第二方向来偏压；以及
串联耦合在所述第三中间结点与输出结点之间的第三两个或更多二极管-开关对，其中所述第三两个或更多二极管-开关对的每个以共同方向来耦合；以及
第二通道，包括：
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第五输入电压结点和第四中间结点的第五二极管和第五开关；
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点和所述第四中间结点的第六二极管和第六开关；
第七二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第七输入电压结点和第五中间结点的第七二极管和第七开关；
第八二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第八输入电压结点和所述第五中间结点的第八二极管和第八开关；
串联耦合在所述第四中间结点与第六中间结点之间的第四两个或更多二极管-开关对，其中所述第四两个或更多二极管-开关对中的各二极管-开关对以所述第一方向来偏压；
串联耦合在所述第五中间结点与所述第六中间结点之间的第五两个或更多二极管-开关对，其中所述第五两个或更多二极管-开关对中的各二极管-开关对以与所述第一方向相反的所述第二方向来偏压；以及
串联耦合在所述第六中间结点与所述输出结点之间的第六两个或更多二极管-开关对，其中所述第六两个或更多二极管-开关对的每个以所述共同方向来耦合。
技术方案18：一种用于转换功率的方法，包括：
使用多个开关、多个二极管或者其组合、经过功率转换单元中的多个电流通路的第一电流通路来传导负载电流；
使用所述多个开关的一个或多个开关、所述多个二极管的一个或多个二极管或者其组合来阻塞所述功率转换单元中的所述多个电流通路的一个或多个另外的电流通路；以及
通过将所述一个或多个开关的每个的与阻塞端相对的一端连接到中间电压结点，通过使用一个或多个电压应力降低开关以降低被所述一个或多个阻塞开关或二极管阻塞的电压，来降低所述一个或多个开关上的潜在电压应力。
技术方案19：如技术方案18所述的方法，其中，通过使用一个或多个电压应力降低开关来降低所述一个或多个开关上的潜在电压应力包括使所述一个或多个电压应力降低开关接通或者保持接通。
技术方案20：如技术方案18所述的方法，包括使用所述负载电流来驱动AC电动机。
附图说明
通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本发明的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号在附图中通篇表示相似部件，附图包括：
图1是具有功率转换器的电驱动系统的一实施例的透视图；
图2是图1的功率转换器的四级实施例的示意图；
图3是可使用图2的功率转换器来产生的AC输出信号的图解视图；
图4是图1的功率转换器的五级实施例的示意图；
图5是图1的功率转换器的六级实施例的示意图；
图6是图1的功率转换器的备选六级实施例的示意图；
图7是图1的功率转换器的七级实施例的示意图；以及
图8是用于转换功率的过程的一实施例的流程图。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。在提供这些实施例的简要描述的过程中，本说明书中可能没有描述实际实现的所有特征。应当理解，在任何这种实际实现的开发中，如同任何工程或设计项目中那样，必须进行许多实现特定的判定以便实现开发人员的特定目标，例如符合系统相关和业务相关限制，这些限制可对每个实现而改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且费时的，但仍然是获益于本公开的技术人员进行的设计、制作和制造的日常事务。
在介绍本发明的各个实施例的元件时，限定词“一”、“一个”、“该”和“所述”预计表示存在元件的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”预计包含在内，并且表示可存在除了列示元件之外的另外的元件。
如以下将论述，本公开涉及功率转换器，其使用功率开关的配置来降低阻塞开关上的电压应力，由此允许使用较低功率开关。通过使用具有较低额定电压的功率开关，功率转换器可以能够传导更大电流，因为具有较低额定电压的功率开关常常能够传导比具有较高额定电压的功率开关要大的电流。此外，功率转换器可比使用更昂贵的较高功率开关(例如额定用于4500 V或以上的开关)的功率转换器更廉价地制造。此外，功率转换器可在无需复杂变压器或另外的开关的情况下实现，由此降低制造功率转换器的复杂度和成本。此外，功率转换器分辨率可以是某种程度模块化的，例如通过堆叠四级模块或者添加另外的电容器级来允许级数的增加，从而增加功率转换器的使用灵活性。
图1示出包括功率转换器12的驱动系统10，功率转换器12接收输入功率14，并且产生可变频率功率16以驱动被驱动装置18(例如AC电机)。在一些实施例中，功率转换器12可将功率从直流(DC)转换成交流(AC)。在其他实施例，功率转换器12转换来自输入AC信号的功率(例如输入功率14)，并且产生不同的AC信号输出(例如可变频率功率16)。例如，功率转换器12可使用DC链路将AC输入信号转换成预期可变频率功率16 AC信号。
在一些实施例中，功率转换器12可接收用来控制或影响转换(例如选择可变频率功率16的预期波形)的另外的输入20。在一些实施例中，另外的输入20可包括从(一个或多个)输入装置22、例如人机接口(HMI)(例如键盘、触摸屏、鼠标或者用于从用户接收控制功率转换的输入的其他适当接口)所接收的用户输入。作为补充或替代，功率转换器12的一些实施例可从功率转换器12外部的一个或多个控制器24(例如用来控制包含被驱动装置18的工业自动化系统的控制器24)接收另外的输入20。此外，在一些实施例中，功率转换器12可从一个或多个测量装置26接收另外的输入20。例如，在某些实施例中，测量装置26可测量被驱动装置18的操作和/或可影响被驱动装置18的条件。
在某些实施例中，功率转换器12可包括处理器28和存储器30。在这类实施例中，处理器28可包括计算装置的中央处理器、专用指令集处理器(ASIC)、数字信号处理器或者另外某种适当处理器。在某些实施例中，处理器28可用来相对各种条件(例如另外的输入20)以及按照以下所述操作方式来控制开关。存储器30可包括非暂时计算机可读介质，其存储供处理器28使用的指令。在一些实施例中，存储器30可以是易失性(例如RAM、DRAM、SRAM)或者非易失性半导体存储器(例如ROM、EEPROM等)、磁带、磁盘、光盘(例如CD、DVD等)或者适合于存储功率转换器12的信息的其他非暂时计算机可读存储器存储装置。
图2示出功率转换器12的DC-AC转换部分40，其包括能够产生AC信号(例如如图3所示具有四阶跃电压电平34、36、38和41的AC信号32)的四级单相配置。DC-AC转换部分40接收三个DC电压42、44和46，其统称为DC电压42-46。此外，在一些实施例中，DC电压42-46可被认为是DC电压干线上的各种电压。每个DC电压施加到相应DC链路电容器48、50和52，其统称为DC链路电容器48-52。例如，DC电压42施加到DC链路电容器48，DC电压44施加到DC链路电容器50，以及DC电压46施加到DC链路电容器52。在某些实施例中，DC电压42可以是正电压，而DC电压46可以是负电压，其中DC电压44是具有电压42与46之间的值的中间电压。这些电压42-46交替耦合到正AC结点54和负AC结点56，其交替施加到AC结点58。DC-AC转换部分40还包括功率开关60、62、64、66、68和70，其统称为开关60-70。在一些实施例中，功率开关60-70的一个或多个可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)或者适合于转换DC电压42-46、正AC结点54、负AC结点56和/或AC结点58之间的交替连接的其他晶体管类型。在某些实施例中，功率开关60-70的一个或多个可以是适当的晶闸管，例如门极关断晶闸管(GTO)或集成门极换向晶闸管(IGCT)。DC-AC转换部分40包括钳位二极管72、74、76、78、80和82，其统称为二极管72-82，各并联连接到相应功率开关60-70，以充当钳位二极管。换言之，二极管72-82可降低/消除切换功率开关60-70的一个或多个时的突然电压尖峰。DC电压42-46可作为DC结点84、86、88和90(其统称为DC结点84-90)之间的差来测量。
在AC信号的负部分期间，开关66和70被激活接通(例如切换接通)，由此将AC结点58耦合到DC结点84，这允许电流流经电流通路92和94。当开关70被切换关断以及开关76被激活时，AC结点58在AC信号的负部分期间耦合到结点86。电流从电流通路94沿电流通路96换向。在AC信号的正部分期间，通过将开关68和62切换成接通以及将开关70切换成关断，开关可用来经过电流通路98路由。开关的这种切换沿电流通路100的方向使AC输出58处的电流反向。
在一些实施例中，当开关68和62接通时，开关64可停用。在这类实施例中，当激活开关68和62时，二极管82和开关70阻塞DC结点88和84之间的电压差(例如DC电压46加上DC电压44)。在其他实施例中，当开关68和62接通时，开关64可保持接通。在这类实施例中，二极管82和开关70仅阻塞DC电压44。通过减少被阻塞电压量，可使用较低电压开关，这常常允许增加的电流，使得功率转换器40能够以较高额定伏安来构建。
当AC信号从正信号切换到负信号时，可部署类似换向策略。例如，在第一负电压，可通过接通开关60和68，来使用电流通路98和102。随后，在较低正电压，可通过激活开关以使电流流经二极管74和开关68，来使用电流通路102和98。在从电流通路102和98切换到负电压时，经过开关70和二极管76，开关62可保持接通，以将开关68和二极管80所阻塞的电压限制到DC电压44，因而允许较低电压开关的使用被用于开关68，而不是在开关68阻塞DC电压42和44的组合时原本可能的情况。
此外，当电流流经电流通路96或100时，电流可流经二极管(例如二极管76或78)或者开关(例如开关64、62)。虽然在普通情况下，将开关切换成接通或关断可能不影响电流，但是通过使电流经过二极管，可减少相同极性开关和二极管的阻塞的故障的结果。例如，如果电流通路100被使用并且经过二极管74，则可降低阻塞电压的开关60和二极管72的故障结果。
图4示出功率转换器12的DC-AC转换部分110，其包括能够产生具有五级分辨率的AC信号的五级单相配置。DC-AC转换部分110耦合到五个电压结点118、120、122、124和126，其统称为电压结点118-126。各电压结点携带DC电压，以及这些电压的差施加到相应DC链路电容器127。在某些实施例中，电压结点118和120可具有正电压，而电压结点124和126可具有负电压。电压结点122可具有电压结点120与124之间的电压。在一些实施例中，电压结点122处的电压可以是中性电压(例如0 V)。在其他实施例中，电压结点122处的电压可以是中性与电压结点120处的电压之间的正电压。在某些实施例中，电压结点122处的电压可以是具有中性与电压结点124处的电压之间的电压的负电压。
DC-AC转换部分110还包括功率开关128、130、132、134、136、138、140和142，其统称为开关128-142。在一些实施例中，功率开关128-142的一个或多个可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)或者适合于转换电压结点118-126之间的交替连接的其他晶体管类型。在某些实施例中，功率开关128-142的一个或多个可以是适当的晶闸管，例如门极关断晶闸管(GTO)或集成门极换向晶闸管(IGCT)。DC-AC转换部分110还可包括钳位二极管144、146、148、150、152、154、156和158，其统称为二极管144-158，其与相应功率开关128-142并联以充当钳位二极管。换言之，二极管128-142可降低/消除切换功率开关128-142的一个或多个时的突然电压尖峰。最后，使用开关128-142和二极管144-158，电压结点交替耦合到AC输出160。
在某些实施例中，当DC-AC转换部分110最初具有流出输出结点160的电流时，DC-AC转换部分110产生第一电压电平，其中开关128和开关132接通并且传导负载电流。为了降低开关134上的电压应力，开关136也可接通，与以上所述的电压应力降低相似。为了产生第二电压电平，开关128关断，而开关130接通，其中开关132保持接通。二极管144经过开关130恢复，以及负载电流流经二极管146和开关132。为了取得第三电压电平，开关132关断，从而允许开关140经过二极管158来恢复二极管146和二极管148。二极管146和二极管148在恢复期间共享电压。为了取得第四电压电平，开关140和开关142关断，同时接通开关134和开关136，二极管158经过二极管156、开关134和二极管152来恢复，其中开关130保持接通，以减小开关132上的电压应力。二极管158和二极管152在恢复期间共享电压。负载电流流经开关136和开关150。为了取得第五电压电平，开关136关断，以及开关138接通。二极管152经过开关138来恢复，其中负载电流流经二极管154和二极管150。该操作然后可重复进行，以产生任何预期电压电平。
在某些实施例中，当不定电流流入或流出DC-AC转换部分110的输出结点160时，可通过以开关130关断、经过开关128和开关132或二极管144和二极管148传导负载电流，来产生第一电压电平。激活开关136，以降低开关134上的电压应力。为了取得第二电压电平，开关128关断，其中开关130接通。开关132和开关136保持接通。通过使开关136保持接通，开关134上的电压应力降低。负载电流流经二极管146和开关132或开关130和二极管148。为了取得第三电压电平，开关132关断，从而允许中央开关140经过二极管158来恢复二极管146和二极管148，在此期间，二极管146和二极管148共享电压。在第三电压电平期间，负载电流沿任一方向流经开关140和二极管158或开关142和二极管156。此外，通过在第三电压电平期间使开关130和开关136保持接通，开关132和开关134上的电压应力降低。为了产生第四电压电平，开关140和开关142关断，同时开关134接通，以及开关136保持接通。二极管158经过二极管156、开关134和二极管152来恢复，同时二极管158和二极管152共享电压。负载电流流经开关136和二极管150或开关134和二极管152。为了产生第五电压电平，开关134和开关136关断，以及开关138接通。二极管152经过开关138恢复。当负载电流流经二极管154和二极管150或开关138和二极管150的同时，开关130保持接通，以降低开关132上的电压应力。该操作然后可重复进行，以产生任何预期电压电平。
在一些实施例中，当负载电流流入DC-AC转换部分110的输出结点160时，可产生第一电压电平，其中二极管144和二极管118传导负载电流，以及开关136接通，以降低开关134上的电压应力。为了取得第二电压电平，开关138关断，开关130接通，以及开关136保持接通，以降低开关134上的电压应力。二极管144经过开关130恢复。负载电流流经开关130和开关148。为了取得第三电压电平，开关140接通，以经过二极管158来恢复二极管146和二极管148，其中开关130和开关136保持接通，以降低开关132和开关134上的电压应力。负载电流流经二极管158和开关140。为了取得第四电压电平，开关140关断，以及开关134接通。二极管158经过二极管156、开关134和二极管152来恢复，其中二极管158和二极管152在恢复期间共享电压。负载电流流经开关134和开关152。为了取得第五电压电平，开关136关断，同时开关138接通，在此期间，二极管152经过开关138来恢复。负载电流流经二极管154和二极管150或开关138和二极管134，同时开关130保持接通，以降低开关132上的电压应力。该操作然后可重复进行，以产生任何预期电压电平。
图5示出功率转换器12的DC-AC转换部分180，其包括能够产生具有六级分辨率的AC信号的六级单相配置。DC-AC转换部分180耦合到六个电压结点182、184、186、188和190和192，其统称为电压结点182-192。各电压结点携带DC电压，以及这些电压的差施加到相应DC链路电容器194。在某些实施例中，电压结点182、184和186可具有正电压，而电压结点188、190和192可具有负电压。在其他实施例中，电压结点182-192的每个可具有电压极性的同构或其他异构混合。
DC-AC转换部分180还包括功率开关194、196、198、200、202、204、206、208、210和212，其统称为开关194-212。在一些实施例中，开关194-212的一个或多个可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)或者适合于转换电压结点182-192之间的交替连接的其他晶体管类型。在某些实施例中，开关194-212的一个或多个可以是适当的晶闸管，例如门极关断晶闸管(GTO)或集成门极换向晶闸管(IGCT)。DC-AC转换部分180还可包括钳位二极管214、216、218、220、222、224、226、228、230和232，其统称为二极管214-230，其与相应功率开关194-212并联以充当钳位二极管。换言之，二极管214-230可降低/消除切换功率开关194-212的一个或多个时的突然电压尖峰。最后，使用开关194-212和二极管214-230，电压结点交替耦合到AC输出234。
DC-AC转换部分180与先前所述的四级和五级形式类似地进行工作，以便通过将电压结点182-192交替耦合到AC输出234，来取得预期电压电平。例如，当电压电平从电压结点188、190或192来产生时，开关200可接通，以限制开关202上的电压应力。类似地，当电压电平从电压结点182、184或186来产生时，开关226可接通，以限制开关204上的电压应力。此外，在某些实施例中，可切换开关对(例如开关196和198或者开关228和230)，以降低对应开关和/或二极管(例如分别为开关202/二极管222和开关204/224)的电压应力。因此，可用的电压的每个可用来产生可变频率AC信号，同时单独开关和/或二极管上的电压应力可降低。
图6示出功率转换器12的DC-AC转换部分250，其包括能够产生具有六级分辨率的AC信号的备选六级单相配置。DC-AC转换部分250可与针对上述图4所述的五级单相配置类似地进行操作。但是，DC-AC转换部分250的中心部分252配置成将AC输出254交替耦合到两个不同电压结点256和258而不是单个电压结点(例如电压结点122)。
图7示出功率转换器12的DC-AC转换部分258，其包括能够在AC输出260产生具有七级分辨率的AC信号的备选七级单相配置。DC-AC转换部分258可按照与先前所述的三、四、五和六级配置相似的方式来操作。具体来说，各种电压可经过通道262或264来传导。当负载电流经过通道262来传导时，各开关-二极管对266阻塞经过通道264的电流。为了降低开关-二极管对266上的电压应力，可激活开关268，以减少开关-二极管对266阻塞的电压量。类似地，当负载电流经过通道264来传导时，开关-二极管对270阻塞经过通道262的电流，其中开关272被激活，以降低开关-二极管对上的电压应力。
图8示出用于从功率结点提供可变频率信号的过程300。过程300包括使用多个开关或者多个二极管、经过功率转换单元中的多个电流通路的第一电流通路来传导负载电流(框302)。例如，负载电流可经过正/负极电流通路来传导到较高电压结点、中间电压结点或者较低电压结点，这取决于功率转换单元所创建的波形的预期输出。在其他实施例中，负载电流可经过中性/中间电流通路(其连接到具有较高电流通路和较低电流通路的电压电平之间的电压的一个或多个电压结点)来传导。在各个实施例中，可使用多个通道，其中各通道包含多个电流通路。除了传导电流通路之外的电流通路可使用多个开关、多个二极管或者其组合来阻塞(框304)。过程300还包括通过使一个或多个电压应力降低开关(其通过将一个或多个开关的每个的与阻塞端相对的一端连接到中间电压，来降低被一个或多个阻塞开关或二极管阻塞的电压)接通或者保持接通，来降低阻塞二极管或开关上的电压应力(框306)。换言之，在阻塞电流/电压的通道中，开关和/或二极管可连接到中间电压，以减少开关和/或二极管阻塞的电压量，由此降低开关和/或二极管上的电压应力，并且实现较低功率开关(例如额定用于1200 V而不是4500 V的开关)的使用。
如先前所述，通过使用具有较低额定电压(例如总共1700 V)的功率开关，功率转换器可以能够传导比使用具有较高额定电压(例如3300 V及以上)的功率开关的功率转换器要大的电流。此外，功率转换器可比使用更昂贵的较高功率开关(例如额定用于4500 V的开关)的功率转换器更廉价地制造。此外，功率转换器可在无需复杂变压器或另外的开关的情况下实现，由此降低制造功率转换器的复杂度和成本。此外，功率转换器分辨率可以是某种程度模块化的，从而通过堆叠四级模块或者添加另外的电容器级来增加级数，由此增加功率转换器的使用灵活性。
本书面描述使用示例来公开本发明，其中包括最佳模式，以及还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则预计它们落入权利要求的范围之内。
附图标记说明
10 驱动系统 88 DC结点 192 六电压结点
12 功率转换器 90 DC结点 194 相应DC链路电容器
14 输入功率 92 电流通路 196 功率开关
16 可变频率功率 94 电流通路 198 功率开关
20 接收另外的输入 96 电流通路 200 功率开关
24 控制器 98 电流通路 202 功率开关
18 被驱动装置 100 电流通路 204 功率开关
28 处理器 102 电流通路 206 功率开关
30 存储器 110 DC-AC转换部分 208 功率开关
32 AC信号 118 五电压结点 210 功率开关
34 四个阶跃电压电平 120 五电压结点 212 功率开关
36 四个阶跃电压电平 122 五电压结点 214 钳位二极管
38 四个阶跃电压电平 124 五电压结点 216 钳位二极管
40 DC-AC转换部分 126 五电压结点 218 钳位二极管
41 DC电压 127 相应DC链路电容器 220 钳位二极管
42 DC电压 128 功率开关 222 钳位二极管
44 DC电压 130 功率开关 224 钳位二极管
46 DC电压 132 功率开关 226 钳位二极管
48 相应DC链路电容器 134 功率开关 228 钳位二极管
50 相应DC链路电容器 136 功率开关 230 钳位二极管
52 DC链路电容器 138 功率开关 232 钳位二极管
54 正AC结点 140 功率开关 234 AC输出
56 负AC结点 142 功率开关 250 DC-AC转换部分
58 AC结点 144 钳位二极管 252 中心部分
60 功率开关 146 钳位二极管 254 AC输出
62 功率开关 148 钳位二极管 256 两个不同电压结点
64 功率开关 150 钳位二极管 258 两个不同电压结点
66 功率开关 152 钳位二极管 260 AC输出
68 功率开关 154 钳位二极管 262 通道
70 功率开关 156 钳位二极管 264 通道
72 钳位二极管 158 钳位二极管 266 开关-二极管对
74 钳位二极管 160 AC输出 268 开关
76 钳位二极管 180 DC-AC转换部分 270 开关-二极管对
78 钳位二极管 182 六电压结点 272 开关
80 钳位二极管 184 六电压结点 300 过程
82 钳位二极管 186 六电压结点 302 框
84 DC结点 188 六电压结点 304 框
86 DC结点 190 六电压结点 306 框

Claims (20)

1.一种具有多个电流通道、用于转换功率的系统，包括：
第一电流通道，配置成传导电流用于功率转换，其中，所述第一电流通道包括多个第一开关，其中所述多个第一开关的至少一个配置成当电流经过所述多个电流通道的其余电流通道来传导时阻塞电流经过所述第一电流通道，并且所述多个第一开关中的一个或多个其余第一开关配置成通过在第一电流通道阻塞期间保持接通，从而将所述多个第一开关的所述至少一个通过保持接通的一个或多个其余第一开关耦合到正负输入电压结点之间的中间电压结点，来降低所述多个第一开关的所述至少一个上的电压应力，以使得所述多个第一开关中所述至少一个在第一电流通道阻塞期间阻塞第一阻塞电压，所述第一阻塞电压小于在第一电流通道阻塞期间输入到所述多个第一开关的第一输入电压；以及
第二电流通道，配置成传导电流用于功率转换，其中，所述第二电流通道包括多个第二开关，其中所述多个第二开关的至少一个配置成当电流经过所述多个电流通道的其余电流通道来传导时阻塞经过所述第二电流通道的电流，并且所述多个第二开关的一个或多个其余第二开关配置成通过在第二电流通道阻塞期间将所述多个第二开关的所述至少一个耦合到中间电压结点，来降低所述多个第二开关的所述至少一个上的电压应力，以使得所述多个第二开关的所述至少一个在第二电流通道阻塞期间阻塞第二阻塞电压，所述第二阻塞电压小于在第二电流通道阻塞期间输入到所述多个第二开关的第二输入电压。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一电流通道包括多个第一二极管，其中所述多个第一二极管的各第一二极管与所述多个第一开关的相应第一开关并联连接，以及所述第二电流通道包括多个第二二极管，其中所述多个第二二极管的各第二二极管与所述多个第二开关的相应第二开关并联连接。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个电流通道包括配置成传导电流供功率转换的第三电流通道，其中所述第三电流通道包括多个第三开关，所述多个第三开关的至少一个配置成当电流经过所述多个电流通道的其余电流通道来传导时阻塞经过所述第三电流通道的电流，并且所述多个第三开关的一个或多个其余第三开关配置成通过在第三电流通道阻塞期间将所述多个第三开关的至少一个耦合到中间电压结点，来降低所述多个第三开关的所述至少一个上的电压应力。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个第一开关和第二开关包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个第一开关和第二开关包括集成门极换向晶闸管(IGCT)。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个第一开关和第二开关包括门极关断晶闸管(GTO)。
7.一种用于转换功率的系统，包括：
各包括多个二极管-开关对的多个电流通道，所述多个电流通道中至少一个电流通道包括传导状态和阻塞状态，其中所述至少一个电流通道的所述二极管-开关对的第一子集配置成在相应电流通道的传导状态期间来传导电流，所述二极管-开关对的第二子集配置成在相应电流通道的阻塞状态期间阻塞经过所述相应电流通道的电流，以及所述二极管-开关对的第二子集中的至少一个开关配置成在所述相应电流通道的阻塞状态期间保持接通，从而将二极管-开关对的所述第二子集耦合到多个输入电压的正负输入电压结点之间的多个中间电压结点以减小二极管-开关对的所述第二子集上的电压应力，使得所述二极管-开关对的所述第二子集在所述相应电流通道的阻塞状态期间阻塞小于在所述阻塞状态期间输入到所述二极管-开关对的所述第二子集的输入电压的阻塞电压。
8.如权利要求7所述的系统，其中，当所述多个电流通道的任何电流通道处于传导状态时，所述多个电流通道的其余电流通道的每一个处于阻塞状态。
9.如权利要求7所述的系统，其中，所述多个二极管-开关对中的开关包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、门极关断晶闸管(GTO)或者其组合。
10.如权利要求7所述的系统，其中，所述多个电流通道配置成提供具有四个可用功率级的输出AC信号。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述多个电流通道包括：
第一电流通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点和所述第一中间结点的第二二极管和第二开关；以及
第三二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第一中间结点和输出结点的第三二极管和第三开关；以及
第二电流通道，包括：
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和第二中间结点的第四二极管和第四开关；
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和所述第二中间结点的第五二极管和第五开关；以及
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第二中间结点和所述输出结点的第六二极管和第六开关。
12.如权利要求7所述的系统，其中，所述多个电流通道包括两个四级配置，其中各四级配置被配置成提供具有四个可用功率级的输出AC信号。
13.如权利要求7所述的系统，其中，所述多个电流通道配置成提供具有五电平、六电平或七电平的输出AC信号。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述多个电流通道包括配置成产生具有五电平的AC信号的三个电流通道，其中所述三个电流通道包括：
第一电流通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点和所述第一中间结点的第二二极管和第二开关；以及
第三二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第一中间结点和输出结点的第三二极管和第三开关；以及
第二电流通道，包括：
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和第二中间结点的第四二极管和第四开关；
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和所述第二中间结点的第五二极管和第五开关；以及
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第二中间结点和所述输出结点的第六二极管和第六开关；以及
第三电流通道，包括串联耦合在第五输入电压结点与输出结点之间的第七和第八二极管-开关对，其中所述第七二极管-开关对以第八二极管-开关对的相反方向来偏压。
15.如权利要求13所述的系统，其中，所述多个电流通道包括配置成产生具有六电平的AC信号的两个电流通道，其中所述两个电流通道包括：
第一电流通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点的第二二极管和第二开关；
第三二极管-开关对，包括各并联耦合到所述第二二极管-开关对和所述第一中间结点的第三二极管和第三开关，其中所述第二和第三二极管-开关对以相反方向来偏压；以及
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和所述第一中间结点的第四二极管和第四开关；以及
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第一中间结点和输出结点的第五二极管和第五开关；以及
第二电流通道，包括：
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和第二中间结点的第六二极管和第六开关；
第七二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第五输入电压结点的第七二极管和第七开关；
第八二极管-开关对，包括各并联耦合到所述第七二极管-开关对和所述第二中间结点的第八二极管和第八开关，其中所述第七和第八二极管-开关对以相反方向来偏压；以及
第九二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第六输入电压结点和所述第二中间结点的第九二极管和第九开关；以及
第十二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第二中间结点和输出结点的第十二极管和第十开关。
16.如权利要求13所述的系统，其中，所述多个电流通道包括配置成产生具有六电平的AC信号的三个电流通道，其中所述三个电流通道包括：
第一电流通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点和所述第一中间结点的第二二极管和第二开关；以及
第三二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第一中间结点和输出结点的第三二极管和第三开关；以及
第二电流通道，包括：
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和第二中间结点的第四二极管和第四开关；
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和所述第二中间结点的第五二极管和第五开关；以及
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第二中间结点和所述输出结点的第六二极管和第六开关；以及
第三电流通道，包括：
第七二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第五输入电压结点和第三中间结点的第七二极管和第七开关；
第八二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第六输入电压结点和所述第三中间结点的第八二极管和第八开关；以及
第九二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第三中间结点的第九二极管和第九开关；
第十二极管-开关对，其中包括各并联耦合到所述第九二极管-开关对和所述输出结点的第十二极管和第十开关，其中所述第九二极管-开关对以所述第十二极管-开关对的相反方向来偏压。
17.如权利要求13所述的系统，其中，所述多个电流通道包括配置成产生具有七电平的AC信号的两个电流通道，其中所述两个电流通道包括：
第一电流通道，包括：
第一二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第一输入电压结点和第一中间结点的第一二极管和第一开关；
第二二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第二输入电压结点和所述第一中间结点的第二二极管和第二开关；
第三二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第三输入电压结点和第二中间结点的第三二极管和第三开关；
第四二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第四输入电压结点和所述第二中间结点的第四二极管和第四开关；
串联耦合在所述第一中间结点与第三中间结点之间的第一两个或更多二极管-开关对，其中所述第一两个或更多二极管-开关对中的各二极管-开关对以第一方向来偏压；
串联耦合在所述第二中间结点与所述第三中间结点之间的第二两个或更多二极管-开关对，其中所述第二两个或更多二极管-开关对中的各二极管-开关对以与所述第一方向相反的第二方向来偏压；以及
串联耦合在所述第三中间结点与输出结点之间的第三两个或更多二极管-开关对，其中所述第三两个或更多二极管-开关对的每个以共同方向来耦合；以及
第二电流通道，包括：
第五二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第五输入电压结点和第四中间结点的第五二极管和第五开关；
第六二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第六输入电压结点和所述第四中间结点的第六二极管和第六开关；
第七二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第七输入电压结点和第五中间结点的第七二极管和第七开关；
第八二极管-开关对，其中包括各并联耦合到第八输入电压结点和所述第五中间结点的第八二极管和第八开关；
串联耦合在所述第四中间结点与第六中间结点之间的第四两个或更多二极管-开关对，其中所述第四两个或更多二极管-开关对中的各二极管-开关对以所述第一方向来偏压；
串联耦合在所述第五中间结点与所述第六中间结点之间的第五两个或更多二极管-开关对，其中所述第五两个或更多二极管-开关对中的各二极管-开关对以与所述第一方向相反的所述第二方向来偏压；以及
串联耦合在所述第六中间结点与所述输出结点之间的第六两个或更多二极管-开关对，其中所述第六两个或更多二极管-开关对的每个以所述共同方向来耦合。
18.一种用于转换功率的方法，包括：
使用多个开关、多个二极管或者其组合、经过功率转换单元中的多个电流通路的第一电流通路来传导负载电流；
使用所述多个开关的一个或多个阻塞开关、所述多个二极管的一个或多个阻塞二极管或者其组合来阻塞所述功率转换单元中的所述多个电流通路的一个或多个另外的电流通路；以及通过使用一个或多个电压应力降低开关将所述一个或多个开关的每个阻塞开关的与阻塞端相对的且接近正负输入电压结点的一端连接到正负输入电压结点之间的中间电压结点，以降低被一个或多个阻塞开关或二极管阻塞的电压，来降低所述一个或多个阻塞开关上的潜在电压应力；
其中降低所述一个或多个阻塞开关上的潜在电压应力包括使得一个或多个阻塞开关在对应电流通路阻塞期间阻塞小于在对应电流通路阻塞期间输入到所述一个或多个阻塞开关的输入电压的阻塞电压。
19.如权利要求18所述的方法，其中，通过使用一个或多个电压应力降低开关来降低所述一个或多个阻塞开关上的潜在电压应力包括使所述一个或多个电压应力降低开关接通或者保持接通。
20.如权利要求18所述的方法，包括使用所述负载电流来驱动AC电动机。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103971612B (zh) * 2014-05-16 2017-02-08 殷峥凯 安全引导装置
CN105827129B (zh) * 2015-01-04 2020-06-02 华为技术有限公司 多电平拓扑的电路和功率变换器
CN108367292B (zh) * 2015-10-12 2021-06-08 拉伯赛特股份有限公司 用于标记和声学表征容器的系统和方法
US10833584B2 (en) 2015-11-12 2020-11-10 Empower Semiconductor, Inc. Boot-strapping systems and techniques for circuits
CN105954610B (zh) * 2016-04-26 2018-11-16 株洲中车时代电气股份有限公司 一种功率组件功率考核试验系统
JP6790853B2 (ja) * 2017-01-17 2020-11-25 株式会社明電舎 電力変換装置の制御方法
US9985526B1 (en) * 2017-06-30 2018-05-29 Empower Semiconductor Switching regulator with self biasing high voltage swing switch stack
JP6962081B2 (ja) * 2017-09-06 2021-11-05 株式会社明電舎 マルチレベル電力変換装置
CN110048630B (zh) * 2019-06-10 2020-12-25 中国矿业大学 一种五电平电力电子变换器及控制方法
CN113114061B (zh) * 2021-03-26 2022-06-24 台达电子企业管理（上海）有限公司 变换器及抑制变换器的环流干扰的方法
CN114598174B (zh) * 2022-03-18 2024-07-16 苏州大学 一种有源变流器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6005787A (en) * 1997-11-25 1999-12-21 Denso Corporation Multilevel power converter including switching circuits
US6006787A (en) * 1998-02-12 1999-12-28 Shonan Gosei-Jushi Seisakusho K.K. Branch pipe liner bag and branch pipe lining method
CN102884722A (zh) * 2010-03-31 2013-01-16 Ce+T公司 多电平逆变器
CN103427633A (zh) * 2012-05-15 2013-12-04 通用电气公司 高压应用的开关模式功率转换器

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2935465A1 (de) 1979-09-01 1981-03-19 Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart Ttl-pegelumsetzer zur ansteuerung von feldeffekttransistoren
JPH05211776A (ja) 1992-01-31 1993-08-20 Fuji Electric Co Ltd インバータ
FR2729017B1 (fr) 1994-12-29 1997-02-07 Gec Alsthom Transport Sa Dispositif electronique de conversion de l'energie electrique et installation d'alimentation en faisant usage
DE19731704C1 (de) * 1997-07-23 1998-10-08 Siemens Ag Pegelwandler
US6340851B1 (en) 1998-03-23 2002-01-22 Electric Boat Corporation Modular transformer arrangement for use with multi-level power converter
US6445353B1 (en) 2000-10-30 2002-09-03 Weinbrenner, Inc. Remote controlled actuator and antenna adjustment actuator and electronic control and digital power converter
DE10131961A1 (de) 2001-07-02 2003-01-23 Siemens Ag N-Punkt-Stromrichterschaltung
SE524014C2 (sv) 2002-10-09 2004-06-15 Abb Ab Omriktare samt förfarande för styrning av en omriktare
US7219673B2 (en) 2004-08-25 2007-05-22 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation Transformerless multi-level power converter
CN100574090C (zh) * 2005-12-26 2009-12-23 日产自动车株式会社 电功率转换设备
JP5226183B2 (ja) * 2006-01-10 2013-07-03 東芝三菱電機産業システム株式会社 多レベル電力変換装置
WO2008106908A1 (de) 2007-03-02 2008-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Multilevel-stromrichter mit kühlwasserverrohrung zum tragen von submodulen
WO2009124564A1 (en) 2008-04-09 2009-10-15 Mitsubishi Electric Europe B.V. Multi-level converter system with regulation circuit and a method for operating it
WO2010036666A2 (en) 2008-09-24 2010-04-01 Teco-Westinghouse Motor Company Modular multi-pulse transformer rectifier for use in multi-level power converter
US8279640B2 (en) 2008-09-24 2012-10-02 Teco-Westinghouse Motor Company Modular multi-pulse transformer rectifier for use in symmetric multi-level power converter
US7830681B2 (en) 2008-09-24 2010-11-09 Teco-Westinghouse Motor Company Modular multi-pulse transformer rectifier for use in asymmetric multi-level power converter
NO332673B1 (no) 2008-11-24 2012-12-03 Aker Engineering & Technology Frekvensomformer
US8374009B2 (en) 2010-03-25 2013-02-12 Hamilton Sundstrand Corporation Multi-level parallel phase converter
EP2559143B1 (en) * 2010-04-15 2014-01-01 ABB Research LTD Modular multi-level power converter with second and third order harmonics reduction filter
WO2011127984A1 (en) 2010-04-15 2011-10-20 Abb Research Ltd Modular multi -level power converter with harmonics reduction and dc blocking filter
US8885371B2 (en) 2010-10-19 2014-11-11 Astec International Limited Multi-level parallel power converters
US20130107587A1 (en) 2011-11-01 2013-05-02 Chunchun Xu Photovoltaic array emulators
US9450503B2 (en) * 2013-08-15 2016-09-20 General Electric Company Power converter with a multi-level bridge topology and control method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6005787A (en) * 1997-11-25 1999-12-21 Denso Corporation Multilevel power converter including switching circuits
US6006787A (en) * 1998-02-12 1999-12-28 Shonan Gosei-Jushi Seisakusho K.K. Branch pipe liner bag and branch pipe lining method
CN102884722A (zh) * 2010-03-31 2013-01-16 Ce+T公司 多电平逆变器
CN103427633A (zh) * 2012-05-15 2013-12-04 通用电气公司 高压应用的开关模式功率转换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self Voltage Balancing;Fang Zheng Peng;《IEEE transactions on industry applications》;20010301;第611-612页

Also Published As

Publication number Publication date
EP2897278B1 (en) 2018-07-18
US9231492B2 (en) 2016-01-05
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EP2897278A2 (en) 2015-07-22

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