CN106655796A - 电子装置、控制串联连接的多个开关模块的系统及方法 - Google Patents

电子装置、控制串联连接的多个开关模块的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电子装置，其包括串联连接的多个开关模块及控制器。该串联连接的多个开关模块中的每一者包括并联连接的至少两个电子开关。控制器用于响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关被控制为开通状态时控制一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关成开通状态。本发明还提供一种用于控制串联连接的多个开关模块的系统及方法。

Description

电子装置、控制串联连接的多个开关模块的系统及方法
技术领域
本发明涉及控制串联连接的多个开关模块的系统及方法，特别涉及电子装置、电能变换装置中控制串联连接的多个开关模块的系统及方法。
背景技术
变换器，例如直流到直流变换器、直流到交流逆变器或者交流到直流变换器，通常采用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)作为基本的电子开关。针对高电流应用，一个典型的IGBT模块通常包括两个或多个IGBT，该两个或多个IGBT并联连接以提供较大的电流输出。针对高电压应用，多个上述IGBT模块串联连接以提供较大的电压输出。
由于将多个IGBT模块串联连接在一起，导致IGBT的总数量增加，从而可能降低了变换器的可靠性。例如，如果将三个IGBT模块串联连接在一起，那么当三个IGBT模块中的一者出现故障时，整个三个IGBT模块可能无法正常运转或者串联连接的另外两个IGBT模块可能随后出现故障。IGBT可能由于过电压等原因而出现故障。
因此，为了确保变换器的可靠性，在串联连接的多个IGBT模块中实现冗余设计是业界期望解决的问题。
发明内容
根据本发明所公开的一个或多个具体实施方式，本发明的一个方面在于提供一种电子装置，其包括：
串联连接的多个开关模块，该串联连接的多个开关模块中的每一者包括并联连接的至少两个电子开关；及
控制器用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关被控制为开通状态时控制一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关成开通状态。
较佳地，在上述电子装置中，该串联连接的多个开关模块中的每一者包括并联连接的三个扁平封装IGBTs。
较佳地，在上述电子装置中，该控制器还用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
较佳地，该电子装置还包括：
多个侦测模块，用于侦测该串联连接的多个开关模块中的任何电子开关是否出现故障，并在一个或多个开关模块中的任何电子开关出现故障时产生一个或多个故障信号，以识别该一个或多个故障开关模块。
较佳地，在上述电子装置中，该控制器还用于，在来自多个侦测模块的故障信号的总数小于或等于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关以及开通或关断其它多个非故障开关模块中的电子开关。
较佳地，在上述电子装置中，该控制器还用于，在来自多个侦测模块的故障信号的总数大于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，关断该多个非故障开关模块中的电子开关。
较佳地，在上述电子装置中，该控制器还用于响应该一个或多个故障信号产生一个或多个替代控制信号以用于持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关；
该电子装置还包括耦合于控制器和串联连接的多个开关模块之间的多个保护模块，每个保护模块与对应开关模块的多个电子开关耦合；
多个保护模块用于将各自替代控制信号的电压幅值维持在期望电压幅值，使得该一个或多个替代控制信号足够持续开通该一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
较佳地，在上述电子装置中，每个开关模块的多个电子开关的控制端共同耦合至公共节点，该公共节点通过对应保护模块耦合至控制器。
较佳地，在上述电子装置中，每个保护模块包括耦合于控制器与对应开关模块的多个电子开关之间的多个保护元件；
每个保护模块中的一个或多个保护元件用于对从控制器流至对应开关模块中的一个或多个故障电子开关的电流进行限制。
较佳地，在上述电子装置中，该多个保护元件中的每一者包括保险丝元件或者正温度系数电阻。
较佳地，在上述电子装置中，该每个保护模块的多个保护元件均具有足够高的阻抗值，使得对应开关模块所包括的多个电子开关中的任一者的控制端上发生的短路不会将对应开关模块中的其它电子开关的控制端上的控制信号幅值降低至足够开通该电子开关的最小值。
较佳地，在上述电子装置中，该每个保护模块的多个保护元件分别为多个独立驱动级，该多个独立驱动级产生多个独立控制信号以分别用于持续导通对应开关模块中的多个电子开关，该多个独立驱动级被设计成使得对应开关模块所包括的多个电子开关中的任一者的控制端上发生的短路不会将对应开关模块中的其它电子开关的控制端上的控制信号幅值降低至足够开通该电子开关的最小值。
本发明的另一个方面在于提供一种用于控制串联连接的多个开关模块的方法，该串联连接的多个开关模块中的每一者包括并联连接的至少两个电子开关；该方法包括：
响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关被控制为开通状态时控制一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关成开通状态。
较佳地，上述方法还包括：
响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
较佳地，上述方法还包括：
通过多个侦测模块分别侦测该串联连接的多个开关模块中的任何电子开关是否出现故障，并在一个或多个开关模块中的任何电子开关出现故障时产生一个或多个故障信号，以识别该一个或多个故障开关模块。
较佳地，上述方法还包括：
在来自多个侦测模块的故障信号的总数小于或等于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关以及开通或关断其它多个非故障开关模块中的电子开关。
较佳地，上述方法还包括：
在来自多个侦测模块的故障信号的总数大于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，关断该多个非故障开关模块中的电子开关。
较佳地，上述方法还包括：
使用控制器响应该一个或多个故障信号产生一个或多个替代控制信号以用于持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关，其中控制器和串联连接的多个开关模块之间连接有多个保护模块，每个保护模块与对应开关模块的多个电子开关耦合；以及
使用多个保护模块将各自替代控制信号的电压幅值维持在期望电压幅值，使得该一个或多个替代控制信号足够持续开通该一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
本发明的另一个方面在于提供一种用于控制串联连接的多个开关模块的系统，该串联连接的多个开关模块中的每一者包括并联连接的至少两个电子开关；该系统包括：
控制器用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关被控制为开通状态时控制一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关成开通状态。
较佳地，上述系统还包括：
多个侦测模块，用于侦测该串联连接的多个开关模块中的任何电子开关是否出现故障，并在一个或多个开关模块中的任何电子开关出现故障时产生一个或多个故障信号，以识别该一个或多个故障开关模块。
较佳地，在上述系统中，该控制器还用于，在来自多个侦测模块的故障信号的总数小于或等于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关以及开通或关断其它多个非故障开关模块中的电子开关。
较佳地，在上述系统中，该控制器还用于，在来自多个侦测模块的故障信号的总数大于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，关断该多个非故障开关模块中的电子开关。
本发明提供的上述电子装置、用于控制串联连接的多个开关模块的系统及方法，由于控制器用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关被控制为开通状态时控制一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关成开通状态。因此，串联连接的多个开关模块在一个或多个开关模块中的任何电子开关出现故障后仍然能够正常运作，提供了可靠性。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1为本发明一种示范性实施方式的电子装置的示意图。
图2为本发明第一种示范性实施方式的系统的示意图，该系统用于控制串联连接的多个开关模块。
图3为图2所示保护模块之一种示范性实施方式的示意图。
图4为本发明第二种示范性实施方式的系统的示意图，该系统用于控制串联连接的多个开关模块。
图5为图4所示保护模块之一种示范性实施方式的示意图。
图6为本发明一种示范性实施方式的方法的示意图，该方法用于控制串联连接的多个开关模块。
图7为本发明一种示范性实施方式的直流到直流变换器的示意图。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
请参阅图1，其为本发明一种示范性实施方式的电子装置900的示意图。本实施方式中，电子装置900为电能变换装置，其可以适合于高功率和高电压应用。例如，电子装置900可以被应用于如下领域，包括但不限于，发电厂(例如风力发电厂)、天然气压缩工业等，以用于驱动一个或多个负载(例如泵、马达、风扇等)。
在图1所示实施例中，电子装置900包括第一功率装置920、变换器模块100、控制器140及第二功率装置940。在本实施例中，控制器140被配置成与变换器模块100通信连接，并且可以通过例如一个或多个电链接或电线将控制信号142传输到变换器模块100，以控制变换器模块100的运作。电力转换装置100可以用于在第一功率装置920和第二功率装置940之间进行单向或双向的电力变换。
变换器模块100包括第一变换器122、直流链路124和第二变换器126。在本示范性实施例中，第一变换器122可包括交流到直流变换器，其用于将来自第一功率装置920(例如，电网)的交流电能转换成直流电能。
在本示范性实施例中，直流链路124可包括一个或多个电容，其用于维持第一直流导电线102和第二直流导电线104之间的电压基本稳定以及对来自第一变换器122的直流电能进行滤波，并将滤波后的直流电能提供给第二变换器126。
在本示范性实施例中，第二变换器126可包括直流到交流变换器，其用于将来自直流链路124的直流电能转换成交流电能，并将交流电能提供给第二功率装置940。
在一些实施方式中，第二功率装置940可包括负载，例如负载可为在天然气压缩设备、风扇或泵中使用的电动马达，其可以由来自第二变换器126的交流电能驱动。
在本示范性实施例中，第一变换器122包括六个开关单元K1a、K2a、K3a、K4a、K5a及K6a。两个开关单元K1a、K2a串联连接在第一直流导电线102和第二直流导电线104之间，从而构成了第一相桥臂；两个开关单元K1a、K2a之间的连接点耦合至第一功率装置920的第一相输出。两个开关单元K3a、K4a串联连接在第一直流导电线102和第二直流导电线104之间，从而构成了第二相桥臂，两个开关单元K3a、K4a之间的连接点耦合至第一功率装置920的第二相输出。两个开关单元K5a、K6a串联连接在第一直流导电线102和第二直流导电线104之间，从而构成了第三相桥臂，两个开关单元K5a、K6a之间的连接点耦合至第一功率装置920的第三相输出。在其它实施例中，可以将第一变换器122构造成由多个二极管形成的整流桥结构，用于将第一交流电能转换成第一直流电能。
在其它实施例中，第一变换器122和第二变换器126可能是多电平变换器。在其它实施例中，第一变换器122和第二变换器126可能是电流源变换器。
作为一个非限制性的示例，直流链路124包括两个电容C1，C2，两个电容C1，C2串联连接在第一直流导电线102和第二直流导电线104之间。
作为一个非限制性的示例，第二变换器126包括六个开关单元K1b、K2b、K3b、K4b、K5b和K6b。两个开关单元K1b、K2b串联连接在第一直流导电线102和第二直流导电线104之间，从而构成了第一相桥臂，两个开关单元K1b和K2b之间的连接点耦合至第二功率装置940的第一相输入。两个开关单元K3b、K4b串联连接在第一直流导电线102和第二直流导电线104之间，从而构成了第二相桥臂，两个开关单元K3b和K4b之间的连接点耦合至第二功率装置940的第二相输入。两个开关单元K5b、K6b串联连接在第一直流导电线102和第二直流导电线104之间，从而构成了第三相桥臂，两个开关单元K5b和K6b之间的连接点耦合至第二功率装置940的第三相输入。
图2为本发明第一种示范性实施方式的系统902的示意图，系统902用于控制串联连接的多个开关模块201,...20n。
开关单元200可以是图1所示第一变换器122包括的开关单元K1a、K2a、K3a、K4a、K5a和K6a中的一者，或者是图1所示第二变换器126包括的开关单元K1b、K2b、K3b、K4b、K5b和K6b中的一者。
开关单元200包括串联连接的多个开关模块201,...20n。多个开关模块201,...20n中的每一者包括并联连接的三个电子开关Q1,Q2,Q3。在本示范性实施例中，电子开关Q1,Q2,Q3中的每一者为绝缘栅双极型晶体管(insulatedgate bipolar transistor，IGBT)。在其它实施例中，电子开关Q1,Q2,Q3中的每一者为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide SemiconductorField-Effect Transistor,MOSFET)、电子注入增强栅晶体管(Injection EnhancedGate Transistor,IEGT)、电力晶体管(Giant Transistor,GTR)或其它可控电子开关。
在本示范性实施例中，开关模块201,...20n中的每一者包括并联连接的三个扁平封装IGBTs(英文名称为flat-pack IGBTs)。在其它实施方式中，开关模块201,...20n中的每一者包括并联连接的二个扁平封装IGBTs或三个以上的扁平封装IGBTs。在一个非限定的实施例中，扁平封装IGBTs可以是PrimePACK IGBT模块、EconoPACK IGBT模块、EconoDUAL IGBT模块或者IGBT高功率模块。
例如，如果将电子开关Q1,Q2,Q3中的每一者作为独立的IGBT使用，并且，如果流过独立的IGBT的电流增加到大于预定电流，那么所述独立的IGBT可能会由于过电流而出现故障。基于上述考虑，将三个电子开关Q1,Q2,Q3并联连接以共同承担所述增加的电流，因此变换器模块100可以为第二功率装置940提供较大的输出电流。
此外，例如，如果将电子开关Q1,Q2,Q3中的每一者作为独立的IGBT使用，如果独立的IGBT的两端电压大于预定电压，那么所述独立的IGBT可能会由于过电压而出现故障。基于上述考虑，将多个开关模块201,...20n串联连接以提供较高的电压，因此变换器模块100可以为第二功率装置940提供较大的输出电压。
串联连接的多个开关模块201,...20n可能包括冗余开关模块。例如，如果一个开关模块的额定电压是1KV，而电压需求是5KV，那么串联连接的五个开关模块足够满足电压需求。然而，在一些实施方式中，将会使用串联连接的七个开关模块，其中两个开关模块将会作为冗余开关模块。相似地，所述并联连接的电子开关Q1,Q2,Q3可能包括冗余电子开关，也就是除了足够满足较高电流需求的多个电子开关外，还会有额外的电子开关。
进一步地，系统902还包括多个驱动模块401,...40n。在本示范性实施例中，在正常操作期间，控制器140用于控制多个驱动模块401,...40n以分别产生多个正常控制信号G1,...Gn，该多个正常控制信号G1,...Gn分别开通或关断多个开关模块201,...20n中的电子开关Q1,Q2,Q3。在其它实施例中，多个驱动模块401,...40n可以集成于控制器140中。
进一步地，系统902还包括多个侦测模块501,...50n。多个侦测模块501,...50n用于分别侦测多个开关模块201,...20n中的任何电子开关是否出现故障，并在一个或多个开关模块中的任何电子开关出现故障时产生一个或多个故障信号。该一个或多个故障信号用于识别一个或多个故障开关模块。
具体地，在一个示范性实施例中，多个侦测模块501,...50n中的每一者用于，在多个开关模块201,...20n中的对应一个开关模块的控制端电压(例如开关模块201中电子开关Q1的控制端电压Vge1，或者开关模块20n中电子开关Q1的控制端电压Vgen)相对于其正常操作时的期望电压降低了预定电压时，产生故障信号。该对应一个开关模块的控制端电压相对于其正常操作时的期望电压降低了预定电压是由于该对应一个开关模块中任意故障电子开关的控制端发生短路(例如，任意故障IGBT的栅极短路)导致的。
在另一个示范性实施例中，多个侦测模块501,...50n中的每一者用于，在用于关断多个开关模块201,...20n中的对应一者的电子开关Q1,Q2,Q3的正常控制信号幅值以及与多个开关模块201,...20n中的对应一者的电子开关Q1,Q2,Q3的两端电压(例如，开关模块201中电子开关Q1的两端电压Vce1，或者开关模块20n中电子开关Q1的两端电压Vcen)相关的反馈信号幅值均小于或等于预定电压幅值时，产生故障信号。
在又一个示范性实施例中，多个侦测模块501,...50n中的每一者用于，在流过多个开关模块201,...20n中的对应开关模块的过冲电流(例如流过开关模块201中电子开关Q1的电流Ige1或Ice1，或者流过开关模块20n中电子开关Q1的电流Igen或Icen)大于预定电流时，产生故障信号。上述过冲电流大于预定电流是由于短路电流流过多个开关模块201,...20n中的对应开关模块所包括的任何故障电子开关导致的。
控制器140还用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关Q1,Q2,Q3被控制为开通时控制多个驱动模块401,...40n开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。具体地，控制器140还用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关Q1,Q2,Q3被控制为开通时控制多个驱动模块401,...40n持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
在本示范性实施例中，控制器140还用于，在来自多个侦测模块501,...50n的故障信号的总数小于或等于该串联连接的多个开关模块201,...20n中的冗余开关模块的总数时，控制多个驱动模块401,...40n持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关以及开通或关断其它多个非故障开关模块中的电子开关Q1,Q2,Q3。因此，串联连接的多个开关模块201,...20n在一个或多个开关模块中的任何电子开关出现故障后仍然能够正常运作。
控制器140还用于，在来自多个侦测模块501,...50n的故障信号的总数大于该串联连接的多个开关模块201,...20n中的冗余开关模块的总数时，控制多个驱动模块401,...40n关断多个非故障开关模块中的电子开关Q1,Q2,Q3。因此，实现了串联连接的多个开关模块201,...20n的冗余设计，也即实现了图1所示第一变换器122和/或第二变换器126的冗余设计，因而极大地提高了图1所示变换器模块100的可靠性。
在其它示范性实施例中，控制器140还用于，在来自多个侦测模块501,...50n的故障信号的总数小于或等于该串联连接的多个开关模块201,...20n中的冗余开关模块的总数时，控制多个驱动模块401,...40n开通或关断一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关以及开通或关断其它多个非故障开关模块中的电子开关Q1,Q2,Q3。
进一步地，系统902还包括多个保护模块601,...60n。多个保护模块601,...60n分别耦合于多个驱动模块401,...40n和串联连接的多个开关模块201,...20n的电子开关Q1,Q2,Q3之间。
容易理解的是，如果多个侦测模块501,…50n不产生一个或多个故障信号，控制器140控制多个驱动模块401,...40n分别产生多个正常控制信号G1,...Gn，该多个正常控制信号G1,...Gn分别通过多个保护模块601,…60n传输至多个开关模块201,…20n的电子开关Q1,Q2,Q3。因此，多个开关模块201,…20n的电子开关Q1,Q2,Q3分别根据多个正常控制信号G1,...Gn开通或关断。
控制器140还用于响应该一个或多个故障信号控制多个驱动模块401,...40n产生一个或多个替代控制信号。
在本示范性实施方式中，多个保护模块601,…60n用于将各自替代控制信号的电压幅值维持在期望电压幅值，使得该一个或多个替代控制信号足够持续开通该一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
图3为图2所示保护模块之一种示范性实施方式的示意图。在图3所示实施例中，以保护模块601为例，保护模块601包括三个保护元件610,612,614耦合于驱动模块401与开关模块201的三个电子开关Q1,Q2,Q3之间。在其它实施例中，当开关模块201包括二个或三个以上的电子开关时，对应地，保护模块601包括二个或三个以上的保护元件。图2所示多个保护模块601,...60n中的其它保护模块与保护模块601具有相同的结构。
在本示范性实施例中，三个保护元件410,412,414中的每一者，在出现短路电流并且该短路电流流过三个电子开关Q1,Q2,Q3中的对应电子开关时，被配置成点燃或者提供高阻抗，使得驱动模块401与该对应电子开关之间的电流路径被切断。
在另一个实施例中，该每个保护模块的三个保护元件410,412,414均具有足够高的阻抗值，使得对应开关模块所包括的三个电子开关Q1,Q2,Q3中的任一者的控制端上发生的短路不会将对应开关模块中的其它电子开关的控制端上的控制信号幅值降低至足够开通该电子开关的最小值。
在又一个实施例中，该每个保护模块的三个保护元件410,412,414分别为三个独立驱动级，该三个独立驱动级产生三个独立控制信号以分别用于持续导通对应开关模块中的三个电子开关Q1,Q2,Q3；三个独立驱动级被设计成使得三个电子开关Q1,Q2,Q3中的任一者的控制端上发生的短路不会将对应开关模块中的其它电子开关的控制端上的控制信号幅值降低至足够开通该电子开关的最小值。在非限定的实施例中，每个独立驱动级和其电源间的隔离可采用限流或者过流关断的方式来实现。
在本示范性实施例中，三个保护元件410,412,414中的每一者为保险丝元件。如果电子开关Q1由于过电压导致故障，短路电流流过电子开关Q1的栅极和发射极，该短路电流点燃保险丝元件610，从而切断驱动模块401和电子开关Q1之间的电流路径，因此，来自驱动模块401的替代控制信号可持续开通电子开关Q2和Q3。
如果电子开关Q2由于过电压导致故障，短路电流流过电子开关Q2的栅极和发射极，该短路电流点燃保险丝元件612，从而切断驱动模块401和电子开关Q2之间的电流路径，因此，来自驱动模块401的替代控制信号可持续开通电子开关Q2和Q3。
如果电子开关Q3由于过电压导致故障，短路电流流过电子开关Q3的栅极和发射极，该短路电流点燃保险丝元件614，从而切断驱动模块401和电子开关Q3之间的电流路径，因此，来自驱动模块401的替代控制信号可持续开通电子开关Q1和Q2。
在其它实施例中，三个保护元件410,412,414中的每一者为正温度系数(positive temperature coefficient,PTC)电阻，正温度系数电阻的工作原理与保险丝元件相同，在此不再赘述。
图4为本发明第二种示范性实施方式的系统904的示意图，系统904用于控制串联连接的多个开关模块201,...20n。图4所示系统904与图2所示系统902的区别是：多个开关模块201,...20n中的每一者所包括的电子开关Q1,Q2,Q3的控制端共同耦合至多个公共节点701,...70n中的对应一者，该多个公共节点701,...70n分别通过多个保护模块601,...60n耦合至多个驱动模块401,...40n。以开关模块201举例说明，开关模块201中的电子开关Q1,Q2,Q3的控制端共同耦合至公共节点701，该公共节点701通过保护模块601耦合至驱动模块401。以开关模块20n举例说明，开关模块20n中的电子开关Q1,Q2,Q3的控制端共同耦合至公共节点70n，该公共节点70n通过保护模块60n耦合至驱动模块40n。
图5为图4所示保护模块之一种示范性实施方式的示意图。在图5所示实施例中，以保护模块601为例，保护模块601包括保护元件622，该保护元件622耦合于驱动模块401与开关模块201的三个电子开关Q1,Q2,Q3之间。图4所示多个保护模块601,...60n中的其它保护模块与保护模块601具有相同的结构。
在本示范性实施例中，保护元件622可以是驱动模块401的内部阻抗，驱动模块401的内部阻抗足够小，而驱动模块401的替代控制信号的电压值足够大以开通电子开关Q1,Q2,Q3。
如果电子开关Q1由于过电压而出现故障，作为一个非限制性的实例，电子开关Q1产生的短路电流流过保护元件622，由于保护元件622的电阻足够小，保护元件622的两端电压也足够小，所以具有足够大电压值的替代控制信号能够持续开通电子开关Q2和Q3。
相类似地，如果电子开关Q2由于过电压而出现故障，具有足够大电压值的替代控制信号能够持续开通电子开关Q1和Q3。如果电子开关Q3由于过电压而出现故障，具有足够大电压值的替代控制信号能够持续开通电子开关Q1和Q2。
图6为本发明一种示范性实施方式的方法800的示意图，该方法800用于控制串联连接的多个开关模块201,...20n。方法800应用于图2或图4所述示范性实施方式，方法800包括如下步骤：
步骤802：控制器140控制多个驱动模块401,...40n分别产生多个正常控制信号G1,...Gn。
步骤804：控制器140判断多个侦测模块501,...50n是否产生一个或多个故障信号。若是，则流程执行步骤808。若否，则流程执行步骤806。
步骤806：多个驱动模块401,...40n产生的多个正常控制信号G1,...Gn分别开通或关断多个开关模块201,...20n的电子开关Q1,Q2,Q3，随后，流程执行步骤802。
步骤808：控制器140判断来自多个侦测模块501,...50n的故障信号的总数是否大于串联连接的多个开关模块601,...60n中的冗余开关模块的总数。若是，则流程执行步骤814。若否，则流程执行步骤810。
步骤810：控制器140根据一个或多个故障信号控制多个驱动模块401,...40n产生一个或多个替代控制信号。
步骤812：多个驱动模块401,...40n产生的一个或多个替代控制信号持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关以及多个驱动模块401,...40n产生的其它多个正常控制信号分别开通或关断其它多个非故障开关模块中的电子开关。随后，流程执行步骤802。
步骤814：控制器140控制多个驱动模块401,...40n分别关断多个非故障开关模块中的电子开关。在其他具体实施方式中，多个驱动模块401,...40n集成于控制器140内。
图7为本发明一种示范性实施方式的直流到直流变换器129的示意图。在图7所示实施例中，直流到直流变换器129包括电感元件L和两个开关单元K1b，K2b。两个开关单元K1b，K2b串联连接在第一直流导电线102和第二直流导电线104之间。电感元件L耦合在第一功率单元950和两个开关单元K1b，K2b的连接点之间。直流/直流变换器129用于将来自第一功率单元950的一个直流电能转换为另一个直流电能。该另一个直流电能用于提供给第二功率单元960。
请再次参阅图2和图4，图2所示开关单元200和图4所示开关单元200可以是直流到直流变换器129所包括的开关单元K1b和K2b中的任何一个。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (19)

1.一种电子装置，其包括：
串联连接的多个开关模块，该串联连接的多个开关模块中的每一者包括并联连接的至少两个电子开关；及
控制器用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关被控制为开通状态时控制一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关成开通状态。
2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于：该控制器还用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
3.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该电子装置还包括：
多个侦测模块，用于侦测该串联连接的多个开关模块中的任何电子开关是否出现故障，并在一个或多个开关模块中的任何电子开关出现故障时产生一个或多个故障信号，以识别该一个或多个故障开关模块。
4.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于：该控制器还用于，在来自多个侦测模块的故障信号的总数小于或等于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关以及开通或关断其它多个非故障开关模块中的电子开关。
5.如权利要求4所述的电子装置，其特征在于：该控制器还用于，在来自多个侦测模块的故障信号的总数大于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，关断该多个非故障开关模块中的电子开关。
6.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于：
该控制器还用于响应该一个或多个故障信号产生一个或多个替代控制信号以用于持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关；
该电子装置还包括耦合于控制器和串联连接的多个开关模块之间的多个保护模块，每个保护模块与对应开关模块的多个电子开关耦合；
多个保护模块用于将各自替代控制信号的电压幅值维持在期望电压幅值，使得该一个或多个替代控制信号足够持续开通该一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
7.如权利要求6所述的电子装置，其特征在于：
每个开关模块的多个电子开关的控制端共同耦合至公共节点，该公共节点通过对应保护模块耦合至控制器。
8.如权利要求6所述的电子装置，其特征在于：每个保护模块包括耦合于控制器与对应开关模块的多个电子开关之间的多个保护元件；
每个保护模块中的一个或多个保护元件用于对从控制器流至对应开关模块中的一个或多个故障电子开关的电流进行限制。
9.如权利要求8所述的电子装置，其特征在于：该多个保护元件中的每一者包括保险丝元件或者正温度系数电阻。
10.如权利要求6所述的电子装置，其特征在于：该每个保护模块的多个保护元件均具有足够高的阻抗值，使得对应开关模块所包括的多个电子开关中的任一者的控制端上发生的短路不会将对应开关模块中的其它电子开关的控制端上的控制信号幅值降低至足够开通该电子开关的最小值。
11.如权利要求6所述的电子装置，其特征在于：该每个保护模块的多个保护元件分别为多个独立驱动级，该多个独立驱动级产生多个独立控制信号以分别用于持续导通对应开关模块中的多个电子开关，该多个独立驱动级被设计成使得对应开关模块所包括的多个电子开关中的任一者的控制端上发生的短路不会将对应开关模块中的其它电子开关的控制端上的控制信号幅值降低至足够开通该电子开关的最小值。
12.一种用于控制串联连接的多个开关模块的方法，该串联连接的多个开关模块中的每一者包括并联连接的至少两个电子开关；该方法包括：
响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关被控制为开通状态时控制一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关成开通状态。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
通过多个侦测模块分别侦测该串联连接的多个开关模块中的任何电子开关是否出现故障，并在一个或多个开关模块中的任何电子开关出现故障时产生一个或多个故障信号，以识别该一个或多个故障开关模块。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
在来自多个侦测模块的故障信号的总数小于或等于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关以及开通或关断其它多个非故障开关模块中的电子开关。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
在来自多个侦测模块的故障信号的总数大于该串联连接的多个开关模块中的冗余开关模块的总数时，关断该多个非故障开关模块中的电子开关。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
使用控制器响应该一个或多个故障信号产生一个或多个替代控制信号以用于持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关，其中控制器和串联连接的多个开关模块之间连接有多个保护模块，每个保护模块与对应开关模块的多个电子开关耦合；
使用多个保护模块将各自替代控制信号的电压幅值维持在期望电压幅值，使得该一个或多个替代控制信号足够持续开通该一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
18.一种用于控制串联连接的多个开关模块的系统，该串联连接的多个开关模块中的每一者包括并联连接的至少两个电子开关；该系统包括：
控制器用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，在其它多个非故障开关模块中的电子开关被控制为开通状态时控制一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关成开通状态。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于：该控制器还用于，响应一个或多个开关模块中任何电子开关的故障，持续开通一个或多个故障开关模块中的任何非故障电子开关。
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