CN112054704A - 电力交换电路、其操作方法及不间断电源供应系统 - Google Patents

电力交换电路、其操作方法及不间断电源供应系统 Download PDF

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Abstract

一种电力交换电路、其操作方法及不间断电源供应系统，用于提供高效率电力变换。所述电力交换电路包括：一第一DC/DC变换器，具有一第一输入被配置为接收一第一输入DC电压；一第二DC/DC变换器，具有一第一输入被配置为接收一第二输入DC电压；一DC/AC逆变器，具有一第一输入被耦接到所述第一DC/DC变换器的所述输出及一第二输入被耦接到所述第二DC/DC变换器的所述输出，所述DC/AC逆变器包括n个(n>2)交换支路；及至少一控制器，被耦接到第一DC/DC变换器、所述第二DC/DC变换器及所述DC/AC逆变器，所述至少一控制器被配置为操作所述DC/AC逆变器，通过将n个交换支路中的两个操作在一静态状态及将n个交换支路中的n‑2个操作在一过渡状态，以向被耦接到所述DC/DC的至少一负载提供n个AC信号。

Description

电力交换电路、其操作方法及不间断电源供应系统
技术领域
本发明通常地涉及用于对中压及高压应用提供高效电力变换的系统及方法。
背景技术
电力逆变器(power inverters)被用于将直流(DC)电力变换成交流(AC)电力，并且通常在低压应用中的效率最高，因为在中压及高压应用中的交换损耗(switchinglosses)可能相对较高。在高速交换应用中使用电力逆变器还会降低效率，因为此种电力逆变器的输出电力在高交换速度下会迅速降低。另外，在电力逆变器电路中使用高压开关会导致成本增加。
发明内容
本公开的至少一个方面针对一种电力交换电路，所述电力交换电路包括：一第一DC/DC变换器，具有一第一输入，被配置为接收一第一输入DC电压，及一输出，被配置为提供一第一输出DC电压；一第二DC/DC变换器，具有一第一输入，被配置为接收一第二输入DC电压，及一输出，被配置为提供一第二输出DC电压；一DC/AC逆变器，具有一第一输入，被耦接到所述第一DC/DC变换器的所述输出，及一第二输入，被耦接到所述第二DC/DC变换器的所述输出，所述DC/AC逆变器包括n(n＞2)个交换支路，每个交换支路具有k个交换单元，所述k个交换单元被耦接在所述第一输入与所述第二输入之间；及至少一个控制器，被耦接到所述第一DC/DC变换器、所述第二DC/DC变换器及所述DC/AC逆变器，所述至少一个控制器被配置为操作所述DC/AC逆变器，通过将所述n个交换支路中的两个操作在一静态状态及将所述n个交换支路中的n-2个操作在一过渡状态，以向至少一个负载提供n个AC信号，所述至少一个负载被耦接到所述DC/AC逆变器。
在一个实施例中，所述第一DC/DC变换器及第二DC/DC变换器为多个多电平变换器。在一些实施例中，所述电力交换电路包括：一正DC总线，被耦接到所述第一DC/DC变换器；一负DC总线，被耦接到所述第二DC/DC变换器；以及一第一DC电压源及一第二DC电压源，被耦接在所述正DC总线与所述负DC总线之间，所述第一DC电压源被配置为向所述第一DC/DC变换器提供所述第一输入DC电压，并且所述第二DC电压源被配置为提供所述第二输入DC电压给所述第二DC/DC变换器。在某些实施例中，所述第一DC/DC变换器被直接耦接到所述第一DC电压源，并且所述第二DC/DC变换器被直接耦接到所述第二DC电压源。
在一些实施例中，所述第一输入DC电压及所述第二输入DC电压相应于所述正DC总线及所述负DC总线之间的一输入DC电压的多个被分配的部分。在不同实施例中，所述第一输入DC电压及所述第二输入DC电压相应于所述输入DC电压的多个实质相等的部分。在一个实施例中，所述电力交换电路包括一第三DC电压源，所述第三DC电压源被耦接在所述第一DC电压源与所述第二DC电压源之间，并且所述第三DC电压源被配置为存储所述输入DC电压的一中间部分。在某些实施例中，所述电力交换电路包括一总线平衡器，所述总线平衡器被配置为调节横跨所述第一DC电压源、所述第二DC电压源及所述第三DC电压源的所述第一DC电压、所述第二DC电压及所述输入DC电压的所述中间部分。在一些实施例中，所述控制器被配置为操作所述第一DC/DC变换器，使得所述第一输出DC电压为一正可变DC电压，所述正可变DC电压具有一第一占空比，并且操作所述第二DC/DC变换器，使得所述第二输出DC电压为一负可变DC电压，所述负可变DC电压具有一第二占空比。
在一个实施例中，所述第一DC/DC变换器及所述第二DC/DC变换器各自包括m个交换单元。在某些实施例中，所述m个交换单元中的每个交换单元至少包括一第一开关及一第二开关，所述第一开关及所述第二开关被配置为操作在多个互补状态。在一些实施例中，所述至少一个控制器被配置为使用多个互补脉冲宽度调制(PWM)信号，以控制所述第一DC/DC交换器的所述m个开关单元的所述第一开关及所述第二开关，以提供所述正可变DC电压。在不同实施例中，所述至少一个控制器被配置为使用多个互补脉冲宽度调制(PWM)信号，以控制所述第二DC/DC交换器的所述m个开关单元的所述第一开关及所述第二开关，以提供所述负可变DC电压。
在一些实施例中，所述第一DC/DC变换器包括至少一个第一交换单元，所述第一交换单元被耦接在所述第一DC/DC变换器的所述第一输入与一第二输入之间，并且所述第二DC/DC变换器包括至少一个第二交换单元，所述第二交换单元被耦接在所述第二DC/DC变换器的所述第一输入与一第二输入之间。在某些实施例中，所述第一DC/DC变换器包括至少一个第三交换单元，所述第三交换单元与所述第一DC/DC变换器的所述至少一个第一交换单元并联耦接，并且所述第二DC/DC变换器包括至少一个第四交换单元，所述第四交换单元与所述第二DC/DC变换器的至少一个第二交换单元并联耦接。在不同实施例中，所述第一DC/DC变换器包括至少一个第三交换单元，所述第三交换单元被耦接在所述至少一个第一交换单元与所述第一DC/DC变换器的所述输出之间，并且所述第二DC/DC变换器包括至少一个第四交换单元，所述第四交换单元被耦接在所述至少一个第二交换单元与所述第二DC/DC变换器的所述输出之间。
在一个实施例中，所述第一DC/DC变换器包括一第一电容器，所述第一电容器被耦接到所述第三交换单元，并且所述第二DC/DC变换器包括一第二电容器，所述第二电容器被耦接到所述第四开关单元，所述第一电容器被配置为存储所述第一输入DC电压的一部分，并且所述第二电容器被配置为存储所述第二输入DC电压的一部分。在一些实施例中，所述DC/AC逆变器的所述第一输入被直接耦接到所述第一DC/DC变换器的所述输出，以接收所述正可变DC电压，所述DC/AC逆变器的所述第二输入被直接耦接到所述第二DC/DC变换器的所述输出，以接收所述负可变DC电压。在某些实施例中，所述DC/AC逆变器包括一第三输入，所述第三输入被耦接在所述第一DC电压源与所述第二DC电压源之间。
在一些实施例中，所述n个交换支路中的每个交换支路包括一个或多个交换单元，所述一个或多个交换单元被串联耦接在所述DC/AC逆变器的所述第一输入与第二输入之间。在一个实施例中，所述n个交换支路中的每个交换支路包括至少一个交换单元，所述至少一个交换单元与所述多个被串联耦接的交换单元并联耦接。
在某些实施例中，所述k个交换单元中的每个交换单元至少包括一第一开关及一第二开关，被耦接在所述至少一个DC/AC逆变器的所述第一输入与所述第二输入之间，及一输出，在所述第一开关与所述第二开关之间。在一个实施例中，在所述静态状态操作的每个交换支路被配置为向所述负载提供从所述正可变DC电压及所述负可变DC电压中的一个被派生的一静态输出电压。在一些实施例中，在所述静态状态操作的每个交换支路的所述输出通过所述k个交换单元中的至少一个被耦接到所述DC/AC逆变器的所述第一输入及所述第二输入中的一个。
在一个实施例中，所述静态输出电压相应于所述n个AC信号的最正部分及最负部分中的一个。在一些实施例中，在所述过渡状态操作的每个交换支路被配置为向至少一个负载提供从所述正可变DC电压及所述负可变DC电压被派生的一过渡输出电压。在某些实施例中，在所述过渡状态操作的每个交换支路的所述输出通过所述k个交换单元中的至少一个在所述DC/AC逆变器的至少所述第一输入与所述第二输入之间被交换。在不同实施例中，所述过渡输出电压相应于所述n个AC信号的多个中间部分。
本公开的另一方面针对一种用于操作电力交换电路的方法，包括步骤：在一第一DC/DC变换器的一输入处接收一正DC电压，并且在一第二DC/DC变换器的一输入处接收一负DC电压；控制所述第一DC/DC变换器以提供一第一DC电压，并且控制所述第二DC/DC变换器以提供一第二DC电压；在一DC/AC逆变器的一第一输入处接收所述第一DC电压，并且在所述DC/AC逆变器的一第二输入处接收所述第二DC电压，所述DC/AC逆变器具有n个(n＞2)交换支路，所述交换支路具有k个交换单元；及通过在任何给定时间将所述n个交换支路中的两个操作在一静态状态及将n-2个交换支路操作在一过渡状态，控制所述DC/AC逆变器以提供从所述第一DC电压及所述第二DC电压被派生的n个AC输出信号。
在一个实施例中，控制所述第一DC/DC变换器以提供所述第一DC电压的步骤包括操作所述第一DC/DC变换器，使得所述第一DC电压为一第一可变DC电压，所述第一可变DC电压具有一第一占空比。在一些实施例中，控制所述第二DC/DC变换器以提供所述第二DC电压的步骤包括操作所述第二DC/DC变换器，使得所述第二DC电压为一第二可变DC电压，所述第二可变DC电压具有一第二占空比。
在不同实施例中，将每个相应的交换支路在所述静态状态操作的步骤包括控制所述交换支路以提供从所述第一可变DC电压及所述第二可变DC电压中的一个被派生的一静态输出电压。在一些实施例中，所述静态输出电压相应于所述n个AC输出信号的最正部分及最负部分中的一个。在一个实施例中，将每个相应的交换支路在所述过渡状态操作的步骤包括控制所述交换支路以提供从所述第一可变DC电压及所述第二可变DC电压被派生的一输出电压。在某些实施例中，所述过渡输出电压相应于所述n个AC输出信号的多个中间部分。
本公开的另一方面针对一种不间断电源供应(UPS)系统。所述UPS系统包括：一输入，被配置为被耦接到一AC源并且从所述AC源接收输入的AC电力；一输出，被配置为向一负载提供输出的AC电力；一变换器，被耦接到所述输入并且被配置为将所述输入的AC电力变换成DC电力；一DC总线，被耦接到所述变换器并且被配置为从所述变换器接收DC电力；一第一DC/DC变换器，具有一第一输入，被配置为接收一第一输入DC电压，及一输出，被配置为提供一第一输出DC电压；一第二DC/DC变换器，具有一第一输入，被配置为接收一第二输入DC电压，及一输出，被配置为提供一第二输出DC电压；至少一个DC/AC逆变器，具有被耦接到所述第一DC/DC变换器的所述输出的一第一输入及被耦接到所述第二DC/DC变换器的所述输出的一第二输入，所述至少一个DC/AC逆变器包括n(n＞2)个交换支路，所述交换支路具有被耦接在所述第一输入与所述第二输入之间的k个交换单元；及至少一个控制器，被耦接到所述第一DC/DC变换器、所述第二DC/DC变换器及所述DC/AC逆变器，所述至少一个控制器被配置为操作所述至少一个DC/AC逆变器，通过将n个交换支路中的两个操作在一静态状态及将n个交换支路中的n-2个操作在一过渡状态，以提供n个AC信号给被耦接到所述至少一个DC/AC逆变器的所述输出。
在一个实施例中，所述DC总线被配置为从所述第一DC/DC变换器及第二DC/DC变换器接收DC电力。在一些实施例中，所述变换器被配置为从所述DC总线接收DC电力，将所述DC电力变换成AC功率，并且向被耦接到所述输入的所述AC电源提供AC功率。在一些实施例中，所述第一DC/DC变换器及第二DC/DC变换器是多个多电平变换器。
在某些实施例中，所述UPS系统还包括：所述DC总线的一正轨，被耦接到所述第一DC/DC变换器；所述DC总线的一负轨，被耦接至所述第二DC/DC变换器；及一第一DC电压源及一第二DC电压源，被耦接在所述DC总线的所述正轨与所述DC总线的所述负轨之间，所述第一DC电压源被配置为向所述第一DC/DC变换器提供所述第一输入DC电压，以及所述第二DC电压源被配置为向所述第二DC/DC变换器提供所述第二输入DC电压。在一个实施例中，所述第一输入DC电压及所述第二输入DC电压相应于所述DC总线的所述正轨与所述DC总线的所述负轨之间的一DC总线电压的多个被分配的部分。在不同实施例中，所述UPS系统包括一第三DC电压源，所述第三DC电压源被耦接在所述第一DC电压源与第二DC电压源之间，并且被配置为存储所述DC总线电压的一中间部分。在一些实施例中，所述的UPS系统还包括一总线平衡器，所述总线平衡器被配置为调节横跨所述第一电压源、第二电压源及第三电压源的所述第一DC电压、所述第二DC电压及所述DC总线电压的所述中间部分。
在一个实施例中，所述控制器被配置为操作所述第一DC/DC变换器，使得所述第一输出DC电压为一正可变DC电压，所述正可变DC电压具有一第一占空比，并且操作所述第二DC/DC变换器，使得所述第二输出DC电压为一负可变DC电压，所述负可变DC电压具有一第二占空比。在一些实施例中，在所述静态状态操作的每个交换支路被配置为向所述输出提供从所述正可变DC电压及所述负可变DC电压中的一个被派生的一静态输出电压。在某些实施例中，所述静态输出电压相应于所述n个AC信号的最正部分及最负部分中的一个。在一个实施例中，在所述过渡状态操作的每个交换支路被配置为向所述输出提供从所述正可变DC电压及所述负可变DC电压被派生的一过渡输出电压。在不同实施例中，所述过渡输出电压相应于所述n个AC信号的多个中间部分。
附图说明
以下参照附图讨论至少一个实施例的各个方面，这些附图并未被意图按比例绘制。包括附图以提供对各个方面及实施例的说明及进一步的理解，并且附图被并入此说明书并构成此说明书的一部分，但并不意图作为对本发明的诸多限制的一定义。在附图中，在各个附图中被以图解说明的每个相同或几乎相同的构件由一相似的数字表示。为了清楚起见，并非每个构件都可能在每个附图中被标记。在附图中：
图1A是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换拓扑的一框图；
图1B是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换拓扑的一框图；
图1C是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换拓扑的一框图；
图1D是根据本文所描述的诸多方面一的电力交换拓扑的一框图；
图2A是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路的一示意图；
图2B是以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换的诸多电压的诸多示例的一图形；
图2C是以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换的诸多控制信号的诸多示例的一图形；
图2D是以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换的诸多信号的诸多示例的一图形；
图3A是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路的一示意图；
图3B是以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换的诸多信号的诸多示例的一图形；
图4是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路的一示意图；
图5是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路的一示意图；
图6A是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路的一示意图；
图6B是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路的一示意图；
图7A是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路的一示意图；
图7B是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路的一示意图；
图8A是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换系统的一框图；
图8B是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换系统的一示意图；
图9A是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换系统的一框图；
图9B是根据本文所描述的诸多方面的一电力交换系统的一示意图；
图10A至图10D是根据本文所描述的诸多方面的诸多DC总线平衡器电路的诸多示意图；及
图11是以图解说明根据本文所描述的诸多方面的各种DC总线平衡器配置的扼流纹波电流(choke ripple current)作为占空比的一函数的一图形。
具体实施方式
本文讨论的诸多方法及诸多系统的诸多示例在应用中不受限于以下描述中所阐述或在附图中以图解说明的构造的细节及构件的布置。所述方法及系统能够在其他实施例中实现并且能够以各种方式被实践或被执行。本文提供的诸多特定实现方案的诸多示例仅出于说明性目的，并非旨在进行限制。特别地，与任何一个或多个示例有关的被讨论的诸多动作、诸多构件、诸多元件及诸多特征并非旨在从任何其他示例中的一类似角色被排除。
而且，本文所使用的用语(phraseology)及术语(terminology)是出于描述的目的，并且不应被视为限制。在本文中以单数形式被提及的所述诸多系统及诸多方法的诸多示例、诸多实施例、诸多构件、诸多元件或诸多动作的任何引用也可以囊括包括多个(aplurality)的诸多实施例，并且在本文中以复数形式对任何实施例、构件、元件或动作的任何引用也可以囊括仅包括一奇点(asingularity)的诸多实施例。以单数或复数形式的诸多引用并非旨在限制当前公开的诸多系统或诸多方法、它们的诸多构件、诸多动作或诸多元件。本文使用的“包含(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”及其变化形式意在囊括其后被列出的诸多物品及其等同物以及诸多附加物品。对“或(or)”的引用可以被解释为包括性的，使得使用“或”被描述的任何术语可以指示单个、一个以上以及所有被描述的术语中的任何一种。另外，在此文件与通过引用被并入本文的诸多文档之间的诸多术语的用法不一致的情况下，在被并入的参考文献中的所述术语的用法是对本文档的补充；对于不可调和的不一致之处，以本文档中的术语用法为准。
如上所论述的，诸多电力逆变器被用于将直流(DC)电力变换成交流(AC)电力。这样的诸多逆变器包括电力交换电路(power switching circuitry)，所述电力交换电路会经历与电压成比例的诸多交换损耗。例如：由于中压及高压(medium-and high-voltages)的交换损耗增加，诸多电力逆变器通常在低压应用中效率最高。在一些示例中，中压及高压应用还经历较高交换速度，这会降低所述电力逆变器输出电力的能力。另外，在电力交换电路中使用诸多高压开关(high-voltage switches)会导致成本增加。
用于中压及高压电力交换应用的更有效的多电平逆变器拓扑在本文被提供。在至少一个实施例中，一第一变换级(conversion stage)从诸多输入DC电压生成诸多可变DC电压(variable DC voltages)，并且一第二变换级从所述诸多可变DC电压派生多个AC输出信号。在一些示例中，所述诸多可变DC电压使用多电平DC/DC变换器(multi-level DC/DCconverters)被提供，并且所述诸多AC输出使用一DC/AC逆变器(DC/AC inverter)被派生(derived)。这样的诸多拓扑可以在中压及高压电力交换应用中提供被改进的效率，并且在一些示例中，在降低成本同时可以提高效率及功率密度(power density)。
图1A以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换拓扑100的一个实施例的一功能框图。所述电力交换拓扑100包括一第一DC/DC变换器(DC/DC converter)102、一第二DC/DC变换器104、一DC/AC逆变器(DC/AC inverter)106、一第一DC电压源(DC voltagesource)108、一第二DC电压源110、一正DC输入(positive DC input)112、一中点(midpoint)114、一负DC输入(negative DC input)116及一AC输出(AC output)118。在一些实施例中，所述电力交换拓扑100可以包括两个以上的DC/DC变换器。同样地，所述电力交换拓扑100可以包括两个以上的DC电压源。
如图1A所示，所述DC/AC逆变器106被耦接(coupled)到所述第一DC/DC变换器102及所述第二DC/DC变换器104，并且被配置为从所述第一DC/DC变换器102及所述第二DC/DC变换器104接收多个DC输出。所述DC/AC逆变器106将从所述第一DC/DC变换器102及所述第二DC/DC变换器104被接收的所述多个DC输出变换成多个AC输出信号，并且向所述AC输出118提供所述多个AC输出信号。在某些示例中，所述AC输出118可以包括多个AC输出。
在一个示例中，所述第一DC电压源108被耦接在所述正DC输入112与所述中点114之间，并且所述第二DC电压源110被耦接在所述中点114与所述负DC输入116之间。在一些示例中，所述中点114被耦接到地(即，零伏)。在一些示例中，所述DC/AC逆变器106也被耦接到所述中点114。
一输入DC电压VDC可以横跨(across)所述第一DC电压源108及所述第二DC电压源110被分摊(split)。在某些示例中，所述输入DC电压VDC可以在所述第一DC电压源108与所述第二DC电压源110之间被平均分摊。通过分摊横跨所述第一DC电压源108及所述第二DC电压源110的所述输入DC电压VDC，所述第一DC/DC变换器102及所述第二DC/DC变换器104可以被配置为支持所述输入DC电压VDC的一部分(譬如50％)。例如：如图1A所示，所述第一DC/DC变换器102被耦接到所述第一DC电压源108，并且从所述第一DC电压源108接收所述第一DC电压VD1(譬如VDC的一第一部分)。同样地，所述第二DC/DC变换器104被耦接到所述第二DC电压源110，并且从所述第二DC电压源110接收所述第二DC电压VD2(譬如VDC的一第二部分)。
在一些示例中，所述多个DC电压源108、110各自包括被串联耦接的一个或多个电容器。例如：所述第一DC电压源108可以包括被串联耦接在所述正DC输入端112与所述中点114之间的多个电容器，并且所述第二DC电压源110可以包括被耦接在所述负DC输入116与所述中点114之间的多个电容器。在一些示例中，所述第一DC/DC变换器102包括一第一输入及一第二输入，所述第一输入及所述第二输入横跨所述第一DC电压源108的所述多个电容器被耦接，以接收所述第一DC电压VD1。同样地，所述第二DC/DC变换器104包括一第一输入及一第二输入，所述第一输入及所述第二输入横跨所述第二DC电压源110的所述多个电容器被耦接，以接收所述第二DC电压VD2。
在某些示例中，所述第一DC/DC变换器102及所述第二DC/DC变换器104可以包括多个附加输入，所述多个附加输入被耦接到所述第一DC电压源108及所述第二DC电压源110。例如：所述第一DC/DC变换器102可以包括一个或多个附加输入，所述一个或多个附加输入被耦接在所述第一DC电压源108的多个电容器之间，以从所述第一DC电压源108接收多个附加DC电压；即，所述第一DC电压VD1的不同部分。同样地，所述第二DC/DC变换器104可以包括一个或多个附加输入，所述一个或多个附加输入被耦接在所述第二DC电压源110的所述多个电容器之间，以从所述第二DC电压源110接收多个附加DC电压；即，所述第二DC电压VD2的不同部分。在一些示例中，DC电压源的其他类型及诸多布置可以被使用。
在一些示例中，所述电力交换拓扑100可以包括附加电路，以维持在所述第一DC电压源108与所述第二DC电压源110之间的一期望电压分布(desired voltagedistribution)。例如：图1B以图解说明一电力交换拓扑120的一功能框图。除了所述电力交换拓扑120包括一DC总线平衡器(DC bus balancer)122，所述电力交换拓扑120实质类似于图1A的所述电力交换电路100。如图所示，所述DC总线平衡器122可以被耦接到所述正DC输入112、所述中点114及所述负DC输入116，并且包括一个或多个DC/DC变换器，所述一个或多个DC/DC变换器被配置为调节(regulate)所述第一DC电压VD1及所述第二DC电压VD2。在一些示例中，所述DC总线平衡器122被操作以维持横跨所述多个DC电压源108、110中的每个的所述输入DC电压VDC的一相同分布(equal distribution)。在其他示例中，所述DC总线平衡器122被操作以维持横跨所述多个DC电压源108、110的所述输入DC电压VDC的一不同分布(different distribution)。
如上所述，所述电力交换拓扑100可以包括两个以上的DC电压源。在某些示例中，可以包括多个附加DC电压源(additional DC voltage sources)，以优化在所述第一DC电压源108与所述第二DC电压源110之间的所述电压分布。例如：图1C以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路140的一功能框图。除了所述电力交换电路140包括一第三DC电压源142，所述电力交换拓扑140实质类似于图1A的所述电力交换拓扑100。如图1C所示，所述第三DC电压源142被耦接在所述第一DC电压源108与所述第二DC电压源110之间。在一些示例中，所述第三DC电压源142被配置为存储所述输入DC电压VDC的一中间部分(intermediate portion)。例如：所述第一DC/DC变换器102可以被配置为接收所述输入DC电压VDC的一第一较高部分(first upper portion)(譬如最高的30％)，并且所述第二DC/DC变换器102可以被配置为接收所述输入DC电压VDC的一第二较低部分(second lowerportion)(譬如：最低的30％)。这样，所述第三DC电压源142可以被配置为存储所述输入DC电压VDC的所述中间部分(譬如中间40％)。
在一些示例中，所述电力交换拓扑140包括附加电路，以维持在所述第一DC电压源108、所述第二DC电压源110与所述第三DC电压源142之间的一期望电压分布。例如：图1D以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换拓扑160的一功能框图。除了所述电力交换拓扑160包括一DC总线平衡器162，所述电力交换拓扑结构160实质类似于图1C的所述电力交换拓扑140。在一些示例中，所述DC总线平衡器横跨所述第一电压源108、所述第二电压源110与所述第三电压源142被耦接，并且包括一个或多个DC/DC变换器，所述一个或多个DC/DC变换器被配置为调节所述第一DC电压VD1及所述第二DC电压VD2，以及横跨所述第三DC电压源142的中间电压(intermediate voltage)。如上所述，在一些示例中，所述期望电压分布可以是横跨所述多个DC电压源108、110、142的不相等分布；因此，所述期望电压分布可以是不相等的。然而，在其他示例中，所述期望分布可以是横跨所述多个DC电压源108、110、142的一相同分布。
图2A以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路200的一示意图。在一个示例中，所述电力交换电路200相应于图1A的所述电力交换拓扑100；然而，在其他示例中，相应于图1B至图1D的所述多个电力交换拓扑120、140及160的诸多特征可以被包括在所述电力交换电路200中。如图所示，所述电力交换电路200包括一第一DC/DC变换器202、一第二DC/DC变换器204、一DC/AC逆变器206、一第一DC电压源208、一第二DC电压源210、一第一DC输入212、一中点214及一第二DC输入216。
所述第一DC电压源208被耦接在所述第一DC输入212与所述中点214之间，并且所述第一DC/DC变换器202横跨所述第一DC电压源208被耦接。在一些示例中，所述第一DC输入212是一正DC输入(positive DC input)。同样地，所述第二DC电压源210被耦接在所述第二DC输入216与所述中点214之间，所述第二DC/DC变换器204横跨所述第二DC电压源210被耦接。在一些示例中，所述第二DC输入216是一负DC输入(negative DC input)。
在一个示例中，一输入DC电压(input DC voltage)VDC可以横跨所述第一DC电压源208及所述第二DC电压源210被分摊。这样，所述第一DC电压源208被配置为提供一第一DC电压VD1，并且所述第二DC电压源210被配置为提供一第二DC电压VD2。在一些示例中，所述第一DC电压源208及所述第二DC电压源210可以各自包括被串联耦接的一个或多个电容器。在其他示例中，可以如上所述包括一第三DC电压源及/或一总线平衡器(譬如多个电力交换拓扑120、140、160)。
在一些示例中，所述多个DC/DC变换器可以各自包括m个交换单元(mswitchingcells)。例如：所述第一DC/DC变换器202的一交换单元包括一第一开关(first switch)202a及一第二开关(second switch)202b。所述第一开关202a被耦接到所述第一DC电压源208的一第一侧(譬如所述第一DC输入212)，并且所述第二开关202b被耦接到所述第一DC电压源208的一第二侧(譬如所述中点214)。在其他示例中，所述第一开关202a及所述第二开关202b可以被不同地布置。在一些示例中，所述第一开关202a及所述第二开关202b被配置为以一互补方式(complementary manner)进行操作。例如：当所述第一开关202a被打开(turned on)(即，被闭合)时，所述第二开关202b被关闭(turned off)(即，被断开)，反之亦然。如图2A所示，所述第一开关202a被配置为接收一控制信号(control signal)cd1，并且所述第二开关202b被配置为接收所述控制信号cd1的一反相版本。在其他示例中，所述第一开关202a及所述第二开关202b可以各自接收多个独立的控制信号。
同样地，所述第二DC/DC变换器204的一交换单元包括一第一开关204a及一第二开关204b。所述第一开关204a被耦接到所述第二DC电压源210的一第一侧(譬如所述中点214)，并且所述第二开关204b被耦接到所述第二DC电压源210的一第二侧(譬如所述第二DC输入216)。在其他示例中，所述第一开关204a及所述第二开关204b可以被不同地布置。在一个示例中，所述第一开关204a及所述第二开关204b被配置为一互补方式。如图2A所示，所述第二开关204b被配置为接收一控制信号cd2，并且所述第一开关204a被配置为接收所述控制信号cd2的一反相版本。在其他示例中，所述第一开关204a及所述第二开关204b可以各自接收多个独立的控制信号。
应当理解的是，出于说明性目的，所述多个DC/DC变换器202、204仅被描述为具有单个交换单元(即，m＝1)，并且不限于单个交换单元配置。在其他实施例中，所述DC/DC变换器202、204可以各自被配置为包括两个或更多交换单元(即，m＞1)。这样的诸多实施例的诸多示例更详细地描述如下(譬如图5)。
在一个示例中，所述第一DC/DC变换器202被操作以将由所述第一DC电压源208提供的所述第一DC电压VD1变换成一可变DC电压(variable DC voltage)VP。同样地，所述第二DC/DC变换器204被操作以将由所述第二DC电压源210提供的所述第二DC电压VD2变换成一可变DC电压VN。如图2A所示，所述第一DC/DC变换器202可以向一第一DC输出220提供所述可变DC电压VP，并且所述第二DC/DC变换器可以向一第二DC输出222提供所述可变DC电压VN。在一些示例中，由于所述多个DC/DC变换器202、204仅变换所述输入DC电压VDC(譬如VD1、VD2)的多个部分，而不是全部的输入DC电压VDC，因此所述多个DC/DC变换器202、204可以在交换损耗降低情况下操作在高交换频率。
图2B以图解说明根据本文所描述的诸多方面的所述多个可变DC电压VP及VN的一示例。在一个示例中，所述第一DC/DC变换器202被操作以使得所述可变DC电压VP在所述第一DC电压VD1与所述中点电压V0之间振荡，并且所述第二DC/DC变换器204被操作以使得可变DC电压VN在所述中点电压V0与所述第二DC电压VD2之间振荡。如图所示，VP具有一第一占空比(duty cycle)232，而且VN具有一第二占空比234。在一示例中，所述多个占空比232、234实质相同；然而，在其他示例中，所述多个占空比232、234可以是不同的(譬如通过所述多个控制信号cd1及cd2被调整)。
在一些示例中，所述第一DC/DC变换器202及所述第二DC/DC变换器204可以被操作为多个DC斩波器(DC choppers)。这样，所述多个可变DC电压VP及VN可以各自具有实质为方形(即，被斩波)的波形。在一些示例中，由于所述多个可变DC电压VP及VN具有多个被斩波的波形，所以所述多个DC/DC变换器202、204的所述第一DC输出220、第二DC输出222可以直接被耦接到所述DC/AC逆变器206(即，无需诸多滤波元件)。
所述DC/AC逆变器206可以包括n个交换支路(switching legs)。如图2A所示，所述DC/AC逆变器206包括一第一交换支路224、一第二交换支路226及一第三交换支路228(即，n＝3)。在其他示例中，所述DC/AC逆变器206可以具有不同数量的交换支路，其中n大于2。
在一个示例中，所述DC/AC逆变器206的每个交换支路包括k个交换单元，所述k个交换单元被耦接在所述第一DC/DC变换器202的所述第一DC输出220与所述第二DC/DC变换器204的所述第二DC输出222之间。例如：所述第一交换支路224的一交换单元包括一第一开关224a及一第二开关224b，所述第一开关224a及所述第二开关224b被耦接在所述第一DC输出220与所述第二DC输出222之间。所述第一开关224a被耦接在所述第一DC输出220与一第一AC输出(first AC output)218a之间，并且所述第二开关224b被耦接在所述第二DC输出222与所述第一AC输出218a之间。同样地，所述第二交换支路226的一交换单元包括一第一开关226a及一第二开关226b，所述第一开关226a被耦接在所述第一DC输出220与一第二AC输出(second AC output)218b之间，所述第二开关226b被耦接在所述第二DC输出222与所述第二AC输出218b之间。类似地，所述第三交换支路228的一交换单元包括一第一开关228a及一第二开关228b，所述第一开关228a被耦接在所述第一DC输出220及一第三AC输出(third AC output)218c之间，所述第二开关228b被耦接在所述第二DC输出222与所述第三AC输出218c之间。在其他示例中，每个交换支路的所述(诸多)交换单元可以被不同地布置。
在一些示例中，每个交换单元的所述第一开关及所述第二开关被配置为以一互补方式操作。例如：当所述第一开关被打开(即，被闭合)时，所述第二开关被关闭(即，被断开)，反之亦然。在一些示例中，通过打开所述第一开关并且关闭所述第二开关，每个交换支路被操作在一第一状态，使得所述可变DC电压VP被提供给所述相应的AC输出(即，218a、218b或218c)。同样地，通过关闭所述第一开关并且打开所述第二开关，每个交换支路被操作在一第二状态，使得所述可变DC电压VN被提供给所述相应的AC输出(即218a、218b或218c)。
如图2A所示，每个交换支路224、226、228可以通过多个控制信号被控制以在所述第一状态及第二状态操作。例如：所述第一交换支路224的所述交换单元被配置为接收一控制信号ci1。所述交换单元的所述第一开关224a接收所述控制信号ci1，并且所述交换单元的所述第二开关224b接收所述控制信号ci1的一反相版本。所述第二交换支路226及第三交换支路228的所述多个交换单元被配置为以一类似方式接收相应的多个控制信号ci2及ci3。在其他示例中，每个交换支路224、226、228的所述多个交换单元的所述第一开关及第二开关可以接收多个独立的控制信号。
在一个示例中，每个交换支路224、226、228被操作在操作的静态模式及过渡模式(static and transition modes of operation)，以向多个AC输出218提供多个输出信号。在一些示例中，每个交换支路的所述静态模式相应于如上所述的第一状态及第二状态。同样地，每个交换支路的所述过渡模式相应于所述第一状态与第二状态之间的一过渡时期(transition)。这样，当在所述静态模式操作时，每个交换支路可以向它相应的AC输出(即218a、218b或218c)提供所述可变直流电压VP或所述可变直流电压VN。在一些示例中，每个交换支路以所述静态模式被操作以提供多个输出信号的最正部分及最负部分(the mostpositive and negative portions of the plurality of output signals)。类似地，当在所述过渡模式操作时，每个交换支路可以向它相应的AC输出(即218a、218b或218c)至少提供所述可变DC电压VP及/或可变DC电压VN的一部分。在一个示例中，每个交换支路被在所述过渡模式操作，以提供所述多个输出信号的多个中间部分。在某些示例中，所述多个交换支路可以被控制以循环通过所述静态模式及过渡模式，使得被提供给所述多个AC输出218a、218b、218c的所述被合成的多个输出信号(synthesized plurality of outputsignals)具有多个相位偏移(phase offsets)。
应当理解的是，出于说明性目的，所述电力交换电路200的所述DC/AC逆变器206仅被描述为具有三个交换支路及单个交换单元(即，n＝3，k＝1)，并且被限于此特定配置。在其他实施例中，所述DC/AC逆变器206可以被配置为包括不同数量的交换支路及/或不同数量的交换单元。这样的诸多实施例的诸多示例更详细被描述如下(譬如图7A)。
图2C是以图解说明根据本文所描述的诸多方面的用于操作所述电力交换电路200的多个控制信号波形的一图形。如上所述，所述第一DC/DC变换器202被操作以将由所述第一DC电压源208提供的所述第一DC电压VD1变换成所述可变DC电压VP，并且所述第二DC/DC变换器204被操作以将由所述第二DC电压源210提供的所述第二DC电压VD2变换成所述可变DC电压VN。在一个示例中，所述控制信号cd1被振荡以将所述第一DC/DC变换器202的所述交换单元的所述多个开关202a、202b调拨(toggle)为开(on)与关(off)，以从所述第一DC电压VD1派生所述可变DC电压VP。同样地，所述控制信号cd2被振荡以将所述第二DC/DC变换器204的所述交换单元的所述多个开关204a、204b调拨为开与关，以从所述第二DC电压VD2派生所述可变DC电压VN。
如图2C所示，所述多个控制信号cd1及cd2可以在时间上被偏移。例如：所述多个控制信号cd1及cd2可以被偏移，使得所述第一DC/DC变换器202及第二DC/DC变换器204被操作，以提供多个偏移的可变DC电压VP及VN(如图2B所示)。在一些示例中，所述多个控制信号cd1及cd2是多个脉冲宽度调制(PWM)信号。在其他示例中，所述多个控制信号cd1及cd2可以被不同地布置或对准(arranged or aligned differently)。
如上所述，所述DC/AC逆变器206被操作以向所述多个AC输出218提供所述多个输出信号。在一些示例中，所述多个控制信号ci1至ci3可以被振荡，以使所述多个交换支路224、226、228中的每个循环通过所述操作的静态模式及过渡模式，以从所述可变DC电压VP及VN派生所述多个输出信号。例如：当所述多个控制信号ci1至ci3中的每个为高(譬如1)时，所述相应的交换支路被操作在所述第一状态(即静态模式)，以向它相应的AC输出(即，218a、218b或218c)提供所述可变DC电压VP。类似地，当所述多个控制信号ci1至ci3中的每个为低(譬如0)时，所述相应的交换支路被操作在所述第二状态(即静态模式)，以向它相应的AC输出提供所述可变DC电压VN。同样地，当所述多个控制信号ci1至ci3中的每个在高/低之间进行过渡时(即过渡模式)，所述相应的交换支路向它相应的AC输出至少提供所述可变DC电压VP及VN的一部分。
如图2C所示，所述DC/AC逆变器206可以被操作，使得在任何给定时间，仅有所述多个交换支路224、226、228中的一个被操作在所述操作的过渡模式，并且其余交换支路被操作在所述操作的静态模式。例如：在一第一时间段T1期间，所述第一交换支路224由所述控制信号ci1控制，以在所述第一状态(即静态模式)操作，以从所述可变DC电压VP派生它相应的输出信号的最正部分，并且所述第二交换支路226由所述控制信号ci2控制，以在所述第二状态(即静态模式)操作，以从所述可变DC电压VN派生它相应的输出信号的最负部分。同时，所述第三交换支路228由所述控制信号ci3控制以从所述第一状态交换到所述第二状态(即过渡模式)。这样，在所述第一时间段T1期间，所述第三交换支路228从所述多个可变DC电压VP及VN派生它相应的输出信号的一中间部分。
同样地，在一第二时间段T2中，所述第一交换支路224由所述控制信号ci1控制，以保持在所述第一状态(即静态模式)操作，并且继续从所述可变DC电压VP派生它相应的输出信号的最正部分。所述第三交换支路228由所述控制信号ci3控制，以在所述第二状态(即静态模式)操作，以从所述可变DC电压VN派生它相应的输出信号的最负部分。同时，所述第二交换支路226由所述控制信号ci2控制，以从所述第二状态交换到所述第一状态(即过渡模式)。这样，在所述第二时间段T2期间，所述第二交换支路226从所述多个可变DC电压VP及VN派生它相应的输出信号的一中间部分。如图2C所示，在多个时间段T3至T5期间，所述多个交换支路224、226、228可以由所述多个控制信号ci1至ci3连续循环通过所述静态模式及过渡模式，以从所述多个可变DC电压VP及VN派生所述多个输出信号。
在一个示例中，由于一次仅有所述DC/AC逆变器206的一个交换支路被过渡在所述第一状态与第二状态之间(即，在所述过渡模式操作)，因此可以减少诸多交换损耗，从而提高所述DC/AC逆变器206的效率。在一些示例中，由于所述多个可变DC电压VP及VN具备多个零电压周期(zero voltage periods)的多个被斩波的波形(chopped waveforms)，因此在所述DC/AC逆变器206及所述电力交换电路200中的交换损耗可以被进一步减少。
另外，VP具有实质等于所述第一DC电压VD1的一峰值振幅(peak amplitude)，并且VN具有实质等于所述第二DC电压VD2的一峰值振幅。这样，所述DC/AC逆变器206可以被操作以最小化所述多个可变DC电压VP与VN之间的所述差异电压的振幅(譬如通过错开所述多个零电压周期)。在一些示例中，通过最小化所述多个可变DC电压VP与VN之间的所述差异电压的振幅，可以在所述多个输出信号被派生的同时减少所述DC/AC逆变器206上的应力(stress)。
如上所述，所述多个输出信号具有多个相位偏移是可以被期望的。在一些示例中，所述多个控制信号cd1及cd2能够以一频率被振荡，所述频率不同于所述多个输出信号的频率。例如：所述多个控制信号cd1及cd2能够以一频率被振荡，所述频率比所述多个输出信号的频率更快。这样，所述DC/AC逆变器206的所述多个控制信号ci1至ci3可以相对于所述多个DC/DC变换器202、204的所述多个控制信号cd1及cd2被对准，以在所述多个输出信号之间提供多个期望的相位偏移。如图2C所示，所述多个控制信号ci1至ci3可以横跨所述多个控制信号cd1及cd2的多个周期被错开(staggered)，以在所述多个输出信号之间生成所述多个期望的相位偏移。
另外，所述多个控制信号cd1及cd2可以被偏移/被错开(offset/staggered)，使得在所述多个可变DC电压VP及VN的多个零电压段期间(即在VP及VN正在提供V0时)，在所述过渡模式进行操作的多个交换支路可以在所述第一DC输出220与所述第二DC输出222之间被耦接/被解耦(coupled/decoupled)。例如：在所述第一时间段T1期间，所述第三交换支路228由所述控制信号ci3控制，以在所述过渡模式(第一状态到第二状态)操作。基于所述多个控制信号cd1及cd2的对准，在所述可变DC电压VP正在提供V0(如由cd1所指出)的同时，所述第三交换支路228从所述第一DC输出220被解耦。同样地，在所述可变DC电压VN正在提供V0(如由cd2所指出)的同时，所述第三交换支路228被耦接到所述第二DC输出222。
在一个示例中，通过在VP及VN正在提供V0时对所述第一DC输出220与第二DC输出222之间的所述多个交换支路进行耦接/解耦，可以减少所述DC/AC逆变器206的交换损耗。在一些示例中，每个输入交换支路的所述多个交换单元开关可以被打开/关闭，而仅所述输入DC电压VDC的一部分横跨每个交换支路(即，VD1、VD2或V0)被施加。这样，所述多个交换支路(及单元)的所述电力处理要求可以被降低，以提高所述DC/AC逆变器206的效率。在某些示例中，额定(rated)用于较低电力应用的多个开关构件可以被使用以降低成本。
图2D以图解说明根据本文所描述的诸多方面的所述电力交换电路200的多个输出信号。如所述图形250a所示，一第一输出电压V1相应于由所述第一交换支路224提供给所述第一AC输出218a的所述输出信号，一第二输出电压V2相应于由所述第二交换支路226提供给所述第二AC输出218b的所述输出信号，及一第三输出电压V3相应于由所述第三交换支路228提供给所述第三AC输出218c的所述输出信号。在一个示例中，由于所述多个AC电压V1至V3中的每个被派生自所述多个可变DC电压VP及VN，因此各自可以在VD1与VD2之间振荡。
如上所述，在任何给定时间，仅有所述多个交换支路224、226、228中的一个被在所述过渡模式操作，并且其余交换支路被在所述静态模式操作(即第一状态或第二状态)。这样，在任何给定时间，仅有与在所述过渡状态操作的所述交换支路相应的所述输出信号可以在VD1与VD2之间交换。例如：在时间标记262处，所述第一交换支路224被在所述静态模式操作(第一状态)，所述第二交换支路226被在所述静态模式操作(第二状态)，所述第三交换支路228被在所述过渡模式操作。这样，在时间标记262处，所述第一交换支路224提供所述第一输出电压V1的最正部分，所述第二交换支路226提供所述第二输出电压V2的最负部分，所述第三交换支路228提供所述第三输出电压V3的中间部分。
所述图形260b以图解说明与所述第一输出电压V1相关联的一第一输出电流I1、与所述第二输出电压V2相关联的一第二输出电流I2，以及与所述第三输出电压V3相关联的一第三输出电流I3的一示例。如上所述且如图2D所示，所述多个输出信号可以彼此相位偏移。
在一些示例中，所述多个输出信号取决于所述电力交换应用被进一步条件化(conditioned)是可以被期望的。图3A以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路300的一示意图。在一个示例中，除了电力交换电路300包括一滤波器302，所述电力交换电路300与图2A的电力交换电路200实质相同，所述滤波器302被耦接到所述多个AC输出218a至218c，以提供进一步条件化(further conditioning)所述多个输出信号。
在一些示例中，所述多个输出信号V1至V3(在图2D中被示出)可能经受由于操作(即，交换)所述多个DC/DC变换器202、204及所述DC/AC逆变器206导致的失真。在某些示例中，所述失真相应于所述多个DC/DC变换器202、204的所述交换频率的三次谐波(thirdorder harmonic)。在一些示例中，所述滤波器302是一低通滤波器，所述低通滤波器被配置为去除由所述多个DC/DC变换器202、204及所述DC/AC逆变器206注入的高频失真。在一实施例中，所述滤波器302为一LC滤波器。然而，在其他示例中，不同类型的滤波器可以被使用并且被配置为消除不同类型的失真。
如图3A所示，所述滤波器302可以向一负载304提供多个被滤波的输出信号(譬如V1f至V3f)。在某些示例中，所述多个被滤波的输出信号V1f至V3f可以具有与所述被预滤波的多个输出信号不同的波形。例如：所述多个输出信号可以具有一第一波形(譬如方波)，并且所述滤波器302可以被配置为提供多个被滤波的输出信号，所述多个被滤波的输出信号具有一第二波形(譬如正弦波)。
图3B以图解说明根据本文所描述的诸多方面的所述多个被滤波的输出电压的一图形320。在一个示例中，当参考V0时，所述多个被滤波的输出电压V1f至V3f可以在VD1与VD2之间振荡。例如：当以V0(即GND)为参考时，在图形320中所示的所述被滤波的输出电压322相应于所述第一被滤波的输出信号V1f。如上所述，所述多个输出信号可以彼此相位偏移，并且因此可以彼此参考以提供在VD1之上及VD2之下振荡的多个线形输出信号的多个不同变化。例如：所述第一被滤波的输出电压V1f及第二被滤波的输出电压V2f可以彼此参考以提供如图3B所示的线形输出电压324。
在一些示例中，在所述多个输出信号中的每个输出信号之间的相位偏移量取决于特定的电力交换应用(即，所述负载304)。例如：在三相电源应用中，所述负载304是一电化电网或马达(electrical grid or motor)，所述电力交换电路300可以生成所述多个具备相位偏移为120°的输出信号，以提供所需的多个线路输出信号(譬如线形输出电压324)。
如上所述，应当理解的是，本文所描述的诸多实施例不限于特定类型的DC/DC变换器或DC/AC逆变器。例如：所述电力交换电路200的所述多个DC/DC变换器202、204各自包括单个交换单元(m＝1)；然而，在其他示例中，所述多个DC/DC变换器202、204可以包括不同数量的交换单元及/或不同变换器拓扑。类似地，所述电力交换电路200的所述DC/AC逆变器206包括三个交换支路224、226、228(n＝3)，所述交换支路224、226、228具有一个交换单元(k＝1)。然而，在其他示例中，所述DC/AC逆变器206可以包括不同数量的交换支路、每交换支路的不同数量的交换单元，及/或不同的逆变器拓扑。
另外，虽然所述电力交换电路200的所述多个DC/DC变换器202、204被配置为多个两电平变换器(two-level converters)，但是在其他示例中，所述多个DC/DC变换器可以被配置为提供两个以上的电压电平。同样地，虽然所述电力交换电路200的所述DC/AC逆变器206被配置为一个两电平逆变器(two-level inverter)，但是在其他示例中，所述DC/AC逆变器206可以被配置为以两个以上的电压电平进行操作。
在一些示例中，所述DC/DC变换器及所述DC/AC逆变器的诸多配置相应于多个电力交换应用的诸多特定要求。例如：在某些电力交换应用中，可能被期望增加所述DC/DC变换器输出电力的能力，以支持更高的电压。
图4以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路400的一示意图。类似于图2A的所述电力交换电路200，所述电力交换电路400包括一第一DC/DC变换器402、一第二DC/DC变换器404及一DC/AC逆变器406。
在一个示例中，所述DC/DC变换器402、404各自包括多个交换单元(即，m个交换单元)。在某些示例中，增加所述交换单元的数量(即，m)可以改善所述多个DC/DC变换器402、404的功率处理能力(power handling capability)。例如：被包括在每个DC/DC变换器中的多个交换单元的数量可以相应于所述(多个)DC输入电压的振幅。在一些示例中，包括有多个附加的交换单元可以改善横跨多个交换单元的电压分布，并且可以允许各个开关的额定电压被减少。在所述以图解说明的示例中，所述多个DC/DC变换器402、404各自包括两个交换单元(m＝2)，以提供所述电力交换电路400的被增加的输出电力能力。所述第一DC/DC变换器402包括一第一交换单元402a及一第二交换单元402b。同样地，所述第二DC/DC变换器404包括一第一交换单元404a及一第二交换单元404b。
在某些示例中，一个或多个电容器可以被耦接在每个DC/DC变换器402、404的所述多个交换单元之间，以存储被提供给所述多个DC/DC变换器402、404的所述多个DC电压的一部分。在一些示例中，在每个DC/DC变换器402、404中被包括的多个电容器的数量相应于m-1。例如：由于所述多个DC/DC变换器402、404各自包括两个交换单元(m＝2)，因此所述第一DC/DC变换器402可以包括一第一电容器403，所述第一电容器403被耦接在所述第一交换单元402a与第二交换单元402b之间，并且所述第二DC/DC变换器404可以包括一第二电容器405，所述第二电容器405被耦接在所述第一交换单元404a与第二交换单元404b之间。所述第一电容器403被配置为至少存储被提供给所述第一DC/DC变换器402的所述第一DC电压VD1的一部分，并且所述第二电容器405被配置为至少存储被提供给所述第二DC/DC变换器404的所述第二DC电压VD2的一部分。
在其他实施例中，所述DC/DC变换器402、404可以包括两个以上的交换单元(m＞2)，并且多个电容器能够以一类似方式被耦接在每个DC/DC变换器的第二交换单元与第三交换单元之间，诸如此类。在这样的示例中，由每个电容器存储的所述多个DC电压(VD1、VD2)的所述多个部分相应于每个DC/DC变换器402、404中的多个交换单元的数量(即，m)及每个交换单元汲取的电流量。
在一些示例中，所述电力交换电路400可以包括多个DC电压源选择器(DC voltagesource selectors)408a及408b，以向所述多个DC/DC变换器402、404选择性地提供所述第一DC电压VD1及第二DC电压VD2的各个部分。(譬如VD1/2、VD2/2等)。在一个示例中，由于所述第一DC电压VD1及第二DC电压VD2的不同部分可以被提供给所述多个DC/DC变换器402、404，因此所述多个DC/DC变换器402、404可以被配置为提供两个以上的电压电平。这样，由所述多个DC/DC变换器402、404生成的所述可变DC电压可以在两个以上的电压电平(譬如V0、VD1/2、VD1、VD2/2、VD2等)之间振荡。如图4所示，所述多个电压选择器408a、408b可以各自包括一个或多个交换单元，所述交换单元可被操作，以向所述多个DC/DC变换器402、404提供各种DC电压。
如图4所示，所述DC/AC逆变器406包括三个交换支路(n＝3)，所述交换支路具有四个交换单元(k＝2)。在一个示例中，所述DC/AC逆变器406被配置为三相中性点钳位(NPC)逆变器。在一些示例中，所述DC/AC逆变器406以与图2A的所述电力交换电路200的所述DC/AC逆变器206的一相似方式被操作。例如：在任何给定时间，所述DC/AC逆变器406能够将一个交换支路操作在一过渡模式，并且将其余交换支路操作在一静态模式，以向所述负载408提供多个输出信号。在某些示例中，所述NPC逆变器配置使用具备多个被降低的电压额定值(reduced voltage ratings)的多个串联耦接的开关，来提供对所述多个可变DC电压VP及VN支持的能力。
图5以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路500的一示意图。类似于图2A的所述电力交换电路200，所述电力交换电路500包括一第一DC/DC变换器502、一第二DC/DC变换器504及一DC/AC逆变器506。
如图所示，所述多个DC/DC变换器502、504各自包括两个交换单元(m＝2)。在一示例中，所述多个DC/DC变换器502、504被配置为多个飞电容多电平(FCML)变换器。这样，所述多个DC/DC变换器502、504可以被操作为多个三电平变换器(three-level converters)。在一些示例中，由于所述视在交换频率(apparent switching frequency)在每个DC/DC变换器502、504的输出处被加倍，因此所述FCML配置提供以多个被降低的交换频率操作所述DC/DC变换器502、504的所述多个开关的能力。这样，所述多个DC/DC变换器502、504可以被操作以提供被减少的交换/传导(switching/conduction)损耗及更低的谐波失真。另外，由于所述FCML配置被与所述电源电压中点(即V0)隔离，因此包括有一DC总线平衡器可以是可选的。
在一个示例中，类似于图2A的所述电力交换电路200的所述DC/AC逆变器206，所述DC/AC逆变器506包括三个交换支路(n＝3)，所述交换支路具有一个交换单元(k＝1)。然而，在其他示例中，所述DC/AC逆变器506可以包括不同数量的交换支路、不同数量的交换单元及/或不同逆变器拓扑。
在一些示例中，所述电力交换电路500以与图2A的所述电力交换电路200类似的方式被操作。例如：所述多个DC/DC变换器502、504可以被操作以从所述输入DC电压VDC的各个部分生成多个可变DC电压，并且所述DC/AC逆变器506可以被操作以向所述负载508提供多个输出信号。
图6A以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路600的一示意图。类似于图2A的所述电力交换电路200，所述电力交换电路600包括一第一DC/DC变换器602、一第二DC/DC变换器604及一DC/AC逆变器606。
在一个示例中，所述多个DC/DC变换器602、604被配置为多个FCML变换器，所述多个FCML变换器类似于图5的所述电力交换电路500的所述多个DC/DC变换器502、504(即，m＝2)。如图所示，所述DC/AC逆变器606包括三个交换支路(n＝3)，所述交换支路具有一个交换单元(k＝1)。在一些示例中，所述DC/AC逆变器606被配置为一T型NPC(T-NPC)逆变器。这样，所述DC/AC逆变器606可以被操作为配置为一个三电平逆变器，所述三电平逆变器被配置为从所述第一DC/DC变换器602、所述第二DC/DC变换器604及一中点/中性连接构造(midpoint/neutral connection)接收多个DC输入电压。在一些示例中，所述电力交换电路600能够以与上述示例类似的方式被操作以提供多个输出信号。在某些示例中，所述T-NPC逆变器配置可以被操作，以在多个过渡状态期间向所述多个逆变器输出(譬如A、B、C)提供所述中点电压(即，V0)，以减少输出电压失真。
图6B以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路650的一示意图。在一个示例中，除了所述电力交换电路650包括多个附加开关652a、652b、654a及654b，所述电力交换电路650与图6A的所述电力交换电路600实质相同。
在一些示例中，所述多个附加开关652a及652b可以与所述第一DC/DC变换器602并联耦接，并且被控制以减少与所述第一DC/DC变换器602的操作相关联的传导损耗。同样地，所述多个附加开关654a及654b可以与所述第二DC/DC变换器604并联耦接，并且被控制以减少与所述第二DC/DC变换器604的操作相关联的传导损耗。在一个示例中，所述多个附加开关可以是多个晶体管，诸如多个MOSFET、多个IGBT、多个BJT；然而，在其他示例中，所述多个附加开关可以是多个二极管。在一些示例中，所述附加开关可以是一晶体管，所述晶体管具备一并联耦接的二极管。
图7A以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路700的一示意图。类似于图2A的所述电力交换电路200，所述电力交换电路700包括一第一DC/DC变换器702、一第二DC/DC变换器704及一DC/AC逆变器706。
如图所示，所述多个DC/DC变换器702、704被配置为多个FCML变换器，所述多个FCML变换器类似于图5的所述电力交换电路500的所述多个DC/DC变换器502、504(即，m＝2)。在一个示例中，所述DC/AC逆变器706包括三个交换支路(n＝3)，所述交换支路具有两个交换单元(k＝2)。在一些示例中，所述DC/AC逆变器706被配置为一个三相NPC逆变器(即，三电平(three-level))。这样，所述DC/AC逆变器706可以被操作为配置为一个三电平逆变器，所述三电平逆变器被配置为从所述第一DC/DC变换器702、所述第二DC/DC变换器704及一中点/中性连接构造接收多个DC输入电压。在一些示例中，所述电力交换电路700能够以与上述示例类似的方式被操作，以提供多个输出信号，所述多个输出信号具备被增强的电源处理能力。
图7B以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力交换电路750的一示意图。在一个示例中，除了所述电力交换电路750包括多个附加开关724a、724b、726a、726b、728a及728b，所述电力交换电路750与所述电力交换电路700实质相同。
在一些示例中，所述多个附加开关724a及724b与所述DC/AC逆变器706的一第一交换支路724并联耦接，并且被控制以减少与所述DC/AC逆变器706的操作相关联的传导损耗。类似地，所述多个附加开关726a及726b与所述DC/AC逆变器706的一第二交换支路726并联耦接，以及所述多个附加开关728a及728b与所述DC/AC逆变器706的一第三交换支路728并联耦接，并且被控制以减少与所述DC/AC逆变器706的操作相关联的传导损耗。例如：所述多个附加开关可以改善在所述DC/AC逆变器706内的电流共享(current sharing)。在一个示例中，所述多个附加开关各自具有与其他逆变器开关相同的多个电压/电流额定值，这样，被施加到所述DC/AC逆变器706的每个开关的电压及电流可以被减少。在其他示例中，所述多个附加开关能够以不同的半导体技术(譬如硅、碳化硅、氮化镓等)被配置，以优化电流共享。在一个示例中，所述多个附加开关可以是多个晶体管，诸如多个MOSFET、多个IGBT或多个BJT；然而，在其他示例中，所述多个附加开关可以是多个二极管。在一些示例中，所述多个附加开关可以是一晶体管，所述晶体管具备一并联耦接的二极管。
在某些示例中，多个附加开关可以与被包括在所述DC/DC变换器702、704及/或所述DC/AC逆变器706中的多个交换单元的所述第一开关及/或第二开关串联耦接。在一些示例中，所述多个附加开关可以被配置为不同的装置类型及/或具备不同的半导体技术，以进一步减少损耗。例如：一对开关可以被配置为一混合硅IGBT与碳化硅MOSFET器件(hybridSilicon IGBT-Silicon Carbide MOSFET device)。在操作过程中，所述碳化硅MOSFET可以比所述硅IGBT更早被交换，从而允许以一较低的电压(譬如0V)进行交换。这样，可以减少或消除与所述硅IGBT相关的交换损耗。在其他示例中，不同类型的装置及/或半导体技术可以取决于电力交换应用而被利用。
在一些示例中，如上所述的电力交换电路可以与相应于特定电力交换应用的附加电路组合。例如：图8A以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一电力驱动系统(powerdrive system)800的一框图。如图所示，所述电力驱动系统800包括一有源前端(activefront end)(即，整流器)804、一第一DC斩波器级(DC chopper stage)806、一DC总线平衡器808、一第一DC电压源810、一第二DC电压源812、一第三DC电压源814、一第二DC斩波器级816及一DC/AC逆变器818。
在一些示例中，所述有源前端804被配置为从一电化电网802接收AC电力，将所述被接收到的AC电力变换成具有一输入DC电压VDC的DC电力，并且向所述第一DC斩波器级806提供所述输入DC电压VDC。在一个示例中，所述第一DC斩波器级806的一第一DC/DC变换器806a接收一第一DC电压VD1(即，VDC的一第一部分)，并且所述第一DC斩波器级806的一第二DC/DC变换器806b接收一第二DC电压VD2(即，VDC的一第二部分)。
在一些示例中，所述第一DC/DC变换器806a及第二DC/DC变换器806b能够以与如上示例中被描述的所述多个DC/DC变换器(譬如图2A的所述电力交换电路200的所述多个DC/DC变换器202、204)相似的方式被操作。例如：所述第一DC/DC变换器806a从所述第一DC电压VD1生成一可变DC电压VP1，并且向所述第一DC电压源810提供所述可变DC电压VP1。同样地，所述第二DC/DC变换器806b从所述第二DC电压VD2生成一可变DC电压VN1，并且向所述第二DC电压源812提供所述可变DC电压VN1。
在一些示例中，所述第三DC电压源814被耦接在所述第一DC电压源810与第二DC电压源812之间，以支持所述多个可变DC电压VP1及VN1的多个中间部分。所述总线平衡器808被配置为调节横跨所述多个DC电压源810、812、814的所述多个可变DC电压VP1及VN1的分布。
在一些示例中，所述第一DC电压源810向所述第二斩波器级816的一第一DC/DC变换器816a至少提供所述可变DC电压VP1的一部分。同样地，所述第二DC电压源812向所述第二斩波器级816的一第二DC/DC变换器816b至少提供所述可变DC电压VN1的一部分。在一个示例中，所述第一DC/DC变换器816a及第二DC/DC变换器816b能够以与所述第一斩波器级806的所述多个DC/DC变换器806a、806b类似的方式被操作。这样，所述第一DC/DC变换器816a至少从所述可变DC电压VP1的一部分生成一可变DC电压VP2，以及所述第二DC/DC变换器816b至少从所述可变DC电压VN1的一部分生成一可变DC电压VN2。在一些示例中，所述多个可变DC电压VP2及VN2可以在与所述多个可变DC电压VP1及VN1不同的(譬如较低的)电压电平之间振荡。
所述多个可变DC电压VP2及VN2被提供给所述DC/AC逆变器818。在一个示例中，所述DC/AC逆变器818能够以与如上示例中被描述的所述DC/AC逆变器(譬如图2A的所述电力交换电路200的所述DC/AC逆变器206)相似的方式被操作。这样，所述DC/AC逆变器818可以被操作以向所述负载820提供多个输出信号。
图8B以图解说明根据本文所描述的诸多方面的所述电力驱动系统800的一示意图。如图所示，所述有源前端804及所述DC/AC逆变器818都可以被配置为三相NPC逆变器，所述三相NPC逆变器具有三个交换支路，每个交换支路具有四个交换单元(即，n＝3，k＝2)；然而，在其他示例中，所述有源前端804及所述DC/AC逆变器818可以被不同地配置。在一些示例中，所述第一斩波器级806的所述第一DC/DC变换器806a及第二DC/DC变换器806b以及所述第二斩波器级816的所述第一DC/DC变换器816a及第二DC/DC变换器816b被配置为多个FCML变换器(即，m＝2)；然而，在其他示例中，所述多个DC/DC变换器可以被不同地配置。类似于如上所述的多个示例，所述多个DC电压源810、812及814可以包括多个电容器。被耦接到所述多个DC电压源810、812及814中的每个的一多电平总线平衡器(multi-level busbalancer)808的一示例被示出。
图9A以图解说明根据本文所描述的诸多方面的一不间断电源供应(UPS)系统900的一框图。如图所示，所述UPS系统900包括一有源前端904、一DC/AC逆变器906、一第一DC/DC变换器908、一第二DC/DC变换器910、一DC总线912、一第一DC电压源914、一第二DC电压源916、一第三电压源918及一DC总线平衡器920。
在一个示例中，所述有源前端904、所述DC/AC逆变器906以及所述第一DC/DC变换器908及第二DC/DC变换器910各自被耦接到所述DC总线912。所述DC总线912包括一正轨(positive rail)912a及一负轨(negative rail)912b，所述正轨912a被耦接到所述有源前端904、所述DC/AC逆变器906及所述第一DC/DC变换器908，所述负轨912b被耦接到所述有源前端904、所述DC/AC逆变器906及所述第二DC/DC变换器910。
在一些示例中，所述有源前端904是一AC/DC变换器(AC/DC converter)(譬如整流器)，所述AC/DC变换器被配置为从一电化电网902接收AC电力并且将所述被接收到的AC电力变换成具有一输入DC电压VDC的DC电力。所述输入的直流电压VDC通过所述第一DC/DC变换器908及第二DC/DC变换器910被提供给所述第一DC电压源914及所述第二DC电压源916。
在一些示例中，所述第三DC电压源918被耦接在所述第一DC电压源914与第二DC电压源916之间，以存储所述输入DC电压VDC的一中间部分。所述总线平衡器920被配置为调节横跨所述多个DC电压源914、916、918的输入DC电压VDC的分布。
在一个示例中，所述第一DC/DC变换器908及第二DC/DC变换器910能够以与如上所述的DC/DC变换器(譬如图2A的所述电力交换电路200的所述DC/DC变换器202、204)相似的方式被操作。这样，所述第一DC/DC变换器908从所述输入DC电压VDC的一第一部分VD1生成一可变DC电压VP。同样地，所述第二DC/DC变换器910从所述输入DC电压VDC的一第二部分VD2生成一可变DC电压VN。所述多个可变DC电压VP及VN通过正DC总线轨912a及负DC总线轨912b被提供给所述DC/AC逆变器906。
在一个示例中，所述DC/AC逆变器906被配置为以与如上所述的多个DC/AC逆变器(譬如图2A的所述电力交换电路200的所述DC/AC逆变器206)相似的方式被操作。例如：所述DC/AC逆变器206可以包括多个交换支路，所述多个交换支路被配置为被操作在所述静态状态及过渡状态，以从所述多个可变DC电压VP及VN派生多个输出信号。所述多个输出信号可以是被提供给所述负载920的多个AC信号。
在一些示例中，所述有源前端904被配置为操作成一双向变换器(bi-directionalconverter)。例如：除了变换从所述电网902被接收的AC电力，所述有源前端904还可以从所述DC总线912接收DC电力(即，所述多个可变DC电压VP及VN)，将所述DC电力变换成AC电力，并且将AC电力反馈给所述电网902。
图9B以图解说明根据本文所描述的诸多方面的所述UPS系统900的一示意图。如图所示，所述有源前端904及所述DC/AC逆变器906都可以被配置为三相T-NPC逆变器，所述三相T-NPC逆变器具有三个交换支路，所述交换支路具有两个交换单元(即，n＝3，k＝2)；然而，在其他示例中，所述有源前端904及所述DC/AC逆变器906可以被不同地配置。在一些示例中，所述第一DC/DC变换器908及第二DC/DC变换器910可以被配置为多个FCML变换器(即，m＝2)；然而，在其他示例中，所述多个DC/DC变换器可以被不同地配置。类似于如上所述的诸多示例，所述多个DC电压源914及916可以包括多个电容器。
图10A至图10D以图解说明根据本文所描述的诸多方面的各种DC总线平衡器配置。图10A至图10D的所述多个DC母线平衡器配置中的每个可以被包括在如上所述的电力交换电路及系统中的任何一个。例如：所述多个DC总线平衡器配置中的每个可以被利用作为图1B及图1D的所述多个电力交换拓扑120、160的所述多个DC总线平衡器122、162。同样地，每个DC总线平衡器配置可以被利用作为图8A的所述电力驱动系统800的所述DC总线平衡器808及图9A的所述UPS系统900的所述DC总线平衡器920。
图11是以图解说明根据本文所描述的诸多方面的各种DC总线平衡器配置的扼流电流纹波(choke current ripple)与占空比的一函数的一图形。在一些示例中，所述扼流电流纹波相应于在每个DC总线平衡器配置中被实现的DC/DC变换器的类型以及进行操作的占空比。举例来说，在图11中的迹线1102相应于被实现为一3电平DC/DC变换器(3-levelDC/DC converter)的一DC总线平衡器配置(DC bus balancer configuration)的所述扼流电流纹波。如图所示，通过以一50％的占空比操作所述3电平DC/DC变换器，所述扼流电流纹波可以被最小化。同样地，迹线1104相应于被实现为一4电平DC/DC变换器的一DC总线平衡器配置的所述扼流电流纹波，并且所述扼流纹波可以通过以一33％或66％占空比操作所述4电平DC/DC变换器被最小化。这样，通过以最佳占空比操作DC总线平衡器配置的DC/DC变换器，可以将电流纹波及扼流圈的体积降至最低。
在各种示例中，一控制器可以被配置为操作如上所述的多个电力交换电路及系统中的任何一个。例如：所述控制器可以控制本文所提供的所述多个DC/DC变换器、多个DC/AC逆变器或其他电路中的任何一个。使用被存储在相关联的存储器中的数据，所述控制器可被操作以执行一个或多个指令，所述指令可以导致被包括在所述电力变换电路中的一个或多个电力开关的操控(manipulation)。在一些示例中，所述控制器可以包括一个或多个处理器或其他类型的控制器。所述控制器可以在一处理器上进行本文所讨论的诸多功能的一部分，并且使用被量身定制(tailored)以进行诸多特定操作的一专用集成电路(ASIC)来进行另一部分。根据本发明的诸多示例可以使用硬件及软件的许多特定组合以执行本文所描述的诸多操作，并且本发明不限于硬件及软件构件的任何特定组合。
如上所述，本文提供用于中压及高压电力交换应用的更有效的多电平逆变器拓扑。在至少一个实施例中，一第一变换级从多个输入DC电压生成多个可变DC电压，以及一第二变换级从所述多个可变DC电压派生多个AC输出信号。在一个示例中，使用多个多电平DC/DC变换器(multi-level DC/DC converters)提供所述多个可变DC电压，并且使用一DC/AC逆变器派生所述多个AC输出。这样的多个拓扑可以在中压及高压电力交换应用中提供改进的效率，并且在某些示例中，在降低成本同时可以提高效率及功率密度。
因此，本发明至少一个实施例的几个方面已经被描述，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改及改进。这样的改变、修改及改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神及范围内。因此，前面的描述及附图仅作为示例。

Claims (20)

1.一种电力交换电路，其特征在于：所述电力交换电路包含：
一第一DC/DC变换器，具有一第一输入，被配置为接收一第一输入DC电压，及一输出，被配置为提供一第一输出DC电压；
一第二DC/DC变换器，具有一第一输入，被配置为接收一第二输入DC电压，及一输出，被配置为提供一第二输出DC电压；
一DC/AC逆变器，具有一第一输入，被耦接到所述第一DC/DC变换器的所述输出，及一第二输入，被耦接到所述第二DC/DC变换器的所述输出，所述DC/AC逆变器包括n(n>2)个交换支路，每个交换支路具有k个交换单元，所述k个交换单元被耦接在所述第一输入与所述第二输入之间；及
至少一个控制器，被耦接到所述第一DC/DC变换器、所述第二DC/DC变换器及所述DC/AC逆变器，所述至少一个控制器被配置为操作所述DC/AC逆变器，通过将所述n个交换支路中的两个操作在一静态状态及将所述n个交换支路中的n-2个操作在一过渡状态，以向至少一个负载提供n个AC信号，所述至少一个负载被耦接到所述DC/AC逆变器。
2.根据权利要求1所述的电力交换电路，其特征在于：所述电力交换电路还包括：
一正DC总线，被耦接到所述第一DC/DC变换器；
一负DC总线，被耦接到所述第二DC/DC变换器；及
一第一DC电压源及一第二DC电压源，被耦接在所述正DC总线与所述负DC总线之间，所述第一DC电压源被配置为向所述第一DC/DC变换器提供所述第一输入DC电压，并且所述第二DC电压源被配置为向所述第二DC/DC变换器提供所述第二输入DC电压。
3.根据权利要求2所述的电力交换电路，其特征在于：所述第一输入DC电压及所述第二输入DC电压相应于所述正DC总线与所述负DC总线之间的一输入DC电压的多个被分配的部分。
4.根据权利要求1所述的电力交换电路，其特征在于：所述第一DC/DC变换器及所述第二DC/DC变换器各自包括m个交换单元，并且所述m个交换单元中的每个交换单元至少包括一第一开关及一第二开关，所述第一开关及一第二开关被配置为操作在多个互补状态。
5.根据权利要求1所述的电力交换电路，其特征在于：所述控制器还被配置为操作所述第一DC/DC变换器，使得所述第一输出DC电压为一正可变DC电压，所述正可变DC电压具有一第一占空比，并且操作所述第二DC/DC变换器，使得所述第二输出DC电压为一负可变DC电压，所述负可变DC电压具有一第二占空比。
6.根据权利要求5所述的电力交换电路，其特征在于：所述DC/AC逆变器的所述第一输入被直接耦接到所述第一DC/DC变换器的所述输出，以接收所述正可变DC电压，并且所述DC/AC逆变器的所述第二输入被直接耦接到所述第二DC/DC变换器的所述输出，以接收所述负可变DC电压。
7.根据权利要求6所述的电力交换电路，其特征在于：在所述静态状态操作的每个交换支路被配置为向所述负载提供从所述正可变DC电压及所述负可变DC电压中的一个被派生的一静态输出电压，所述静态输出电压相应于所述n个AC信号中的最正部分及最负部分中的一个。
8.根据权利要求7所述的电力交换电路，其特征在于：在所述静态状态操作的每个交换支路的一输出通过所述k个交换单元中的至少一个被耦接到所述DC/AC逆变器的所述第一输入及所述第二输入中的一个。
9.根据权利要求6所述的电力交换电路，其特征在于：在所述过渡状态操作的每个交换支路被配置为向所述至少一个负载提供从所述正可变DC电压及所述负可变DC电压被派生的一过渡输出电压，所述过渡输出电压相应于所述多个n个AC信号的多个中间部分。
10.根据权利要求9所述的电力交换电路，其特征在于：在所述过渡状态操作的每个交换支路的一输出通过所述k个交换单元中的至少一个在所述DC/AC逆变器的至少所述第一输入与所述第二输入之间被交换。
11.一种用于操作一电力交换电路的方法，其特征在于：包括步骤：
在一第一DC/DC变换器的一输入处接收一正DC电压，并且在一第二DC/DC变换器的一输入处接收一负DC电压；
控制所述第一DC/DC变换器以提供一第一DC电压，并且控制所述第二DC/DC变换器以提供一第二DC电压；
在一DC/AC逆变器的一第一输入处接收所述第一DC电压，并且在所述DC/AC逆变器的一第二输入处接收所述第二DC电压，所述DC/AC逆变器具有n个(n>2)交换支路，所述交换支路具有k个交换单元；及
通过在任何给定时间将所述n个交换支路中的两个操作在一静态状态及将n-2个交换支路操作在一过渡状态，控制所述DC/AC逆变器以提供从所述第一DC电压及所述第二DC电压被派生的n个AC输出信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：控制所述第一DC/DC变换器以提供所述第一DC电压的步骤还包括操作所述第一DC/DC变换器，使得所述第一DC电压为一第一可变DC电压，所述第一可变DC电压具有一第一占空比，并且控制所述第二DC/DC变换器以提供所述第二DC电压的步骤还包括操作所述第二DC/DC变换器，使得所述第二DC电压为一第二可变DC电压，所述第二可变DC电压具有一第二占空比。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：将每个相应的交换支路在所述静态状态操作的步骤包括控制所述交换支路以提供从所述第一可变DC电压及所述第二可变DC电压中的一个被派生的一静态输出电压，所述静态输出电压相应于所述n个AC输出信号的最正部分及最负部分中的一个。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：将每个相应的交换支路在所述过渡状态操作的步骤包括控制所述交换支路以提供从所述第一可变DC电压及所述第二可变DC电压被派生的一输出电压，所述过渡输出电压相应于所述n个AC输出信号的多个中间部分。
15.一种不间断电源供应系统，其特征在于：所述不间断电源供应系统包括：一输入，被配置为被耦接到一AC源并且从所述AC源接收输入的AC电力；
一输出，被配置为向一负载提供输出的AC电力；
一变换器，被耦接到所述输入并且被配置为将所述输入的AC电力变换成DC电力；
一DC总线，被耦接到所述变换器并且被配置为从所述变换器接收DC电力；
一第一DC/DC变换器，具有一第一输入，被配置为接收一第一输入DC电压，及一输出，被配置为提供一第一输出DC电压；
一第二DC/DC变换器，具有一第一输入，被配置为接收一第二输入DC电压，及一输出，被配置为提供一第二输出DC电压；
至少一个DC/AC逆变器，具有被耦接到所述第一DC/DC变换器的所述输出的一第一输入及被耦接到所述第二DC/DC变换器的所述输出的一第二输入，所述至少一个DC/AC逆变器包括n(n>2)个交换支路，所述交换支路具有被耦接在所述第一输入与所述第二输入之间的k个交换单元；及
至少一个控制器，被耦接到所述第一DC/DC变换器、所述第二DC/DC变换器及所述DC/AC逆变器，所述至少一个控制器被配置为操作所述至少一个DC/AC逆变器，通过将n个交换支路中的两个操作在一静态状态及将n个交换支路中的n-2个操作在一过渡状态，以向被耦接到所述至少一个DC/AC逆变器的所述输出提供n个AC信号。
16.根据权利要求15所述的不间断电源供应系统，其特征在于：所述不间断电源供应系统还包括：
所述DC总线的一正轨，被耦接到所述第一DC/DC变换器；
所述DC总线的一负轨，被耦接至所述第二DC/DC变换器；及
一第一DC电压源及一第二DC电压源，被耦接在所述DC总线的所述正轨与所述DC总线的所述负轨之间，所述第一DC电压源被配置为向所述第一DC/DC变换器提供所述第一输入DC电压，以及所述第二DC电压源被配置为向所述第二DC/DC变换器提供所述第二输入DC电压。
17.根据权利要求16所述的不间断电源供应系统，其特征在于：所述第一输入DC电压及所述第二输入DC电压相应于所述DC总线的所述正轨与所述DC总线的所述负轨之间的一DC总线电压的多个被分配的部分。
18.根据权利要求15所述的不间断电源供应系统，其特征在于：所述控制器还被配置为操作所述第一DC/DC变换器，使得所述第一输出DC电压为一正可变DC电压，所述正可变DC电压具有一第一占空比，并且操作所述第二DC/DC变换器，使得所述第二输出DC电压为一负可变DC电压，所述负可变DC电压具有一第二占空比。
19.根据权利要求18所述的不间断电源供应系统，其特征在于：在所述静态状态操作的每个交换支路被配置为向所述输出提供从所述正可变DC电压及所述负可变DC电压中的一个被派生的一静态输出电压，所述静态输出电压相应于所述n个AC信号的最正部分及最负部分中的一个。
20.根据权利要求18所述的不间断电源供应系统，其特征在于：在所述过渡状态操作的每个交换支路被配置为向所述输出提供从所述正可变DC电压及所述负可变DC电压被派生的一过渡输出电压，所述过渡输出电压相应于所述n个AC信号的多个中间部分。
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