CN114257089A - 级联型变换系统及其均压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种级联型变换系统及其均压控制方法，包含级联的多个变换电路。每一变换电路包含直流侧电容、开关单元及控制单元。该多个变换电路的直流侧电容串联电连接。于任一变换电路中，开关单元并联连接于直流侧电容，且包含多个桥臂，其中每一桥臂包含第一开关及第二开关。控制单元用于根据直流侧电容上的电压控制开关单元中的开关。控制单元控制第一开关及第二开关交替导通，且所有第一开关同步导通及断开，所有第二开关同步导通及断开，以使多个变换电路的多个直流侧电容上的电压相等。

Description

级联型变换系统及其均压控制方法
技术领域
本公开涉及一种变换系统及其控制方法，特别涉及一种级联型变换系统及其均压控制方法。
背景技术
在高压直流-直流变换应用中，常采用多个直流-直流电气模块相串联的结构，其中，直流侧级联变换器多采用模块化设计，并于同一模块中设置辅助电源和功率变换电路，以使模块可由其内部取电，然而，因辅助电源本身无法实现自主均压，故在变换系统启动及待机时，需要采取额外措施实现输入均压，以防止损坏器件。
现有技术多利用大功率绕线电阻及高压直流继电器形成放电电路，以通过对高压直流母线进行放电而调整电压，且通过于母线中并联电阻，从而实现输入均压。然而放电电路和并联电阻的存在导致系统的体积较大，所需成本亦较高。再者，需要为继电器的驱动电路加强绝缘，将占用较多体积。
因此，如何发展一种可改善上述现有技术的级联型变换系统及其均压控制方法，实为目前迫切的需求。
发明内容
本公开的目的在于提供一种级联型变换系统及其均压控制方法，级联型变换系统包含级联的多个变换电路。基于开关损耗会消耗电能的原理，可通过控制各个变换电路中的开关频率分别调整各个变换电路中的电容上的电压，进而使所有变换电路中的电容上的电压相等，从而实施输入均压。因此，可大幅减少实现输入均压所需的成本及占用体积。
为达上述目的，本公开提供一种级联型变换系统，包含级联的多个变换电路。每一变换电路包含直流侧电容、开关单元及控制单元。该多个变换电路的直流侧电容串联电连接。于任一变换电路中，开关单元并联连接于直流侧电容，且包含多个桥臂，其中每一桥臂包含第一开关及第二开关。控制单元耦接于开关单元及直流侧电容，用于根据直流侧电容上的电压输出包含开关频率的驱动信号以控制开关单元中的开关的启闭。控制单元根据驱动信号控制第一开关及第二开关以该开关频率交替导通，且于多个桥臂中，所有第一开关同步导通及断开，所有第二开关同步导通及断开，以使多个变换电路的多个直流侧电容上的电压相等。
为达上述目的，本公开另提供一种架构于控制级联型变换系统的均压控制方法，包含步骤：(a)于任一变换电路中，根据直流侧电容上的电压产生包含开关频率的驱动信号；以及(b)根据驱动信号控制第一开关及第二开关以开关频率交替导通，且控制所有第一开关同步导通及断开，控制所有第二开关同步导通及断开，以使多个变换电路的多个直流侧电容上的电压相等。
附图说明
图1为本公开优选实施例的级联型变换系统的直流侧电路的电路架构示意图。
图2为本公开优选实施例的第一开关及第二开关的导通时序示意图。
图3及图4示出了本公开优选实施例的开关单元在不同时间点的开关启闭状态。
图5为本公开优选实施例的控制单元的电路架构示意图。
图6为图5的控制单元适用于级联型变换系统时的电路架构示意图。
图7、图8及图9为图1的开关单元的不同变化例的电路结构示意图。
图10为本公开优选实施例的放电电路的电路架构示意图。
图11为本公开优选实施例的均压控制方法的步骤示意图。
附图标记说明如下：
1：变换电路
C：直流侧电容
11、11a、11b、11c：开关单元
12：控制单元
13：比较器
14：控制器
15：驱动生成器
16：放电电路
161：均压控制单元
162：失效保护单元
163：放电控制单元
164：失效检测单元
Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16、Q17、Q18、Q19：第一开关
Q21、Q22、Q23、Q24、Q25、Q26、Q27、Q28、Q29：第二开关
t0、t1、t2、t3、t4：时间
VGS：栅极-源极电压
Cds、Cp：电容
Vgs1、Vgs2、VgsN：驱动信号
fS、fS1、fS2、fSn：开关频率
VREF：参考电压
VFB、VFB1、VFB2、VFBn：电压
R：电阻
Q3：第三开关
D1、D2、D3、D4：二极管
S1、S2：步骤
具体实施方式
体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明的用，而非用以限制本公开。
图1为本公开优选实施例的级联型变换系统的直流侧电路的电路架构示意图。本公开的级联型变换系统可为直流-直流变换系统或直流-交流变换系统，如图1所示，级联型变换系统的直流侧包含级联的多个变换电路1。每一变换电路1包含直流侧电容C、开关单元11及控制单元12。该多个变换电路1的多个直流侧电容C串联电连接。于任一变换电路1中，开关单元11并联连接于直流侧电容C，且包含多个桥臂，每一桥臂包含第一开关及第二开关。控制单元12耦接于开关单元11及直流侧电容C，且控制单元12用以根据直流侧电容C上的电压输出包含开关频率的驱动信号，以通过该驱动信号控制开关单元11中的开关的启闭。于任一变换电路1中，控制单元12根据驱动信号控制开关单元11中的第一开关及第二开关以该开关频率交替导通，且所有的第一开关皆同步导通及断开，所有的第二开关皆同步导通及断开，使得所有变换电路1的直流侧电容C上的电压近似相等，借此实现均压。于一些实施例中，在任一变换电路1中，控制单元12将直流侧电容C上的电压与参考电压进行比较，如发现直流侧电容C上的电压与参考电压有偏差，且在变换电路1工作于第一状态时，则依据上述比较结果调整驱动信号及开关频率，使直流侧电容C上的电压趋近参考电压，且所有变换电路1均对应于同一参考电压，其中参考电压等于级联型变换系统所接收的输入电压除以变换电路1的个数，抑或是等于所有变换电路1的直流侧电容C上的电压总和的平均值。于一些实施例中，每一变换电路1还包含辅助电源，辅助电源是自直流侧电容C取电，并为控制单元12供电。
于本实施例中，变换电路工作于第一状态是指变换电路无法对外输出功率，即输出功率特别小甚者是没有。第一状态例如但不限于待机状态(输入有电压，输出无电压)，空载状态(输入有电压，输出有电压但没有负载)，极轻载状态(输入有电压，输出有电压但负载特别小)。
本公开是基于开关损耗会消耗电能的原理，通过控制各个变换电路1中的开关频率分别调整各个变换电路1中的直流侧电容C上的电压，进而使所有变换电路1中的直流侧电容C上的电压近似相等，从而实施输入均压。因此，可大幅减少为实现输入均压所需的成本及电路占用体积。
于一些实施例中，在任一变换电路1中，变换电路1具有额定输入电压，每一桥臂的第一开关与第二开关之间存在一电位点，每两个桥臂的电位点之间的电压为[0,30％]倍的额定输入电压。
图2为本公开优选实施例的第一开关及第二开关的导通时序示意图，图3及图4示出了本公开优选实施例的开关单元在不同时间点的开关启闭状态。如图2所示，于任一变换电路1中，第一开关及第二开关交替导通，举例而言，在时间t0至时间t1的时间段，第一开关上的栅极-源极电压VGS处于低电平，第一开关处于断开状态，而第二开关上的栅极-源极电压VGS处于高电平，第二开关处于导通状态。在时间t2至时间t3的时间段，第一开关上的栅极-源极电压VGS处于高电平，第一开关处于导通状态，而第二开关上的栅极-源极电压VGS处于低电平，第二开关处于断开状态。于图3及图4所示的实施例中，开关单元11包含并联连接的两个桥臂，且每个桥臂并联于直流侧电容C，其中一个桥臂包含串联连接的第一开关Q11及第二开关Q21，另一桥臂包含串联连接的第一开关Q12及第二开关Q22，每一开关的漏极及源极连接于电容Cds的两端。参照图2所示的导通时序，在时间t0至时间t1的时间段，如图3所示，第一开关Q11及Q12处于断开状态(以较淡线条描绘表示)，第二开关Q21及Q22处于导通状态。而在时间t2至时间t3的时间段，如图4所示，第一开关Q11及Q12处于导通状态，第二开关Q21及Q22处于断开状态(以较淡线条描绘表示)。在桥臂换流(即开关进行导通或断开)时，开关管的结电容反复充放电，且于充放电过程中，开关管的结电容的能量以开关损耗的形式损耗掉，因此开关损耗将消耗对应的直流侧电容C的能量，而通过调整驱动信号的开关频率，即可变更开关损耗的大小，进而影响直流侧电容C的能量，其中，开关频率越高，则开关损耗越大。
图5为本公开优选实施例的控制单元的电路架构示意图。于一些实施例中，如图5所示，控制单元12包含按序连接的比较器13、控制器14及驱动生成器15。比较器13接收并比较参考电压VREF及直流侧电容C上的电压VFB，且输出比较结果至控制器14。控制器14依据比较结果输出开关频率fS至驱动生成器15。驱动生成器15依据开关频率fS输出多个驱动信号Vgs1、Vgs2…VgsN，以分别驱动对应的开关单元11中的多个开关，其中N等于开关的数量，且所有第一开关的驱动信号相同，所有第二开关的驱动信号相同。再者，于所有变换电路1中，参考电压VREF均相同，而每个变换电路1的直流侧电容C上的电压则有所不同，因此对应的开关频率亦不相同。举例而言，如图6所示，于第1个变换电路1中，控制器14依据参考电压VREF与直流侧电容上的电压VFB1的比较结果输出开关频率fS1以控制对应的开关单元11中的开关作动，借此利用开关损耗而控制直流侧电容C上的电压VFB1和参考电压VREF相等或近似相等。于第2个变换电路1中，控制器14依据参考电压VREF与直流侧电容C上的电压VFB2的比较结果输出开关频率fS2以控制对应的开关单元11中的开关作动，借此利用开关损耗而控制直流侧电容C上的电压VFB2和参考电压VREF相等或近似相等。以此类推，于第n个变换电路1中，控制器14依据参考电压VREF与直流侧电容C上的电压VFBn的比较结果输出开关频率fSn以控制对应的开关单元11中的开关作动，借此利用开关损耗而控制直流侧电容C上的电压VFBn和参考电压VREF相等或近似相等。因此，由于各个直流侧电容C上的电压均与参考电压VREF相等或近似相等，故可实现输入均压。
开关单元的具体实施方式并不限于图3及图4中的示例，开关单元可包含并联或串联连接的多个桥臂，以下举例示出开关单元的各种可能实施方式，然开关单元的实际实施方式亦不以此为限。开关单元对应的控制单元均可参照图5及图6，在此不再详述。
于一些实施例中，开关单元包含并联连接的多个桥臂，且每个桥臂并联于直流侧电容C，每一桥臂包含串联连接的一个第一开关及一个第二开关。例如图7所示，开关单元11a包含并联连接的三个桥臂，第1个桥臂包含串联连接的第一开关Q11及第二开关Q21，第2个桥臂包含串联连接的第一开关Q12及第二开关Q22，第3个桥臂包含串联连接的第一开关Q13及第二开关Q23。
于一些实施例中，开关单元包含串联连接的多个桥臂，每一桥臂包含串联连接的一个第一开关及一个第二开关，例如图8所示，开关单元11b包含串联连接的两个桥臂，每一桥臂并联电容Cp，各桥臂的电容Cp串联连接构成开关单元11b的直流侧，且与直流侧电容C并联，第1个桥臂包含第一开关Q14及第二开关Q24，第2个桥臂包含串联连接的第一开关Q15及第二开关Q25，且第一开关Q14、第二开关Q24、第一开关Q15及第二开关Q25按序串联连接。第二开关Q24与第一开关Q15电连接于两个电容Cp间的中点。
于一些实施例中，开关单元包含并联连接的多个桥臂，每一桥臂包含按序串联连接的两个第一开关及两个第二开关，每一桥臂还包含第一二极管及第二二极管，第一二极管的阴极电连接于两个第一开关之间，第一二极管的阳极电连接于第二二极管的阴极，第二二极管的阳极电连接于两个第二开关之间。例如图9所示，开关单元11c包含并联连接的两个桥臂和两个电容Cp，其中两个电容Cp串联连接构成开关单元11c的直流侧，且与直流侧电容C并联。第1个桥臂包含两个第一开关Q16及Q17、两个第二开关Q26及Q27、第一二极管D1和第二二极管D2，第2个桥臂包含两个第一开关Q18及Q19、两个第二开关Q28及Q29、第一二极管D3和第二二极管D4。于第1个桥臂中，两个第一开关Q16及Q17和两个第二开关Q26及Q27串联连接于输入端之间，第一二极管D1的阴极电连接于两个第一开关Q16及Q17之间，第一二极管D1的阳极电连接于第二二极管D2的阴极和两个电容Cp间的中点，第二二极管D2的阳极电连接于两个第二开关Q26及Q27之间。于第2个桥臂中，第一开关Q18及Q19和两个第二开关Q28及Q29串联连接于输入端之间，第一二极管D3的阴极电连接于两个第一开关Q18及Q19之间，第一二极管D3的阳极电连接于第二二极管D4的阴极和两个电容Cp间的中点，第二二极管D4的阳极电连接于两个第二开关Q28及Q29之间。
此外，本公开的级联型变换系统除前述主动控制开关频率以实现均压的方式(主动均压)外，还可利用被动方式为直流侧电容C进行放电以实现均压，例如通过电阻为直流侧电容C进行放电。于一些实施例中，如图10所示，于任一变换电路1中，变换电路1还包含放电电路16，放电电路16包含电阻R及第三开关Q3，放电电路16并联连接于直流侧电容C的两端，在第三开关Q3导通时，第三开关Q3及电阻R对直流侧电容C实现放电。
于一些实施例中，放电电路16还包含均压控制单元161，均压控制单元161耦接于直流侧电容C及第三开关Q3，且均压控制单元161根据直流侧电容C上的电压控制第三开关Q3的导通及断开。具体而言，在直流侧电容C上的电压大于参考电压时，均压控制单元161控制第三开关Q3导通，而在变换电路工作于前述主动均压状态时，均压控制单元161控制第三开关Q3断开。
于一些实施例中，放电电路16还包含失效保护单元162，失效保护单元162并联连接于第三开关Q3，当均压控制单元161或第三开关Q3故障失效时，此时直流侧电容C上的电压大于失效电压，失效保护单元162及电阻R对直流侧电容C实现放电。其中，失效电压代表变换电路1中各个开关元件可承受的最大电压，通过设定在直流侧电容C上的电压在大于失效电压时对直流侧电容C进行放电，可有效保护变换电路1中的各个元件不受过压损坏。
于一些实施例中，放电电路16还包含放电控制单元163，放电控制单元163连接于第三开关Q3，并架构于在级联型变换系统工作于关机状态时控制第三开关Q3导通，以使第三开关Q3及电阻R对直流侧电容C实现放电。其中，在级联型变换系统的母线电压低于预设的欠压保护值时，或是在级联型变换系统接收到关机指令时，级联型变换系统工作于关机状态。
于一些实施例中，放电电路16还包含失效检测单元164，失效检测单元164连接于电阻R，并检测电阻R的状态(例如电压、电流及温度等等)，以判断电阻R是否过热。失效检测单元164可在判断电阻R过热时示警。
图11为本公开优选实施例的均压控制方法的步骤示意图。此均压控制方法是架构于控制前述各实施例的级联型变换系统。如图11所示，均压控制方法包含步骤S1及S2。于步骤S1中，于任一变换电路1中，根据直流侧电容C上的电压产生包含开关频率的驱动信号。于步骤S2中，根据驱动信号控制第一开关及第二开关以开关频率交替导通，且控制所有第一开关同步导通及断开，控制所有第二开关同步导通及断开，以使所有变换电路1的直流侧电容C上的电压近似相等。
于一些实施例中，均压控制方法还包含步骤：将直流侧电容C上的电压与参考电压进行比较，如直流侧电容C上的电压与参考电压有偏差，且在变换电路1工作于第一状态时，则并依据比较结果调整驱动信号及开关频率。
于本实施例中，变换电路工作于第一状态是指变换电路无法对外输出功率，即输出功率特别小甚者是没有。第一状态例如但不限于待机状态(输入有电压，输出无电压)，空载状态(输入有电压，输出有电压但没有负载)，极轻载状态(输入有电压，输出有电压但负载特别小)。
在变换电路包含放电电路的情况下，于一些实施例中，均压控制方法还包含步骤：在直流侧电容C上的电压大于参考电压或级联型变换系统工作于关机状态时，控制第三开关Q3导通，以使第三开关Q3及电阻R对直流侧电容C实现放电；以及在变换电路工作于前述主动均压状态时，控制第三开关Q3断开。于一些实施例中，均压控制方法还包含步骤：直流侧电容C上的电压大于失效电压时，利用并联连接于第三开关Q3的失效保护单元162及电阻R对直流侧电容C实现放电。
综上所述，本公开提供一种级联型变换系统及其均压控制方法，级联型变换系统包含级联的多个变换电路。基于开关损耗会消耗电能的原理，可通过控制各个变换电路中的开关频率分别调整各个变换电路中的电容上的电压，进而使所有变换电路中的电容上的电压相等，从而实施输入均压。因此，可大幅减少实现输入均压所需的成本及占用体积。
须注意，上述仅是为说明本公开而提出的优选实施例，本公开不限于所述的实施例，本公开的范围由权利要求决定。且本领域技术人员可对本公开进行各种修改和改型，但都不脱离所附权利要求的范围。

Claims (21)

1.一种级联型变换系统，包含：
级联的多个变换电路，其中每一该变换电路包含：
一直流侧电容，其中该多个变换电路的该直流侧电容串联电连接；
一开关单元，并联连接于该直流侧电容，且包含多个桥臂，其中每一该桥臂包含一第一开关及一第二开关；以及
一控制单元，耦接于该开关单元及该直流侧电容，用于根据该直流侧电容上的电压输出包含一开关频率的一驱动信号以控制该开关单元中的开关的启闭；
其中于任一该变换电路中，该控制单元根据该驱动信号控制该第一开关及该第二开关以该开关频率交替导通，且于该多个桥臂中，所有该第一开关同步导通及断开，所有该第二开关同步导通及断开，以使该多个变换电路的多个该直流侧电容上的电压相等。
2.如权利要求1所述的级联型变换系统，其中于任一该变换电路中，该变换电路具有一额定输入电压，每一该桥臂的该第一开关和该第二开关间存在一电位点，每两个桥臂的该电位点之间的电压为[0，30％]倍的该额定输入电压。
3.如权利要求1所述的级联型变换系统，其中该开关单元包含并联连接的多个该桥臂，每一该桥臂包含串联连接的一个该第一开关及一个该第二开关。
4.如权利要求1所述的级联型变换系统，其中该开关单元包含串联连接的多个该桥臂，每一该桥臂包含串联连接的一个该第一开关及一个该第二开关。
5.如权利要求1所述的级联型变换系统，其中该开关单元包含并联连接的多个该桥臂，每一该桥臂包含按序串联连接的两个该第一开关及两个该第二开关，每一该桥臂还包含一第一二极管及一第二二极管，该第一二极管的阴极电连接于该两个第一开关之间，该第一二极管的阳极电连接于该第二二极管的阴极，该第二二极管的阳极电连接于该两个第二开关之间。
6.如权利要求1所述的级联型变换系统，其中于任一该变换电路中，该控制单元将该直流侧电容上的电压与一参考电压进行比较，以得到一比较结果，于该变换电路处于第一状态时，该控制电路依据该比较结果调整该驱动信号以及该开关频率。
7.如权利要求6所述的级联型变换系统，其中该第一状态为待机状态，空载状态或极轻载状态。
8.如权利要求6所述的级联型变换系统，其中该参考电压等于该级联型变换系统所接收的一输入电压除以该变换电路的个数。
9.如权利要求6所述的级联型变换系统，其中该参考电压等于该多个变换电路的多个该直流侧电容上的电压的平均值。
10.如权利要求6所述的级联型变换系统，其中于任一该变换电路中，该控制单元包含按序连接的一比较器、一控制器及一驱动生成器，该比较器接收并比较该参考电压及该直流侧电容上的电压，且输出该比较结果至该控制器，该控制器依据该比较结果输出该开关频率至该驱动生成器，该驱动生成器依据该开关频率输出多个驱动信号，以分别驱动该开关单元中的多个该开关。
11.如权利要求1所述的级联型变换系统，其中于任一该变换电路中，该变换电路还包含一放电电路，该放电电路包含一电阻及一第三开关，且该放电电路并联于该直流侧电容的两端，于该第三开关导通时，该第三开关及该电阻对该直流侧电容实现放电。
12.如权利要求11所述的级联型变换系统，其中于任一该变换电路中，该放电电路还包含一均压控制单元，该均压控制单元耦接于该直流侧电容及该第三开关，该均压控制单元在该直流侧电容上的电压大于一参考电压时控制该第三开关导通，且该均压控制单元在所有该第一开关同步导通及断开且所有该第二开关同步导通及断开时控制该第三开关断开。
13.如权利要求12所述的级联型变换系统，其中于任一该变换电路中，该放电电路还包含一失效保护单元，该失效保护单元并联连接于该第三开关，当该直流侧电容上的电压大于一失效电压时，该失效保护单元及该电阻对该直流侧电容实现放电。
14.如权利要求11所述的级联型变换系统，其中于任一该变换电路中，该放电电路还包含一放电控制单元，该放电控制单元连接于该第三开关，并架构于在该级联型变换系统工作于关机状态时控制该第三开关导通，以使该第三开关及该电阻对该直流侧电容实现放电。
15.一种均压控制方法，架构于控制权利要求1所载的该级联型变换系统，该均压控制方法包含：
(a)于任一该变换电路中，根据该直流侧电容上的电压产生包含一开关频率的一驱动信号；以及
(b)根据该驱动信号控制该第一开关及该第二开关以该开关频率交替导通，且控制所有该第一开关同步导通及断开，控制所有该第二开关同步导通及断开，以使该多个变换电路的多个该直流侧电容上的电压相等。
16.如权利要求15所述的均压控制方法，还包含步骤：将该直流侧电容上的电压与一参考电压进行比较，以得到一比较结果，于该变换电路处于第一状态时，该控制电路依据该比较结果调整该驱动信号以及该开关频率。
17.如权利要求16所述的均压控制方法，其中该第一状态为待机状态，空载状态或极轻载状态。
18.如权利要求16所述的均压控制方法，其中该参考电压等于该级联型变换系统所接收的一输入电压除以该变换电路的个数。
19.如权利要求16所述的均压控制方法，其中该参考电压等于该多个变换电路的多个该直流侧电容上的电压的平均值。
20.如权利要求15所述的均压控制方法，其中于任一该变换电路中，该变换电路还包含一放电电路，该放电电路包含一电阻及一第三开关，且该放电电路并联于该直流侧电容的两端，该均压控制方法还包含步骤：在该直流侧电容上的电压大于一参考电压或该级联型变换系统工作于关机状态时，控制该第三开关导通，以使该第三开关及该电阻对该直流侧电容实现放电；以及在所有该第一开关同步导通及断开，且所有该第二开关同步导通及断开时，控制该第三开关断开。
21.如权利要求20所述的均压控制方法，还包含步骤：当该直流侧电容上的电压大于一失效电压时，利用并联连接于该第三开关的一失效保护单元及该电阻对该直流侧电容实现放电。
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JP2006025591A (ja) 2004-06-08 2006-01-26 Toshiba Corp 車両用電源装置
EP2148417B1 (de) 2008-07-22 2018-01-10 SMA Solar Technology AG Wechselrichterschaltungsanordnung für einen Photovoltaikgenerator mit mehreren eingangs seriell geschalteten Stromrichtern
EP2290799A1 (en) 2009-08-25 2011-03-02 Converteam Technology Ltd Bi-directional multilevel AC-DC converter arrangements
US9043066B2 (en) 2011-05-31 2015-05-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle and control method of vehicle
DE102012203073A1 (de) 2012-02-29 2013-08-29 Zf Friedrichshafen Ag Entladungsvorrichtung zur Entladung eines Zwischenkreiskondensators und Verfahren zum Betrieb einer Entladungsvorrichtung
CN103944434B (zh) 2014-05-09 2016-06-29 北京四方继保自动化股份有限公司 一种链式多电平变流器功率模块的静态均压系统
US10879805B2 (en) * 2015-09-22 2020-12-29 Infineon Technologies Austria Ag System and method for a switched-mode power supply having a transformer with a plurality of primary windings
EP3571753B1 (en) * 2017-01-23 2024-04-24 Rafael Advanced Defense Systems Ltd. System for balancing a series of cells
JP7004561B2 (ja) * 2017-12-12 2022-01-21 株式会社日立インダストリアルプロダクツ 電力変換装置
JP6822606B2 (ja) * 2018-12-17 2021-01-27 富士電機株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置
CN113839561A (zh) * 2019-02-03 2021-12-24 台达电子工业股份有限公司 直流/直流变换系统

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