CN1148447A - 转换电能的一种电子电路 - Google Patents

转换电能的一种电子电路 Download PDF

Info

Publication number
CN1148447A
CN1148447A CN96190176A CN96190176A CN1148447A CN 1148447 A CN1148447 A CN 1148447A CN 96190176 A CN96190176 A CN 96190176A CN 96190176 A CN96190176 A CN 96190176A CN 1148447 A CN1148447 A CN 1148447A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
mentioned
voltage
unit
transducer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN96190176A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1062390C (zh
Inventor
西芮·梅纳德
琼-鲍尔·拉维沃勒
菲力普·卡瑞里
简·高扎勒
奥里维·博豪克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Transport SA
Original Assignee
GEC Alsthom Transport SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GEC Alsthom Transport SA filed Critical GEC Alsthom Transport SA
Publication of CN1148447A publication Critical patent/CN1148447A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1062390C publication Critical patent/CN1062390C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837—Flying capacitor converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

每个单元有其电容器(C1，C2…，Cn)的一种多级转换器，该转换器包括含有估测每个电容器(C1，C2…，Cn)二端平均充电电压的装置(VMO1，VMO2，…，WMOn)的控制装置，用以测定每个电容器(C1，C2，…，Cn)所估测的平均充电电压和欲定的平均充电电压之间的任何差值的装置(VE1，VE2，…，VEn)，还有附加控制装置(MCC1，MCC2，…MCCn)用以改变转换器控制信号来减少上述差值。

Description

转换电能的一种电子电路
本发明是关于法国专利申请书FR2679715 A1中阐述的一种用于电能转换的电子电路，及其使用时的电源装置。
本专利申请书中所阐述的转换器，显示于例如图1中。它主要包含在电压电源SE和电流源C之间的一连串可控开关单元CL1，CL2，…，CLn，每个开关单元各有二个开关T1，T’1；T2，T’2；…；Tn，T’n，这二个开关中的每一个开关的一个极组成一个上电极(upstreampoles)对的一部分，而这两个开关的每一个的另一个极彼此组成一个下电极(downstream poles)对的一部分，上游单元(upstream cell)的下电极对与下游单元(downstream cell)的上电极对相连接，第一个单元CL1的上电极对则连接到上述的电流源C，而末单元CLn的下电极对则连接到上述的电压源SE，转换器的每个单元还包含相应的电容器C1，C2，…，Cn，不同之处在于在该电压源SE适合起同样作用时末单元的电容器可以省去，每个电容器连接在构成该单元的下电极对的二个电极之间，转换器还有一些控制器(未显示在图中)来管理转换器的正常运行并同时促使相继单元的那些开关在这样一种情况下工作：即任一单元的二个开关始终彼此反方向传导(由控制链路诸如1C1表示)，因而在应答由上述控制器所输出的一个单元控制信号中，在一个给定单元中的二个开关中的一个连续处在第一导通状态，随后当转换器再循环一个周期时处在第二导通状态；这使在应答各完全相同而仅在时间上与上述转换器周期有部分偏移的控制信号时，相继单元的各开关各自处在同样功能情况，只在时间上有部分周期的偏移。
上述部分周期最好等于单元数n的倒数，即2π/n，这从在输出中产生谐波来说是较为有利的，可促使转换器的各电容器上的充电电压自然地均衡。至于其它的偏移如各级之间的偏移等仍是可以想像的。
在这样一个转换器中，相继的电容器C1，C2，…Cn各有其递增的平均充电电压，伴随诸单元的诸电容器的平均充电电压值等于电压源SE输送的电压VE乘以转换器单元数的倒数和单元序数，如转换器仅有3个单元，即n＝3时则其值分别为VE/3，2VE/3，VE0。
当然，上述情况可应用于其它n值时，n应不小于2，特别是可用于n大于3的情况。
下文所称“多级转换器”这个词是用于称呼满足以上所描述的那种转换器。
本发明的目的是提供这样一种多级转换器，它按照以上描述来对每个电容器充电，尽管有不可避免的对标定运行条件的偏离。
为简易地检查如何在上述多级转换器诸电容器中的一个电容器上的正常的充电变化，可参见图2的配置，其中有一个任意的开关单元CLk及随同的开关TK和T’K，伴随该单元的电容器CK，以及随后的单元CLk+1及其开关TK+1，T’K+1。
在每个单元内的诸开关间TK和T’K或TK+1+和T’K+1已经连接，图2中显示的二个相邻单元CLK和CLK+1可有四种状态：
a)第一种状态，TK和TK+1没有导通，故CK上的充电电压没有改变。
b)第二种状态，TK和TK+1都导通，CK上的充电电压仍无改变，因为此时T’K和T’K+1是不导通的。
c)第三种状态，TK导通而TK+1不导通，此时电流源C使一个电流值为I的电流IK流过TK，而流过T’K的电流I’K为零。TK+1的这种状态使电流IK+1为零，而电流I’K+1等于I，因而流过电容器CK的电流I’CK等于I。
d)第四种状态，TK不导通，TK+1导通，因而电源电流C使电流I’K+1等于流过T’K的电流I而流过TK的电流IK则为零。TK+1的状态使电流IK+1为I，而电流I’K+1则为零，因此流过电容器CK的电流ICK等于I。
在上述第三和第四状态中I’CK＝I’K+1和ICK＝IK+1的电流以相反符号输送，向电容器CK充电；第一种情况为负第二种情况为正。相当于这二种状态的电流来自电流源。如果电流源是真正的直流电，并且任何其它情况下都相同，则当状态c)和d)对电流源所产生的电流在贯穿TK和TK+1的导通周期的全部时间内都相同而方向相反(它们在正常情况下数值相等，时间有偏移，已如前述)。这意味着CK上的电荷充电从正向变化到负向而数值相等，所以它在转换器的一个周期上不变化。
在理想的系统中(精确的电流源，无限的阻抗)，电流ICK和I’CK决定于电流源。在较实际的情况中，电流源的阻抗不是无限时，通过电流源的电流决定于跨过其二端的电压，亦即电容器上的电压VCK。举例来说，如果遇到充电电压VCK高于其额定值VE·k/n较多，则不管何种原因将应有的标称产生一个较大的放电电流I’CK和较小的充电电流ICK，从而使对电容器CK上的电荷回复到它应有的数值，这说明多级转换器的运行是稳定的并且能够调节电压和电流的双向大小变化。然而它在下文发生的动态状况中有一些问题。
图3是图1和图2的多级转换器在n＝3的情况下的运行实例；为将一个已调制的正弦交流电压输送到电流源C，采用脉冲宽度调制(PWM)式控制，即，在转换器运行中的连续周期P1，P2，P3，…之际(七行)，诸开关T1，T2和T3在按照调制输出电压的一个波而变化的各时间间隔内相继导通，这个波在下文被称为“调制”波。在每个瞬间，相应的开关T’1，T’2和T’3在相反位置中。
当然，采用熟知的其它模式的调制来进行，开关运行也可能获得同样结果。再者，转换器也适用于以任何别的波形或以一个平稳的直流电压来提供电流源C。
在转换器的运行中开始考虑一个周期P1。在此周期中，当T1，T2，T3诸开关的任一个导通时，其它2个就不导通。对于二个单元的每个组以及它们之间的电容器，这相当于前述的状态c)和d)，其中，电容器接收相继附加的负电荷和正电荷，使其总的标称值为零。还应注意到当相邻的单元CL1和CL2在状态d)中时，相邻的CL2和CL3单元在状态c)中，使得电容器C1接收来自给电容器C2提供附加负电荷的相同电流的附加的正电荷。
图3也以举例方法显示，在周期P2，P3等之际多级转换器是如何运行的，在这些情况中诸开关T1，T2，T3的导通周期变得较短，直到超过一周期的三分之一才变得长些，在这种情况下是彼此重叠的。图中VI行，显示将理想地传输到电流源的电压，特别是如果诸电容器的容抗使得所考虑的附加电荷不能显著改变它们的端电压。电压VI以来自电压源SE的电压VE的分数值来表达，取电压源SE的负极作为电压基准。则可以看到电压VI既包含一个调制波频率的大的基波，还有频率大于削波频率的幅度较小的一些谐波，这些谐波频率可方便地由一低通滤波器消除。由于电流是可变的，借助一个包含在电流源中任一感抗元件与之集成可使转换器提供一个具有正弦波形的其周期等于输出电压基波周期的AC电流源。
由于电流按正弦波变化，上述的状态c)和d)将不传送相等的附加电荷量给转换器的诸电容器，因为在上述二个状态之间，电流将已具有时间来进行变化。只有在开关运行周期显著大于调制波频率时此种变化才被忽略。
还应期望的是提供给电流源的交流电不是精确正弦波，而在非对称状况中变形。同样地，控制信号在各级中或在它们产生的信号中的误差或在各个开关的切换时间中的差异，不可避免地会使各导电通断的持续时间在转换器的运行周期互不相等，或移动开关的导通操作阶段，或将使对电容器的充放电的电流不平衡。所以，在实践中通常不可能使多级转换器保证和满足如理想中所描述的正常的运行状况。而更不好的是在附加电荷中的持续误差将导致一个方向中的错误或者别的方向在电容器上的电荷中的误差，从而导致其平均充电电压中的误差，因之在输送到电流源的电压中引起转换器的运行频率变形。
此种效应由图3中的轨迹线VI’来阐明，VI’除电容器C1(图1)外和轨迹线VI相似，电容器C1是假定已被充电到一个电压，此电压小于其欲定充电电压，电容器C1可阻止转换器传送大小为常值的脉冲Vi1，Vi2，Vi3的传送，每当电容器C1输送其本身的充电电压到电流源C时，替代地，转换器供应的幅度较小的诸如Vi1’的诸脉冲(其量值被放大到清晰可读)，而每当电容器从输送到电流源C的电压中减去其自身的电压时，所提供的诸如Vi2’的诸脉冲数值较大，提供其幅度不变的脉冲如Vi3’是在电容器C1不在电路中的时候。显而易见这里在所说转换器的削波频率引了一个干扰分量进入信号VI’中。
在诸电容器分别充电到其额定电压时此种干扰分量不存在。但当出现此种干扰分量时，通常是有害的。
总之，使各开关被限制成不再大体上等于二个邻近电容器的额定充电电压之间的差值的电压，也即电压源电压被转换器中的序数所除而得到的电压，这会置各开关于危险状态。
当然，如上面所说的在各电容器上的电荷。误差会自然地消除，但是处理过程花时间。
再者，自发过程系经由电流源进行。因此在电流源不通电流时就不能产生效果，而当流过电流源的电流较小时它将是缓慢的。
基于以上分析，本发明提出了一个多级转换器，其中转换器的每个电容器上的平均电荷是较好地保持在额定值上。
依据本发明，多级转换器包含有测量各电容器上的估算(evaluated)平均充电电压和确定平均充电电压之间差的装置，以及改变开关单元和其伴随电容器在一个方向中的第一次导通状态的延续时间的附加控制器件，从而简化了电压差的测量。
本发明的实施例中，每个电压差测量装置含有接收电压源电压值的装置，一个施加于电流源的确定电压波形的调制波，级序和各级的阶数，以便确定在一个转换器的运行周期中每个电容器应有的额定充电电压，所说的差则是在转换器的每个电容器上测得的，用比较法从电容器的额定充电电压减去每个电容器二端所估测的平均电压值。
在本发明的第一个实施例中，是估测每个电容器二端电压的装置包括由一个跨接于电容器二端的电压表网路。
在变型中，估测每个电容器二端电压的装置由跨接于每个单元中的一个开关的二端的电压表网路构成。
在另一个变型中，估测每个电容器二端的电压的器件由跨接于电流源二端的电压表网路构成。
更好的方法是，每个附加控制器件除上述差值信号外，还接收一个测得的由上述电流源形成的电流I以及表述一个由伴随它的电容器中的一个的容量的常数，并相应地计算单元所附之电容器的第一次通导状态的持续时间的改变，这种改变使在电容器中产生充电以补偿上述的电荷差。
还有的较好方法是，每个附加的控制器还收到一个调制信号，并且相应地改变与电容器相关联的单元的状态的第一次导通持续时间，这样，所有的附加控制装置同样地工作，上述的电流源收到一个按调制信号调制过的平均电压。
再有的好办法是，每个附加的控制装置收到来自一个邻近附加控制器的已在该点建立的一改变的信号并确定由此邻近附加控制装置做出的与它相关联的单元的上述第一次导通的上述持续时间的一个改变，这样，附加控制装置作相应地改变对于它来说的特定单元的上述第一次导通的上述持续时间，这种改变在这样的方向上，使得它在伴随此单元的电容器中补偿在相邻单元中产生的上述变化。
本发明各种作用和特性将在以下以不加限制的方法以给定实例分别描述实施例时参考附图加以更详明的阐释，附图有：
图1是如上所述的已知的多级转换器的电路原理图；
图2是图1的多级转换器的相邻二级的组合的电路原理图；
图3是显示图1和图2多级转换器的运作的波形图，这是包括三个级的实例；
图4，是图1，2和3中所示类型的多级转换器的控制装置的电路原理图，它是实施本发明的结构；
图5是阐释本发明如何按照图4的结构而实施的曲线图，并且涉及一个如图2中所示的单元的任意多级转换器单元；
图6，是估测电容器充电电压和可用于图4的电路中的装置的电路原理图；
图7是部分改变了的图4中所示装置的电路原理图，是相当于多级转换器中每个电容器都处在平均充电电压是在诸开关都开路时从每个开关已知的二端电压导出的情况。
不再对一个多级转换器进行说明，图1，2，3的原理图相当于专利文件FR2697715 A1中所描述的类型的转换器，对于更充分详细的说明读者可加以参考。
在图4中，只显示了图1转换器的电容器C1，C2，…，Cn。
按照本发明，每个电容器分别与可估测各电容器二端电压的估测电路VMO1，VMO2，…，VMOn相关联。为此，每个此种电路连接到各自电容器的二端，还有一个估测信号VO1，VO2，…，VOn，它们代表当前存在于电容器二端的电压。
按照本发明，每个电容器也与各自测量电压差的差值测量电路VE1，VE2，…VEn相关联，这些测量电路测量从相应的估测电路观察到的平均充电电压和电容器的额定平均充电电压之间的可能有的任何差值。差值测量电路本身计算电容器的确定平均充电电压，它是电压源SE的电压VE的1/n，再乘以级序R，n是转换器中的级数。此电路于是接收电压值VE，这时n和R值均为常数时并在每个电路中是硬连线的。由此，电路导出的额定平均充电电压VE·R/n并和估测的平均充电电压比较而获得差异信号VEC1，VEC2，…VECn，这些差异信号代表所说的二个电压之间电压差。
差值信号作用在含有控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn的附加的控制装置上。这些控制模块响应触发信号sd1，sd2，…sdn而工作，这些触发信号由BT为时基在每个周期如P1(图3)上并在偏移状态(offset)中被输送到控制模块，从而在偏移状态中控制转换器的开关单元。每个控制模块的基本功能是在每个周期际产生一控制脉冲，控制脉冲的正常持续时间由调制信号的M值来确定。在控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn中的附加装置改变脉冲的长度，使之为如同差异信号VEC1，VEC2，…，VECn的数值和电流源产生的电流工的函数。在控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn中的每个附加装置最终最好地改变脉冲的长度使之成为由相邻的控制模块对它自己的控制做出的变化的函数。并由每个控制模块MCC1，MCC2，…MCCn产生的变化信号SM1，SM2，…SMn来指示给它。在图4中所示的例子中，信号SM1由控制模块MCC2产生，信号SM2由控制模块MCC3产生(未表示)。所提到的信号SMn由于均匀性的原因作用于控制模块MCCn，但由于这里没有控制模块MCCn+1故它是不存在的。产生的信号CT1，CT2，…，CTn控制在相应的开关单元CL1，CL2，…，CLn中的各个开关的相应状态。
更精确地说，差值信号延长(或缩短)，相应的开关T1，T2，…，Tn的“1”状态(见图1)。此种延长依靠待校正的电荷差值，并且依赖流过电流源I的电流，同由传统类型的电流传感器接入电流源相串联来测量，并且依赖电容器的容抗，该容抗在控制模块中是一个固定的硬连接常量。
信号的延长也依赖于施加于相邻的控制脉冲，如上述，即“电容器C1接收到来自提供附加负电荷给电容器C2的相同电流的附加正电荷”。例如，延长控制脉冲CT2，把开关T2置于导通状态并对电容器C2充以负电荷，施加不需要的附加正电荷于电容器C1。此种附加的延长由信号SM1指示到控制模块MCC1，SM1用于在一个方向上校正控制信号CT1，从而上述不需要的附加正电荷被校正。
当然，如果一个电容器在另一个方向出现了电荷变化的影响，则这样的逐步校正的方向是相反的。
图5示出如图2所示的2个相邻单元组合的2个运作实例，以图2所示的电流方向示出电容器CK的充电和放电，它以箭头IK和VCK代表流过电容器的电流和它的二端电压。同样，图5示出在单元CLK和CLK+1中的开关TK和TK+1的运作。
在转换器运行周期PC1中，用于闭合开关TK和TK+1的正常脉冲相继出现而无重叠。正如如上所表明的，脉冲TK提供一电流脉冲Id，Id施加加负电荷给电容器CK，即它使电容器放电。然后脉冲TK+1提供电流脉冲Ie，Ie施加正附加电荷，即它使电容器再充电。原处在ec1电平的电压VCK，在脉冲Id期间降低，然后在脉冲Ie期间有增加到同样电平ec1。
由第一修正间距itk1延长的脉冲显示了对额定脉冲TK的长度做一个改变，然后再由第二个校正间隙itk2延长脉冲。
只要校正间隙itk1比额定脉冲TK和TK+1之间经过的时间短，这使电容器CK的放电的C’CK+1延长，为的是校正测得的差值，该差值假定是由电容器CK上的过量电荷所构成。其结果是，放电周期被延长而最后在电容器CK二端观察到的相关电压则降低，此电压变成小于ec1的ec2。
假如此校正扩延到第二个校正间隙itk2，达到延长了的脉冲TK至少部分与脉冲TK+1重叠的程度，放电周期的延长复盖了整个持续时间一直到额定充电TK+1开始为止。于是，由于二个开关均处于闭合，电容器CK的充电从脉冲TK+1的开始到延伸脉冲TK末的瞬间被缩短了CCK2。其结果，电容器CK二端的电压变为ec3，此电压小于ec2。放电的延长和充电的缩短这二者的作用减少电容器CK上的过量电荷。
当然，上述例子仅是作为论证用的。进行的校正较开关的额定脉冲的持续时间要大得多，这不应在实际应用中出现。因此，在转换器中处于充电差校正时清楚地显示出会遇到什么情况，在闭合一个单元CLK的额定脉冲TK之末接近下一个单元的额定脉冲TK+1的开始时，以及在延长额定脉冲TK而没有引起到引起它与额定脉冲TK+1至少部分重叠。在这些情况中已证明校正有效的。
图5还显示，在另一个周期PC2中，在额定脉冲TK和TK+1部分重叠的情况下，校正电容器CK上过量电荷的校正机制。如同上述检查的itk2/CCK2对的那样，延长itk3/缩短CCK3对均影响所需求的校正。
可以容易地验证：一个反方向的即在电容器CK上的平均电荷不足的校正使在额定脉冲TK的持续时间下降并且增加电容器CK上的电荷。
在一个变型中，所讨论的电荷差可在执行所有控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn的集中控制电路中加以校正，或者在一个包括所有控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn的电路中，与相互连接及模块内相互协调的装置一起来加以校正，并且这样能估计对转换器的一或多个级运行所做的初始校正，以及相应的随后校正。
在一个简单的实施例中，一个使诸开关的第一级保持传号-空号比(mark-space)的运作，举例来说，如上面所说明的，在改变其它诸级的传号-空号比来校正任何现察到的差值。同样可以想像保持在最后级的传号-空号比的运行。
在这些条件下，本领域内行人可容易地了解，通过做一个除第一级外影响所有级的全面的校正，使用前述的机制来调节最后的控制而使全部校正组合不影响电流源是可能的，提供给电源流的电压保持常量，只有取自电压源的能量在变动，通过增/减所取的能量，然后借助上述校正机制把它分配在各个级。
以同样的方法，由转换器提供给电流源的电压可以通过调制n-1级的电容器上的电荷来改变，且只限于n-1级的电容，于是上述校正机制将电荷带到n-2，…，2，1诸级的诸电容器上。
这样上述电路便有可能调整开关TK的导通持续时间，从而在全部时间，每个电容器CK的平均电压尽可能靠近其确定充电电压。
正如上述，额定充电电压相当于电压源的电压VE的一个分数值(图1)，电压VE决定于所讨论中的级序K。
电容器的平均电压因此按与上述一致的情况中，在监测电路VMO1，VMO2，…，VMOn中进行估测，即通常项为VMOK。
基于上述，并参考图6，已具体构成的监测电路，由串接在电容器CK二端的阻挡ptk1和ptk2，并将一已定的电容器二端的电压的分数值传送到一个模—数转换器ADC，ADC的功能是在每个脉冲上传送一数字电压值给一平均电路SCK，平均电路SCK是由一个门电路PVK在转换器在每次循环中读一次，门电路PVK则由信号gk触发。信号fk和gk最好由时基BT(图4)产生而它们在转换器运行周期中的位置是在转换器运行周期中的电压测量m以后，在计算出上述测量结果的平均值以后；观察出的平均充电电压值在适合的确定在控制模块MMC1，MMC2，…，MMCn中在相应单元的合适导通状态(即上述开关TK的导通)的持续时间中的其描述可参照图4的变化的时刻作用在SCK电路的输出VOK上，转换器每次循环作用一次。
当然，在电容器CK上监测得的平均电荷可以其他手段获得。
图7示出了第一种变型电路，代替测量电容器CK二端的电压，如在每个单元中各开关的端电压的测量一样测出电压源的电压VE，继而通过一步一步的减法，得到多级转器多个电容器的平均充电电压。图7示出图1中的多级转换器的开关TK中的一个，它和电压估测电路VIK连接。此电压估测电路可如图6所示，由一本领域内行进行适当调整，它在计算电路接收到控制开关TK的控制信号VCK的同时对一个计算电路CC提供一个代表开关TK的二端电压的信号VK，这就可以使计算电路只关注在开关不导通时由估测电路VIK所提供的数值。计算电路直接接收电压VE，此电压也可从诸如图6那样的电路获得，加以适当简化，它实现提供图4的信号VO1，VO2，…Von的减法。
另一种变型电路可方便地从图3演变出来，输送给电流源I的脉冲幅度测量值的大小代表生成它们的电容器的二端的电压值。将一个诸如图6的简单电路连接到电流源C的二端并估测沿图3曲线VI各不同点的电压，处于各个周期如P1之际看到由各个电容器输出的电平Vi1，Vi2，Vi3。本领域内行可容易地知道如何从中得到代表出多级转换器各个电容器的估测平均电荷的图3中所示的信号VO1，VO2，…，VOn。
当然，上述阐述用无限制的例子给出，数值可随不同的应用而改变。

Claims (8)

1.一种多级转换器，包括：在一个电压源(SE)和一个电流源(C)之间，有一连续可控的开关单元(CL1，CL2，…，CLn)，以二个开关的每一个的一个极组成一个上极对的一部分，此二开关的每一个的另一极组成下极对，一个上游单元(upstream unit)的下极对连接到一个下游单元的上极对，第一个单元(CL1)的上极对连接到上述电流源(C)，而最后一个单元(CLn)的下极对则连接到上述电压源(SE)，转换器还包括每个单元的各自的电容器(C1，C2，…，Cn)，除了当所说电压源(SE)适于完成同样任务时则最后单元的电容器可省去，每个电容器在构成其单元的下极对的二个极之间连接，转换器还包含控制装置，该控制装置控制转换器的额定运行来使任一单元的二个开关始终处于反向导通状态，使得在应答由上述控制装置所输送的一个单元控制信号(CT1，CT2，…，CTn)时，在一个给定单元中的二开关之一在一个循环重复的转换器周期期间连续顺序地在第一导通状态和第二导通状态。从而在响应完全相同而仅在时间上有上述周期的一部分的偏移的单元信号时，诸相继单元的各开关的功能分别处于同样情况仅在时间上有上述周期的一部分的偏移，诸相继的电容器(C1，C2，…，Cn)分别增加其额定平均充电电压，在每个上述单元中的电容器的额定平均充电电压等于来自所说的电压源(SE)的电压VE乘以单元的数目的倒数再乘以单元的级数所得的乘积，转换器还有以下特性，它包含有估测各个电容器二端平均电压(VMO1，VMO2，…，VMOn)的装置，测量各电容器(C1，C2，…，Cn)的估测平均充电电压和额定平均充电电压之间的差的装置件(VE1，VE2，…，VEn)，还有附加控制装置，(MCC1，MCC2，…，MCCn)用于在一个方向上改变与电容器相关联的单元的上述第一次导通的持续时间以便减少测得的差异。
2.根据权利要求1的一个多级转换器，其特征在于每个差值(VE1，VE2，…，VEn)测量装置包含有这样的装置，该装置接收电压源(SE)的电压(VE)值，级序(R)和级数(S)用以确定每个电容器的额定充电电压在转换器的运行周期应有的值，上述差值(VE1，VE2，…VEn)是在转换器的每个电容器上测量得的，它由一比较器装置从上述额定充电电压减去每个电容器的两端的估测的上述平均电压而得到。
3.根据权利要求2的一个多级转换器，其特征在于，用于估测每个电容器(C1，C2，…，Cn)端电压的上述装置(VM1，VM2，…，VMn)包括一电压表网路(ptk1，ptk2)该网络跨接于电容器的二端。
4.依据权利要求2的一个多级转换器，其特性定为用于估测每个电容器端电压的上述诸器件构成一电压表网路(VIK)跨接于在每个单元中的一个开关(TK)的二端，电压表和一个计算电路(CC)，从电压源的电压VE和从分隔电容器与电压源的开关二端估测的电压推导出每个电容器二端的电压。
5.根据权利要求2的一个多级转换器，其特征在于：用于估测每个电容器端电压的上述装置包括一个电压表网络，该网络连接到电流源以便检测在任何电荷差的输出电压上的影响，还有一个计算电路，该控制电路包括一个转换器的模型并使能估测每个电容器的端电压。
6根据任何上述任何一项权利要求的多级转换器其特征在于每个上述附加控制装置(MCC1，MCC2，…，MCCn)除接收上述差值信号(VE1，VE2，…，VEn)外还接收由上述电流源产生的电流I的一个测量值，以及与它相关联的表达上述电容器的容抗的常值，并相应地计算与该电容器相关联的单元的上述第一次导通状态的持续时间的改变，此种改变使在电容器中产生电荷以补偿上述电荷差。
7.根据任何上述任何一项权利要求的一种多级转换器，其特征在于每个上述附加控制装置(MCC1，MCC2，…，MCCn)除接收上述差值信号(VE1，VE2，…VEn)外还接收一调制信号M，并相应地改变与该电容器相关联的单元的上述第一次导通状态的持续时间，使得在所有上述附加控制装置同样地工作时，上述电流源接收一个按上述调制信号调制的平均电压。
8.根据上述任何一项权利要求的多级转换器其特征在于，每个上述附加控制装置(MCC1，MCC2，…，MCCn)从相邻的附加控制装置接收一个建立的改变信号(SM1，SM2，…SMn)，该改变信号定义相邻附加控制装置对与它相关联的单元的上述第一次导通状态的上述持续时间的改变，从而所探讨的附加控制装置相应地在一个方向上改变对它指定的单元的上述第一次导通状态的上述持续时间而在与该单元相关联的电容器中补偿在该相邻单元中上述变化的效果。
CN96190176A 1995-03-10 1996-03-06 多电平转换器 Expired - Fee Related CN1062390C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR95/02818 1995-03-10
FR9502818A FR2731565B1 (fr) 1995-03-10 1995-03-10 Dispositif electronique de conversion de l'energie electrique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1148447A true CN1148447A (zh) 1997-04-23
CN1062390C CN1062390C (zh) 2001-02-21

Family

ID=9476932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN96190176A Expired - Fee Related CN1062390C (zh) 1995-03-10 1996-03-06 多电平转换器

Country Status (16)

Country Link
US (1) US5706188A (zh)
EP (1) EP0731554B1 (zh)
JP (1) JP3671982B2 (zh)
KR (1) KR100372062B1 (zh)
CN (1) CN1062390C (zh)
AT (1) ATE183034T1 (zh)
AU (1) AU688671B2 (zh)
BR (1) BR9605928A (zh)
CA (1) CA2189692C (zh)
DE (1) DE69603525T2 (zh)
DK (1) DK0731554T3 (zh)
ES (1) ES2135180T3 (zh)
FR (1) FR2731565B1 (zh)
RU (1) RU2150779C1 (zh)
TW (1) TW299517B (zh)
WO (1) WO1996028881A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2752343B1 (fr) * 1996-08-09 1998-09-11 Gec Alsthom Transport Sa Dispositif electronique de conversion de l'energie electrique
FR2758020B1 (fr) * 1996-12-30 1999-02-26 Alsthom Cge Alcatel Moyens de commande de convertisseur d'energie electrique a niveaux multiples, dit convertisseur multiniveaux
EP0856935B1 (en) * 1997-02-03 2003-11-05 Denso Corporation Charge pump circuit
FR2809548B1 (fr) * 2000-05-26 2002-08-02 Centre Nat Rech Scient Dispositif de conversion d'energie multicellulaire
IL138844A0 (en) * 2000-08-14 2001-10-31 K S Waves Ltd High efficiency power supply
SE520840C2 (sv) * 2001-02-05 2003-09-02 Abb Ab Anordning för omriktning samt förfarande för styrning därav
CN101795057B (zh) * 2010-04-07 2012-06-27 浙江大学 无需辅助直流电源的三相模块化多电平换流器启动方法
US10770974B2 (en) 2019-01-16 2020-09-08 Psemi Corporation Multi-level DC-DC converter with lossless voltage balancing
US10720842B1 (en) 2019-01-16 2020-07-21 Psemi Corporation Multi-level DC-DC converter with boundary transition control
WO2020150175A1 (en) 2019-01-16 2020-07-23 Psemi Corporation Multi-level dc-dc converter
US10720843B1 (en) 2019-01-16 2020-07-21 Psemi Corporation Multi-level DC-DC converter with lossy voltage balancing

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5947973A (ja) * 1982-09-13 1984-03-17 Toshiba Corp 多出力スイッチング電源装置
US5132895A (en) * 1990-12-11 1992-07-21 Motorola, Inc. Variable charge pumping DC-to-DC converter
JPH04222455A (ja) * 1990-12-20 1992-08-12 Nec Corp インタフェース回路
FR2679715B1 (fr) * 1991-07-25 1993-10-29 Centre Nal Recherc Scientifique Dispositif electronique de conversion d'energie electrique.
US5179289A (en) * 1991-10-22 1993-01-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Cascaded transformerless DC-DC voltage amplifier with optically isolated switching devices
US5345376A (en) * 1993-02-19 1994-09-06 Tescom Corporation Switching power supply with electronic isolation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2150779C1 (ru) 2000-06-10
AU4948596A (en) 1996-10-02
CA2189692C (fr) 2004-05-25
BR9605928A (pt) 1997-09-02
KR100372062B1 (ko) 2003-04-10
DE69603525D1 (de) 1999-09-09
FR2731565A1 (fr) 1996-09-13
CA2189692A1 (fr) 1996-09-19
ATE183034T1 (de) 1999-08-15
WO1996028881A1 (fr) 1996-09-19
AU688671B2 (en) 1998-03-12
TW299517B (zh) 1997-03-01
DE69603525T2 (de) 1999-12-30
JP3671982B2 (ja) 2005-07-13
EP0731554A1 (fr) 1996-09-11
CN1062390C (zh) 2001-02-21
DK0731554T3 (da) 1999-12-06
FR2731565B1 (fr) 1997-04-18
EP0731554B1 (fr) 1999-08-04
US5706188A (en) 1998-01-06
KR970703057A (ko) 1997-06-10
ES2135180T3 (es) 1999-10-16
JPH10500559A (ja) 1998-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1087518C (zh) 多级变换器
EP2784926B1 (en) Voltage balancing system and method for multilevel converters
DK2926448T3 (en) MULTIPLE LEVEL CONVERTERS WITH CELLS SELECTED ON PHASE ARM CURRENT
CN1062390C (zh) 多电平转换器
CN102308467B (zh) 级联型两电平变换器中的方法、控制器件及计算机程序产品
US20100232192A1 (en) Power conversion apparatus, power conditioner, and power generation system
CN105830330B (zh) 多相eap系统以及用于控制该系统的方法
CN1728518A (zh) Dc－dc转换器
CN107408898A (zh) 用于多电平能量变换器的变换器模块
US20210006077A1 (en) In-situ On-line and Embedded Battery Impedance Measurement Device Using Active Balancing Circuits
CN109802384B (zh) 一种星形链式statcom的非平衡模型预测控制方法
CN1095242C (zh) 变换电能的电子线路
JP4643117B2 (ja) マルチセル・エネルギー変換装置
Petric et al. A real-time estimator for capacitor voltages in the flying capacitor multilevel converter
CN1057412C (zh) 多极变换器
KR101246398B1 (ko) 제어 회로, 이 제어 회로를 구비하는 파워 컨디셔너, 및 태양광 발전 시스템
Xiao et al. Modular interleaved carrier generator using a straightforward implementation method
CN104393777B (zh) 半桥模块化多电平变换器子模块电压控制方法
CN108767887A (zh) 高压直流输电的子模块电容电压预测校正方法
RU2558739C1 (ru) Понижающий преобразователь постоянного напряжения
Saleh The wavelet modulation technique for 1φ CHB multi-level DC-AC power electronic converters
Andriyanov Nonlinear dynamics control for a single-phase voltage source inverter based on target-oriented control with control actions frequency reduction
Koochaki et al. Single phase application of space vector pulse width modulation for shunt active power filters
Bensraj et al. Bipolar trapezoidal amalagated rectangular reference function for improved performance PWM multilevel inverter
Geetha et al. Multi carrier PWM switching technique for multilevel inverter for various loads

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1032426

Country of ref document: HK

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20010221

Termination date: 20100306