CN1956303A - 自供电的栅驱动器系统 - Google Patents

Abstract

一种用来给自供电栅驱动器系统充电的设备和方法。该设备可包括用于在线圈中感生电流的电流回路。桥式整流器可对线圈中感生出的电流进行整流，并对用来向自供电栅驱动器系统中的驱动器供电的电容器充电。电流回路和线圈可用介电体分隔，以阻止电流在自供电栅驱动器系统与电流回路之间流过。电流回路可耦合到线电压变压器以驱动交变电流通过电流回路。在某些实施例中，单个电流回路和变压器可向多个自供电栅驱动器系统充电。

Description

自供电的栅驱动器系统

技术领域

本发明一般涉及功率控制系统领域，尤其涉及在休止期间在自供电栅驱动器系统中维持电荷的技术。

背景技术

一般而言电机控制器，更笼统而言电控制器，通过限制从电源到达电机或其它负载的功率来工作。一些电机控制器通过间歇地在电源与电机之间传导电流来限制传递给电机的功率。这些电机控制器通常耦合到正弦交流电源，并在正弦的每个周期的一部分里传导电流。相应地，为限制传递给电机的功率，电机控制器在每个周期的一部分里可不进行传导。通常，电机控制器在其间不传导电流的持续时间是可调的。因此，通过调整此不传导时段的持续时间，电机或其它某个负载的操作即可被控制。

一些电机控制器通过一对可控硅整流器(SCR)传导电流，来选择性地发送功率。如本领域中所公知的，SCR是一种包括由栅信号控制的整流器的固态开关。因此，当由栅信号开启时，SCR允许电流从其阳极流向其阴极，但不允许反方向的流动。一旦被开启，SCR通常保持开启状态直至栅信号被消除，并且电流下降到近乎为零。在关断状态，SCR通常在任一方向上都不传导电流。

通过在适当的时候施加栅信号，电机控制器就可调节传递给负载的功率。通常，电机控制器将使用以反向平行关系连接在电源与负载之间的一对SCR(对于每个功率相位)。因此，在调节交流电源时，一个SCR在电压/电流周期的正部分期间将被正向偏置，而另一个SCR在电压/电流周期的负部分期间将被正向偏置。电机控制器可通过对任一正向偏置SCR施加栅信号来在电源与负载之间传导电流。类似地，电机控制器可通过不开启正向偏置SCR、或可通过在SCR变为正向偏置后的某个时间开启该正向偏置SCR来阻止电流流动。因此，周期里SCR既被关断又被正向偏置的时间越长，电流可在电源与电机之间通过的时间就越短，因为反向偏置SCR将不传导电流。因此，通过延长或缩短每个周期里SCR变为前向偏置的时刻与其被开启的时刻之间的时间就可控制负载的操作。

通常，电机控制器包括用于开启诸SCR的电路。电机控制器可包括用于向SCR的栅电极传递小电流的驱动器。该驱动器可定时到栅电极的电流脉冲，以调节传递给电机的功率。为了传递更多的功率，驱动器在开启SCR之前、该SCR变为正向偏置后将延迟较短的时间。类似地，为了减少传递给电机的功率，驱动器在开启SCR并允许电流通过之前、该SCR变为正向偏置之后将延迟较长的时间。每个驱动器都包括用于确定何时开启SCR的电路。通常，电机控制器对每个SCR都使用一个驱动器。因此，调节交流功率的单个相位的电机控制器通常使用两个驱动器，而三相控制器包括六个驱动器。

为这些驱动器的操作供电带来了难题。这些驱动器常常连接到曝露在高压下的SCR。例如，SCR常常连接到在2300伏或以上工作的电源。由此，保持驱动器与系统的其它部件电绝缘可能是很重要的。一些系统对每个驱动器使用单个电源。但是，每个驱动器的专用电源可能会增加系统成本、系统大小、以及故障组件的数目。此外，电机控制器常常使用大量驱动器。例如，如上所述，调节来自三相交流电源的功率的电机控制器可使用六个驱动器，对每个相位两个SCR各一个驱动器。类似地，为调节来自更高电压电源的功率，电机控制器可对每个相位使用两对或多对SCR。因此，每个相位三对SCR的三相系统可使用18个SCR和18个驱动器。

因此，随着开关和驱动器的数目增长，用专用电源向每个驱动器供电变得越来越无法令人满意。

设计者转向自供电的栅驱动器系统(SPGDS)来避免这些问题，并获得了一些成功。通常，SPGDS从驱动负载的电源捕捉能量(即，线路功率)。在SPGDS内，经常一连串电容器连接到给这些电容器充电的自供电电路。SPGDS可利用诸SCR上的电压差动来抽吸电流和存储电荷。然后电容器上的电荷可被用来向驱动器供电。用来给电容器充电的电压差动通常在SCR工作期间产生。因为SCR间歇地在电源与负载之间传导电流，所以在诸SCR上可能会形成电压差动。优越之处在于，自供电系统可避免与每个驱动器的专用电源相关联的绝缘问题。并且，与对每个驱动器使用专用电源的系统相比，自供电系统中针对向驱动器供电的组件的成本可能较低。

但是，SPGDS还需要改进。当从某些操作模式转换时，电容器可能没有足够的电荷来向驱动器供电。由此，因为电容在数个周期上充电，所以被重新激活的SPGDS在传导电流之前可能会显现出延迟。例如，在全速操作期间，一些系统绕过SCR而从电源直接向电机传递功率。在诸SCR上没有电压差动的情况下，电容器将会放电，从而使得驱动器处于没有电源的状态。因此，当这一系统从全速操作转换到SPGDS限制传递给电机的功率的模式时，向驱动器供电的电容器可能会缺乏足够的电荷来重新启动驱动器。在电容器建立足以向驱动器供电的电荷的时候，SCR可在数个周期里保持关断状态。类似地，在系统启动期间，由于诸SCR上没有电势，所以电容可能已被放电。因此，在从这些休止期之一转换期间，系统可能有数个周期没有响应，因为电容在重新充电。在此延迟期间，SCR可保持关断状态，从而导致到达电机的功率的陡变。这些突变可能会导致电流和转矩浪涌，从而造成系统内各种组件的损耗。

本领域中需要一种在休止期间维持这些SPGDS的电荷的系统。特别需要在不产生与耦合到每个驱动器的个体电源相关联的成本的情况下实现这一系统。

发明内容

根据一个示例性实施例，本发明提供一种用于将SPGDS保持在就绪状态的预充电电路。该预充电电路通过变压器耦合到控制电源以接收功率。变压器在预充电电路里的电流回路中感生出交变电流。流过电流回路的交变电流在环绕该电流回路的众多线圈中感生出电流。这些线圈通过绝缘层与电流回路电绝缘。线圈内所感生出的电流被整流并传递给SPGDS中的能量存储装置。优越之处在于，电流回路与诸线圈相互电绝缘，因此SPGDS可在比控制电源高得多的电压下工作，而在这两者之间不会有电流流动。与此同时，预充电电路向SPGDS传递涓流电荷，从而即使在SPGDS处于休止状态时也能使SPGDS保持于就绪状态。

附图说明

在参考附图阅读以下详细说明之后，本发明的这些及其它特征、方面和优点将能更好地理解，在所有附图中相同的标记表示相似的部分，其中：

图1是包括从预充电电路接收电荷的SPGDS的示例性自动化系统的图示；

图2是图1系统的更为详细的图示，其中预充电电路块用预充电电路的电路图替代；

图3是在上述附图中所示类型的系统中使用的耦合到一对线圈的电流回路的剖面立体图；

图4是根据本发明各方面的耦合到预充电电路的SPGDS的电路图；

图5是包括控制器和远程接口的示例性自动化系统的图示；

图6是配置有三相交流电源的示例性自动化系统的图示；以及

图7是使用与单相高压电源串联的层叠SPGDS的示例性自动化系统的图示。

具体实施方式

以下给出的实施例呈现了对SPGDS的改进。如上所述，在常规的SPGDS中，当从SPGDS处于休止的操作模式转换时，针对向驱动器供电的电路、自供电电路和电容器可能响应慢于预期。在休止期间，向驱动器供电的电容器可能会放电，从而在SPGDS被激活后的前几个周期期间电容器重新充电的时候造成驱动器处于没有电源的状态。这种充电延迟在SPGDS以受控方式减缓全功率操作的负载的慢停操作期间证明是有问题的。通常，全功率操作的负载绕过SPGDS直接从电源接收电流。当SPGDS重新启用时，在向驱动器供电的电容器重新充电的时候SCR可在数个周期里保持不传导的状态。一旦驱动器从电容器接收到充足的功率，驱动器就可开始向SCR的栅电极传递脉冲信号，以允许电流流动。从全电流到无电流然后回到稳定电流的突变可能会产生电流和转矩浪涌，这会加剧受控设备上的损耗。根据本发明的一种用于消除这些转换的影响而不会再次引入与每个驱动器的专用电源相关联的成本和问题的系统将可改进SPGDS。

本技术的各个实施例可解决SPGDS的这些问题，同时保留SPGDS优于对每个驱动器使用专用电源的系统的许多优点。以下将描述数个这样的实施例。为简化对本技术的解释，图1示出使用单个SPGDS的示例性实施例，该SPGDS针对调节从单相交流电源提供给诸如电动机等负载的功率。图2-4用电路图和一个组件的剖面来更详细地解释图1的实施例。后面的附图将通过引入针对三相交流电源的示例性实施例和通过串联地层叠SPGDS来控制高压电源的示例性实施例来增加复杂性。

参看第一实施例，图1示出根据本技术的示例性自动化系统10。图1的自动化系统10可例示任意数目的用于控制某个负载的操作的系统。在一个实例中，自动化系统10可例示使用交流到交流电机控制的系统，诸如针对抽吸液体、操作传送带、空气煤气处理或是例如其它形式的工厂自动化的自动化系统。

自动化系统10可包括预充电电路12，用于将SPGDS 14维持在就绪状态。在休止期间，当存储在SPGDS 14内的能量否则会消散的时候，预充电电路12可传递小电流以将SPGDS 14保持在响应就绪状态，从而在重新激活时将不会有充电延迟。针对传递和存储该能量的组件将在以下更加详细地描述。优越之处在于，单个预充电电路12的某些实施例可传递足以将带两个驱动器的SPGDS 14维持在就绪状态的电流。事实上，如在后续附图中将示出的，单个预充电电路12可传递足以将多个SPGDS 14维持在就绪状态的电流。但是，本技术并不仅限于使用单个预充电电路12的实施例，因为其它实施例可使用例如多个预充电电路12来提供过剩的电流源。

SPGDS 14可连接到预充电电路。SPGDS 14可包括诸如电容器、电感或电池等某种能量存储装置，用于从预充电电路接收能量。此外，SPGDS 14可包括自供电电路，用于在SPGDS 14操作时捕捉能量并向能量存储装置充电。例如，自供电电路可利用SPGDS 14上的电压差动来向电容器充电。为了控制通过SPGDS 14的电流，它可包括某种可变传导装置，诸如晶闸管、可控硅整流器、金属氧化物半导体选通晶闸管、闸流管、晶体管、栅关断晶闸管、绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、场控二极管、结型场效应晶体管、静电感应晶体管或是双极结型晶体管。示例性SPGDS 14的电路图在图4中示出，并在以下进行更加详细的讨论。

SPGDS 14在处于激活状态时可控制源16与负载18之间的电流。源可包括各种电能源，诸如交流或直流电源等。在交流电源的情形中，由源16驱动的电流以正弦方式按方波、三角波定向交变，以不规则方式、或以交变电流的任何其它形式定向交变。负载可包括适用于利用由源驱动的电流的任何装置。例如，负载18可包括电感应电机、加热元件、电化学处理或是电弧。如以下将更详细地描述的，SPGDS 14可通过选择性地允许电流在源16与负载18之间流动来控制负载18的操作。

为了抽吸功率，预充电电路12被耦合到控制电源20。该控制电源20可以是具有充足电容以允许预充电电路12向SPGDS 14供电的任何交流电源。例如，为了降低成本，控制电源可以是简单的行频源，诸如北美通用的60Hz、120v交流源，或是欧洲通用的50Hz、220v交流源等。但是，也可使用在其它电压或频率上工作的控制电源20。因为预充电电路12对控制电源20的要求比负载18对源16的要求小的多，所以控制电源20所提供的均方根(RMS)电压可比源16所提供的RMS电压小的多。例如，控制电源20的RMS电压可小于源16的RMS电压的一半或是十分之一。

在操作中，预充电电路12可向SPGDS 14连续传递小量电荷，以确保SPGDS14内为其操作供电的组件维持所存储电能的充足储备，以便于能无延迟地重新启动SPGDS 14。当被激活时，SPGDS 14仍可从预充电电路12抽吸功率，但是自供电电路将通过利用因SPGDS 14间歇地中断源16与负载18之间的电流流动而产生的电压差动来抽吸SPGDS 14的大量功率。但是，应当注意，本技术的应用并不限定于对SPGDS 14连续充电的预充电电路12，因为在一些实施例中预充电电路12可间歇地操作。当SPGDS 14处于休止状态时，由预充电电路12提供的电荷可防止向SPGDS供电的组件失去电能。

优越之处在于，预充电电路12可在保持SPGDS电绝缘的同时从控制电源20向SPGDS 14发送功率。电绝缘可能是很重要的，因为SPGDS 14可能要经受来自源16和负载18的比控制电源20的峰值电压大得多的电压。因此，预充电电路12可保持SPGDS 14电绝缘。

为了更详细地说明预充电电路12，图2示出了自动化系统10内所包括的示例性预充电电路12的电路图。为了防止电流在SPGDS 14与控制电源20之间流动，预充电电路可包括流过线圈24A和24B的绝缘电流回路22。电流回路22可以是长度足以贯穿线圈的电线。如图3中更加详细地示出的，线圈24A和24B可被环绕在电流回路22绝缘体上，以防止电流从线圈24A和24B流到电流环路22。但是由于它们相互靠近，流过电流回路22的交变电流可能会在线圈24A和24B中感应出电流。可利用该感生电流来维持SPGDS 14中的电荷。

一对桥式整流器26A和26B可对线圈24A和24B中感生出的交变电流进行整流。桥式整流器26A和26B分别被设置在SPGDS与线圈24A和24B之间。桥式整流器将线圈24A和24B内的交变电流转换为单向电流，该单向电流可被用来向SPGDS内的存储电容(见例如图4)充电。如本领域中公知的，桥式整流器可包括桥型布置的四个二极管(例如，DA1-DA4)，用于实现整片整流。但是应当注意，根据本技术的其它实施例可使用诸如半波整流器等其它装置来对来自线圈的电流进行整流。本实施例在SPGDS 14内每驱动器包括一个线圈和桥式整流器(见图2或4)。但是应当注意，根据本技术的其它实施例可包括更少或更多的线圈或整流器，因为驱动器的功率要求会变化。

预充电电路12可包括变压器28用于逐步降低来自控制电源20的电压，因为电流回路22的阻抗可能非常低。变压器28可以是例如适用于将来自控制电源的电压逐步降低至0.6伏的简单线路变压器。但是，根据本技术的其它实施例可使用输出不同电压的变压器。

电流回路22的长度和规格对于确保在线圈24A和24B中感生出充足的电流可能是很重要的。在一些实施例中，电流回路使用长度在10到30英尺之间的4号或8号规格的电线。例如，某些实施例可使用6号规格电线的21英尺长的电流回路22。耦合到输出0.6伏交变电流的变压器28的这些尺寸的电流回路可承载电流回路22内大约50安培的交变电流。围绕此电流回路22设置的线圈24A和24B可包括适当数目的绕组，以便于在休止期间向SPGDS 14内的电容器供电。

本实施例使用一对线圈回路24A和24B与一对桥式整流器26A和26B来向使用两个驱动器的SPGDS(见图4)充电。因此，本实施例对每个驱动器使用一个线圈和一个桥式整流器。但是应当注意，其它实施例可使用按其它比率配比的组件。例如，根据本技术的一些实施例可使用单个线圈和整流器来支持多个驱动器，使用多个线圈和多个整流器来支持单个驱动器，或是使用耦合到单个整流器和驱动器的多个线圈。

优越之处在于，通过使用电流回路22，就可利用单个变压器28的输出来向多个SPGDS 14内的多个驱动器供电。如后续附图所示，通过向预充电电路12增加线圈回路，诸如线圈回路24A和24B，单个变压器28可支持附加的SPGDS 14及其相关联的驱动器。

但是，在讨论使用多个SPGDS 14的系统之前，先进一步详细描述环绕电流回路22的线圈24A和24B的布置。图3示出环绕电流回路22布置的线圈24A和24B的剖面立体图。如前所述，电流回路22内的交变电流会在线圈24A和24B中感生出电流，该电流可被用来向休止期间的SPGDS 14充电。为此目的，在本实施例中，线圈24A和24B各包括一个螺旋磁芯35A和35B，它们分别环绕电流回路22布置。与此同时，电流将不会从调节高压功率的SPGDS 14向在低得多的电压下操作的电流回路22流动。

电流回路22可包括导电铁芯30，它具有一绝缘层32用于防止电流通过线圈24A和24B流到电流回路22。该绝缘层32可具有足够的厚度和介电强度以防止电流从线圈24A和24B流到地面。例如，绝缘层32可包括额定在50kv直流的一层硅。但是应当注意，其它实施例可使用其它绝缘体，诸如聚四氟乙烯、玻璃丝编织、陶瓷纤维、聚乙烯、聚丙烯或具有足够介电强度的任何其它材料。

为进一步将电流回路22的导电铁芯30与线圈24A和24B隔绝，预充电电路12可包括环绕电流回路导体22布置的绝缘套34。绝缘套34可用塑料或是具有足够介电强度的任何其它材料制成。为增大其机械强度，绝缘套34可具有加强筋。优越之处在于，在穿过线圈24A和24B安装电流回路22时，绝缘套34可保护较柔软的绝缘体不受机械损伤。此外，绝缘套34可便于电流回路22的移除和替换。

为更详细地描述示例性SPGDS 14，图4示出了耦合到预充电电路12的SPGDS14的电路图。如前所述，预充电电路12可耦合到控制电源20以向SPGDS 14传递电荷。为控制负载18的操作，SPGDS 14可被布置成串联在源16与负载18之间。

SPGDS可通过使用标记为SCR1和SCR2的一对SCR来控制电流在源16与负载18之间的流动。如前所述，在操作中，SCR可起到由栅信号控制的整流器的作用。因此，当通过对栅施加电压或电流而被开启时，SCR可与二极管很相似地显现很低的正向电阻和很高的反向电阻。但是，当栅信号消除时，SCR可保持为开启状态直至流经电流停止。此时，SCR可关断并显现很高的正向和反向电阻。作为这些属性的结果，通过在适当的时候开启SCR，就可使用SCR来调节交变电流。因此，举SCR1为例，如果没有栅信号被发送到SCR1，则非常微弱的电流会流过SCR1。如果有栅信号被发送到SCR1，则它将起到半波整流器的作用，从而通过在一个方向上流动的大多数电流。因为SCR在反向偏置时会被关断，所以每当SCR变为正向偏置时可重复施加栅信号，因为每个周期的一部分将会反向偏置SCR。值得注意的是，通过在每个周期里SCR变为正向偏置之后的一定时间开启SCR，源16与负载18之间的电流就可受到控制。每个周期里SCR既被正向偏置又被关断的时间越长，电流在源16与负载18之间通过的时间就越短。因此，为了限制传递给负载18的能量，例如为了减缓感应电机的旋转，SPGDS 14可在每个周期中SCR1或SCR2变为前向偏置之后的一定时间将其开启。SPGDS 14可通过调整此延迟的大小来控制负载的操作。SPGDS 14可使用呈反向平行的关系的一对SCR，即SCR1和SCR2，从而在每半个周期里其中一个SCR被前向偏置。由此，SPGDS 14在每个周期的正部分和负部分都可控制源16与负载18之间的电流。

一对驱动器36A和36B可分别控制SCR1和SCR2之一。为了控制SCR1和SCR2在何时开启，每个驱动器36A和36B可耦合到其所控制的SCR的栅电极。由此，驱动器36A和36B可分别开启SCR1和SCR2。驱动器36A和36B可包括用于确定每个周期里开启SCR1和SCR2以向负载18传递所需功率的合适的点。驱动器36A和36B的每一个都可从SPGDS 14的其它组件抽吸功率来进行操作。

一对电容器C1和C2可存储电荷以分别向驱动器36A和36B之一供电。电容器C1可被布置成串联在源16与驱动器36A之间，而电容器C2可被布置成串联在负载18与驱动器36B之间。通过与接下来所讨论的各种组件协作，电容器C1和C2可利用SCR1和SCR2上的电势来捕捉电荷。驱动器36A和36B可抽吸此电荷来为其操作供电。优越之处在于，这样一种布置可允许SPGDS 14在没有各驱动器36A和36B的专用电源的帮助下就能进行操作。

各种组件可协作以向为驱动器36A和36B供电的电容器C1和C2充电。电容器CS可在SCR1和SCR2都关断时充电，然后向C1和C2放电。取决于SCR1和SCR2在电压周期的正性或负性部分里是否均关断，电流可流过二极管D1B或D2B来给CS充电。与此同时，电流可从电容器CS流到电容器C1或C2之一。如果电容器CS通过二极管D1B充电，则电流可从电容器CS通过二极管D2R流到电容器C2来向电容器C2充电。类似地，如果电容器CS通过二极管D2B充电，则电流可从电容器CS通过二极管D2R来向电容器C1充电。二极管D1R和D2R分别允许电流从电容器CS流到电容器C1和C2中。与此同时，它们可阻止电流经除通过驱动器36A和36B以外的路径离开电容C1和C2。优越之处在于，通过包括与电容器CS串联的电阻RS，这两个组件可形成缓冲电路，来阻尼在通过SPGDS14的电流突变期间，诸如当SCR1或SCR2开启时所产生的瞬时电流。

齐纳二极管DZ1和DZ2可分别与各种组件协助来防止电容器C1和C2充到超过某个电压。二极管DZ1和DZ2可具有击穿电压(诸如20伏)，它起到分别对电容器C1和C2上的电压封顶的作用。二极管DZ1和DZ2可分别耦合到一SCR(诸如DSCR1和DSCR2)的栅电极以在电容器C1或C2被充满时重新定向离开电容器C1或C2的电流。例如，在周期中将驱动电流从电容器CS流到电容器C1的一部分里，当SCR1和SCR2均关断时，如果C1已完全充满，则电流可通过DZ1以开启开关DSCR1。一旦开启，开关DSCR1即可重新定向来自电容器CS的、否则会向源16回充的电流。二极管DZ2和DSCR2可用互补方式操作。为确保在二极管DZ1或DZ2到达其击穿电压时，开关DSCR1和DSCR2的栅电极达到足以使其开启的电压，可将电阻R1和R2布置成分别串联在二极管DZ1与源16之间或是二极管DZ2与负载18之间。

预充电电路12可通过在SPGDS 14处于休止状态时在电容器C1和C2上维持电荷来补充自供电电路。如前文中所解释的，控制电源20可驱动交变电流流过电流回路22。电流回路22可在线圈24A和24B中感生出电流，该电流由桥式整流器26A和26B整流。桥式整流器26A和26B的输出可分别向电容器C1和C2充电。由此，在SPGDS 14处于休止状态时，预充电电路可在电容器C1和C2上维持一定电荷。优越之处在于，当SPGDS 14被重新激活时，诸如在软停操作期间，SPGDS 14在无需为电容器C1和C2充电而延迟的情况下即可工作。消除这一延迟就可减少电流和转矩浪涌，并延长设备的寿命。

各种自动化系统10可使用耦合到SPGDS 14的预充电电路12。为更详细地说明这一自动化系统10的操作，图5示出了包括适用于控制SPGDS 14的操作的组件的示例性自动化系统10的框图。如在上述实施例中一样，SPGDS 14可选择性地允许电流在源16与负载18之间流动，并且预充电电路12可向SPGDS 14提供涓流电荷。除了这些组件之外，自动化系统10可包括控制器38，用于管理SPGDS14以及对负载执行控制的其它各种组件的操作。控制器38可用允许控制器38控制SPGDS 14的方式被通信地耦合到SPGDS 14。响应于来自控制器38的命令，SPGDS 14可调节负载18的操作。

控制器38可与配置成方便用户对自动化系统10的控制的远程接口40通信。远程接口40可包括用于向用户传送信息的显示器、以及诸如键盘等用户可通过其输入命令的一些装置。

控制器38可与接触器42和44通信，以控制源16与负载18之间的电流路径。为了将负载18从源16解耦合，控制器38可断开接触器42。类似地，为了引导源16与负载18之间的电流通过SPGDS 14，控制器38可闭合接触器42并断开接触器44。在某些操作模式中，控制器38可通过闭合接触器44来使得源16与负载18之间的电流绕过SPGDS 14。例如，当负载18要在全容量下工作，且源16与负载18之间的电流不受限制地通过SPGDS 14时，控制器38可闭合接触器44以绕过SPGDS 14。由此，通过引导SPGDS 14与连接器42和44的操作，控制器36就可调节源16与负载18之间的电流。

根据本技术的某些实施例可使用多个SPGDS 14。例如，图6示出用于控制三相电源16与负载18之间的电流的示例性自动化系统10的框图。源16可通过交变电流的三条线路向负载18传递功率，其中每条线路与另两条呈120度的相位差。

SPGDS 14A-C可调节源16与负载18之间的每个交流相位。如图6所示，三个SPGDS 14A-C可被布置成串联在源16与负载18之间，每个SPGDS 14A-C选择性地传导一个相位。由此，与单相的情况一样，SPGDS 14A-C可通过延长或缩短周期里它们不传导的部分来控制负载18的操作。控制器38可与各SPGDS 14A-C通信来控制其操作。

类似地，控制器38可与一连串接触器42A-C和44A-C通信，来为源16与负载18之间的电流选择一条路径。由此，为使负载18从源16解耦合，控制器38可断开接触器42A-C。为了绕过SPGDS 14A-C，控制器38可闭合接触器44A-C，而为了引导源16与负载18之间的电流通过SPGDS 14A-C，控制器38可断开接触器44A-C并闭合接触器42A-C。

优越之处在于，单个预充电电路12在作适当修改之后可支持多个SPGDS。图2的预充电电路12可被简便地修改为支持多个SPGDS，诸如图6的SPGDS 14A-C。通过为每个附加SPGDS 14向电流回路22添加与线圈24A和24B类似的一对线圈、以及与整流器26A和26B类似的一对整流器，预充电电路12就可向多个SPGDS供电。优越之处在于，可在多个SPGDS上利用单个变压器28和电流回路22。因此，在三相自动化系统10中，一个预充电电路12可给三个SPGDS充电。

图7示出具有层叠SPGDS 14A和14B用于处理较高电压的示例性单相自动化系统10。SPGDS 14A的输出可被耦合到SPGDS 14B的输入，以提高自动化系统10的电压处理能力。在一些实施例中，可通过层叠两个SPGDS来使电压处理能力加倍。与三相系统相似，修改为对每个SPGDS包括两个线圈和桥式整流器的单个预充电电路12可向多个SPGDS 14A和14B充电。

可用各种方式来组合图6的三相电源配置和图7的层叠SPGDS 14A-B的配置以产生其它实施例。例如，根据本技术的实施例包括每相位使用1个SPGDS来处理2300伏电源、每相位使用两个SPGDS来处理3300和4160伏电源、以及每相位使用三个SPGDS来处理6900伏电源的自动化系统10。由此，适用于接受三相电源的这些实施例分别可使用三个、六个或九个SPGDS。当SPGDS被添加到自动化系统10中时，使用单个预充电电路12、而不是每个SPGDS一对单独的电源来向SPGDS中的电容器充电的优势就变得更为明显。

当向多个SPGDS提供单个预充电电路12时，将电流回路22断成相互串联的片段可证明是有利的。这些段可连接到SPGDS或一组SPGDS之间的端子。通过将电流回路22断为数段，就可移走一段进行修理或维护而不用将电流环路22穿过与每个SPGDS相关联的每一对线圈。

尽管本文中仅示出并描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员可进行许多修改和变化。因此应当理解，所附权利要求书旨在涵盖落在本发明真实精神内的所有这些修改和变化。

Claims (11)

1.一种系统，包括：

预充电电路，所述预充电电路被配置成耦合到第一交流电源，并向自供电栅驱动器系统内的诸组件充电，同时阻止电流在所述第一交流电源与所述自供电栅驱动器系统之间流动；以及

耦合到所述预充电电路的至少一个自供电栅驱动器系统，其中所述自供电栅驱动器系统被配置成选择性地耦合第二交流电源和一负载。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预充电电路包括一电流回路以及围绕所述电流回路设置的线圈。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电流回路包括围绕所述电流回路设置在所述线圈与所述电流回路之间的绝缘体。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预充电电路包括一变压器。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预充电电路包括一桥式整流器。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预充电电路对每个自供电栅驱动器系统包括两个桥式整流器。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预充电电路包括：

具有输入和输出的变压器，其中所述输入被耦合到所述第一交流电源；

电流回路，所述电流回路耦合到所述变压器的输出并被配置成在线圈中感生电流；

围绕所述电流回路设置的绝缘层；

围绕所述绝缘层设置的套子；

围绕所述套子设置的线圈；以及

具有输入和输出的桥式整流器，所述桥式整流器被配置成对所述线圈中感生出的交变电流进行整流，其中所述输入被耦合到所述线圈，而所述输出被耦合到所述自供电栅驱动器系统。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括至少三个自供电栅驱动器系统，其中至少一个自供电栅驱动器系统被配置成选择性地将三相交流电源的每个相耦合到负载。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括相互串联地耦合的多个自供电栅驱动器系统。

10.一种选择性地耦合电源与负载的方法，包括：

选择性地将电源通过自供电栅驱动器系统耦合到负载；以及

用预充电电路对所述自供电栅驱动器系统充电。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，对所述自供电栅驱动器系统充电与选择性地将电源通过自供电栅驱动器系统耦合到负载非并发地进行。

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