JP2011109842A - Circuit and topology for ultra-high reliability power electronics system - Google Patents
Circuit and topology for ultra-high reliability power electronics system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011109842A JP2011109842A JP2009263576A JP2009263576A JP2011109842A JP 2011109842 A JP2011109842 A JP 2011109842A JP 2009263576 A JP2009263576 A JP 2009263576A JP 2009263576 A JP2009263576 A JP 2009263576A JP 2011109842 A JP2011109842 A JP 2011109842A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power electronics
- electronics system
- control units
- semiconductor switching
- unit
- 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
Links
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、全体的にパワーエレクトロニクスに関し、より具体的には、高信頼性の発電システムを提供するための回路及びシステムトポロジーに関する。 The present invention relates generally to power electronics, and more specifically to a circuit and system topology for providing a highly reliable power generation system.
メガワット域のパワーエレクトロニクスシステムは一般に、多数のパワー及び制御構成要素からなる。これらのパワーエレクトロニクスシステムの信頼性を改善するために、通常は耐久性を高めるのではなく冗長概念が利用されてきた。冗長トポロジーの最も普及している例の1つは、サイリスタなどの構成要素のn+1又はそれ以上の直列接続である。この直列接続技術は通常、制御システム自体、特に制御装置とパワー半導体との間のインターフェースは冗長ではないので、冗長性はパワー半導体のみに限定される。 Megawatt power electronics systems typically consist of a number of power and control components. In order to improve the reliability of these power electronics systems, redundancy concepts have typically been utilized rather than increased durability. One of the most popular examples of redundant topologies is n + 1 or more series connections of components such as thyristors. In this series connection technique, the control system itself, in particular, the interface between the control device and the power semiconductor is not redundant, so the redundancy is limited to the power semiconductor only.
制御システムとパワー半導体間の非冗長性のインターフェース故障のリスクは、標準的な産業用途では許容可能であるが、海底電力変換システムにおいては許容可能ではない。これは、石油及び/又はガス産業での海底設置など、海底電力変換システムにおける信頼性に関する要求が遙かに高いことに起因する。海底電力変換システムにおいて障害が発生した場合に必要な介入は、時間及びコストの点で遙かに要求が厳しい。 The risk of non-redundant interface failure between the control system and the power semiconductor is acceptable in standard industrial applications, but not in submarine power conversion systems. This is due to the much higher demands on reliability in submarine power conversion systems, such as submarine installations in the oil and / or gas industry. The intervention required when a fault occurs in a submarine power conversion system is much more demanding in terms of time and cost.
例えば、他の用途で一般的に利用されるスペアパーツの使用は経済的ではないので、海底電力変換システムにおいて冗長性は必須である。このような海底用途では、長年の保管後に設置されることになるスペアユニットは、海面下動作条件に厳密に一致させた動作条件の下で試験する必要がある。 For example, redundancy is essential in a submarine power conversion system because the use of spare parts commonly utilized in other applications is not economical. In such submarine applications, spare units that will be installed after many years of storage need to be tested under operating conditions that closely match the subsea operating conditions.
システムの信頼性を向上させる1つの選択肢は、追加のパワーエレクトロニクスユニットを設置することである。海面下パワーエレクトロニクスに伴うコストは通常、最高でも海面下電力変換ユニットの総コストの約20%を占めるだけである。受動素子は、海面下電力変換ユニットのスペースのほとんどを必要とする。適切に設計されている場合には、これらの受動素子が故障する可能性は極めて低い。従って、海用に変更された各海面下変換ユニットにスペアのパワーエレクトロニクス及び制御ユニットを設置することは、魅力的なことである場合が多い。スペアユニットは、動作損失には寄与せず、時折試験すればよく、関連するシステム中断時間を必要とせずに負荷の制御された供給を引き継ぐことができる。上述の解決策が実行可能ではない場合、別の選択肢は、シングルポイント障害のないシステムを設計することである。以上のことを考慮すると、パワーコンバータ/パワーエレクトロニクスシステムに関連するあらゆるシングルポイント障害を排除し、ほとんどの何れかの既知のパワーエレクトロニクストポロジーで利用可能な回路/システムを提供することが有利且つ好都合となる。回路/システムが、既存のAC/DCコンバータトポロジー、DC/ACコンバータトポロジー、又はDC/DCコンバータトポロジー内で容易に取り付けることができる場合には、更に有利になる。 One option to improve system reliability is to install additional power electronics units. The costs associated with subsea power electronics typically only account for about 20% of the total cost of subsea power conversion units at best. Passive elements require most of the space in the subsea power conversion unit. When properly designed, these passive elements are very unlikely to fail. Thus, it is often attractive to install spare power electronics and control units in each subsea conversion unit that has been modified for marine use. Spare units do not contribute to operating losses, may only need to be tested from time to time, and can take over a controlled supply of load without the associated system downtime. If the above solution is not feasible, another option is to design a system without a single point of failure. In view of the foregoing, it would be advantageous and advantageous to provide a circuit / system that can be used in almost any known power electronics topology, eliminating any single point of failure associated with power converter / power electronics systems. Become. It would be further advantageous if the circuit / system could be easily installed within an existing AC / DC converter topology, DC / AC converter topology, or DC / DC converter topology.
要約すると、1つの実施形態によれば、パワーエレクトロニクスシステムは、高信頼性スイッチを提供するよう直列に接続され、ボーティングユニットが一体化された対応するゲート駆動ユニットにより各々が駆動される、実質的に同一の複数の半導体スイッチングデバイスと、出力信号の完全セットを生成するよう各々構成された複数の制御ユニットと、
を備え、各出力信号が、単一の半導体スイッチングデバイスのそれぞれ一体化されたボーティング及びゲート駆動ユニットと通信しており、対応する半導体スイッチングデバイスが複数の制御ユニットのボーティング結果によって制御されるようにする。
In summary, according to one embodiment, the power electronics system is connected in series to provide a reliable switch, each driven by a corresponding gate drive unit with an integrated voting unit. A plurality of identical semiconductor switching devices and a plurality of control units each configured to generate a complete set of output signals;
Each output signal is in communication with a respective integrated voting and gate drive unit of a single semiconductor switching device, and the corresponding semiconductor switching device is controlled by the voting results of a plurality of control units Like that.
別の実施形態によれば、パワーエレクトロニクスシステムは、パワーエレクトロニクスの実質的に同じ複数のグループを備え、各グループが対応する制御ユニットによって制御され、1つ又はそれ以上の異なるパワーエレクトロニクスグループの制御ユニットが故障したときに、各制御ユニットがパワーエレクトロニクスの1つ又はそれ以上の異なるグループを同様に制御することができ、パワーエレクトロニクスの各グループが、対応する制御ユニットの故障の後に依然として動作可能であるようにする。 According to another embodiment, a power electronics system comprises a plurality of substantially identical groups of power electronics, each group being controlled by a corresponding control unit, the control units of one or more different power electronics groups Each control unit can control one or more different groups of power electronics as well, and each group of power electronics is still operational after a corresponding control unit failure Like that.
更に別の実施形態によれば、パワーエレクトロニクスシステムは、ゲート駆動ユニット及びボーティングユニットの対応するグループにより各々が制御される、パワースイッチングデバイスの1つ又は複数の実質的に同一のグループと、出力信号の複数のグループを生成するように各々が構成された1つ又は複数の制御ユニットと、を備え、出力信号の各グループが、ゲート駆動ユニット及び対応するボーティングユニットの単一のグループに対応し、パワースイッチングデバイスの各グループが、制御ユニットの各々に関連付けられた出力信号のグループを介して制御されるようにする。 According to yet another embodiment, the power electronics system includes one or more substantially identical groups of power switching devices, each controlled by a corresponding group of gate drive units and voting units, and an output. One or more control units, each configured to generate a plurality of groups of signals, each group of output signals corresponding to a single group of gate drive units and corresponding voting units And each group of power switching devices is controlled via a group of output signals associated with each of the control units.
更に別の実施形態によれば、パワーエレクトロニクスシステムは、対応するゲート駆動ユニット及びボーティングユニットに各々が応答する複数のパワーエレクトロニクスサブシステムと、複数の出力信号を生成するように各々が構成された複数の制御ユニットと、を備え、各出力信号が、単一のゲート駆動ユニット及び対応するボーティングユニットに対応し、各サブシステムが、制御ユニットの各々に関連付けられた対応する出力信号を介して制御されるようにする。 According to yet another embodiment, the power electronics system is configured to generate a plurality of output signals and a plurality of power electronics subsystems each responsive to a corresponding gate drive unit and voting unit. A plurality of control units, each output signal corresponding to a single gate drive unit and a corresponding voting unit, and each subsystem via a corresponding output signal associated with each of the control units To be controlled.
更に別の実施形態によれば、パワーエレクトロニクスシステムは、複数の冗長パワーコンバータを選択的に駆動するよう構成された複数のパワーコンバータ駆動制御ユニットを備え、各制御ユニットが、所望のレベルのパワーコンバータ駆動冗長性を提供するよう構成された複数の出力を含み、各パワーコンバータが、少なくとも1つの対応するパワーコンバータ駆動制御ユニットの故障後に依然として動作可能であるようにする。 According to yet another embodiment, a power electronics system includes a plurality of power converter drive control units configured to selectively drive a plurality of redundant power converters, each control unit having a desired level of power converter. A plurality of outputs configured to provide drive redundancy so that each power converter is still operable after a failure of at least one corresponding power converter drive control unit.
更に別の実施形態によれば、パワーエレクトロニクスシステムは、複数の冗長海底パワーエレクトロニクスモジュールを選択的に駆動するよう構成された複数の海底パワーエレクトロニクス制御ユニットを含み、各制御ユニットが、所望のレベルの海底パワーエレクトロニクスモジュール冗長性を提供するよう構成された複数の出力を含み、各海底パワーエレクトロニクスモジュールが、少なくとも1つの対応する海底パワーエレクトロニクスモジュール制御ユニットの故障後に依然として動作可能であるようにする。 According to yet another embodiment, a power electronics system includes a plurality of submarine power electronics control units configured to selectively drive a plurality of redundant submarine power electronics modules, each control unit being at a desired level. A plurality of outputs configured to provide submarine power electronics module redundancy so that each submarine power electronics module is still operable after failure of at least one corresponding submarine power electronics module control unit.
更に別の実施形態によれば、パワーエレクトロニクスシステムは、海底負荷に電力を選択的に送給するよう構成された複数の冗長海底パワーエレクトロニクスサブシステムを含み、海底パワーエレクトロニクスサブシステムの少なくとも1つに関連する故障又はシャットダウン後に、海底負荷が、少なくとも1つの海底パワーエレクトロニクスサブシステムから電力を引き続き受け取るようにされる。 According to yet another embodiment, a power electronics system includes a plurality of redundant submarine power electronics subsystems configured to selectively deliver power to a submarine load, with at least one of the submarine power electronics subsystems. After an associated failure or shutdown, the submarine load is allowed to continue to receive power from at least one submarine power electronics subsystem.
更に別の実施形態によれば、は、複数の冗長海底パワーエレクトロニクスサブシステムを含み、各サブシステムが、複数の受動デバイス及び複数の実質的に同一の能動デバイスを含み、パワーエレクトロニクスシステムは、海底負荷電力を選択的に送給するよう構成され、少なくとも1つのサブシステムが依然として動作可能である限り、実質的に同一の能動デバイスの1つ又はそれ以上の故障後に、海底負荷が、少なくとも1つの海底パワーエレクトロニクスサブシステムから電力を引き続き受け取るようにされる。 According to yet another embodiment, includes a plurality of redundant submarine power electronics subsystems, each subsystem including a plurality of passive devices and a plurality of substantially identical active devices, the power electronics system comprising: Subsequent to one or more failures of substantially the same active device, the submarine load is at least one, as long as it is configured to selectively deliver load power and at least one subsystem is still operational. Continue to receive power from the submarine power electronics subsystem.
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。上記で認識された図面は特定の実施形態を記載しているが、以下の議論において理解されるように、本発明の別の実施形態もまた企図される。何れの場合においても、本開示は、代表的なものとして本発明の例示的な実施形態を提示しており、限定するものではない。当業者であれば、本発明の技術的範囲及び/又は思想に含まれる他の多くの修正形態及び実施形態が考案することができる。 These and other features, aspects, and advantages of the present invention will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings in which like reference characters indicate like elements throughout the drawings. While the above-recognized drawings describe specific embodiments, as will be understood in the discussion that follows, other embodiments of the invention are also contemplated. In any case, this disclosure presents exemplary embodiments of the present invention by way of representation and not limitation. Those skilled in the art can devise many other modifications and embodiments that fall within the scope and / or spirit of the present invention.
図1は、多くの異なる実施形態における基本的構成単位として使用される、シングルポイント障害のないハイパワーエレクトロニクスシステム用の回路及びシステムトポロジーを示す。ハイパワーエレクトロニクスシステム10は、単一スイッチ機能として働き、ほとんど全ての既知のパワーエレクトロニクストポロジーで利用することができる。システム10は、限定ではないが、スイッチングデバイス12の1つ又はそれ以上の短絡故障モードを受けて、スイッチが引き続き機能するように所望のレベルのスイッチ冗長性を提供するために直列配列で接続されたパワー半導体など、実質的に同一の複数(n+1)のハイパワースイッチングデバイスを含む。パワー半導体は、限定ではないが、IGBT、又はIGCTもしくはサイリスタデバイスとすることができる。 FIG. 1 shows a circuit and system topology for a high power electronics system without single point of failure, used as a basic building block in many different embodiments. The high power electronics system 10 acts as a single switch function and can be utilized in almost all known power electronics topologies. The system 10 is connected in a series arrangement to provide a desired level of switch redundancy so that the switch continues to function in response to one or more short-circuit failure modes of the switching device 12 without limitation. Including substantially the same plurality (n + 1) of high power switching devices, such as power semiconductors. The power semiconductor can be, but is not limited to, an IGBT, or an IGCT or thyristor device.
ハイパワーエレクトロニクスシステム10は、前述の冗長機能をシステム全体にも拡張することによって、所望のレベルの信頼性/可用性を提供する。標準的なゲート駆動ユニットは、出力ゲートを制御するのに使用される単一の入力だけを有するが、ハイパワーエレクトロニクスシステム10のゲート駆動ユニット14は各々、対応するボーティングユニット16を有する。各ボーティングユニット16は、複数の入力18を有する。各ボーティングユニット入力は、対応する制御ユニット20により駆動される。各制御ユニット20は、1つ又はそれ以上の制御ユニット故障が万一発生した際に、追加のボーティングユニット16に対する入力を提供するよう構成される。各ボーティングユニットは、例えば、スイッチングデバイス12のゲート駆動ユニット14と一体化されるXORロジックを利用することができる。 The high power electronics system 10 provides the desired level of reliability / availability by extending the aforementioned redundancy functionality to the entire system. While a standard gate drive unit has only a single input that is used to control the output gate, each gate drive unit 14 of the high power electronics system 10 has a corresponding voting unit 16. Each voting unit 16 has a plurality of inputs 18. Each voting unit input is driven by a corresponding control unit 20. Each control unit 20 is configured to provide input to the additional voting unit 16 in the event of one or more control unit failures. Each voting unit may utilize, for example, XOR logic that is integrated with the gate drive unit 14 of the switching device 12.
n=3個の制御ユニット20だけが図示されているが、任意の所望の数nの制御ユニット20、並びに所望の数nの制御ユニット20に対応する必要数の入力で構成された対応するボーティングユニット18を用いた他の実施形態も容易に利用することができる。 Although only n = 3 control units 20 are shown, a corresponding baud configured with any desired number n of control units 20 and a required number of inputs corresponding to the desired number n of control units 20. Other embodiments using the ting unit 18 can also be readily utilized.
従って、ハイパワーエレクトロニクスシステム10は、冗長機能をハイパワースイッチングデバイス12だけでなくシステム10の他の部分にも拡張する。ゲート駆動ユニット14及びボーティングユニット16は、対応するパワー半導体12により冗長にされ、冗長ゲート駆動制御ユニット20は、各ボーティングユニット16に冗長入力信号を提供するよう構成される。 Thus, the high power electronics system 10 extends the redundancy function not only to the high power switching device 12 but also to other parts of the system 10. The gate drive unit 14 and the voting unit 16 are made redundant by corresponding power semiconductors 12, and the redundant gate drive control unit 20 is configured to provide a redundant input signal to each voting unit 16.
1つの実施形態によれば、対応するボーティングユニット16に対して何れかの2つ又はそれ以上のボーティング入力18がオン状態を指示している場合に、特定のハイパワースイッチングデバイス12がオンになる。従って、図1に示す回路及びシステムトポロジーは、スイッチングデバイス12並びに全ての対応する制御装置20及び駆動ユニット14及びボーティングユニット16を含めた、あらゆるシングルポイント障害を排除する。 According to one embodiment, a particular high power switching device 12 is turned on when any two or more voting inputs 18 indicate an on state to the corresponding voting unit 16. become. Thus, the circuit and system topology shown in FIG. 1 eliminates any single point of failure, including switching device 12 and all corresponding controllers 20 and drive unit 14 and voting unit 16.
パワーデバイス12の短絡故障モード機能は、あらゆる故障検出及び/又は隔離機構に対してどのような要件もないので、受動的冗長概念である。システム10の全体の有効寿命の間、回路には何らかの故障したデバイスが残る。1つの実施形態によれば、ハイパワーエレクトロニクスシステム10は、海底用途に合わせた海用に設計されている。 The short-circuit failure mode function of the power device 12 is a passive redundancy concept because there is no requirement for any failure detection and / or isolation mechanism. During the entire useful life of the system 10, any faulty devices remain in the circuit. According to one embodiment, the high power electronics system 10 is designed for marine use tailored for submarine applications.
図2は、本発明の別の実施形態による、ハイパワーエレクトロニクスシステム30用の回路及びシステムトポロジーを示している。ハイパワーエレクトロニクスシステム30は、複数の冗長フロントエンドコントローラ32を利用する。各フロントエンドコントローラ32は、複数の出力グループ34、36で構成される。出力グループ34は、対応するボーティング及びゲート駆動ユニットを含む、スイッチングデバイス38の1つのグループを制御するよう構成される。出力グループ36は、上述のような対応するボーティング及びゲート駆動ユニットを含む、スイッチングデバイス40の別のグループを制御するよう構成される。従って、図2に示す回路及びシステムトポロジーは、特定のコントローラ32が故障するかどうか、又はスイッチングデバイス38、40の特定のグループ内で故障が生じるか、もしくは相互接続部41が故障するか否かにかかわらず、ハイパワーエレクトロニクスシステム30が動作を継続するように、所望のレベルのデバイス冗長性を提供する。 FIG. 2 shows a circuit and system topology for a high power electronics system 30 according to another embodiment of the present invention. The high power electronics system 30 utilizes a plurality of redundant front end controllers 32. Each front end controller 32 includes a plurality of output groups 34 and 36. The output group 34 is configured to control one group of switching devices 38, including corresponding voting and gate drive units. Output group 36 is configured to control another group of switching devices 40, including corresponding voting and gate drive units as described above. Thus, the circuit and system topology shown in FIG. 2 determines whether a particular controller 32 fails, or whether a failure occurs in a particular group of switching devices 38, 40, or an interconnect 41 fails. Regardless, it provides a desired level of device redundancy so that the high power electronics system 30 continues to operate.
幾つかの実施形態によれば、ハイパワーエレクトロニクスシステム30は、図4に示すような海底DC/DCコンバータ42内の直列接続のデバイス38、40のグループ、或いは、図5で示すような1つ又は複数の負荷60を供給する1つ又は複数のDC−ACインバータモジュール58を含む。 According to some embodiments, the high power electronics system 30 includes a group of serially connected devices 38, 40 in the submarine DC / DC converter 42 as shown in FIG. 4, or one as shown in FIG. Or one or more DC-AC inverter modules 58 that provide a plurality of loads 60.
図3は、本発明の別の実施形態による、ハイパワーエレクトロニクスシステム50用の回路及びシステムトポロジーを示す。ハイパワーエレクトロニクスシステム50は、複数の冗長フロントエンドコントローラ52を利用する。各フロントエンドコントローラ52は、複数の出力54で構成され、各コントローラ出力54が上述のようなボーティングユニット入力信号を供給する用動作する。従って、図3に示す回路及びシステムトポロジーは、特定のコントローラ32が故障しているか、又は特定のブリッジ回路56が故障しているか否かにかかわらず、ハイパワーエレクトロニクスシステム50が引き続き動作するように、所望のレベルのデバイス冗長性を提供する。1つの実施形態によれば、図3に示す回路及びシステムトポロジーは、1つ又はそれ以上の海底負荷を駆動するインバータシステムを含む。 FIG. 3 shows a circuit and system topology for a high power electronics system 50 according to another embodiment of the present invention. The high power electronics system 50 utilizes a plurality of redundant front end controllers 52. Each front end controller 52 comprises a plurality of outputs 54, each controller output 54 operating to supply a voting unit input signal as described above. Accordingly, the circuit and system topology shown in FIG. 3 ensures that the high power electronics system 50 continues to operate regardless of whether a particular controller 32 has failed or a particular bridge circuit 56 has failed. Provide the desired level of device redundancy. According to one embodiment, the circuit and system topology shown in FIG. 3 includes an inverter system that drives one or more submarine loads.
要約の説明において、他の既知のシステムよりも単純且つ小型の様態で所望のレベルのシステム及び/又はデバイス冗長性を提供する高信頼性のパワーエレクトロニクスシステムを説明してきた。高信頼性のパワーエレクトロニクスシステムは、海底用途において所望のレベルの信頼性を達成するために特に有用であり、この用途では、信頼性が主要な因子であり、ハイパワーエレクトロニクスのコストは通常、システム全体のコストの5%未満に過ぎないため、あまり重要ではない。 In the summary description, a reliable power electronics system has been described that provides a desired level of system and / or device redundancy in a simpler and smaller manner than other known systems. Reliable power electronics systems are particularly useful for achieving the desired level of reliability in submarine applications, where reliability is a major factor and the cost of high power electronics is usually the system Less important because it is less than 5% of the total cost.
高信頼性のパワーエレクトロニクスシステムにおけるデバイスレベルの冗長性は、全て直列に接続されたデバイスのゲート信号が同一であるので、他の既知の応用におけるよりも簡単且つ小型の様態で達成することができる。1つの実施形態でのシステム冗長性は、受動素子が故障する可能性が低く、過重で、且つ過剰なスペースを消費するので、能動素子のみに関連している。 Device level redundancy in a reliable power electronics system can be achieved in a simpler and smaller manner than in other known applications because the gate signals of all the devices connected in series are the same. . System redundancy in one embodiment is only relevant for active devices because passive devices are unlikely to fail, are heavy, and consume excess space.
本明細書で説明される原理を用いた海底応用は、例えば、能動素子の冗長性だけを利用することができ、これによりシステムが、障害及び/又はシャットダウンの後に再起動が可能であり、異なる能動素子と同じ受動素子とを用いて動作を継続することができるように遠隔に構成することができるようになる。 Submarine applications using the principles described herein can utilize, for example, only active element redundancy, which allows the system to be restarted after a failure and / or shutdown, differing It can be configured remotely so that operation can continue using the same passive elements as active elements.
上記で説明された特定の実施形態は、デバイス又は制御ユニットの故障の何れの場合においても動作を継続することが可能であるが、冗長トポロジーはまた、本明細書で説明した原理を用いて、サブシステムの故障又はシャットダウンの後に、パワーコンバータなどの完全なサブシステムの動作を継続させることを可能にすることができる。このようなトポロジーは、例えば、故障したサブシステムの電源を切り、能動デバイスの別のセットを利用するが、限定ではないがキャパシタ、インダクタ、変圧器、及び同様のものを含む受動デバイスの同じセットを継続して利用する、冗長サブシステムの動作を可能にすることができる。既存の受動デバイスを継続して使用することで、最小のサイズ及び重量の維持が保証されることになる。 While the particular embodiments described above can continue to operate in the event of a device or control unit failure, redundant topologies also use the principles described herein: It may be possible to continue operation of a complete subsystem such as a power converter after a subsystem failure or shutdown. Such a topology, for example, turns off a failed subsystem and utilizes another set of active devices, but the same set of passive devices including, but not limited to, capacitors, inductors, transformers, and the like It is possible to enable operation of redundant subsystems that continue to use. Continued use of existing passive devices will ensure that minimal size and weight are maintained.
上述の実施形態は、スペアユニット試験要件の維持の必要性を排除するのに特に有用である。スペアユニットは、できる限り海底動作条件に近い動作条件下で試験しなくてはならないので、試験には、制動抵抗と共に発電機に接続された典型的な陸上モータ負荷を必要とすることから、このようなスペアが故障発生時に海浜上に設置されることになるかどうか、或いはこのようなスペアが恒久的に設置される試験ステーションと関連付けられるかどうかに関係なく、追加のスペアを保持するには大変な取り組みを必要とする。 The above-described embodiments are particularly useful in eliminating the need to maintain spare unit test requirements. Spare units must be tested under operating conditions that are as close to the submarine operating conditions as possible, so testing requires a typical land motor load connected to the generator along with braking resistance. To retain additional spares regardless of whether such spares will be installed on the beach in the event of a failure or whether such spares are associated with a permanently installed test station Requires a lot of work.
本発明の特定の特徴のみを本明細書で例示し説明してきたが、当業者であれば、多くの変更形態及び変形が想起されるであろう。従って、本発明の真の精神の範囲内にあるこのような変更形態及び変更全ては、添付の請求項によって保護されるものとする点を理解されたい。 While only certain features of the invention have been illustrated and described herein, many modifications and changes will occur to those skilled in the art. It is therefore to be understood that all such modifications and changes that fall within the true spirit of the invention are intended to be protected by the appended claims.
10 ハイパワーエレクトロニクスシステム
12 同一のハイパワースイッチングデバイス
14 ゲート駆動ユニット
16 ボーティングユニット
18 入力
20 制御ユニット
30 ハイパワーエレクトロニクスシステム
32 冗長フロントエンドコントローラ
34 出力グループ
36 出力グループ
38 スイッチングデバイスのグループ
40 スイッチングデバイスのグループ
41 相互接続部
42 DC/DCコンバータ
50 ハイパワーエレクトロニクスシステム
52 フロントエンドコントローラ
54 コントローラ出力
56 ブリッジ回路
58 DC/ACインバータモジュール
60 負荷
10 High Power Electronics System 12 Same High Power Switching Device 14 Gate Drive Unit 16 Voting Unit 18 Input 20 Control Unit 30 High Power Electronics System 32 Redundant Front End Controller 34 Output Group 36 Output Group 38 Group of Switching Devices 40 of Switching Devices Group 41 Interconnect 42 DC / DC converter 50 High power electronics system 52 Front end controller 54 Controller output 56 Bridge circuit 58 DC / AC inverter module 60 Load
Claims (10)
1つ又はそれ以上の異なるパワーエレクトロニクスグループの制御ユニットが故障したときに、各制御ユニット(32)がパワーエレクトロニクス(38)、(40)の1つ又はそれ以上の異なるグループを同様に制御することができ、前記パワーエレクトロニクス(38)、(40)の各グループが、少なくとも1つの前記制御ユニット(32)の故障の後に依然として動作可能であるようにする、
パワーエレクトロニクスシステム(30)。 A power electronics system (30) comprising a plurality of substantially identical groups of power electronics (38), (40), each group being controlled by one or more corresponding control units (32),
Each control unit (32) controls one or more different groups of power electronics (38), (40) in the same way when one or more control units of different power electronics groups fail Allowing each group of power electronics (38), (40) to still be operable after a failure of at least one of the control units (32),
Power electronics system (30).
請求項1に記載のパワーエレクトロニクスシステム(30)。 The power electronics includes a semiconductor switching device selected from IGBT devices, IGCT devices, and thyristor devices;
The power electronics system (30) according to claim 1.
請求項1に記載のパワーエレクトロニクスシステム(30)。 Composed of marine design for undersea application,
The power electronics system (30) according to claim 1.
請求項1に記載のパワーエレクトロニクスシステム(30)。 The power electronics are integrated in a submarine DC / DC converter (42), or one or more DC-AC or AC-DC inverter / converter modules (58);
The power electronics system (30) according to claim 1.
出力信号の完全セットを生成するよう各々構成された複数の制御ユニット(20)と、
を備え、
前記各出力信号が、単一の半導体スイッチングデバイス(12)のそれぞれ一体化されたボーティング(16)及びゲート駆動(14)ユニットと通信しており、対応する半導体スイッチングデバイス(12)が前記複数の制御ユニット(20)のボーティング結果によって制御されるようにする、
パワーエレクトロニクスシステム(10)。 A plurality of substantially identical semiconductor switching devices, each connected by a corresponding gate drive unit (11) connected in series to provide a reliable switch, each integrated with a voting unit (16). 12)
A plurality of control units (20) each configured to produce a complete set of output signals;
With
Each output signal is in communication with a respective integrated voting (16) and gate drive (14) unit of a single semiconductor switching device (12), the corresponding semiconductor switching device (12) being in the plurality. To be controlled by the voting result of the control unit (20) of
Power electronics system (10).
請求項5に記載のパワーエレクトロニクスシステム(10)。 The plurality of substantially identical semiconductor switching devices (12) cause a short circuit fault in any one or more of the switching devices (12) as long as at least a minimum number of the switching devices are still operating. Configured to function as a reliable switch, whether or not
The power electronics system (10) according to claim 5.
請求項5に記載のパワーエレクトロニクスシステム(10)。 The plurality of substantially identical semiconductor switching devices (12) may further fail in any one or more of the control units (20) as long as at least a minimum number of control units (20) are still operating. Configured to function as a reliable switch, regardless of whether or not
The power electronics system (10) according to claim 5.
請求項5に記載のパワーエレクトロニクスシステム(10)。 Each voting unit (16) is configured to provide a corresponding semiconductor switching device signal (18) in response to an output signal of one or more control units (20);
The power electronics system (10) according to claim 5.
請求項5に記載のパワーエレクトロニクスシステム(10)。 The plurality of substantially identical semiconductor switching devices (12), the corresponding gate drive unit (14) and the integrated voting unit (16), and the plurality of substantially identical control units (20) Are configured together as submarine power electronics systems,
The power electronics system (10) according to claim 5.
請求項5に記載のパワーエレクトロニクスシステム(10)。 A plurality of substantially identical semiconductor switching devices (12) integrated in a submarine DC / DC converter (42), or one or more DC-AC inverter modules (58);
The power electronics system (10) according to claim 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009263576A JP5537908B2 (en) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | Circuits and topologies for ultra-reliable power electronics systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009263576A JP5537908B2 (en) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | Circuits and topologies for ultra-reliable power electronics systems |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011109842A true JP2011109842A (en) | 2011-06-02 |
JP5537908B2 JP5537908B2 (en) | 2014-07-02 |
Family
ID=44232706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009263576A Expired - Fee Related JP5537908B2 (en) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | Circuits and topologies for ultra-reliable power electronics systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5537908B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017038493A (en) * | 2015-08-12 | 2017-02-16 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Parallel multiplex inverter apparatus |
KR102526745B1 (en) * | 2022-09-26 | 2023-04-27 | 주식회사 파두 | Dc/dc converter to provide maximum efficiency in various load current ranges |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58169079A (en) * | 1982-03-31 | 1983-10-05 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | Abnormality detector |
JPH0191654A (en) * | 1987-10-02 | 1989-04-11 | Hitachi Ltd | Redundant controller |
JPH0244406A (en) * | 1988-08-05 | 1990-02-14 | Hitachi Ltd | Multiplex controller, nuclear reactor safety protecting system, inverter control system, and diagnosing device |
JPH04306702A (en) * | 1990-09-26 | 1992-10-29 | Honeywell Inc | Apparatus and method for inspecting switching action |
JPH09198124A (en) * | 1996-01-19 | 1997-07-31 | Hitachi Ltd | Multiplex controller |
US20090146603A1 (en) * | 2007-12-11 | 2009-06-11 | General Electric Company | MVDC power transmission system for sub-sea loads |
-
2009
- 2009-11-19 JP JP2009263576A patent/JP5537908B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58169079A (en) * | 1982-03-31 | 1983-10-05 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | Abnormality detector |
JPH0191654A (en) * | 1987-10-02 | 1989-04-11 | Hitachi Ltd | Redundant controller |
JPH0244406A (en) * | 1988-08-05 | 1990-02-14 | Hitachi Ltd | Multiplex controller, nuclear reactor safety protecting system, inverter control system, and diagnosing device |
JPH04306702A (en) * | 1990-09-26 | 1992-10-29 | Honeywell Inc | Apparatus and method for inspecting switching action |
JPH09198124A (en) * | 1996-01-19 | 1997-07-31 | Hitachi Ltd | Multiplex controller |
US20090146603A1 (en) * | 2007-12-11 | 2009-06-11 | General Electric Company | MVDC power transmission system for sub-sea loads |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017038493A (en) * | 2015-08-12 | 2017-02-16 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Parallel multiplex inverter apparatus |
KR102526745B1 (en) * | 2022-09-26 | 2023-04-27 | 주식회사 파두 | Dc/dc converter to provide maximum efficiency in various load current ranges |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5537908B2 (en) | 2014-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20090296433A1 (en) | Circuit and topology for very high reliability power electronics system | |
US8772969B2 (en) | Static transfer switch device, power supply apparatus using the switch device and switching method thereof | |
KR102609347B1 (en) | Power systems for marine applications | |
WO2010145688A1 (en) | Converter control | |
KR102044510B1 (en) | State diagnostic method of sub-modules in the initial charge of MMC converter | |
EP3021443B1 (en) | System and method for distributing electrical power | |
US8310100B2 (en) | System and method for a redundant power solution | |
KR20130006622A (en) | Converter cell for cascaded converters, control system and method for bypassing a faulty converter cell | |
US9564829B2 (en) | Converter arm and associated converter device | |
US9793711B2 (en) | Modularly redundant DC-DC power supply arrangement having outputs that can be connected in parallel | |
CN102484420A (en) | Converter cell module, voltage source converter system comprising such a module and a method for controlling such a system | |
US10978975B2 (en) | Fault-tolerant electrical drive | |
CN102075068B (en) | Circuit and topology for high-reliability power electronic device system | |
JP4898510B2 (en) | Failure detection device for semiconductor power converter | |
Argile et al. | Reliability analysis of fault tolerant drive topologies | |
JP5537908B2 (en) | Circuits and topologies for ultra-reliable power electronics systems | |
KR20190025024A (en) | Distribution system and method | |
JP2007028837A (en) | Parallel power feeding system for uninterruptible power supply device | |
BR102016001451B1 (en) | DIRECT CURRENT POWER SYSTEM AND DIRECT CURRENT POWER SUPPLY METHOD | |
EP2326007B1 (en) | Circuit and topology for very high reliability power electronics system | |
RU2533317C2 (en) | Circuit and topology for high reliability power electronics system | |
JP2009136098A (en) | High-pressure direct inverter device | |
Zinchenko et al. | Fault-tolerant soft-switching current-fed DC-DC converter | |
JP5905538B2 (en) | Power conversion device with power supply system switching function at the time of power failure | |
JP4575876B2 (en) | Inverter device and inverter system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121107 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131217 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140311 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140408 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5537908 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140428 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |