RU2137285C1 - Электронная схема для преобразования электрической энергии - Google Patents
Электронная схема для преобразования электрической энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2137285C1 RU2137285C1 RU96119946A RU96119946A RU2137285C1 RU 2137285 C1 RU2137285 C1 RU 2137285C1 RU 96119946 A RU96119946 A RU 96119946A RU 96119946 A RU96119946 A RU 96119946A RU 2137285 C1 RU2137285 C1 RU 2137285C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- keys
- frequency
- poles
- voltage
- Prior art date
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
- 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
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
-
- 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)
- Inverter Devices (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Details Of Television Scanning (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Многоуровневый преобразователь содержит, в частности, один конденсатор и два ключа, например, в каждом из его элементов. Элементы работают последовательно, в течение периода, который повторяется с частотой преобразователя. Параллельно нагрузке подключена фильтрующая цепочка для рассеивания энергии любой составляющей, имеющей основную частоту, которая соответствует периоду преобразователя. Фильтр содержит одну или несколько последовательных цепочек типа PIC. Техническим результатом является повышение стабильности. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Изобретение относится к электронным схемам для преобразования электрической энергии, относящимся к тому типу, который описан в заявке на патент Франции N FR 2679715 A1, и к энергоустановке, в которой такие схемы используются.
Преобразователь, предложенный в указанной заявке на патент, изображен в качестве примера на прилагаемой фиг. 1. Он, по существу, содержит между источником напряжения SE и источником тока C последовательность управляемых переключающих элементов CL1, CL2,...CLn, каждый из которых имеет два ключа T1, T'1; T2, T'2;...Tn, T'n, причем один полюс каждого из двух ключей образует часть пары восходящих (расположенных выше в электрической цепи) полюсов, а другой полюс каждого из двух ключей образует часть пары нисходящих (расположенных ниже в электрической цепи) полюсов, пара нисходящих полюсов восходящего элемента соединена с парой восходящих полюсов нисходящего элемента и пара восходящих полюсов первого элемента CL1 соединена с источником тока, тогда как пара нисходящих полюсов последнего элемента CLn соединена с источником напряжения SE, при этом преобразователь также содержит соответствующий конденсатор C1, C2,...Cn для каждого элемента, за тем исключением, что конденсатор последнего элемента может отсутствовать, когда источник напряжения SE подходит для той же роли, каждый конденсатор подсоединен между двумя полюсами, составляющими пару нисходящих полюсов этого элемента, и преобразователь дополнительно имеет средство управления (не показано), управляющее работой преобразователя в номинальном режиме, и воздействует на ключи последовательных элементов таким образом, что два ключа любого одного элемента всегда находятся в соответственных противоположных состояниях проводимости (представленных управляющими связями, такими как Ic1), так что в ответ на сигнал управления элементом, подаваемый средством управления, один из двух ключей в данном элементе последовательно находится в первом состоянии проводимости, а потом - во втором состоянии проводимости в течение циклически повторяющегося периода преобразователя, и так, что в ответ на сигналы управления элементом, которые идентичны, но смещены во времени на долю периода преобразователя, ключи последовательных элементов функционируют соответственно одинаково, но со смещением во времени на указанную долю периода.
Предпочтительно указанная доля периода равна обратной величине числа n элементов, т.е. 2π/n, что оптимально по отношению к гармоникам, генерируемым на выходе, и позволяет естественным образом балансировать напряжения заряда на конденсаторах преобразователя. Тем не менее возможно и несколько отличающееся смещение.
В таком преобразователе последовательные конденсаторы C1, C2,...Cn имеют соответственные возрастающие средние напряжения заряда, причем среднее напряжение заряда конденсатора, связанного с каждым из элементов, равно произведению напряжения VE, подаваемого источником напряжения SE, на обратную величину числа элементов в преобразователе и на ранг элемента, т.е. VE/3, 2VE/3, VE, когда n=3, т.е. когда преобразователь имеет только три элемента. Термин "многоуровневый преобразователь" употребляется ниже для обозначения преобразователя, который удовлетворяет вышеуказанному описанию.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать такой многоуровневый преобразователь для того, чтобы заряд на каждом конденсаторе оставался соответствующим вышеуказанному описанию, несмотря на неизбежные отклонения от номинальных рабочих условий.
Для упрощения рассмотрения того, как должен номинально изменяться заряд на одном из конденсаторов многоуровневого преобразователя, описанного выше, обратимся к фиг. 2, где изображен произвольный переключающий элемент CLk с ключами Тk и Т'k, конденсатор Сk, связанный с этим элементом, а также следующий элемент CLk+1 и его ключи Tk+1 и T'k+1.
При данной связи между ключами в каждом элементе, Tk и T'k или Tk+1 и T'k+1, группа из двух соседних элементов CLk и CLk+1, показанная на фиг. 2, имеет четыре состояния:
а) первое состояние, при котором Tk и Tk+1 являются непроводящими, так что заряд на Ck не изменяется;
б) второе состояние, при котором Tk и Tk+1 оба являются проводящими, так что напряжение заряда Ck не изменяется ни одним из них, поскольку при таких обстоятельствах T'k и T'k+1 являются непроводящими;
в) третье состояние, при котором Tk является проводящим, а Tk+1 является непроводящим, и в таком случае источник тока C создает ток Ik, который равен току I, текущему через Tk, тогда как ток I' через T'k равен 0. Именно в этом состоянии Tk+1 создается ток Ik+1, равный нулю, тогда как ток I'k+1 равен 1, поэтому ток I'ck через конденсатор Ck равен 1;
г) четвертое состояние, при котором Tk является непроводящим, а Tk+1 является проводящим, поэтому источник тока C создает ток I'k+1, равный 1, через T'k, тогда как ток Ik через Tk равен нулю. Это состояние Tk+1 создает ток Ik+1, равный 1, тогда как ток I'k+1 равен нулю, так что ток Ick через конденсатор Ck равен I.
а) первое состояние, при котором Tk и Tk+1 являются непроводящими, так что заряд на Ck не изменяется;
б) второе состояние, при котором Tk и Tk+1 оба являются проводящими, так что напряжение заряда Ck не изменяется ни одним из них, поскольку при таких обстоятельствах T'k и T'k+1 являются непроводящими;
в) третье состояние, при котором Tk является проводящим, а Tk+1 является непроводящим, и в таком случае источник тока C создает ток Ik, который равен току I, текущему через Tk, тогда как ток I' через T'k равен 0. Именно в этом состоянии Tk+1 создается ток Ik+1, равный нулю, тогда как ток I'k+1 равен 1, поэтому ток I'ck через конденсатор Ck равен 1;
г) четвертое состояние, при котором Tk является непроводящим, а Tk+1 является проводящим, поэтому источник тока C создает ток I'k+1, равный 1, через T'k, тогда как ток Ik через Tk равен нулю. Это состояние Tk+1 создает ток Ik+1, равный 1, тогда как ток I'k+1 равен нулю, так что ток Ick через конденсатор Ck равен I.
Токи I'ck = I'k+1 и Ick = Ik+1 подают дополнительный заряд противоположных знаков на конденсатор Ck в вышеуказанных третьем и четвертом состояниях; первую ситуацию назовем отрицательным изменением, а вторую - положительным. Токи, соответствующие этим двум состояниям, создаются источником тока. Если источник питания создает точно калиброванный постоянный ток и он все еще остается неизменным, то токи, создаваемые источником тока в течение состояний в) и г), являются одинаковыми и текут в противоположных направлениях все время на протяжении периодов проводимости Tk и Tk+1 (и эти токи номинально равны и смещены во времени, как упоминалось выше). Это значит, что заряд на Ck изменяется положительно, а потом отрицательно на равные величины, так что он не изменяется через один период преобразователя.
Токи Ick и I'ck определяются напряжением источника напряжения, током через источник тока и напряжением заряда Vck на конденсаторе Ck. Более обобщенно, когда полное внутреннее сопротивление источника тока не обеспечено, ток через источник тока зависит от напряжения между его клеммами, а значит - от напряжений Vck на конденсаторах. Например, если случилось так, что напряжение заряда Vck больше, чем его номинальная величина VExk/n, по какой либо причине, то это приведет к тому, что ток заряда I'ck будет иметь тенденцию к увеличению, а ток заряда Ick будут иметь тенденцию к уменьшению по сравнению с тем, какими они должны быть номинально, и за счет этого возникает тенденция возвращения заряда на конденсаторе Ck к той величине, которую он должен иметь. Это объясняет тот факт, что работа многоуровневого преобразователя стабильна и ее можно приспособить к изменениям амплитуды в любом направлении, как для источника напряжения, так и для источника тока. Ниже поясняется, что это, тем не менее, создает некоторые динамические проблемы.
На фиг. 3 показан пример работы многоуровневого преобразователя, показанного на фиг. 1 и 2, для случая, когда n=3; применя6тся управление типа широтно-импульсной модуляции (PWM), чтобы подать синусоидально модулированное переменное напряжение на источник тока C, т.е. в течение последовательных периодов p1, p2, p3,... при работе преобразователя (линия t) ключи T1, T2 и T3 последовательно являются проводящими в течение интервалов времени, которые изменяются в соответствии с волной модуляции выходного напряжения, называемой ниже "модулирующей волной". В каждом случае соответствующие ключи T'1, T'2 и T'3 находятся в противоположных положениях.
Естественно, и другие режимы модуляции работы ключей могут, как известно, дать возможность получить тот же самый результат. Также ясно, что преобразователь может служить и для подачи на источник тока C волны любой другой формы или сигнала с регулируемым напряжением постоянного тока.
Сначала рассмотрим период p1 при работе преобразователя. В течение этого периода, когда любой один из ключей T1, T2 и T3 является проводящим, остальные два являются непроводящими. Для каждой группы из двух элементов и конденсатора между ними это соответствует вышеуказанным состояниям в) и г), при которых конденсатор получает последовательный дополнительный отрицательный и положительный заряд, суммарная величина которого номинально равна нулю. Следует также заметить, что, когда соседние элементы CL1 и CL2 находятся в состоянии в), соединенные элементы CL2 и CL3 находятся в состоянии в), так что конденсатор C1 получает дополнительный положительный заряд от того же тока, который обеспечивает дополнительный отрицательный заряд конденсатору C2.
На фиг. 3 также показано в качестве примера, как работает многоуровневый преобразователь в течение периода p2, p3 и т.д., в течение которых периоды проводимости ключей T1, T2, T3 становятся короче, а затем становятся длиннее до тех пор, пока не превысят одну треть периода, и в этом случае они перекрываются. Линия V1 показывает напряжение, которое в идеальном случае должно передаваться на источник тока, в частности - если бы емкость конденсаторов была такой, что дополнительный заряд, о котором идет речь, несущественно изменял бы напряжение между их клеммами. Напряжение V1 выражено в долях напряжения VE источника напряжения SE, принимая отрицательный полюс источника напряжения SE в качестве источника опорного напряжения. Можно заметить, что это напряжение V1 содержит и основную частоту большой амплитуды на частоте Fd прерывателя, которая является указанной частотой преобразователя, и гармоники меньшей амплитуды на частотах выше частоты прерывателя, которые легко исключить с помощью фильтра нижних частот.
Поскольку ток изменяется, состояния в) и г), упомянутые выше, не будут способствовать подводу дополнительных количеств заряда к конденсаторам преобразователя, так как в промежутке между этими двумя состояниями у тока будет время на изменение. Такое изменение пренебрежимо только в случае, если период работы ключей значительно больше, чем частота модулирующей волны.
Следует также ожидать, что переменный ток, подаваемый на источник тока, не будет точно синусоидальным, а будет симметрично искаженным. Точно так же, ошибки в уровнях сигналов управления или в сигналах, которые они генерируют, или существующие различия во временах переключения разных участвующих в работе ключей неизбежно вызывают неравенство длительностей проводимости ключей через период работы преобразователя или будут смещать стадии проводимости ключей во времени, или еще будут разбалансировать токи, заряжающие и разряжающие конденсаторы. Поэтому, и - как правило, на практике невозможно с помощью многоуровневого преобразователя описанного типа гарантировать, что номинальные рабочие условия, описанные в начале, будут на самом деле удовлетворены. К сожалению, постоянная ошибка в дополнительном заряде приведет к ошибке в одном или другом направлении в заряде на конденсаторе, а значит - и к ошибке в его среднем напряжении заряда, создавая тем самым искажение на рабочей частоте преобразователя в напряжении, подаваемом на источник тока.
Этот эффект проиллюстрирован следом V1' на фиг. 3, аналогичным следу V1, за тем исключением, что конденсатор C1 (фиг. 1), который предполагается заряженным до напряжения, которое меньше, чем его номинальное напряжение заряда, препятствует подаче преобразователем импульсов vi1, vi2, vi3 постоянной амплитуды, и преобразователь подает вместо них импульсы, такие как vi1', которые имеют меньшую амплитуду (на чертеже масштаб увеличен, чтобы его легче было читать), всякий раз, когда конденсатор C1 подает свое собственное напряжение заряда на источник тока C, и импульсы, такие как vi2', большей амплитуды всякий раз, когда конденсатор C1 вычитает свое собственное напряжение из напряжения, подаваемого на источник тока C, и наконец, еще и импульсы, такие как vi3' неизменной амплитуды всякий раз, когда конденсатор C1 не включен в цепь. Легко заметить, что это вводит в сигнал V1' распределенную составляющую на указанной частоте прерывателя.
На фиг. 4 приведен пример спектра такой распределенной составляющей в преобразователе, имеющем смесь каскадов, и здесь можно заметить линию на частоте Fd прерывателя, т.е. на частоте преобразователя, и линии на частотах 2Fd, 3Fd и т.д.
Таких линий нет, когда конденсаторы заряжены до их соответствующих номинальных напряжений. Когда эти линии появляются, то они в общем вредны.
Тем не менее, и - помимо всего прочего, напряжения, воздействию которых подвергаются ключи, больше не равны, по существу, разности между номинальными напряжениями заряда двух соседних конденсаторов, т.е. напряжению источника напряжения, деленному на количество ступеней преобразователя. Это может привести к повреждению ключей.
Естественно, как упоминалось выше, ошибки в заряде на конденсаторах имеют тенденцию к спонтанному взаимному уничтожению, но этот процесс требует времени.
Кроме того, этот спонтанный процесс осуществляется с помощью источника тока. Следовательно, он не оказывает воздействия, когда источник тока не вырабатывает ток, и в любом случае будет замедляться всякий раз, когда ток, текущий через источник тока, мал.
На основании вышеуказанных наблюдений, в настоящем изобретении предложен многоуровневый преобразователь, в котором средний заряд на каждом конденсаторе преобразователя лучше поддерживается на своем номинальном уровне.
Согласно изобретению этот результат достигается за счет того, что многоуровневый преобразователь дополнительно содержит установленную параллельно источнику тока фильтрующую цепочку для предпочтительного рассеивания, по меньшей мере - частично, энергии любой составляющей, имеющей частоту, лежащую в полосе частот, простирающейся от основной частоты напряжения, подаваемого на источник тока, до частоты, равной в n раз увеличенной частоте преобразователя, также называемой частотой прерывателя, где n - число каскадов в преобразователе, причем указанные две частоты не входят в указанную полосу частот.
В одном конкретном варианте воплощения фильтрующая цепочка включает в себя по меньшей мере одну последовательную цепочку типа RLC. Можно также предусмотреть множество последовательных LC-цепочек, соединенных последовательно с общим резистором. Однако можно также предусмотреть и множество последовательных RLC-цепочек, соединенных параллельно.
Предпочтительно для каждой рассматриваемой последовательной RLC-цепочки сопротивление резистора достаточно мало, чтобы как можно быстрее рассеивать энергию, но достаточно велико, чтобы предотвратить избыточный ток, повреждающий ключи преобразователя.
Различные задачи и характеристики настоящего изобретения станут понятнее из нижеследующего описания конкретных вариантов воплощения изобретения, приводимого в качестве неограничительного примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1, как указано выше, приведена принципиальная электрическая схема известного многоуровневого преобразователя;
на фиг. 2, как указано выше, приведена принципиальная электрическая схема группы из двух соседних каскадов в многоуровневом преобразователе, показанном на фиг. 1;
на фиг. 3, как указано выше, приведена временная диаграмма, отображающая работу многоуровневого преобразователя, показанного на фиг. 1 и 2, для случая, когда он содержит только три каскада;
на фиг. 4 изображен пример вывода спектра напряжения преобразователем, показанным на фиг. 1, в случае разбаланса заряда на конденсаторе применительно к преобразователю, имеющему семь каскадов;
на фиг. 5 изображена принципиальная электрическая схема многоуровневого преобразователя того типа, который показан на фиг. 1, 2 и 3, модифицированного первым конкретным вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг. 6 показан фрагмент принципиальной электрической схемы, изображающей вариант преобразователя, показанного на фиг. 5; и
на фиг. 7 приведен график, на котором кривые изображают характеристику зависимости полного внутреннего сопротивления от частоты (Z/F) для различных RLC-цепочек, настроенных на одну и ту же частоту, но имеющих разные емкости и индуктивности.
на фиг. 1, как указано выше, приведена принципиальная электрическая схема известного многоуровневого преобразователя;
на фиг. 2, как указано выше, приведена принципиальная электрическая схема группы из двух соседних каскадов в многоуровневом преобразователе, показанном на фиг. 1;
на фиг. 3, как указано выше, приведена временная диаграмма, отображающая работу многоуровневого преобразователя, показанного на фиг. 1 и 2, для случая, когда он содержит только три каскада;
на фиг. 4 изображен пример вывода спектра напряжения преобразователем, показанным на фиг. 1, в случае разбаланса заряда на конденсаторе применительно к преобразователю, имеющему семь каскадов;
на фиг. 5 изображена принципиальная электрическая схема многоуровневого преобразователя того типа, который показан на фиг. 1, 2 и 3, модифицированного первым конкретным вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг. 6 показан фрагмент принципиальной электрической схемы, изображающей вариант преобразователя, показанного на фиг. 5; и
на фиг. 7 приведен график, на котором кривые изображают характеристику зависимости полного внутреннего сопротивления от частоты (Z/F) для различных RLC-цепочек, настроенных на одну и ту же частоту, но имеющих разные емкости и индуктивности.
Ниже не повторяется описание многоуровневого преобразователя. Схемы и временная диаграмма на фиг. 1, 2 и 3 соответствуют описанию преобразователя того типа, который раскрыт в заявке на патент Франции N FR 2697715 A1, к которой читатель может обратиться для более подробного ознакомления. На фиг. 4 приведен пример распределенных составляющих, для случая которых настоящее изобретение позволяет получить приемлемое техническое решение.
На фиг. 5 изображен преобразователь, показанный на фиг. 1, в котором разные элементы приведены под теми же цифровыми позициями. На выходе, т.е. параллельно источнику тока, подключена фильтрующая CF-цепочка для рассеивания, предпочтительно и по меньшей мере - частично, энергии любой составляющей на частоте, лежащей в полосе частот, простирающейся от основной частоты напряжения, приложенного к источнику тока, до частоты, которая в n раз превышает частоту преобразователя, также называемой частотой "прерывателя", где n - количество каскадов в преобразователе, причем две указанные частоты не лежат в указанной полосе частот.
Точнее, фильтрующая цепочка содержит одну или несколько последовательных цепочек типа RLC, каждая из которых содержит резистор Ra, Rm, катушку индуктивности La, Lm, и конденсатор Ca, Cm.
В варианте, изображенном на фиг. 6, общий резистор Rax подключен последовательно с множеством последовательных резонансных контуров La1, Ca1,; La2, Ca2. По сравнению с техническим решением, показанным на фиг. 5, этот вариант дешевле, но труднее в воплощении на практике.
В идеале фильтрующая CF-цепочка должна иметь бесконечное полное внутреннее сопротивление вплоть до основной частоты напряжения, подаваемого на источник тока преобразователем, нулевое полное внутреннее сопротивление на частотах свыше основной частоты напряжения, подаваемого на источник тока преобразователем, вплоть до, но не включая, частоты nFd, которая соответствует рабочей частоте ключей, умноженной на количество элементов в преобразователе (см. импульсы vi1, vi2, vi3 на фиг. 3), и бесконечное полное внутреннее сопротивление на более высоких частотах.
Чтобы избежать избыточного тока на ключах в преобразователе, нулевое полное внутреннее сопротивление нежелательно. Исходя из этого, определяют минимальное сопротивление резисторов Ra, Rm, Raх: в некоторых приложениях оно может составлять порядка одного Ома.
Бесконечное полное внутреннее сопротивление в заданном диапазоне частот и низкое полное внутреннее сопротивление в других диапазонах частот невозможно. Поэтому в изобретении предусмотрен по меньшей мере один резонансный контур. Частотная характеристика такого контура показана на фиг. 7, где приведены кривые полного внутреннего сопротивления (Z) в зависимости от частоты (F) для трех RLC-цепочек, причем все они имеют сопротивление R, равное 10 Ом, и емкости C 23 мкФ, 2,3 мкФ и 0,23 мкФ. Величины индуктивности таковы, что обеспечивают резонанс в каждом случае на частоте 3 кГц.
Можно заметить, что на частоте 600 Гц полное внутреннее сопротивление цепи составляет около 10 Ом, 102 Ом или 103 Ом. Аналогично распределение величин и на частоте 30 кГц. Для малой емкости (0,23 мкФ) и для соответственно высокой индуктивности характеристика имеет явно выраженную V-образную форму. Преимущество малой емкости состоит в том, что вне полосы частот, содержащей спектр любых возможных распределенных составляющих, полное внутреннее сопротивление значительно. Недостаток заключается в том, что в этой полосе частот полное внутреннее сопротивление мало только на основной частоте составляющих. Одно из решений, обуславливаемых изобретением, как показано на фиг. 5, состоит в том, чтобы предусмотреть множество RLC-цепочек, подсоединенных параллельно, например - по одной для каждой из линий большой амплитуды на фиг. 4, игнорируя остальные линии. Однако такое решение требует наличия многочисленных RLC-цепочек, которые дороги и занимают значительный объем и рассеивают мощность. Решение, изображенное на фиг. 6, фактически аналогично.
Тем не менее, в некоторых приложениях (при относительно низком напряжении, когда рассеиваемая мощность может быть пропорционально больше, распределяя составляющие ограниченной амплитуды) изобретение также обеспечивает выбор большей емкости C, вытягивая таким образом V-образную характеристику и позволяя уменьшить количество RLC-цепочек или даже - в определенных пределах - использовать только одну такую цепочку.
Очевидно, что вышеизложенное описание приведено только в качестве неограничительного примера, и для каждого приложения можно, в частности, выбрать многочисленные другие значения параметров.
Claims (5)
1. Многоуровневый преобразователь, содержащий, в частности, между источником напряжения (JE) и источником тока (C) последовательность n переключающих элементов (CL1, CL2, .... CLn), каждый из которых имеет два ключа (T1, T'1; T2, T'2; ....; Tn, T'n), причем один полюс каждого из двух ключей образует часть пары восходящих полюсов, а другой полюс каждого из ключей образует один из пары нисходящих полюсов, пара нисходящих полюсов восходящего элемента соединена с парой восходящих полюсов нисходящего элемента, и пара восходящих полюсов первого элемента (CL1) соединена с источником тока (C), тогда как пара нисходящих полюсов последнего элемента (CLn) соединена с источником напряжения (JE), при этом преобразователь дополнительно содержит конденсатор (C1, C2, ..., Cn) для каждого элемента, за тем исключением, что конденсатор последнего элемента может отсутствовать, когда источник напряжения (JE) подходит для той же роли, каждый конденсатор подсоединен между двумя полюсами, составляющими пару нисходящих полюсов соответствующего элемента, и преобразователь также содержит средство управления, управляющее работой преобразователя в номинальном режиме путем воздействия на ключи последовательности элементов таким образом, что два ключа любого данного элемента всегда находятся в соответственных противоположных состояниях проводимости, так что в ответ на сигнал (СТ1, СТ2, ..., СТn) управления элементом, подаваемый средством управления, один из двух ключей в данном элементе последовательно находится в первом состоянии проводимости, а потом - во втором состоянии проводимости в течение циклически повторяющегося периода, и так, что в ответ на сигналы управления элементом, которые идентичны, но смещены во времени на долю указанного периода, ключи последовательности элементов работают соответственно одинаково, но со смещением во времени на указанную долю периода, причем среднее напряжение заряда конденсатора в каждом из элементов равно произведению напряжения (VE) от источника напряжения (JE) на обратную величину числа элементов и на ранг элемента, отличающийся тем, что дополнительно содержит параллельную источнику тока (C) фильтрующую цепочку (CF) для предпочтительного рассеивания по меньшей мере частично энергии любой составляющей, имеющей частоту, лежащую в полосе частот, простирающейся от основной частоты напряжения, подаваемого на источник тока, до частоты, в n раз превышающей основную частоту преобразователя, при этом указанные две частоты отсутствуют в указанной полосе частот.
2. Многоуровневый преобразователь по п.1, отличающийся тем, что фильтрующая цепочка (CF) содержит по меньшей мере одну последовательную цепочку типа RLC, содержащую резистор (Ra) и последовательный резонансный контур (La, Ca).
3. Многоуровневый преобразователь по п.2, отличающийся тем, что фильтрующая цепочка (CF) содержит общий резистор (Rax), последовательно соединенный с множеством последовательных резонансных контуров (La1, Ca1, La2, Ca2).
4. Многоуровневый преобразователь по п.2 или 3, отличающийся тем, что фильтрующая цепочка (CF) содержит последовательный резонансный контур для основной частоты преобразователя (Fd) и по меньшей мере для некоторых из ее гармоник, присутствующих с относительно высокими амплитудами.
5. Многоуровневый преобразователь по п.2 или 3, отличающийся тем, что в любой рассматриваемой последовательности RLC- цепочке сопротивление резистора достаточно мало, чтобы как можно быстрее рассеивать энергию, подаваемую преобразователем на частоте, соответствующей частоте резонанса любого резонансного контура, соединенного последовательно с резистором, но одновременно достаточно велико, чтобы избежать избыточного тока, повреждающего ключи преобразователя.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9415865 | 1994-12-29 | ||
FR9415865A FR2729015A1 (fr) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | Dispositif electronique de conversion de l'energie electrique |
PCT/FR1995/001749 WO1996021268A1 (fr) | 1994-12-29 | 1995-12-28 | Dispositif electronique de conversion de l'energie electrique |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96119946A RU96119946A (ru) | 1998-11-20 |
RU2137285C1 true RU2137285C1 (ru) | 1999-09-10 |
Family
ID=9470410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96119946A RU2137285C1 (ru) | 1994-12-29 | 1995-12-28 | Электронная схема для преобразования электрической энергии |
Country Status (16)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5726870A (ru) |
EP (1) | EP0720281B1 (ru) |
JP (1) | JP3414749B2 (ru) |
KR (1) | KR100341071B1 (ru) |
CN (1) | CN1057411C (ru) |
AT (1) | ATE167598T1 (ru) |
AU (1) | AU686922B2 (ru) |
BR (1) | BR9506901A (ru) |
CA (1) | CA2183789C (ru) |
DE (1) | DE69503027T2 (ru) |
DK (1) | DK0720281T3 (ru) |
ES (1) | ES2119339T3 (ru) |
FR (1) | FR2729015A1 (ru) |
RU (1) | RU2137285C1 (ru) |
TW (1) | TW305082B (ru) |
WO (1) | WO1996021268A1 (ru) |
Families Citing this family (22)
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 |
US6535075B2 (en) * | 1999-12-16 | 2003-03-18 | International Business Machines Corporation | Tunable on-chip capacity |
FR2809548B1 (fr) * | 2000-05-26 | 2002-08-02 | Centre Nat Rech Scient | Dispositif de conversion d'energie multicellulaire |
KR100897636B1 (ko) * | 2001-02-01 | 2009-05-14 | 엔엑스피 비 브이 | 전하 펌프 장치와, 이 장치를 갖는 디스플레이 드라이버,디스플레이 모듈 및 통신 단말기 |
US7633775B2 (en) * | 2004-12-10 | 2009-12-15 | General Electric Company | Power conversion system and method |
US8135357B1 (en) * | 2005-12-13 | 2012-03-13 | Qualcomm Atheros, Inc. | Integrated transmitter/receiver switch with impedance matching network |
JP2007244078A (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Rohm Co Ltd | スイッチング電源装置およびその駆動回路、ならびにそれらを用いた電子機器 |
US20090045782A1 (en) * | 2007-08-16 | 2009-02-19 | General Electric Company | Power conversion system |
JP5189620B2 (ja) | 2010-06-29 | 2013-04-24 | 三菱電機株式会社 | Dc/dc電力変換装置 |
FR2969428B1 (fr) * | 2010-12-21 | 2013-01-04 | St Microelectronics Sa | Commutateur electronique et appareil de communication incluant un tel commutateur |
EP2493060A1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-29 | ST-Ericsson SA | Low ripple step-up/step-down converter |
JP5518004B2 (ja) | 2011-06-29 | 2014-06-11 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
GB2499653B (en) * | 2012-02-24 | 2014-01-29 | Toshiba Res Europ Ltd | Multilevel power supply |
TWI508420B (zh) | 2013-03-15 | 2015-11-11 | Silicon Motion Inc | 應用於高負載電流之電荷注入式開關電容穩壓器 |
EP3573227A1 (en) * | 2018-05-23 | 2019-11-27 | Nidec ASI S.A. | Electric power converter |
CN109861515A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-06-07 | 广州极飞科技有限公司 | 一种开关电源电容充电电路及充电方法 |
US10720843B1 (en) | 2019-01-16 | 2020-07-21 | Psemi Corporation | Multi-level DC-DC converter with lossy voltage balancing |
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 |
KR20210113230A (ko) | 2019-01-16 | 2021-09-15 | 피세미 코포레이션 | 다중-레벨 dc-dc 컨버터 |
US11502619B1 (en) * | 2021-07-30 | 2022-11-15 | Texas Instruments Incorporated | Hybrid multi-level inverter and charge pump |
CN114337253B (zh) * | 2021-12-30 | 2023-05-05 | 电子科技大学 | 一种高变比可拓展的dc-dc转换器 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5227962A (en) * | 1991-03-06 | 1993-07-13 | Constant Velocity Transmission Lines, Inc. | Filter and power factor compensation network |
FR2679715B1 (fr) * | 1991-07-25 | 1993-10-29 | Centre Nal Recherc Scientifique | Dispositif electronique de conversion d'energie electrique. |
US5345376A (en) * | 1993-02-19 | 1994-09-06 | Tescom Corporation | Switching power supply with electronic isolation |
GB2285523B (en) * | 1994-01-08 | 1997-10-15 | Gec Alsthom Ltd | Improvements in or relating to multilevel convertors |
US5581454A (en) * | 1994-11-22 | 1996-12-03 | Collins; Hansel | High power switched capacitor voltage conversion and regulation apparatus |
-
1994
- 1994-12-29 FR FR9415865A patent/FR2729015A1/fr active Granted
-
1995
- 1995-12-28 KR KR1019960704730A patent/KR100341071B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1995-12-28 ES ES95402962T patent/ES2119339T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-28 EP EP95402962A patent/EP0720281B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-28 DK DK95402962T patent/DK0720281T3/da active
- 1995-12-28 US US08/687,605 patent/US5726870A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-28 JP JP52077296A patent/JP3414749B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-12-28 AT AT95402962T patent/ATE167598T1/de active
- 1995-12-28 DE DE69503027T patent/DE69503027T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-28 WO PCT/FR1995/001749 patent/WO1996021268A1/fr active Application Filing
- 1995-12-28 CA CA002183789A patent/CA2183789C/fr not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-28 CN CN95191829A patent/CN1057411C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1995-12-28 BR BR9506901A patent/BR9506901A/pt not_active IP Right Cessation
- 1995-12-28 RU RU96119946A patent/RU2137285C1/ru active
- 1995-12-28 AU AU44524/96A patent/AU686922B2/en not_active Ceased
-
1996
- 1996-02-14 TW TW085101846A patent/TW305082B/zh active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE69503027T2 (de) | 1998-11-26 |
KR100341071B1 (ko) | 2002-11-30 |
ES2119339T3 (es) | 1998-10-01 |
EP0720281B1 (fr) | 1998-06-17 |
FR2729015B1 (ru) | 1997-02-07 |
AU686922B2 (en) | 1998-02-12 |
JPH09510079A (ja) | 1997-10-07 |
DE69503027D1 (de) | 1998-07-23 |
CA2183789A1 (fr) | 1996-07-11 |
EP0720281A1 (fr) | 1996-07-03 |
WO1996021268A1 (fr) | 1996-07-11 |
TW305082B (ru) | 1997-05-11 |
US5726870A (en) | 1998-03-10 |
BR9506901A (pt) | 1997-09-09 |
CA2183789C (fr) | 2003-12-09 |
DK0720281T3 (da) | 1998-10-19 |
CN1057411C (zh) | 2000-10-11 |
FR2729015A1 (fr) | 1996-07-05 |
ATE167598T1 (de) | 1998-07-15 |
AU4452496A (en) | 1996-07-24 |
JP3414749B2 (ja) | 2003-06-09 |
CN1142287A (zh) | 1997-02-05 |
KR970701444A (ko) | 1997-03-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2137285C1 (ru) | Электронная схема для преобразования электрической энергии | |
RU2182741C2 (ru) | Электронное устройство для преобразования электрической энергии | |
JP2636841B2 (ja) | スイツチングタイム修正回路 | |
RU96119946A (ru) | Электронная схема для преобразования электрической энергии | |
US20200218300A1 (en) | Voltage regulator | |
JP4643117B2 (ja) | マルチセル・エネルギー変換装置 | |
EP1081824A2 (en) | A method and an apparatus for equalising the voltages over the capacitors in a series connection of capacitors during charging and discharging | |
RU103254U1 (ru) | Преобразователь частоты (варианты) | |
JP4159642B2 (ja) | 電気エネルギーを変換する電子装置 | |
RU2150779C1 (ru) | Электронное устройство преобразования электрической энергии | |
KR100345821B1 (ko) | 전기에너지를변환하기위한전자회로및이를사용하는전원장치 | |
KR20150136532A (ko) | 전력 변환 장치 | |
JP4567144B2 (ja) | 力率を補正するための回路 | |
CN113330675B (zh) | 开关单元装置及通过其降低无线电噪声电压的方法 | |
KR100706821B1 (ko) | 플라잉 캐패시터 멀티레벨 인버터의 제어 장치 및 그의제어 방법 | |
CN111756265A (zh) | 一种半电平mmc拓扑结构及其调制方法 | |
EP0860098B1 (en) | Circuit arrangement | |
RU2578042C1 (ru) | Трехфазный z-инвертор | |
Bhatnagar et al. | A methodology for even‐power‐distribution within single time‐blocks of power‐frequency in CHB MLIs for PV systems | |
AU2013241675B2 (en) | Current generator and method for generating current pulses | |
Gunasekaran et al. | A cascaded two-port bridge multilevel converter with automatic voltage balancing capability | |
SU647817A1 (ru) | Последовательный инвертор | |
SU1493987A1 (ru) | Импульсный стабилизатор переменного напр жени | |
RU1829099C (ru) | Двухтактный преобразователь посто нного напр жени | |
RU1818668C (ru) | Преобразователь переменного напр жени в посто нное |