TWI675542B - 模組化電源系統 - Google Patents

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Abstract

本案為一種模組化電源系統，包括：一個主控制器，被配置為輸出 主控制信號；N個本地控制器，每一本地控制器被配置為接收主控制信號，以輸出至少一個本地控制信號；以及N個功率單元，與N個本地控制器一一對應，其中每一個功率單元包括第一端和第二端，每一功率單元的第二端連接到相鄰的一個功率單元的第一端，每一功率單元被配置為包括M個功率變換器，每一功率變換器被配置為根據對應的本地控制器輸出的本地控制信號運行，其中每一功率單元還包括：M個採樣電路，被配置為分別採集M個功率變換器的正直流匯流排電壓和負直流匯流排電壓。

Description

模組化電源系統
本案係關於電力電子技術領域，尤指一種模組化電源系統。
目前，在一些較高電壓等級(如10kV以上)應用場合，如靜止無功發生器(Static Var Generator，SVG)、中壓變頻器(Medium Variable-frequency Drive，MVD)以及輕型高壓直流輸電系統(High Voltage Direct Current Transmission Light，HVDC-Light)等，由於系統電壓等級較高，受半導體器件的耐壓等級和成本所限，通常都採用功率單元級聯的電路拓撲結構。
傳統的功率單元級聯的拓撲結構需要給每一個功率單元即功率變換器配備一套光纖、輔助電源、本地控制器。這種功率單元級聯的拓撲結構隨著電壓等級的提高，需要級聯的功率單元的數量也隨之增加，導致光纖、輔助電源及本地控制器的數量也隨之增加，使得這種拓撲結構的設計複雜，成本高，同時也會降低其可靠性。
第1圖是習知技術中一個三相SVG系統的結構示意圖。第2圖是習知技術中一個更具體的三相SVG系統的示意圖。第1圖和第2圖中的SVG系統包括三相電路，每一相電路中的功率單元級聯連接。
如第1圖中所示，該SVG系統的每一相電路都由多個功率單元1級聯而成。這裡的術語“級聯”在本領域中是公知常識，即每一個功率單元包括第一端T1和第二端T2，相鄰兩個功率單元的其中一個的第二端T2與另一個的第一端T1連接。每一相電路的第1個功率單元1的第一端T1經濾波器L(可由電感構成)分別連接到三相電網的UA、UB和UC三相線路上，每一相電路的最後一個功率單元1的第二端T2相互連接。
如第2圖所述，該SVG系統的每一相電路都由8個功率單元P1至P8級聯而成。每一個功率單元包括如第1圖中所示的第一端和第二端，其中相鄰兩 個功率單元的其中一個的第二端與另一個的第一端連接。例如，功率單元P1的第二端與功率單元P2的第一端連接，功率單元P2的第二端與功率單元P3的第一端連接，依次類推，功率單元P7的第二端與功率單元P8的第一端連接。三相電路中三個功率單元P1的第一端經過濾波電路(由電感L、電阻R和電容C組成)分別連接於三相電網G的UA、UB和UC相，其中三相電網G的UA、UB和UC相連接負載Rload。三相電路中三個功率單元P8的第二端相互連接。每一個功率單元中包括四個功率開關器件2。每一個功率開關器件2由一個功率半導體開關S與一個反向並聯的體二極體或外接二極體D構成。功率半導體開關S的集電極與二極體D的陰極連接，功率半導體開關S的發射極與二極體D的陽極連接。由於功率半導體開關S與一個反向並聯的體二極體或外接二極體D二者通常作為一個整體使用，所以為了描述簡潔的目的，以下描述中不再單獨提及反向並聯的體二極體或外接二極體D。
第1圖中所示的功率單元1可以是全橋(H橋)電路，也可以是其它的電路拓撲結構，如半橋電路、整流-逆變電路等。第3圖是習知技術中的一個H橋電路(拓撲)的示意圖。例如，以功率單元為H橋電路為例，H橋電路如第3圖中所示，包括功率半導體開關S1至S4和直流匯流排電容CB。功率半導體開關S1的第一端連接於直流匯流排電容CB的正極端和功率半導體開關S3的第一端。功率半導體開關S1的第二端連接於功率半導體開關S2的第一端。功率半導體開關S2的第二端連接於直流匯流排電容CB的負極端和功率半導體開關S4的第二端。功率半導體開關S3的第二端連接功率半導體開關S2的第一端。功率半導體開關S1的第二端作為H橋電路的第一輸出端，也即功率單元1的第一端T1，功率半導體開關S3的第二端作為H橋電路的第二輸出端，也即功率單元1的第二端T2。
第4圖是習知技術中一個單相SVG的示意圖。如第4圖中所示，該單相SVG包括充電部分3、功率部分4和控制部分5。該單相SVG也包括多個功率單元40，每一個功率單元40包括如第1圖中所示的第一端和第二端，相鄰兩個功率單元40其中一個的第一端與另一個的第二端連接。第4圖是應用于25kV單相SVG的傳統級聯式方案。該SVG由多個功率單元級聯後形成一相，經濾波器和接觸器接入電網。該SVG的每一個功率單元40通常採用一個H橋電路。H橋電路的拓撲結構如第3圖中所示，這裡不再贅述。該SVG系統的每一個功率單元40還包括直流匯流排電容CB，其連接關係如第4圖中所示，其中 充電部分3用以對直流匯流排電容CB進行預充電，控制部分5用以控制功率部分4的運行。
從第4圖可以看出，在傳統的級聯式拓撲結構中，除了包括一個主控制器50之外，每一個功率單元40即作為功率變換器，例如H橋電路，都需要單獨配備一套本地控制器51、驅動電路52、輔助電源53及光纖54，其連接關係如第4圖中所示，主控制器50輸出主控制信號至本地控制器51，本地控制器51根據主控制信號產生對應的功率單元的本地控制信號至驅動電路52，驅動電路52根據本地控制信號輸出驅動信號來驅動對應的功率單元運行。例如25kV單相SVG，通常可以採用以下兩種方案來實現。第一種方案：H橋電路中的功率開關器件均採用常用的1700V絕緣柵雙極型電晶體(Insulated Gate Bipolar Translator，IGBT)，那麼單個功率單元40的直流匯流排電壓為1000V，考慮冗餘，共需要55級功率單元級聯，因此一共需要55套本地控制器51、55套光纖54及55個輔助電源53。如此多的本地控制器51、光纖54、輔助電源53將導致SVG的結構設計極其複雜，成本也相當高昂，同時降低了其可靠性。
第二種方案：H橋電路中的功率開關器件選用高壓IGBT，例如3300V IGBT甚至6500V IGBT，將單個功率單元40的電壓等級提高。為減少功率單元40的級聯數量，減少本地控制器51、光纖54、輔助電源53的數量，通常可以採用第二種方案。在第二種方案中，若選用3300V IGBT，每個功率單元40的電壓等級相比1700V IGBT方案提高一倍，級聯數量可由55級減少為28級，本地控制器51、光纖54及輔助電源53的數量及成本也可減少一半。但受限於當前的半導體工藝發展水準，3300V IGBT的成本依然居高不下，同樣的電流規格下，其成本遠遠超過1700V IGBT成本的2倍。因此第二種方案的成本將遠遠超過第一種方案。如果選用6500V IGBT，成本的壓力則更高。
因此，目前不管是採用低壓IGBT功率單元的級聯方案，或是採用高壓IGBT功率單元的級聯方案，均有其顯著的缺點。
第5圖是習知技術中一個HVDC-Light系統的示意圖。如第5圖中所示，該HVDC-Light包括三相電路，每一相電路包括上半橋臂和下半橋臂，每一相電路的上半橋臂和下半橋臂均包括多個級聯的功率單元40和電感L，每一個功率單元40也包括如第1圖中所示的第一端和第二端，相鄰兩個功率單元40其中一個的第一端與另一個的第二端連接，每個上橋臂的電感L與相應下橋臂的電感L相連，並且兩個電感L之間的連接點分別連接到電網，其連接關係如第 5圖中所示。該HVDC-Light的每一個功率單元40採用了一個半橋變換器。該HVDC-Light的每一個功率單元40還包括直流匯流排電容，該HVDC-Light的每一個功率單元40還需要連接驅動電路52，功率單元40根據驅動電路52輸出的驅動信號進行運行。除了主控制器50之外，每一個功率單元40也都需要配備一套本地控制器51、光纖54及輔助電源53，其連接關係如第5圖中所示。
由於HVDC-Light的直流電壓高達上百千伏，需要級聯的功率單元40的數量極其龐大，所以上述提到的問題更加顯著，即習知技術中HVDC-Light整體結構複雜、成本高且可靠性低。
同時，針對直流匯流排電壓的採樣電路也需要進一步考慮和改進。
另外，本地控制器和輔助電源的供電方式也需要進一步考慮和改進。
因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之模組化電源系統，實為目前迫切之需求。
本案的目的在於提供一種模組化電源系統，以簡化電力電子系統的結構，降低成本，並提高可靠性。
本案之一較佳實施態樣提供一種模組化電源系統，被配置為包括：一個主控制器，被配置為輸出主控制信號；N個本地控制器，其中每一個本地控制器被配置為接收主控制信號，以輸出至少一個本地控制信號；以及N個功率單元，與N個本地控制器一一對應，其中每一個功率單元包括第一端和第二端，每一個功率單元的第二端連接到相鄰的一個功率單元的第一端，每一個功率單元被配置為包括M個功率變換器，其中每一個功率變換器包括第三端和第四端，每一個功率變換器的第四端連接到相鄰的一個功率變換器的第三端，且第一個功率變換器的第三端為功率單元的第一端，第M個功率變換器的第四端為功率單元的所述第二端，每一個功率變換器被配置為根據對應的本地控制器輸出的本地控制信號運行，其中N和M均為大於1的自然數，其中每一個功率單元還包括：M個採樣電路，被配置為分別採集M個功率變換器的正直流匯流排電壓和負直流匯流排電壓，以及功率單元所對應的本地控制器被配置為包括：M個採樣調理電路，被配置為將所採集的M個功率變換器的正直流匯流排電壓與負直流匯流排電壓轉換為數位信號。
其中，採樣電路包括：M個直流匯流排正端採樣器，與M個功率變換器以及M個採樣調理電路一一對應，其中M個直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的功率變換器的直流匯流排電容的正端，M個直流匯流排正端採樣器分別被配置為另一端連接對應的採樣調理電路的第一端，採樣調理電路的第一端接收功率變換器的正直流匯流排電壓；以及M個直流匯流排負端採樣器，與M個功率變換器以及M個採樣調理電路一一對應，其中M個直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的功率變換器的直流匯流排電容的負端，M個直流匯流排負端採樣器分別被配置為另一端連接對應的採樣調理電路的第二端，採樣調理電路的第二端接收功率變換器的負直流匯流排電壓。
其中，直流匯流排正端採樣器和直流匯流排負端採樣器包括電阻。
其中，採樣調理電路包括單運算放大器。
本案之另一較佳實施態樣提供一種模組化電源系統，被配置為包括：一個主控制器，被配置為輸出主控制信號；N個本地控制器，其中每一個本地控制器被配置為接收主控制信號，以輸出至少一個本地控制信號；以及N個功率單元，與N個本地控制器一一對應，其中每一個功率單元包括第一端和第二端，每一個功率單元的第二端連接到相鄰的一個功率單元的第一端，每一個功率單元被配置為包括M個功率變換器，其中每一個功率變換器包括第三端和第四端，每一個功率變換器的第四端連接到相鄰的一個功率變換器的第三端，且第一個功率變換器的第三端為功率單元的第一端，第M個功率變換器的第四端為功率單元的第二端，每一個功率變換器被配置為根據對應的本地控制器輸出的本地控制信號運行，其中N和M均為大於1的自然數，其中M個功率變換器中至少一個為主功率變換器，至少一個為從功率變換器，控制從功率變換器相同位置處的功率半導體開關導通和斷開的本地控制信號相同，每一個功率單元還包括：主採樣電路，被配置為分別採集主功率變換器的正直流匯流排電壓和負直流匯流排電壓，或者主功率變換器的正直流匯流排電壓之和和負匯流排電壓之和；以及從採樣電路，被配置為分別採集從功率變換器的正直流匯流排電壓之和與負直流匯流排電壓之和，以及其中功率單元所對應的本地控制器被配置為包括：採樣調理電路，被配置為將所採集的主功率變換器的正直流匯流排電壓和負直流匯流排電壓，或者正直流電壓之和與負直流電壓之和，以及從功率變換器的正直流電壓之和與負直流電壓之和轉換為數位信號。
其中，當主功率變換器的數量為一個，從功率變換器的數量為M-1 個時，從功率變換器分佈在主功率變換器的兩側。
其中，採樣調理電路還包括採樣參考點，採樣參考點設置在主功率變換器處。
其中，採樣參考點設置在主功率變換器的直流匯流排電容的正端，或者主功率變換器的直流匯流排電容的負端，或者主功率變換器的直流匯流排電容的中點。
其中，當主功率變換器的數量為一個，從功率變換器的數量為M-1個時，主採樣電路包括：主直流匯流排正端採樣器，被配置為一端連接主功率變換器的直流匯流排電容的正端，另一端連接採樣調理電路的第一端，採樣調理電路的第一端接收主功率變換器的正直流匯流排電壓；以及主直流匯流排負端採樣器被配置為一端連接主功率變換器的直流匯流排電容的負端，另一端連接採樣調理電路的第二端，採樣調理電路的第二端接收主功率變換器的負直流匯流排電壓，以及從採樣電路包括：M-1個從直流匯流排正端採樣器，與M-1個從功率變換器一一對應，其中M-1個從直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的從功率變換器的直流匯流排電容的正端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路的第三端，採樣調理電路的第三端接收M-1個從功率變換器的正直流匯流排電壓之和；以及M-1個從直流匯流排負端採樣器，與M-1個從功率變換器一一對應，其中M-1個從直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的從功率變換器的直流匯流排電容的負端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路的第四端，採樣調理電路的第四端接收M-1個從功率變換器的負直流匯流排電壓之和。
其中，當主功率變換器的數量為2個以上，從功率變換器的數量為2個以上時，控制主功率變換器相同位置處的功率半導體開關同時導通和同時斷開的本地控制信號相同。
其中，主採樣電路包括：多個主直流匯流排正端採樣器，與2個以上主功率變換器一一對應，其中多個主直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的主功率變換器的直流匯流排電容的正端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路的第一端，採樣調理電路的第一端接收2個以上主功率變換器的正直流匯流排電壓之和；以及多個主直流匯流排負端採樣器，與2個以上主功率變換器一一對應，其中多個主直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的主功率變換器的直流匯流排電容的負端，另一端連接在一起並連接到 採樣調理電路的第二端，採樣調理電路的第二端接收主功率變換器的負直流匯流排電壓之和，以及從採樣電路包括：多個流匯流排正端採樣器，與2個以上從功率變換器一一對應，其中多個從直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的從功率變換器的直流匯流排電容的正端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路的第三端，採樣調理電路的第三端接收2個上從功率變換器的正直流匯流排電壓之和；以及多個從直流匯流排負端採樣器，與2個以上從功率變換器一一對應，其中多個從直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的從功率變換器的直流匯流排電容的負端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路的第四端，採樣調理電路的第四端接收2個以上從功率變換器的負直流匯流排電壓之和。
其中，直流匯流排正端採樣器和直流匯流排負端採樣器包括電阻。
其中，採樣調理電路包括雙運算放大器。
本案之又一較佳實施態樣提供一種模組化電源系統，被配置為包括：一個主控制器，被配置為輸出主控制信號；N個本地控制器，其中每一個本地控制器被配置為接收主控制信號，以輸出至少一個本地控制信號；以及N個功率單元，與N個本地控制器一一對應，其中每一個功率單元包括第一端和第二端，每一個功率單元的第二端連接到相鄰的一個功率單元的第一端，每一個功率單元被配置為包括M個功率變換器，其中每一個功率變換器包括第三端和第四端，每一個功率變換器的第四端連接到相鄰的一個功率變換器的第三端，且第一個功率變換器的第三端為功率單元的第一端，第M個功率變換器的第四端為功率單元的第二端，每一個功率變換器被配置為根據對應的本地控制器輸出的本地控制信號運行，其中N和M均為大於1的自然數，其中控制M個功率變換器相同位置處的功率半導體開關導通和斷開的本地控制信號相同，每一個功率單元還包括：M個採樣電路，被配置為分別採集功率變換器的正直流匯流排電壓之和與負直流匯流排電壓之和，以及功率單元所對應的本地控制器被配置為包括：採樣調理電路，被配置為將所採集的功率變換器的正直流電壓之和與負直流電壓之和轉換為數位信號。
其中，採樣調理電路還包括採樣參考點，當M是奇數時，採樣參考點設置在第(M+1)/2個功率變換器處，或者當M是偶數時，採樣參考點設置在第M/2個或第M/2+1個功率變換器處。
其中，當M是奇數時，採樣參考點設置在第(M+1)/2個功率變換 器的直流匯流排電容的正端、或者直流匯流排電容的負端、或者直流匯流排電容的中點。
其中，當M是偶數時，採樣參考點設置在第M/2個功率變換器的直流匯流排電容的正端、或者直流匯流排電容的負端、或者直流匯流排電容的中點，或者採樣參考點設置在第M/2+1個功率變換器的直流匯流排電容的正端、或者直流匯流排電容的負端、或者直流匯流排電容的中點。
其中，在每一個功率變換器的直流匯流排電容兩端並聯兩個相互串聯的電阻，當M是奇數時，採樣參考點設置在第(M+1)/2個功率變換器處的兩個電阻的連接點。
其中，當M是偶數時，在每一個功率變換器的直流匯流排電容兩端並聯兩個相互串聯的電阻，當M是偶數時，採樣參考點設置在第M/2個功率變換器處的兩個電阻的連接點，或者採樣參考點設置在第(M/2+1)個功率變換器處的兩個電阻的連接點。
其中，採樣電路包括：M個直流匯流排正端採樣器，與M個功率變換器一一對應，其中M個直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的功率變換器的直流匯流排電容的正端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路的第一端，採樣調理電路的第一端接收M個功率變換器的正直流匯流排電壓之和；以及M個直流匯流排負端採樣器，與M個功率變換器一一對應，其中M個直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的功率變換器的直流匯流排電容的負端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路的第二端，採樣調理電路的第二端接收M個功率變換器的負直流匯流排電壓之和。
其中，直流匯流排正端採樣器和直流匯流排負端採樣器包括電阻。
其中，採樣調理電路包括單運算放大器。
其中，的模組化電源系統被配置為還包括：N個輔助電源，與N個本地控制器一一對應，其中每一個輔助電源被配置為給對應的本地控制器提供電源。
在本案的一些示例性實施例中，輔助電源從外部電源取電，或者N個輔助電源與N個功率單元一一對應，每一個輔助電源被配置為從對應的功率單元取電。
其中，功率變換器為AC/DC變換器、DC/AC變換器和DC/DC變換器中的任何一種。
其中，M個功率變換器的直流匯流排電壓為全部相同，部分相同，或全部不相同。
其中，M個功率變換器的拓撲結構為全部相同，或部分相同。
其中，每一個功率單元中的所述M個功率變換器的拓撲結構全部為全橋變換器、半橋變換器、中性點可控三電平變換器、二極體鉗位三電平變換器、飛跨電容三電平變換器、全橋諧振變換器和半橋諧振變換器中的一種。
本案通過將多個功率變換器組成一個功率單元，利用一套本地控制器、光纖、輔助電源控制多個功率變換器的方法，可大大減少本地控制器、光纖、輔助電源的數量，簡化結構設計，降低成本，提高可靠性。
本案通過讓功率單元中各級聯功率變換器相同位置處的功率半導體開關共用一個本地控制信號，可簡化控制電路。
本案還提高了直流匯流排電壓的採樣精度。
本案適用於所有AC/DC、DC/AC、DC/DC功率變換器連接的拓撲結構，應用廣泛
1、P1至P8、40、70‧‧‧功率單元
T1、X1‧‧‧第一端
T2、X2‧‧‧第二端
L、L’‧‧‧電感
UA、UB和UC‧‧‧三相線路
R‧‧‧電阻
C、C’‧‧‧電容
G‧‧‧三相電網
Rload‧‧‧負載
2‧‧‧功率開關器件
S、S1至S4、QM1至QM8‧‧‧功率半導體開關
D‧‧‧二極體
CB、C1、C2、CB’‧‧‧直流匯流排電容
3‧‧‧充電部分
4‧‧‧功率部分
5‧‧‧控制部分
40‧‧‧功率單元
50、90‧‧‧主控制器
51、91‧‧‧本地控制器
52、702、721、722‧‧‧驅動電路
53、93‧‧‧輔助電源
54、94‧‧‧光纖
701、7011’、7012’、7011、7012‧‧‧功率變換器
X3‧‧‧第三端
X4‧‧‧第四端
V1至VM‧‧‧直流匯流排電壓
D1、D2、D3、D4‧‧‧鉗位二極體
C3、C4‧‧‧飛跨電容
T’‧‧‧變壓器
D1’、D2’、D3’、D4’‧‧‧整流二極體
X5‧‧‧第五端
X6‧‧‧第六端
YM1至YM8‧‧‧驅動信號
111‧‧‧橋臂
111a‧‧‧第一橋臂
111b‧‧‧第二橋臂
EC‧‧‧外部電源
704‧‧‧採樣電路
913、913’‧‧‧採樣調理電路
V1+、Vx+、VM+‧‧‧正端
V1-、Vx-、VM-‧‧‧負端
GND‧‧‧採樣參考地
7042‧‧‧主採樣電路
7041‧‧‧從採樣電路
VS2+、VS1+‧‧‧正直流匯流排電壓
VS2-、VS1-‧‧‧負直流匯流排電壓
Vbus‧‧‧直流匯流排電壓
第1圖是習知技術中一個三相SVG系統的結構示意圖；第2圖是習知技術中一個更具體的三相SVG系統的示意圖；第3圖是習知技術中的一個H橋電路(拓撲)的示意圖；第4圖是習知技術中一個單相SVG的示意圖；第5圖是習知技術中一個HVDC-Light系統的示意圖；第6圖是本案一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第7圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第8圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第9圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第10圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第11圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第12圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第13圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第14圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖； 第15圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第16圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第17圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第18圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第19圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第20圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第21圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第22圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第23圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第24圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第25圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第26圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第27圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第28圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第29圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第30圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第31圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第32圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第33圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第34圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第35圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第36圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第37圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第38圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；第39圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；以及第40圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖；
體現本案特徵與優點的典型實施例將在後段的說明中結合圖式詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上當作說明之用，而非架構於限制本案。。本 案圖式僅為本案的示意圖，並非一定是按比例繪製。圖式中相同的附圖註記表示相同或類似的部分，因而將省略對其重複描述。
第6圖是本案一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第6圖中所示，本案的電力電子變換器被配置為包括：一個主控制器90、N個本地控制器91、N個輔助電源93和N個功率單元70，其中N為大於1的自然數。
主控制器90被配置為輸出主控制信號。主控制信號例如是設置來控制該模組化電源系統的整體運行狀態的一個或多個參數。
每一個本地控制器91被配置為接收前述的主控制信號，以輸出至少一個本地控制信號。本地控制信號例如是設置來控制對應的功率單元70的整體運行狀態的一個或多個參數，或者本地控制信號用以控制對應的功率單元70中部分功率變換器的運行狀態。
N個輔助電源93與N個本地控制器91一一對應，其中每一個輔助電源93被配置為給對應的本地控制器91提供電源。
N個功率單元70與N個本地控制器91一一對應，每一個功率單元70包括第一端X1和第二端X2，每一個功率單元70的第二端X2連接到相鄰的一個功率單元70的第一端X1，也就是說，相鄰兩個功率單元70的其中一個的第二端X2與另一個的第一端X1連接。
每一個功率單元70被配置為包括M個功率變換器701，其中每一個功率變換器701包括第三端X3和第四端X4，每一個功率變換器的第四端X4連接到相鄰的一個功率變換器701的第三端X3。也就是說，相鄰兩個功率變換器701的其中一個的第四端X4與另一個的第三端X3連接。M為大於1的自然數。這樣，第1個功率變換器701的第三端X3即為該功率單元70的第一端X1，第M個功率變換器701的第四端X4為該功率單元70的第二端X2。每一個功率變換器701被配置為根據對應的本地控制器91輸出的本地控制信號運行。
作為本案的一個實施例，主控制器90與每一個本地控制器91之間可以通過光隔離器件，例如光纖94傳輸前述的主控制信號。在其他實施例中，主控制器90與每一個本地控制器91之間可以通過磁隔離器件，例如，隔離變壓器，進行連接，主控制器90與每一個本地控制器91之間的連接方式不僅限於上述連接方式。
本案的電力電子裝置可以應用於SVG、MVD、HVDC-Light以及風力發電系統等領域。
如第6圖中所示，本案提出將M個功率變換器701合成為一個功率單元70，一個功率單元70配置一套本地控制器91、光纖94及輔助電源93，即一套本地控制器91、光纖94及輔助電源93控制M個功率變換器701。而在傳統的方案中，每個功率單元40即功率變換器均需要配置一套本地控制器51、光纖54及輔助電源53，相比于傳統方案，本案提出的模組化電源系統所需要配置的本地控制器91、光纖94及輔助電源93的數量將降為傳統方案的1/M。本案使得模組化電源系統的結構設計大大簡化，成本也顯著降低，同時可靠性得到極大提高。
本案不限制各個功率變換器701的直流匯流排電壓。本案的模組化電源系統中的M個功率變換器701的直流匯流排電壓可以為全部相同，部分相同，或全部不相同。基於第6圖，第7圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第7圖中所示，功率單元70內M個功率變換器701的直流匯流排電壓可以分別為V1、V2…和VM，其中V1、V2...和VM可以全部相同，即V1=V2=...=VM，也可以部分相同V1=V2，V1≠VM，或者全部不相同，即V1≠V2≠...≠VM。
本案也不限制各個功率變換器701中所用的拓撲結構。本案的模組化電源系統中的M個功率變換器701可以為交流/直流(AC/DC)變換器、直流/交流(DC/AC)變換器和直流/直流(DC/DC)變換器中的任何一種，因此第7圖中用功率變換器701代表所有適用的AC/DC、DC/AC和DC/DC拓撲結構中的任何一種。本案不限制M個功率變換器701中所用的拓撲結構，還體現在M個功率變換器的拓撲結構可以為全部相同，或部分相同。例如，本案的模組化電源系統中的每一個功率單元70中的M個功率變換器701的拓撲結構可以全部為全橋變換器、半橋變換器、中性點可控三電平變換器、二極體鉗位三電平變換器、飛跨電容三電平變換器、全橋諧振變換器和半橋諧振變換器中的一種。或者例如，本案的模組化電源系統中的每一個功率單元70中的M個功率變換器701的拓撲結構可以為全橋變換器、半橋變換器、中性點可控三電平變換器、二極體鉗位三電平變換器、飛跨電容三電平變換器、全橋諧振變換器和半橋諧振變換器中的兩種或兩種以上的組合。
如第6圖和第7圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的每一個功率單元70可以包括：M個驅動電路702，與M個功率變換器701一一對應，其中每一個驅動電路702被配置為連接於對應的功率變換器701中的功率半導體開關，接收並根據對應的本地控制器91輸出的至少一個本地控制信號，以輸 出至少一個驅動信號來驅動對應的M個功率變換器701中的功率半導體開關的導通和斷開。
在其它實施例中，模組化電源系統中的每一個功率單元可以包括：多個驅動電路，多個驅動電路的數量等於這個功率單元中功率半導體開關的數量，每一個驅動電路被配置為電性連接於對應的功率半導體開關，接收並根據對應的本地控制信號以輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開。
第8圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第8圖中所示，本實施例的模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701的拓撲結構均採用全橋變換器，例如H橋電路。每一個H橋電路701包括4個功率半導體開關和直流匯流排電容，4個功率半導體開關構成2個橋臂，為了便於說明，將4個功率半導體開關分別定義為一個橋臂的上功率半導體開關、下功率半導體開關、另一個橋臂的上功率半導體開關和下功率半導體開關，其中一個橋臂的上功率半導體開關的一端連接另一個橋臂的上功率半導體開關的一端和直流匯流排電容的一端，一個橋臂的下功率半導體開關的另一端連接另一個橋臂的下功率半導體開關的另一端和直流匯流排電容的另一端，一個橋臂的上功率半導體開關與下功率半導體開關連接於第三端X3，另一個橋臂的上功率半導體開關與下功率半導體開關連接於第四端X4。以其中第M個功率變換器70為例，功率變換器701包括兩個橋臂和直流匯流排電容，一個橋臂的上功率半導體開關QM1的一端連接另一個橋臂的上功率半導體開關QM3的一端和直流匯流排電容CB的一端，一個橋臂的下功率半導體開關QM2的另一端連接另一個橋臂的下功率半導體開關QM4的另一端和直流匯流排電容CB的另一端，一個橋臂的上功率半導體開關QM1與下功率半導體開關QM2的連接點為第三端X3，另一個橋臂的上功率半導體開關QM3與下功率半導體開關QM4的連接點為第四端X4。
在本實施例中，每一個功率單元70中的第1個H橋電路701(功率變換器701)的第三端X3為該功率單元70的第一端X1，第1個H橋電路701(功率變換器701)的第四端X4連接第二個H橋電路701(功率變換器701)的第三端X3，以此類推，第M-1個H橋電路701的第四端X4連接第M個H橋電路701(功率變換器701)的第三端X3，第M個功率變換器的第四端X4為該功率單元70的第二端X2。
每一個功率單元70所對應的本地控制器91輸出至少一個本地控制 信號用以控制對應的H橋電路701(功率變換器701)中功率半導體開關的導通和斷開。在本實施例中，每一個H橋電路701(功率變換器701)需要4個本地控制信號，分別控制對應的功率半導體開關導通和斷開，每一個功率單元70需要4×M個本地控制信號，即，本地控制器需要輸出4×M個本地控制信號，用以控制對應的功率半導體開關的導通和斷開，即，功率半導體開關Q11-QM4均需要一個對應的本地控制信號。
如第8圖所示，每一個功率單元70還包括M個驅動電路702，驅動電路702與M個H橋電路701(功率變換器701)一一對應，每一個驅動電路702接收對應的本地控制信號，並輸出至少一驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，具體而言，每一個驅動電路702接收對應的4個本地控制信號，並輸出4個驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個H橋電路701(功率變換器701)所對應的驅動電路702為例，該驅動電路輸出4個驅動信號分別驅動功率半導體開關Q11-Q14的導通和斷開。
在其它實施例中，每一個功率單元70還包括多個驅動電路，驅動電路的數量等於4×M，每一個驅動電路連接於對應的一個功率半導體開關，並且接收一個對應的本地控制信號以輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個H橋電路701(功率變換器701)所對應的4個驅動電路為例，4個驅動電路分別連接功率半導體開關Q11-Q14並且每一個驅動電路輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關QM1-QM4的導通和斷開。
第9圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第9圖中所示，本實施例的模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701的拓撲結構均採用半橋變換器。每一個半橋變換器701包括2個功率半導體開關和直流匯流排電容，其連接關係如第9圖中所示。一個功率半導體的一端連接直流匯流排電容的一端，其另一端連接另一個功率半導體開關的一端，另一個功率半導體開關的另一端連接直流匯流排電容CB的另一端。2個功率半導體開關相互連接的連接點為第三端X3，另一個功率半導體開關的另一端為第四端X4。以第1個功率變換器70為例，功率變換器701包括兩個功率半導體開關Q11、Q12和直流匯流排電容CB。功率半導體開關Q11的一端連接於直流匯流排電容CB的一端，功率半導體開關Q11的另一端連接於功率半導體開關Q12的一端，功率半導體開關Q12的另一端連接於直流匯流排電容CB的另一端，功率半導體開關Q11與功率半導體開關Q12的連接點為第1個功率變換器701的第三端X3，功率 半導體開關Q12的另一端為第1個功率變換器701的第四端X4。
在本實施例中，每一個功率單元70中第1個半橋變換器的第三端X3為功率單元70的第一端X1，第1個半橋變換器的第四端X4連接第二個半橋變換器的第三端X3，依次類推，第M-1個半橋變換器的第四端X4連接第M個半橋變換器的第三端X3，第M個半橋變換器的第四端X4為功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，每一個功率單元70對應的本地控制器可以輸出2×M個本地控制信號，用以控制半橋變換器701(功率變換器701)中的功率半導體開關Q11-QM2的導通和斷開，即，功率半導體開關Q11-QM2均需要一個本地控制信號。
如第9圖所示，每一個功率單元70還包括M個驅動電路702，驅動電路702與M個半橋變換器701(功率變換器701)一一對應，每一個驅動電路702接收對應的本地控制信號，並輸出至少一驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，具體而言，每一個驅動電路702接收對應的2個本地控制信號，並輸出2個驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個半橋變換器701(功率變換器701)所對應的驅動電路702為例，該驅動電路輸出2個驅動信號分別驅動功率半導體開關Q11-Q12的導通和斷開。
在其它實施例中，每一個功率單元70還包括多個驅動電路，驅動電路的數量等於2×M，每一個驅動電路電性連接於對應的一個功率半導體開關，並且接收一個對應的本地控制信號以輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個半橋變換器701(功率變換器701)所對應的2個驅動電路為例，2個驅動電路分別連接功率半導體開關Q11-Q12並且每一個驅動電路輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關Q11-Q12的導通和斷開。
第10圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第10圖中所示，本實施例的模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701的拓撲結構均採用中性點可控三電平變換器。每一個中性點可控三電平變換器701包括8個功率半導體開關和2個直流匯流排電容，其連接關係如第10圖中所示。以第1個功率變換器701為例加以說明，功率半導體開關Q11的一端連接於直流匯流排電容C1的一端和功率半導體開關Q15的一端，直流匯流排電容C1的另一端連接於直流匯流排電容C2的一端，功率半導體開關Q11的另一端連接於功率半導體開關Q12的一端，功率半導體開關Q11與功率半導體開關Q12的 連接點為第1個功率變換器701的第三端X3，功率半導體開關Q12的另一端連接於直流匯流排電容C2的另一端和功率半導體開關Q16的另一端，功率半導體開關Q15的另一端連接於功率半導體開關Q16的一端，功率半導體開關Q15與功率半導體開關Q16的連接點為第1個功率變換器701的第四端X4，功率半導體開關Q13的一端連接於直流匯流排電容C1的另一端，功率半導體開關Q13的另一端連接於功率半導體開關Q14的一端，功率半導體開關Q14的另一端連接於功率半導體開關Q11的另一端，功率半導體開關Q17的一端連接於直流匯流排電容C1的另一端，功率半導體開關Q17的另一端連接於功率半導體開關Q18的一端，功率半導體開關Q18的另一端連接於功率半導體開關Q15的另一端。
在本實施例中，每一個功率單元70中第1個中性點可控三電平變換器的第三端X3為功率單元70的第一端X1，第1個中性點可控三電平變換器的第四端X4連接第二個中性點可控三電平變換器的第三端X3，依次類推，第M-1個中性點可控三電平變換器的第四端X4連接第M個中性點可控三電平變換器的第三端X3，第M個中性點可控三電平變換器的第四端X4為功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，每一個功率單元對應的本地控制器可以輸出8×M個本地控制信號，用以控制中性點可控三電平變換器701中功率半導體開關Q11-QM8的的導通和斷開，即，功率半導體開關Q11-QM8均需要一個本地控制信號。
如第10圖所示，每一個功率單元70還包括M個驅動電路702，驅動電路702與M個中性點可控三電平變換器701(功率變換器701)一一對應，每一個驅動電路702接收對應的本地控制信號，並輸出至少一驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，具體而言，每一個驅動電路702接收對應的8個本地控制信號，並輸出8個驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個中性點可控三電平變換器701(功率變換器701)所對應的驅動電路702為例，該驅動電路輸出8個驅動信號分別驅動功率半導體開關Q11-Q18的導通和斷開。
在其它實施例中，每一個功率單元70還包括多個驅動電路，驅動電路的數量等於8×M，每一個驅動電路連接對應的一個功率半導體開關，並且接收一個對應的本地控制信號以輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個中性點可控三電平變換器701(功率變換器701)所對應的8個驅動電路為例，8個驅動電路分別連接功率半導體開關Q11-Q18並每一個 驅動電路輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關Q11-Q18的導通和斷開。
第11圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第11圖中所示，本實施例的模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701的拓撲結構均採用二極體鉗位三電平變換器。每一個二極體鉗位三電平變換器701包括8個功率半導體開關、4個鉗位二極體和2個直流匯流排電容，其連接關係如第11圖中所示。以第1個功率變換器701為例，功率半導體開關Q11的一端連接於直流匯流排電容C1的一端和功率半導體開關Q15的一端，功率半導體開關Q11的另一端連接於功率半導體開關Q12的一端和鉗位二極體D1的陰極，功率半導體開關Q12的另一端連接於功率半導體開關Q13的一端，功率半導體開關Q13的另一端連接於功率半導體開關Q14的一端和鉗位二極體D2的陽極，直流匯流排電容C1的另一端連接於直流匯流排電容C2的一端，功率半導體開關Q14的另一端連接於直流匯流排電容C2的另一端，鉗位二極體D1的陽極連接於鉗位二極體D2的陰極和直流匯流排電容C1的另一端，功率半導體開關Q12與功率半導體開關Q13的連接點為第1個功率變換器701的第三端X3，功率半導體開關Q15的另一端連接於功率半導體開關Q16的一端和鉗位二極體D3的陰極，功率半導體開關Q16的另一端連接於功率半導體開關Q17的一端，功率半導體開關Q17的另一端連接於功率半導體開關Q18的一端和鉗位二極體D4的陽極，功率半導體開關Q18的另一端連接於直流匯流排電容C2的另一端，鉗位二極體D3的陽極連接於鉗位二極體D4的陰極和直流匯流排電容C1的另一端，功率半導體開關Q16與功率半導體開關Q17的連接點為第1個功率變換器701的第四端X4。
在本實施例中，每一個功率單元70中第1個二極體鉗位三電平變換器的第三端X3為功率單元70的第一端X1，第1個二極體鉗位三電平變換器的第四端X4連接第二個二極體鉗位三電平變換器的第三端X3，依次類推，第M-1個二極體鉗位三電平變換器的第四端X4連接第M個二極體鉗位三電平變換器的第三端X3，第M個二極體鉗位三電平變換器的第四端X4為功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，每一個功率單元對應的本地控制器可以輸出8×M個本地控制信號，用以控制中性點可控三電平變換器701中功率半導體開關Q11-QM8的的導通和斷開，即，功率半導體開關Q11-QM8均需要一個本地控制信號。
如第11圖所示，每一個功率單元70還包括M個驅動電路702，驅 動電路702與M個二極體鉗位三電平變換器701(功率變換器701)一一對應，每一個驅動電路702接收對應的本地控制信號，並輸出至少一驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，具體而言，每一個驅動電路702接收對應的8個本地控制信號，並輸出8個驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個二極體鉗位三電平變換器701(功率變換器701)所對應的驅動電路702為例，該驅動電路輸出8個驅動信號分別驅動功率半導體開關Q11-Q18的導通和斷開。
在其它實施例中，每一個功率單元70還包括多個驅動電路，驅動電路的數量等於8×M，每一個驅動電路連接對應的一個功率半導體開關，並且接收一個對應的本地控制信號以輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個二極體鉗位三電平變換器701(功率變換器701)所對應的8個驅動電路為例，8個驅動電路分別連接功率半導體開關Q11-Q18並且每一個驅動電路輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關Q11-Q18的導通和斷開。
第12圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第12圖中所示，本實施例的模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701拓撲結構均採用飛跨電容三電平變換器。每一個飛跨電容三電平變換器701包括8個功率半導體開關、2個直流匯流排電容和2個飛跨電容，其連接關係如第12圖中所示。以第1個功率變換器701為例，功率半導體開關Q11的一端連接於直流匯流排電容C1的一端和功率半導體開關Q15的一端，功率半導體開關Q11的另一端連接於功率半導體開關Q12的一端和飛跨電容C3的一端，功率半導體開關Q12的另一端連接於功率半導體開關Q13的一端，功率半導體開關Q13的另一端連接於功率半導體開關Q14的一端和飛跨電容C3的另一端，直流匯流排電容C1的另一端連接於直流匯流排電容C2的一端，功率半導體開關Q14的另一端連接於直流匯流排電容C2的另一端，功率半導體開關Q12與功率半導體開關Q13的連接點為第1個功率變換器701的第三端X3，功率半導體開關Q15的另一端連接於功率半導體開關Q16的一端和飛跨電容C4的一端，功率半導體開關Q16的另一端連接於功率半導體開關Q17的一端，功率半導體開關Q17的另一端連接於功率半導體開關Q18的一端和飛跨電容C4的另一端，功率半導體開關Q18的另一端連接於直流匯流排電容C2的另一端，功率半導體開關Q16與功率半導體開關Q17的連接點為第1個功率變換器701的第四端X4。
在本實施例中，每一個功率單元70中第1個飛跨電容三電平變換器的第三端X3為功率單元70的第一端X1，第1個飛跨電容三電平變換器的第四端X4連接第二個飛跨電容三電平變換器的第三端X3，依次類推，第M-1個飛跨電容三電平變換器的第四端X4連接第M個飛跨電容三電平變換器的第三端X3，第M個飛跨電容三電平變換器的第四端X4為功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，每一個功率單元對應的本地控制器可以輸出8×M個本地控制信號，用以控制飛跨電容三電平變換器701(功率變換器701)中功率半導體開關Q11-QM8的的導通和斷開，即，功率半導體開關Q11-QM8均需要一個本地控制信號。
如第12圖所示，每一個功率單元70還包括M個驅動電路702，驅動電路702與M個飛跨電容三電平變換器701(功率變換器701)一一對應，每一個驅動電路702接收對應的本地控制信號，並輸出至少一驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，具體而言，每一個驅動電路702接收對應的8個本地控制信號，並輸出8個驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個飛跨電容三電平變換器701(功率變換器701)所對應的驅動電路702為例，該驅動電路輸出8個驅動信號分別驅動功率半導體開關Q11-Q18的導通和斷開。
在其它實施例中，每一個功率單元70還包括多個驅動電路，驅動電路的數量等於8×M，每個驅動電路接收一個對應的本地控制信號並輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個飛跨電容三電平變換器701(功率變換器701)所對應的8個驅動電路為例，8個驅動電路分別連接功率半導體開關Q11-Q18並且每一個驅動電路輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關Q11-Q18的導通和斷開。
第8圖-第12圖的模組化電源系統中的M個功率變換器701可以為交流/直流(AC/DC)變換器或者直流/交流(DC/AC)變換器，但是不以此為限，還可以是其它拓撲結構的變換器。
第13圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第13圖中所示，本實施例的模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701的拓撲結構均採用全橋諧振變換器。每一個全橋諧振變換器701包括全橋電路、諧振電路、變壓器和整流橋，其連接關係如第13圖中所示。以第1個全橋諧振變換器701為例，全橋電路包括4個功率半導體開關和一個直流匯流排電 容，功率半導體開關Q11的一端連接於直流匯流排電容CB’的一端和功率半導體開關Q13的一端，功率半導體開關Q11的另一端連接於功率半導體開關Q12的一端，功率半導體開關Q12的另一端連接於直流匯流排電容CB’的另一端和功率半導體開關Q14的另一端，功率半導體開關Q11與功率半導體開關Q12的連接點連接於電容C’和電感L’構成的諧振電路的一端，諧振電路的另一端連接於變壓器T’的初級線圈的一端，變壓器T’的初級線圈的另一端連接於功率半導體開關Q13與功率半導體開關Q14的連接點，直流匯流排電容CB’的前述一端為第1個功率變換器的第三端X3，直流匯流排電容CB’的另一端為第1個功率變換器的第四端X4，整流橋包括4個整流二極體，整流二極體D1’的一端連接於整流二極體D3’一端，整流二極體D1’的另一端連接於整流二極體D2’一端，整流二極體D3’的另一端連接於整流二極體D4’一端，整流二極體D2’的另一端連接於整流二極體D4’另一端，整流二極體D1’的前述一端為變換器的第五端X5，整流二極體D2’的另一端為變換器的第六端X6，變壓器T’的輸出端分別連接於整流二極體D1’與整流二極體D2’的連接點以及整流二極體D3’與整流二極體D4’的連接點，其中變壓器T’可以是中心抽頭變壓器，具有兩個次級線圈，兩個次級線圈並聯連接，變壓器T’也可以具有單個次級線圈。
在實施例中，每一個功率單元70中第1個全橋諧振變換器的第三端X3為功率單元70的第一端X1，第1個全橋諧振變換器的第四端X4連接第二個全橋諧振變換器的第三端X3，依次類推，第M-1個全橋諧振變換器的第四端X4連接第M個全橋諧振變換器的第三端X3，第M個全橋諧振變換器的第四端X4為功率單元70的第二端X2。每一個功率單元70中所有的全橋諧振變換器器的第五端X5連在一起，而第六端X6連在一起。
在本實施例中，每一個功率單元對應的本地控制器可以輸出4×M個本地控制信號，用以控制全橋諧振變換器701中功率半導體開關Q11-QM4的的導通和斷開，即，功率半導體開關Q11-QM4均需要一個本地控制信號。
如第13圖所示，每一個功率單元70還包括M個驅動電路702，驅動電路702與M個全橋諧振變換器701一一對應，每一個驅動電路702接收對應的本地控制信號，並輸出至少一驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，具體而言，每一個驅動電路702接收對應的4個本地控制信號，並輸出4個驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個全橋諧振變換器701所對應的驅動電路702為例，該驅動電路輸出4個驅動信 號分別驅動功率半導體開關Q11-Q14的導通和斷開。
在其它實施例中，每一個功率單元70還包括多個驅動電路，驅動電路的數量等於4×M，每一個驅動電路連接對應的一個功率半導體開關，並且接收一個對應的本地控制信號以輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個全橋諧振變換器701所對應的4個驅動電路為例，4個驅動電路分別連接功率半導體開關Q11-Q14並且每一個驅動電路輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關Q11-Q14的導通和斷開。
第14圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第14圖中所示，本實施例的模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701的拓撲結構均採用半橋諧振變換器。每一個半橋諧振變換器701包括半橋電路、諧振電路、變壓器和整流橋，其連接關係如第14圖中所示。以第1個半橋諧振變換器701為例，半橋電路包括2個功率半導體開關和一個直流匯流排電容，功率半導體開關Q11的一端連接於直流匯流排電容CB’的一端，功率半導體開關Q11的另一端連接於功率半導體開關Q12的一端，功率半導體開關Q12的另一端連接於直流匯流排電容CB’的另一端，功率半導體開關Q11與功率半導體開關Q12的連接點連接於電容C’和電感L’構成的諧振電路的一端，諧振電路的另一端連接於變壓器T’的初級線圈的一端，變壓器T’的初級線圈的另一端連接於功率半導體開關Q12的另一端，直流匯流排電容CB’的一端為第1個功率變換器的第三端X3，直流匯流排電容CB’的另一端為第1個功率變換器的第四端X4，整流橋包括4個整流二極體，整流二極體D1’的一端連接於整流二極體D3’一端，整流二極體D1’的另一端連接於整流二極體D2’一端，整流二極體D3’的另一端連接於整流二極體D4’一端，整流二極體D2’的另一端連接於整流二極體D4’另一端，整流二極體D1’的一端為變換器的第五端X5，整流二極體D2’的另一端為變換器的第六端X6，變壓器T’的輸出端分別連接於整流二極體D1’與整流二極體D2’的連接點以及整流二極體D3’與整流二極體D4’的連接點，其中變壓器T’可以是中心抽頭變壓器，具有兩個次級線圈，兩個次級線圈並聯連接，變壓器T，也可以具有單個次級線圈。
在本實施例中，每一個功率單元70中第1個半橋諧振變換器的第三端X3為功率單元70的第一端X1，第1個半橋諧振變換器的第四端X4連接第二個半橋諧振變換器的第三端X3，依次類推，第M-1個半橋諧振變換器的第四端X4連接第M個半橋諧振變換器的第三端X3，第M個半橋諧振變換器的第四端 X4為功率單元70的第二端X2。每一個功率單元70中所有的半橋諧振變換器器的第五端X5連在一起，而第六端X6連在一起。
在本實施例中，每一個功率單元對應的本地控制器可以輸出2×M個本地控制信號，用以控制半橋諧振變換器701(功率變換器701)中功率半導體開關Q11-QM2的的導通和斷開，即，功率半導體開關Q11-QM2均需要一個本地控制信號。
如第14圖所示，每一個功率單元70還包括M個驅動電路702，驅動電路702與M個半橋諧振變換器701(功率變換器701)一一對應，每一個驅動電路702接收對應的本地控制信號，並輸出至少一驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，具體而言，每一個驅動電路702接收對應的2個本地控制信號，並輸出2個驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個半橋諧振變換器701(功率變換器701)所對應的驅動電路702為例，該驅動電路輸出2個驅動信號分別驅動功率半導體開關Q11-Q12的導通和斷開。
在其它實施例中，每一個功率單元70還包括多個驅動電路，驅動電路的數量等於2×M，每一個驅動電路連接對應的一個功率半導體開關，並且接收一個對應的本地控制信號並輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以第1個半橋諧振變換器701(功率變換器701)所對應的2個驅動電路為例，2個驅動電路分別連接功率半導體開關Q11-Q12並且每一個驅動電路輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關Q11-Q12的導通和斷開。
第13圖和第14圖的模組化電源系統中的M個功率變換器701可以為直流/直流(DC/DC)變換器，但是不以此為限，還可以是其它拓撲結構的變換器。
第15圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第15圖中所示，本實施例的模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701的拓撲結構同時採用全橋變換器和半橋變換器的組合。每一個全橋變換器的功率變換器7011’包括4個功率半導體開關，每一個半橋變換器7012’包括2個功率半導體開關，其連接關係如第15圖中所示。在本實施例中，全橋變換器的具體連接關係如第8圖所述，半橋變換器的具體連接關係如第9圖所示，在此不再贅述。類似的，相鄰兩個功率變換器701的其中一個的第四端X4與另一個的第三端X3連接，其中M為大於1的自然數。這樣，第1個功率變換器701的第 三端X3即為該功率單元70的第一端X1，第1個功率變換器701的第四端X4連接第2個功率變換器701的第三端X3，依次類推，第M-1個功率變換器701的第四端X4連接第M個功率變換器701的第三端X3，第M個功率變換器701的第四端X4為該功率單元70的第二端X2。
本實施例中，每一個功率單元70對應的本地控制器所輸出的本地控制信號的數量等於功率單元70中功率半導體開關的數量，這些本地控制信號分別控制全橋變換器和半橋變換器701(功率變換器701)中的功率半導體開關的導通和斷開，即，每一個功率半導體開關均需要一個本地控制信號。
如第15圖所示，每一個功率單元70還包括M個驅動電路702，驅動電路702與M個功率變換器7011’和7012’一一對應，每一個驅動電路702接收對應的本地控制信號，並輸出至少一驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，具體而言，功率變換器7011’對應的驅動電路702接收對應的4個本地控制信號，並輸出4個驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，功率變換器7012’對應的驅動電路702接收對應的2個本地控制信號，並輸出2個驅動信號來分別驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開。
在其它實施例中，每一個功率單元70還包括多個驅動電路，功率單元中驅動電路的數量等於其對應的功率單元中功率半導體開關的數量，每一個驅動電路連接對應的一個功率半導體開關，並且接收一個對應的本地控制信號以輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以功率變換器7011’所對應的4個驅動電路為例，4個驅動電路分別連接對應的功率半導體開關並且每一個驅動電路輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開，以及以功率變換器7012’所對應的2個驅動電路為例，2個驅動電路分別連接對應的功率半導體開關並且每一個驅動電路輸出一個驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開。
儘管第15圖僅僅示出了本實施例的模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701的拓撲結構同時採用全橋變換器和半橋變換器的組合。然而本案不限於此，如前所述，本案的模組化電源系統中的每一個功率單元70中的M個功率變換器701的拓撲結構可以為全橋變換器、半橋變換器、中性點可控三電平變換器、二極體鉗位三電平變換器、飛跨電容三電平變換器、全橋諧振變換器和半橋諧振變換器中的兩種或兩種以上的組合。
在本實施例的每一個功率單元70中，採用相同拓撲結構的功率變換 器701可以採用“共用驅動”。所謂“共用驅動”是指採用相同拓撲結構的各功率變換器701(或7011’或7012’)的相同位置處的功率半導體開關可採用同一個本地控制信號來進行控制。所謂“相同位置”是指相同拓撲結構的各功率變換器701中(或7011’或7012’)在邏輯上對應的功率半導體開關在電路圖中的位置。例如，第6圖-第15圖中相同拓撲結構的各功率變換器701中的功率半導體開關Q11、Q21...QM1具有相同位置，Q12、Q22...QM2具有相同位置，Q18、Q28...QM8具有相同位置，所以第8圖-第14圖中每一個功率單元70中的M個功率變換器701都可以採用“共用驅動”。基於同樣的原理，第15圖中的每一個功率單元70中的功率變換器7011’具有相同的拓撲結構，因而這些功率變換器7011可以採用“共用驅動”，而每一個功率單元70中的功率變換器7012’具有相同的拓撲結構，因而這些功率變換器7012’可以採用“共用驅動”。
採用本案的“共用驅動”的驅動方式，可以大大減少本地控制信號的數量，簡化本地控制的電路設計。第16圖-第23圖將進一步描述本案的本案的“共用驅動”的驅動方式。
第16圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第16圖是基於第8圖並對應第8圖中一個功率單元70的具體化。如第16圖中所示，同一個功率單元70的每一個功率變換器701的拓撲結構均為全橋變換器，例如H橋電路。以第M個H橋電路為例，H橋電路包括2個橋臂，例如，第M個H橋電路的一個橋臂包括上功率半導體開關QM1和下功率半導體開關QM2，另一個橋臂包括上功率半導體開關QM3和下功率半導體開關QM4。上功率半導體開關QM1和下功率半導體開關QM2的連接點為第M個功率變換器701的第三輸出端X3。上功率半導體開關QM3和下功率半導體開關QM4的連接點為第M個功率變換器701的第四輸出端X4。
在本實施例中，相鄰兩個功率變換器701的其中一者的第三輸出端X3與其中另一者的第四輸出端X4依次連接。具體而言，第1個H橋電路的第三輸出端X3為功率單元70的第一端X1，第1個H橋電路的第四輸出端X4與第2個H橋電路的第三輸出端X3連接，依次連接下去，第M-1個H橋電路的第四輸出端X4與第M個H橋電路的第三輸出端X3連接，第M個H橋電路的第四輸出端X4為功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，本地控制器91輸出4個本地控制信號。每一個H橋電路對應一個驅動電路702。每一個驅動電路702與本地控制器91耦接，且與 對應的上功率半導體開關以及下功率半導體開關的控制端相連，用於接收本地控制器91輸出的上述4個本地控制信號，並對本地控制信號進行處理以產生各自的4個驅動信號。例如產生的4個驅動信號YM1、YM2、YM3和YM4輸出至第M個H橋電路中上功率半導體開關QM1和QM3以及下功率半導體開關QM2和QM4的控制端，用於驅動上功率半導體開關QM1和QM3以及下功率半導體開關QM2和QM4的導通和斷開。
在本實施例中，每一個H橋電路的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號為同一個，例如，第1個H橋電路的上功率半導體開關Q11、第2個H橋電路的上功率半導體開關Q21、依次類推，直至第M個H橋電路的上功率半導體開關QM1所對應本地控制信號相同，即同一個本地控制信號，即驅動電路702輸出對應的驅動信號Y11、Y21...YM1相同，使得上功率半導體開關Q11、Q21...QM1同時導通和同時斷開。由於該實施例中功率單元70內各功率變換器701的拓撲結構均採用H橋電路，一個功率單元70只需要一套本地控制器91、光纖94和輔助電源93。該實施例中各H橋電路相同位置處的功率半導體開關採用同一個本地控制信號，因此一個功率單元70中一共僅需要4個本地控制信號。
第17圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第17圖是基於第9圖並對應第9圖中一個功率單元70的具體化。如第17圖中所示，同一個功率單元70中的每一個功率變換器701的拓撲結構均為半橋變換器。以第M個半橋變換器為例，半橋變換器包括1個橋臂111，例如，第M個半橋電路的橋臂111包括上功率半導體開關QM1和下功率半導體開關QM2。上功率半導體開關QM1和下功率半導體開關QM2的一端的連接點為第M個功率變換器701的第三輸出端X3。下功率半導體開關QM2的另一端為第M個功率變換器701的第四輸出端X4。
在本實施例中，相鄰兩個功率變換器701的其中一者的第三輸出端X3與其中另一者的第四輸出端X4依次連接。具體而言，第1個半橋變換器的第三輸出端X3為功率單元70的第一端X1，第1個半橋變換器的第四輸出端X4與第2個半橋變換器的第三輸出端X3連接，依次連接下去，第M-1個半橋變換器的第四輸出端X4與第M個半橋變換器的第三輸出端X3連接，第M個半橋變換器的第四輸出端X4為功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，本地控制器91輸出2個本地控制信號。每一個半橋 變換器對應一個驅動電路702。每一個驅動電路702與本地控制器91耦接，且與對應的上功率半導體開關以及下功率半導體開關的控制端相連，用於接收本地控制器91輸出的上述2個本地控制信號，並對本地控制信號進行處理以產生各自的2個驅動信號。例如產生的2個驅動信號YM1和YM2輸出至第M個半橋變換器中上功率半導體開關QM1和下功率半導體開關QM2的控制端，用於驅動上功率半導體開關QM1和下功率半導體開關QM2的導通和斷開。
在本實施例中，每一個半橋變換器的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號相同，即本地控制信號為同一個，例如，第1個半橋變換器的上功率半導體開關Q11、第2個H橋電路的上功率半導體開關Q21、依次類推，直至第M個半橋變換器的上功率半導體開關QM1所對應本地控制信號為同一個，即驅動電路702輸出對應的驅動信號Y11、Y21...YM1相同，使得上功率半導體開關Q11、Q21...QM1同時導通和同時斷開。由於該實施例中功率單元70內各功率變換器701的拓撲結構均採用半橋變換器，一個功率單元70只需要一套本地控制器91、光纖94和輔助電源93。該實施例中各半橋變換器相同位置處的功率半導體開關採用同一個本地控制信號，因此一個功率單元70中一共僅需要2路本地控制信號。
第18圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第18圖是基於第10圖並對應第10圖中一個功率單元70的具體化。如第18圖中所示，同一個功率單元70中的每一個功率變換器701的拓撲結構均為中性點可控三電平變換器。以第1個中性點可控三電平變換器為例，中性點可控三電平變換器包括第一橋臂111a和第二橋臂111b。第一橋臂111a和第二橋臂111b均包括上功率半導體開關(如Q11、Q15)和下功率半導體開關(如Q12、Q16)。中性點可控三電平變換器還包括第一直流匯流排電容C1、第二直流匯流排電容C2，第一開關組(如Q13、Q14)和第二開關組(如Q17、Q18)。其中第一直流匯流排電容C1和第二直流匯流排電容C2串聯連接後與第一橋臂111a和第二橋臂111b並聯連接。第一橋臂111a的上功率半導體開關Q11和下功率半導體開關Q12的連接點為第1個功率變換器701的第三輸出端X3。第二橋臂111b的上功率半導體開關Q15和下功率半導體開關Q16的連接點為第1個功率變換器701的第四輸出端X4。第一開關組(如Q13、Q14)連接在第一橋臂111a的上功率半導體開關Q11和下功率半導體開關Q12的連接點與第一直流匯流排電容C1和第二直流匯流排電容C2的連接點之間。第二開關組(如Q17、Q18)連接在第二橋臂111b的上功率半 導體開關Q15和下功率半導體開關Q16的連接點與第一直流匯流排電容C1和第二直流匯流排電容C2的連接點之間。在本實施例中，第一開關組為由兩個功率半導體開關串聯而成，例如，該兩個功率半導體開關可以為雙向可控開關。
在本實施例中，相鄰兩個功率變換器701的其中一者的第三輸出端X3與其中另一者的第四輸出端X4依次連接。具體而言，第1個中性點可控三電平變換器的第三輸出端X3為功率單元70的第一端X1，第1個中性點可控三電平變換器的第四輸出端X4與第2個中性點可控三電平變換器的第三輸出端X3連接，依次連接下去，第M-1個中性點可控三電平變換器的第四輸出端X4與第M個中性點可控三電平變換器的第三輸出端X3連接，第M個中性點可控三電平變換器的第四輸出端X4為功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，本地控制器91輸出8個本地控制信號，每一個本地控制信號用於控制對應的上功率半導體開關(如Q11、Q15)、下功率半導體開關(如Q12、Q16)、第一開關組(如Q13、Q14)和第二開關組(如Q17、Q18)其中一者。每個中性點可控三電平變換器的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號相同，即本地控制信號為同一個，以功率單元中的中性點可控三電平變換器的第一功率半導體開關為例，第1個中性點可控三電平變換器的第一功率半導體開關Q11、第2個中性點可控三電平變換器的第一功率半導體開關Q21、依次類推直至第M個中性點可控三電平變換器的第一功率半導體開關QM1所對應的本地控制信號相同，即本地控制信號為同一個，即驅動電路702輸出對應的驅動信號Y11、Y21...YM1相同，使得第一功率半導體開關Q11、Q21直至QM1同時導通和同時斷開。由於該實施例中功率單元70內各功率變換器701的拓撲結構均採用中性點可控三電平變換器，一個功率單元70只需要一套本地控制器91、光纖94和輔助電源93。該實施例中各中性點可控三電平變換器的相同位置處的功率半導體開關採用相同的本地控制信號，因此一個功率單元70一共僅需要8個本地控制信號。
第19圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第19圖是基於第11圖並對應第11圖中一個功率單元70的具體化。如第19圖中所示，同一個功率單元70中的每一個功率變換器701的拓撲結構均為二極體鉗位三電平變換器。以第1個二極體鉗位三電平變換器為例，二極體鉗位三電平變換器包括第一橋臂111a和第二橋臂111b。第一橋臂111a和第二橋臂111b均包括第一功率半導體開關(如Q11、Q15)、第二功率半導體開關(如Q12、Q16)、第三功 率半導體開關(如Q13、Q17)和第四功率半導體開關(如Q14、Q18)。二極體鉗位三電平變換器還包括第一直流匯流排電容C1、第二直流匯流排電容C2、第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3和第四二極體D4。其中第一直流匯流排電容C1和第二直流匯流排電容C2串聯連接後與第一橋臂111a和第二橋臂111b並聯連接。第一橋臂111a的第一功率半導體開關Q11、第二功率半導體開關Q12、第三功率半導體開關Q13和第四功率半導體開關Q14串聯連接。第二功率半導體開關Q12和第三功率半導體開關Q13的連接點為該功率變換器701的第三輸出端X3。第二橋臂111b的第一功率半導體開關Q15、第二功率半導體開關Q16、第三功率半導體開關Q17和第四功率半導體開關Q18串聯連接。第二功率半導體開關Q16和第三功率半導體開關Q17的連接點為該功率變換器701的第四輸出端X4。第一二極體D1和第二二極體D2串聯後連接在第一橋臂111a的第一功率半導體開關Q11和第二功率半導體開關Q12的連接點和第三功率半導體開關Q13和第四功率半導體開關Q14的連接點之間。第三二極體D3和第四二極體D4串聯後連接在第二橋臂111b的第二功率半導體開關Q16和第三功率半導體開關Q17的連接點和第三功率半導體開關Q17和第四功率半導體開關Q18的連接點之間。第一二極體D1和第二二極體D2的連接點與第一直流匯流排電容C1和第二直流匯流排電容C2的連接點連接。第三二極體D3和第四二極體D4的連接點也與第一直流匯流排電容C1和第二直流匯流排電容C2的連接點連接。在本實施例中，第一二極體D1和第二二極體D2的作用為鉗位二極體，第一功率半導體開關、第二功率半導體開關、第三功率半導體開關和第四功率半導體開關為IGBT或者IGCT等。
在本實施例中，相鄰兩個功率變換器701的其中一者的第三輸出端X3與其中另一者的第四輸出端X4依次連接。具體而言，第1個二極體鉗位三電平變換器的第三輸出端X3為功率單元70的第一端X1，第1個二極體鉗位三電平變換器的第四輸出端X4與第2個二極體鉗位三電平變換器的第三輸出端X3連接，依次連接下去，第M-1個二極體鉗位三電平變換器的第四輸出端X4與第M個二極體鉗位三電平變換器的第三輸出端X3連接，第M個二極體鉗位三電平變換器的第四輸出端X4為功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，本地控制器91輸出8個本地控制信號，每一個本地控制信號用於控制對應的第一功率半導體開關(如Q11、Q15)、第二功率半導體開關(如Q12、Q16)、第三功率半導體開關(如Q13、Q17)和第四功率半導體開 關(如Q14、Q18)其中一者。每個二極體鉗位三電平變換器的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號相同，例如，以功率單元中二極體鉗位三電平變換器的第一功率半導體開關為例，第1個二極體鉗位三電平變換器的第一功率半導體開關Q11、第2個二極體鉗位三電平變換器的第一功率半導體開關Q21、依次類推直至第M個二極體鉗位三電平變換器的第一功率半導體開關QM1所對應的本地控制信號相同，即本地控制信號為同一個，即驅動電路702輸出對應的驅動信號Y11、Y21...YM1相同，以使第一功率半導體開關Q11、Q21直至QM1同時導通和同時斷開。由於該實施例中功率單元70內各功率變換器701均採用二極體鉗位三電平變換器，一個功率單元70只需要一套本地控制器91、光纖94和輔助電源93。該實施例中各二極體鉗位三電平變換器相同位置處的功率半導體開關採用相同的本地控制信號，因此一個功率單元一共僅需要8個本地控制信號。
第20圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第20圖是基於第12圖並對應第12圖中一個功率單元70的具體化。如第20圖中所示，同一個功率單元70中的每一個功率變換器701的拓撲結構均為飛跨電容三電平變換器。以第1個飛跨電容三電平變換器為例，飛跨電容三電平變換器包括第一橋臂111a和第二橋臂111b。第一橋臂111a和第二橋臂111b均包括第一功率半導體開關(Q11、Q15)、第二功率半導體開關(Q12、Q16)、第三功率半導體開關(Q13、Q17)和第四功率半導體開關(Q14、Q18)。飛跨電容三電平變換器還包括第一直流匯流排電容C1、第一直流匯流排電容C2、第一飛跨電容C3和第二飛跨電容C4。其中第一直流匯流排電容C1和第一直流匯流排電容C2串聯連接後與第一橋臂111a和第二橋臂111b並聯連接。第一橋臂111a的第一功率半導體開關Q11、第二功率半導體開關Q12、第三功率半導體開關Q13和第四功率半導體開關Q14串聯連接。第二功率半導體開關Q12和第三功率半導體開關Q13的連接點為該功率變換器701的第三輸出端X3。第二橋臂111b的第一功率半導體開關Q15、第二功率半導體開關Q16、第三功率半導體開關Q17和第四功率半導體開關Q18串聯連接。第二功率半導體開關Q16和第三功率半導體開關Q17的連接點為該功率變換器701的第四輸出端X4。第一飛跨電容C3連接於第一橋臂111a的第一功率半導體開關Q11和第二功率半導體開關Q12的連接點與第一橋臂111a的第三功率半導體開關Q13和第四功率半導體開關Q14的連接點之間。第二飛跨電容C4連接於第二橋臂111b的第一功率半導體開關Q15和第二功率半導體開關 Q16的連接點與第二橋臂111b的第三功率半導體開關Q17和第四功率半導體開關Q18的連接點之間。
在本實施例中，相鄰兩個功率變換器701的其中一者的第三輸出端X3與其中另一者的第四輸出端X4依次連接。具體而言，第1個飛跨電容三電平變換器的第三輸出端X3為功率單元70的第一端X1，第1個飛跨電容三電平變換器的第四輸出端X4與第2個飛跨電容三電平變換器的第三輸出端X3連接，依次連接下去，第M-1個飛跨電容三電平變換器的第四輸出端X4與第M個飛跨電容三電平變換器的第三輸出端X3連接，第M個飛跨電容三電平變換器的第四輸出端X4為該功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，本地控制器91輸出8個本地控制信號，每一個本地控制信號用於控制對應的第一功率半導體開關(如Q11、Q15)、第二功率半導體開關(如Q12、Q16)、第三功率半導體開關(如Q13、Q17)和第四功率半導體開關(如Q14、Q18)其中一者。每個飛跨電容三電平變換器的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號相同，例如，以功率單元中飛跨電容三電平變換器的第一功率半導體開關為例，第1個飛跨電容三電平變換器的第一功率半導體開關Q11、第2個飛跨電容三電平變換器的第一功率半導體開關Q21、依次類推直至第M個飛跨電容三電平變換器的第一功率半導體開關QM1所對應的本地控制信號相同，即驅動電路702輸出對應的驅動信號Y11、Y21...YM1相同，以使第一功率半導體開關Q11、Q21直至QM1同時導通和同時斷開。由於該實施例中功率單元70內各功率變換器701均採用飛跨電容三電平變換器，一個功率單元70只需要一套本地控制器91、光纖94和輔助電源93。該實施例中各飛跨電容三電平變換器相同位置處的功率半導體開關採用相同的本地控制信號，因此一個功率單元一共僅需要8個本地控制信號。
第21圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第21圖是基於第13圖並對應第13圖中一個功率單元70的具體化。如第21圖中所示，同一個功率單元70中的每一個功率變換器701的拓撲結構均為全橋諧振變換器。全橋諧振變換器701包括全橋電路、諧振電路、變壓器和整流橋，其連接關係如第21圖中所示。以第1個全橋諧振變換器701為例，全橋電路包括4個功率半導體開關和一個直流匯流排電容，功率半導體開關Q11的一端連接於直流匯流排電容CB’的一端和功率半導體開關Q13的一端，功率半導體開關Q11的另一端連接於功率半導體開關Q12的一端，功率半導體開關Q12的另一端連接於直流匯流 排電容CB’的另一端和功率半導體開關Q14的另一端，功率半導體開關Q11與功率半導體開關Q12的連接點連接於電容C’和電感L’構成的諧振電路的一端，諧振電路的另一端連接於變壓器T’的初級線圈的一端，變壓器T’的初級線圈的另一端連接於功率半導體開關Q13與功率半導體開關Q14的連接點，直流匯流排電容CB’的一端為第1個功率變換器的第三端X3，直流匯流排電容CB’的另一端為第1個功率變換器的第四端X4，整流橋包括4個整流二極體，整流二極體D1’的一端連接於整流二極體D3’一端，整流二極體D1’的另一端連接於整流二極體D2’一端，整流二極體D3’的另一端連接於整流二極體D4’一端，整流二極體D2’的另一端連接於整流二極體D4’另一端，整流二極體D1’的一端為變換器T’的第五端X5，整流二極體D2’的另一端為變換器的第六端X6，變壓器的輸出端分別連接於整流二極體D1’與整流二極體D2’的連接點以及整流二極體D3’與整流二極體D4’的連接點，其中變壓器T’可以是中心抽頭變壓器，具有兩個次級線圈，兩個次級線圈並聯連接，變壓器T’也可以具有單個次級線圈。
在本實施例中，每一個功率單元70中第1個全橋諧振變換器的第三端X3為功率單元70的第一端X1，第1個全橋諧振變換器的第四端X4連接第二個全橋諧振變換器的第三端X3，依次類推，第M-1個全橋諧振變換器的第四端X4連接第M個全橋諧振變換器的第三端X3，第M個全橋諧振變換器的第四端X4為功率單元70的第二端X2。每一個功率單元70中每一個全橋諧振變換器器的第五端X5連在一起，而第六端X6連在一起。
在本實施例中，每一個全橋諧振變換器中全橋電路的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號相同，即本地控制信號為同一個，例如，第1個全橋電路的功率半導體開關Q11、第2個全橋電路的功率半導體開關Q21、依次類推，直至第M個全橋電路的功率半導體開關QM1所對應本地控制信號相同，即同一個本地控制信號，即驅動電路702輸出對應的驅動信號Y11、Y21...YM1相同，使得上功率半導體開關Q11、Q21...QM1同時導通和同時斷開。由於該實施例中功率單元70內各功率變換器701的拓撲結構均採用全橋諧振變換器，一個功率單元70只需要一套本地控制器91、光纖94和輔助電源93。該實施例中各全橋諧振變換器相同位置處的功率半導體開關採用同一個本地控制信號，因此一個功率單元70中一共僅需要4個本地控制信號。
第22圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第22圖是基於第14圖並對應第14圖中一個功率單元70的具體化。如第22圖中所示， 同一個功率單元70中的每一個功率變換器701的拓撲結構均為半橋諧振變換器。半橋諧振變換器701包括半橋電路、諧振電路、變壓器和整流橋，其連接關係如第22圖中所示。以第1個半橋諧振變換器701為例，半橋電路包括2個功率半導體開關和一個直流匯流排電容，功率半導體開關Q11的一端連接於直流匯流排電容CB’的一端，功率半導體開關Q11的另一端連接於功率半導體開關Q12的一端，功率半導體開關Q12的另一端連接於直流匯流排電容CB’的另一端，功率半導體開關Q11與功率半導體開關Q12的連接點連接於電容C’和電感L’構成的諧振電路的一端，諧振電路的另一端連接於變壓器T’的初級線圈的一端，變壓器T’的初級線圈的另一端連接於功率半導體開關Q12的另一端，直流匯流排電容CB’的一端為第1個功率變換器的第三端X3，直流匯流排電容CB’的另一端為第1個功率變換器的第四端X4，整流橋包括4個整流二極體，整流二極體D1’的一端連接於整流二極體D3’一端，整流二極體D1’的另一端連接於整流二極體D2’一端，整流二極體D3’的另一端連接於整流二極體D4’一端，整流二極體D2’的另一端連接於整流二極體D4’另一端，整流二極體D1’的一端為變換器的第五端X5，整流二極體D2’的另一端為變換器的第六端X6，變壓器的輸出端分別連接於整流二極體D1’與整流二極體D2’的連接點以及整流二極體D3’與整流二極體D4’的連接點，其中變壓器可以是中心抽頭變壓器，具有兩個次級線圈，兩個次級線圈並聯連接，變壓器也可以具有單個次級線圈。
在本實施例中，每一個功率單元70中第1個半橋諧振變換器的第三端X3為功率單元70的第一端X1，第1個半橋諧振變換器的第四端X4連接第二個半橋諧振變換器的第三端X3，依次類推，第M-1個半橋諧振變換器的第四端X4連接第M個半橋諧振變換器的第三端X3，第M個半橋諧振變換器的第四端X4為功率單元70的第二端X2。每一個功率單元70中所有的半橋諧振變換器器的第五端X5連在一起，而第六端X6連在一起。
在本實施例中，每一個半橋諧振變換器中半橋電路的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號相同，即本地控制信號為同一個，例如，第1個半橋電路的功率半導體開關Q11、第2個半橋電路的功率半導體開關Q21、依次類推，直至第M個半橋電路的功率半導體開關QM1所對應本地控制信號為同一個，即驅動電路702輸出對應的驅動信號Y11、Y21...YM1相同，使得功率半導體開關Q11、Q21...QM1同時導通和同時斷開。由於該實施例中功率單元70內各功率變換器701的拓撲結構均採用半橋諧振變換器，一個功率單元70只需要一 套本地控制器91、光纖94和輔助電源93。該實施例中各半橋變換器相同位置處的功率半導體開關採用同一個本地控制信號，因此一個功率單元70中一共僅需要2個本地控制信號。
第23圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第23圖是基於第15圖並對應第15圖中一個功率單元70的具體化。如第23圖中所示，同一個功率單元70中的M個功率變換器701的拓撲結構同時採用全橋變換器和半橋變換器的組合。全橋變換器的功率變換器7011’包括4個功率半導體開關，半橋變換器7012’包括2個功率半導體開關。在本實施例中，全橋變換器的具體連接關係如第8圖所述，半橋變換器的具體連接關係如第9圖所示，在此不再贅述。類似的，相鄰兩個功率變換器701的其中一個的第四端X4與另一個的第三端X3連接，其中M為大於1的自然數。這樣，第1個功率變換器701的第三端X3即為該功率單元70的第一端X1，第1個功率變換器701的第四端X4連接第2個功率變換器701的第三端X3，依次類推，第M-1個功率變換器701的第四端X4連接第M個功率變換器701的第三端X3，第M個功率變換器701的第四端X4為該功率單元70的第二端X2。
在本實施例中，每一個全橋變換器的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號相同，即驅動電路輸出對應的驅動信號相同，使得相同位置的功率半導體開關同時導通和同時斷開。每一個半橋變換器的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號相同，即本地控制信號為同一個，即驅動電路輸出對應的驅動信號相同，使得相同位置的功率半導體開關同時導通和同時斷開。由於該實施例中功率單元70內M個功率變換器的拓撲結構同時採用全橋變換器和半橋變換器的組合，一個功率單元70只需要一套本地控制器91、光纖94和輔助電源93。該實施例中各個全橋變換器相同位置處的功率半導體開關採用同一個本地控制信號，各個半橋變換器相同位置處的功率半導體開關採用同一個本地控制信號，因此一個功率單元70中一共僅需要6路本地控制信號。
在其他實施例中，模組化電源系統中每一個功率單元70的M個功率變換器701的拓撲結構同時採用全橋變換器、半橋變換器、中性點可控三電平變換器、二極體鉗位三電平變換器、飛跨電容三電平變換器、全橋諧振變換器和半橋諧振變換器中的兩種或兩種以上的組合。M個功率變換器701中相同拓撲結構的相同位置的功率半導體開關所對應的本地控制信號相同，即驅動電路輸出對應的驅動信號相同，使得相同位置的功率半導體開關同時導通和同時斷開。
如第6圖-第23圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的每一個功率單元70可以包括：多個驅動電路702，功率單元中驅動電路的數量等於該功率單元中功率半導體開關的數量，其中每一個驅動電路702被配置為連接於對應的功率變換器701的功率半導體開關，接收對應的本地控制器91輸出的本地控制信號，以輸出驅動信號來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開。
第24圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第24圖是基於第10圖，是第10圖的局部示意圖。如第24圖中所示，同一個功率單元70中的M個功率變換器701均為中性點可控三電平變換器。該功率單元70可以包括8×M個驅動電路，每一個驅動電路被配置為電連接於功率變換器701的功率半導體開關Q11、Q12...Q18...QM1、QM2...QM8中對應的一個，每一個驅動電路均接收對應的本地控制器91輸出的本地控制信號，以輸出驅動信號Y11、Y12...Y18...YM1、YM2...YM8中對應的一個，來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開。
需要說明的是，第6圖-第24圖中一個功率單元包括的驅動電路的數量等於該功率單元中功率半導體開關的數量，每一個驅動電路被配置為連接於功率變換器的功率半導體開關中對應的一個，每一個驅動電路均接收對應的本地控制器91輸出的對應的本地控制信號，以輸出一個驅動信號，來驅動對應的功率半導體開關的導通和斷開。
本案的模組化電源系統中的每一個驅動電路702與對應的本地控制器91可以直接電連接，或者通過磁隔離器件連接，或者通過光隔離器件連接。
本案的模組化電源系統中的各驅動電路702可以為彼此相同或彼此不相同。
如第6圖-第24圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的各驅動電路702為彼此相同。
第25圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第25圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的每一個功率單元70中的M個功率變換器701中至少一個為主功率變換器7012，至少一個為從功率變換器7011，其中主功率變換器7012和從功率變換器7011的拓撲結構相同，均可以採用第15圖-第22圖所述的功率變換器其中的一種，或者主功率變換器7012和從功率變換器7011的拓撲結構不相同，主功率變換器可以採用第15圖-第22圖所述的功率變換器其中的一種，從功率變換器可以採用第15圖-第22圖所述的功率變換 器其中的另一種。相應地，M個驅動電路中有至少一個為主驅動電路722，至少一個為從驅動電路721，主驅動電路722被配置為驅動對應的主功率變換器7012中的功率半導體開關導通和斷開，每一個從驅動電路721被配置為驅動對應的從功率變換器7011中的功率半導體開關的導通和斷開。
作為一個實施例，在如第25圖中所示的模組化電源系統中，主驅動電路722不同於從驅動電路721。
在本實施例中，當主功率變換器7012和從功率變換器7011的拓撲結構相同時，主驅動電路722與從驅動電路721可以是不同，而每一個從驅動電路721相同，主功率變換器7012和每一個從功率變換器7011相同位置處的功率半導體開關所對應的本地控制信號可以相同，例如，為同一個本地控制信號。在其它實施例中，主驅動電路722與從驅動電路721可以不同，主功率變換器7012和從功率變換器7011相同位置處的功率半導體開關所對應的本地控制信號可以不相同；但是每一個從功率變換器7011相同位置處的功率半導體開關對應的本地控制信號可以相同。
第26圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第26圖所示，在本實施例的模組化電源系統中的每一個功率單元70中包括一個主功率變換器7012和M-1個從功率變換器7011，M-1個從功率變換器7011平均分佈於主功率變換器7012的兩側，其中主功率變換器7012的拓撲結構可以是第15圖-第22圖的其中一種，而從功率變換器7011的拓撲結構也可以是第15圖-第22圖的其中一種。第26圖中的主功率變換器7012與從功率變換器7011的驅動方式可以不同。各從功率變換器可以採取前述的“共用驅動”，而主功率變換器7012採用獨立的控制方式。
第27圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第27圖中所示，本實施例的模組化電源系統中每一個輔助電源93可以被配置為從外部電源取電，例如從市電取電，或者從其他電路取電，每一個輔助電源93連接外部電源EC。
第28圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第28圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的前述N個輔助電源93與前述N個功率單元70一一對應，每一個輔助電源93可以被配置為從對應的功率單元70取電，例如從對應的功率單元70中一個或多個功率變換器的直流匯流排電容上取電。
第29圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。基於第8圖-第22圖，如第29圖中所示，如第8圖-第22圖中任何一種的模組化電源系統中的每一個功率單元70還包括：M個採樣電路704，與所述M個功率變換器一一對應，被配置為採集對應的功率變換器701的正直流匯流排電壓和負直流匯流排電壓；對應的本地控制器91被配置為包括M個採樣調理電路913，採樣調理電路913與採樣電路704一一對應，被配置為將所採集的功率變換器701的正直流匯流排電壓和負直流匯流排電壓轉換為數位信號。
M個採樣電路704包括：M個直流匯流排正端採樣器，即電阻R，與M個功率變換器701以及M個採樣調理電路913一一對應，其中M個直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的功率變換器701的直流匯流排電容CB的正端(例如V1+、Vx+、VM+)，M個直流匯流排正端採樣器分別被配置為另一端連接對應的採樣調理電路913的第一端，採樣調理電路913的第一端接收功率變換器701的正直流匯流排電壓。
M個直流匯流排負端採樣器，即對應的電阻R，與M個功率變換器701以及M個採樣調理電路913一一對應，其中M個直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的功率變換器701的直流匯流排電容CB的負端(例如V1-、Vx-、VM-)，M個直流匯流排負端採樣器分別被配置為另一端連接對應的採樣調理電路913的第二端，採樣調理電路913的第二端接收所述功率變換器的負直流匯流排電壓。在本實施例中，直流匯流排正端採樣器和直流匯流排負端採樣器以電阻為例進行說明，但不僅限於此，直流匯流排正端採樣器和直流匯流排負端採樣器還可以是由多個電阻串聯而成，或者多個電阻並聯而成，或者電阻和其他電子元器件的組合等。
採樣調理電路913可以包括單運算放大器。
採樣調理電路913還包括採樣參考點或採樣參考地GND。
第30圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第30圖是第29圖的一個具體實施例。如第30圖中所示，第30圖中的每個功率變換器701不但獨立採樣，還採用前述的獨立驅動方式。
如第30圖所示，功率單元70對應一個本地控制器91，該本地控制器91輸出的控制對應的功率單元70中M個功率變換器701的功率半導體開關的本地控制信號的數量與功率半導體開關的數量相同，亦即，每一個功率半導體開關都需要被單獨的本地控制信號控制。採樣電路以及採樣調理電路913的相 關內容已在第29圖中描述，再次不再贅述。
第31圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第31圖是第29圖的一個具體實施例。如第31圖中所示，第31圖中的每個功率變換器701不但獨立採樣，還採用前述的共用驅動方式。
如第31圖所示，功率單元70對應一個本地控制器91，該本地控制器91輸出的控制對應的功率單元70中M個功率變換器701相同位置處功率半導體開關的導通和斷開的本地控制信號為同一個。採樣電路以及採樣調理電路913的相關內容已在第29圖中描述，在此不再贅述。
第32圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。第32圖是第29圖的一個具體實施例。如第32圖中所示，第32圖中的每個功率變換器701獨立採樣，但一部分功率變換器701採用前述的獨立驅動方式，一部分功率變換器701採用前述的共用驅動方式。
第33圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第33圖中所示，基於第15圖-第22圖，如第33圖中所示，如第15圖-第22圖中任何一種的模組化電源系統中的每一個功率單元70還包括：採樣電路704，被配置為分別採集M個功率變換器701的正直流匯流排電壓之和以及負直流匯流排電壓之和，對應的本地控制器91被配置為包括：採樣調理電路913，被配置為將所採集的M個功率變換器701的正直流匯流排電壓之和與負直流匯流排電壓之和轉換為數位信號。
如第33圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的採樣電路704被配置為包括：M個直流匯流排正端採樣器，即電阻R，與前述M個功率變換器701一一對應，其中M個直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的功率變換器701的直流匯流排正端，例如V1+到VM+，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路913的第一端，該採樣調理電路的第一端接收該M個功率變換器701的正直流匯流排電壓之和；以及M個直流匯流排負端採樣器，即電阻R，與前述M個功率變換器701一一對應，其中M個直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的功率變換器701的直流匯流排負端，例如V1-到VM-，另一端連接在一起並連接到所述採樣調理電路的第二端，該採樣調理電路的第二端接收該M個功率變換器701的負直流匯流排電壓之和。
在實施例中，採樣器不僅限於包括電阻，還可以是其它的電路。
如第33圖中所示，為減小針對直流匯流排的採樣電路中共模電壓， 本實施例的模組化電源系統中的採樣電路通過直流匯流排正端採樣器和直流匯流排負端採樣器將M個功率變換器701的正直流匯流排電壓、負匯流排電壓分別匯總求和後，輸入至採樣調理電路913，其中採樣調理電路913包括運算放大器。在實施例中，直流匯流排正端採樣器和直流匯流排負端採樣器可是單個電阻或者多個電阻的串聯、並聯或串並聯的組合。
第34圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第34圖中所示，本案通過將採樣調理電路913及本地控制器91的採樣參考點GND儘量設置在M個功率變換器701中位置最居中的功率變換器701處，例如將採樣參考點GND設置在位置最居中的功率變換器701的直流匯流排電容CB的正端、或者直流匯流排電容CB的負端，可使採樣電壓的共模電壓最小，從而可以提高採樣精度，減小共模干擾。
如第34圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的採樣電路704被配置為分別採集前述M個功率變換器的正直流匯流排電壓之和以及負直流匯流排電壓之和，其中，M是奇數，採樣參考點GND設置在第(M+1)/2個功率變換器處，從而使採樣參考點GND設置在前述M個功率變換器701中位置最居中的功率變換器701處，例如，採樣參考點GND設置在第(M+1)/2個功率變換器701的直流匯流排電容CB的負端V(M+1)/2-。在其他實施例中，採樣參考點GND可以設置在第(M+1)/2個功率變換器701的直流匯流排電容CB的正端V(M+1)/2+。
第35圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第35圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的採樣電路704被配置為分別採集前述M個功率變換器的正直流匯流排電壓之和以及負直流匯流排電壓之和，其中，M是偶數，採樣參考點設置在第M/2個所述功率變換器處，從而使採樣參考點GND設置在M個功率變換器701中位置相對最居中的功率變換器701處，例如，採樣參考點設置在第M/2個所述功率變換器的直流匯流排CB的負端VM/2-。在其他實施例中，採樣參考點GND可以設置在第M/2個所述功率變換器的直流匯流排CB的正端VM/2+。
如第36圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的採樣電路704被配置為分別採集前述M個功率變換器的正直流匯流排電壓之和以及負直流匯流排電壓之和，其中，M是偶數，採樣參考點設置在第M/2+1個所述功率變換器處，從而使採樣參考點GND設置在前述M個功率變換器701中位置相對最居 中的功率變換器701處，例如，採樣參考點GND設置在第M/2+1個所述功率變換器的直流匯流排CB的正端VM/2+1+。在其他實施例中，採樣參考點GND可以設置在第(M/2+1)個功率變換器701的直流匯流排電容CB的負端VM/2+1-。
第37圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第37圖中所示，每一個功率變換器701的直流匯流排電容CB由兩個電容串聯而成，兩個電容串聯的連接點為該直流匯流排電容CB的中點，其中當M是奇數時，所述採樣參考點GND可以設置在第(M+1)/2個所述功率變換器的直流匯流排電容CB的中點。
作為一個實施例，當M是偶數時，採樣參考點GND可以設置在第M/2個所述功率變換器的直流匯流排電容CB的中點，或者第(M/2+1)個所述功率變換器的直流匯流排電容CB的中點。
第38圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第38圖中所示，每一個功率變換器701的直流匯流排電容CB僅包含一個電容，沒有電容中點，需要在每一個功率變換器701的直流匯流排電容CB的兩端並聯兩個相互串聯的電阻，其中當M是奇數時，所述採樣參考點GND設置在第(M+1)/2個所述功率變換器處的兩個所述電阻的連接點。
作為一個實施例，當M是偶數時，所述採樣參考點GND設置在第M/2個所述功率變換器處的兩個所述電阻的連接點，或者所述採樣參考點GND設置在第(M/2+1)個所述功率變換器處兩個所述電阻的連接點。
如第38圖中所示，在本實施例的模組化電源系統中的功率單元70中的每一個功率變換器701中，直流匯流排電容CB是單個的，可以確定直流匯流排電容CB沒有中點，那麼就在直流匯流排電容CB兩端並聯均壓電阻，其中該均壓電阻由兩個等值電阻串聯構成，將這兩個等值電阻之間的連接點設置為中點，那麼就將採樣參考點GND設置為M個功率變換器701中位置最居中的功率變換器701處的中點。
第33圖-第38圖中所示的採樣調理電路913可以包括單運算放大器。
第39圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第39圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的每一個功率單元70還包括：一個主採樣電路7042，被配置為採集主功率變換器7012的正直流匯流排電壓和負直流匯流排電壓，且採樣參考點GND設置在主功率變換器的電容中點；以及M-1個從採樣電路7041，被配置採集M-1個從功率變換器7011的正直流匯流排電壓之 和與負直流匯流排電壓之和，其中M-1個從功率變換器7011以主功率變換器7012為中心平均分配在主功率變換器7012兩側；以及對應的本地控制器91被配置為包括：採樣調理電路913，被配置為將所採集的主功率變換器7012的正直流匯流排電壓VS2+、負直流匯流排電壓VS2-、從功率變換器7011的正直流匯流排電壓之和VS1+以及從功率變換器7011的負直流匯流排電壓之和VS1-轉換為數位信號。
如第39圖所示，本實施例的模組化電源系統中，主採樣電路7042包括：主直流匯流排正端採樣器，即電阻，與主功率變換器7012對應，其中主直流匯流排正端採樣器的一端連接所述主功率變換器的直流匯流排正端，另一端連接採樣調理電路913的第一端，採樣調理電路913的第一端接收主功率變換器7012的正直流匯流排電壓VS2+；以及主直流匯流排負端採樣器的一端連接所述主功率變換器7012的直流匯流排負端，另一端連接採樣調理電路913的第二端，採樣調理電路913的第二端接收主功率變換器7012的負直流匯流排電壓VS2-。從採樣電路7041包括：M-1個從直流匯流排正端採樣器，即電阻，與所述M-1個從功率變換器7011一一對應，其中M-1個從直流匯流排正端採樣器的一端分別被配置為一端連接對應的從功率變換器7011的直流匯流排正端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路913的第三端，採樣調理電路913的第三端接收M-1個從功率變換器7011的正直流匯流排電壓之和VS1+；以及M-1個從直流匯流排負端採樣器，即電阻，與所述M-1個從功率變換器7011一一對應，其中M-1個從直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的從功率變換器7011的直流匯流排負端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路913的第四端，採樣調理電路913的第四端接收M-1個從功率變換器7011的負直流匯流排電壓之和VS1-。
作為一個實施例，第39圖中的功率變換器的數目M為5，但本案不限於此，例如適用於前述圖中功率單元內包含主從功率變換器的實施例。
如第39圖中所示，功率單元70內共有5個H橋電路，其中最居中的H橋電路為主功率變換器，分佈在兩側的4個H橋電路為從功率變換器，每個H橋電路的直流匯流排電壓均為Vbus。若採樣參考點GND設置不合理，如採樣參考點GND設置於最下面所示的H橋電路的直流匯流排負端，則從上到下所示的5個H橋電路的直流匯流排電壓正、直流匯流排電壓負分別為(5Vbus，4Vbus)、(4Vbus，3Vbus)、(3Vbus，2Vbus)、(2Vbus，Vbus)、(Vbus，0)。假設採樣電 路的採樣比例為k，此時採樣電壓Vs2+=15*k*Vbus，Vs2-=10*k*Vbus，則採樣電壓中差模分量VDM=5kV，共模分量VCM=12.5kV。然而本案將採樣調理電路913及本地控制器91的採樣參考點GND設置在最中間的H橋電路的直流匯流排電容的中點之後，則從上到下所示的5個H橋電路的直流匯流排電壓正、直流匯流排電壓負分別為(2.5Vbus，1.5Vbus)、(1.5Vbus，0.5Vbus)、(0.5Vbus，-0.5Vbus)、(-0.5Vbus，-1.5Vbus)、(-1.5Vbus，-2.5Vbus)，此時採樣電壓Vs2+=2.5*k*Vbus，Vs2-=-2.5*k*Vbus，差模分量VDM=5kV，共模分量VCM=0，共模分量顯著降低，採樣精度及抗干擾能力得到極大提高。
第40圖是本案另一個實施例的模組化電源系統的方框圖。如第40圖中所示，本實施例的模組化電源系統中的每一個功率單元70還包括：多個(例如2個以上)主採樣電路7042，分別被配置為採集多個主功率變換器7012的正直流匯流排電壓之和以及負直流匯流排電壓之和；以及多個(例如2個以上)從採樣電路7041，分別被配置採集多個從功率變換器7011的正直流匯流排電壓之和以及負直流匯流排電壓之和，其中多個從功率變換器7011和多個主功率變換器7012分為兩組；以及對應的本地控制器91被配置為包括：採樣調理電路913’和913，採樣調理電路913被配置為將所採集的主功率變換器7012的正直流匯流排電壓之和以及負直流匯流排電壓之和轉換為數位信號；採樣調理電路913’被配置為將所採集的從功率變換器7011的正直流匯流排電壓之和以及從功率變換器7011的負直流匯流排電壓之和轉換為數位信號。
如第40圖所示，本實施例的模組化電源系統中，主採樣電路7042包括：多個主直流匯流排正端採樣器，與主功率變換器7012一一對應，其中主直流匯流排正端採樣器的一端連接所述主功率變換器的主直流匯流排正端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路913’的第一端，採樣調理電路913’的第一端接收主功率變換器7012的正直流匯流排電壓之和；以及主直流匯流排負端採樣器的一端連接所述主功率變換器7012的主直流匯流排負端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路913’的第二端，採樣調理電路913’第二端接收主功率變換器7012的負直流匯流排電壓之和。從採樣電路7041包括：多個從直流匯流排正端採樣器，與所述多個從功率變換器7011一一對應，其中多個從直流匯流排正端採樣器的一端分別被配置為一端連接對應的從功率變換器7011的從直流匯流排正端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路913的第一端，採樣調理電路913的第一端接收多個從功率變換器7011的正直流匯流排電壓之和；以及 多個從直流匯流排負端採樣器，與所述多個從功率變換器7011一一對應，其中多個從直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的從功率變換器7011的從直流匯流排負端，另一端連接在一起並連接到採樣調理電路913的第二端，採樣調理電路913的第二端接收多個從功率變換器7011的負直流匯流排電壓之和。
作為一個實施例，第40圖中的功率變換器的數目M為4，但本案不限於此，例如適用於前述圖中功率單元內包含主從功率變換器的實施例。
如第39圖和第40圖中所示的採樣調理電路可以包括雙運算放大器。
本案通過將多個功率變換器組成一個功率單元，利用一套本地控制器、光纖、輔助電源控制多個功率變換器的方法，可大大減少本地控制器、光纖、輔助電源的數量，簡化結構設計，降低成本，提高可靠性。
本案通過讓功率單元中各級聯功率變換器相同位置處的功率半導體開關共用一個本地控制信號，可簡化控制電路。
本案通過採樣電路和採樣調理電路可以採集功率變換器的匯流排電壓，並提高了直流匯流排電壓的採樣精度。
本案適用於所有AC/DC、DC/AC、DC/DC功率變換器連接的拓撲結構，應用廣泛。
以上具體地示出和描述了本案的示例性實施例。應可理解的是，本案不限於這裡描述的詳細結構、設置方式或實現方法；相反，本案意圖涵蓋包含在所附申請專利範圍的精神和範圍內的各種修改和等效設置。最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本案的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本案進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本案各實施例技術方案的範圍。

Claims (27)

  1. 一種模組化電源系統，被配置為包括：一個主控制器，被配置為輸出一主控制信號；N個本地控制器，其中每一個該本地控制器被配置為接收該主控制信號，以輸出至少一個本地控制信號；以及N個功率單元，與該N個本地控制器一一對應，其中每一個該功率單元包括一第一端和一第二端，每一個該功率單元的該第二端連接到相鄰的一個該功率單元的該第一端，每一個該功率單元被配置為包括M個功率變換器，其中每一個該功率變換器包括一第三端和一第四端，每一個該功率變換器的該第四端連接到相鄰的一個該功率變換器的該第三端，且第一個該功率變換器的該第三端為該功率單元的該第一端，第M個該功率變換器的該第四端為該功率單元的該第二端，每一個該功率變換器被配置為根據對應的該本地控制器輸出的該本地控制信號運行，其中N和M均為大於1的自然數，其中每一個該功率單元還包括：M個採樣電路，被配置為分別採集該M個功率變換器的一正直流匯流排電壓和一負直流匯流排電壓，以及該功率單元所對應的該本地控制器被配置為包括：M個採樣調理電路，被配置為將所採集的該M個功率變換器的該正直流匯流排電壓與該負直流匯流排電壓轉換為一數位信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的模組化電源系統，其中該採樣電路包括：M個直流匯流排正端採樣器，與該M個功率變換器以及該M個採樣調理電路一一對應，其中該M個直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的該功率變換器的直流匯流排電容的正端，該M個直流匯流排正端採樣器分別被配置為另一端連接對應的該採樣調理電路的一第一端，該採樣調理電路的該第一端接收該功率變換器的正直流匯流排電壓；以及M個直流匯流排負端採樣器，與該M個功率變換器以及該M個採樣調理電路一一對應，其中該M個直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的該功率變換器的直流匯流排電容的負端，該M個直流匯流排負端採樣器分別被配置為另一端連接對應的該採樣調理電路的一第二端，該採樣調理電路的該第二端接收該功率變換器的負直流匯流排電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的模組化電源系統，其中該直流 匯流排正端採樣器和該直流匯流排負端採樣器包括電阻。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的模組化電源系統，其中該採樣調理電路包括單運算放大器。
  5. 一種模組化電源系統，被配置為包括：一個主控制器，被配置為輸出一主控制信號；N個本地控制器，其中每一個該本地控制器被配置為接收該主控制信號，以輸出至少一個本地控制信號；以及N個功率單元，與該N個本地控制器一一對應，其中每一個該功率單元包括一第一端和一第二端，每一個該功率單元的該第二端連接到相鄰的一個該功率單元的該第一端，每一個該功率單元被配置為包括M個功率變換器，其中每一個該功率變換器包括一第三端和一第四端，每一個該功率變換器的該第四端連接到相鄰的一個該功率變換器的該第三端，且第一個該功率變換器的該第三端為該功率單元的該第一端，第M個該功率變換器的該第四端為該功率單元的該第二端，每一個該功率變換器被配置為根據對應的該本地控制器輸出的該本地控制信號運行，其中N和M均為大於1的自然數，其中該M個功率變換器中至少一個為主功率變換器，至少一個為從功率變換器，控制該從功率變換器相同位置處的功率半導體開關導通和斷開的該本地控制信號相同，每一個該功率單元還包括：主採樣電路，被配置為分別採集該主功率變換器的一正直流匯流排電壓和一負直流匯流排電壓，或者該主功率變換器的該正直流匯流排電壓之和和該負匯流排電壓之和；以及從採樣電路，被配置為分別採集該從功率變換器的一正直流匯流排電壓之和與一負直流匯流排電壓之和，以及其中該功率單元所對應的該本地控制器被配置為包括：一採樣調理電路，被配置為將所採集的該主功率變換器的該正直流匯流排電壓和該負直流匯流排電壓，或者該正直流電壓之和與該負直流電壓之和，以及該從功率變換器的該正直流電壓之和與該負直流電壓之和轉換為數位信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的模組化電源系統，其中當該主功率變換器的數量為一個，該從功率變換器的數量為M-1個時，該從功率變換器分佈在該主功率變換器的兩側。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的模組化電源系統，其中該採樣調理電路還包括一採樣參考點，該採樣參考點設置在該主功率變換器處。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的模組化電源系統，其中該採樣參考點設置在該主功率變換器的一直流匯流排電容的正端，或者該主功率變換器的該直流匯流排電容的負端，或者該主功率變換器的該直流匯流排電容的中點。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的模組化電源系統，其中當該主功率變換器的數量為一個，該從功率變換器的數量為M-1個時，該主採樣電路包括：一主直流匯流排正端採樣器，被配置為一端連接該主功率變換器的一直流匯流排電容的正端，另一端連接該採樣調理電路的一第一端，該採樣調理電路的該第一端接收該主功率變換器的一正直流匯流排電壓；以及一主直流匯流排負端採樣器被配置為一端連接該主功率變換器的該直流匯流排電容的負端，另一端連接該採樣調理電路的一第二端，該採樣調理電路的該第二端接收該主功率變換器的一負直流匯流排電壓，以及該從採樣電路包括：M-1個從直流匯流排正端採樣器，與該M-1個從功率變換器一一對應，其中該M-1個從直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的該從功率變換器的一直流匯流排電容的正端，另一端連接在一起並連接到該採樣調理電路的一第三端，該採樣調理電路的該第三端接收該M-1個從功率變換器的該正直流匯流排電壓之和；以及M-1個從直流匯流排負端採樣器，與該M-1個從功率變換器一一對應，其中該M-1個從直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的該從功率變換器的該直流匯流排電容的負端，另一端連接在一起並連接到該採樣調理電路的第四端，該採樣調理電路的該第四端接收該M-1個從功率變換器的該負直流匯流排電壓之和。
  10. 如申請專利範圍第5項所述的模組化電源系統，其中當該主功率變換器的數量為2個以上，該從功率變換器的數量為2個以上時，控制該主功率變換器相同位置處的功率半導體開關同時導通和同時斷開的該本地控制信號相同。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的模組化電源系統，其中該主採樣電路包括： 多個主直流匯流排正端採樣器，與該2個以上主功率變換器一一對應，其中該多個主直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的該主功率變換器的一直流匯流排電容的正端，另一端連接在一起並連接到該採樣調理電路的一第一端，該採樣調理電路的該第一端接收該2個以上主功率變換器的一正直流匯流排電壓之和；以及多個主直流匯流排負端採樣器，與該2個以上主功率變換器一一對應，其中該多個主直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的該主功率變換器的該直流匯流排電容的負端，另一端連接在一起並連接到該採樣調理電路的一第二端，該採樣調理電路的該第二端接收該主功率變換器的負直流匯流排電壓之和，以及該從採樣電路包括：多個從直流匯流排正端採樣器，與該2個以上從功率變換器一一對應，其中該多個從直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的該從功率變換器的一直流匯流排電容的正端，另一端連接在一起並連接到該採樣調理電路的一第三端，該採樣調理電路的該第三端接收該2個以上從功率變換器的正直流匯流排電壓之和；以及多個從直流匯流排負端採樣器，與該2個以上從功率變換器一一對應，其中該多個從直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的該從功率變換器的該直流匯流排電容的負端，另一端連接在一起並連接到該採樣調理電路的一第四端，該採樣調理電路的該第四端接收該2個以上從功率變換器的該負直流匯流排電壓之和。
  12. 如申請專利範圍第9項或第11項所述的模組化電源系統，其中該直流匯流排正端採樣器和該直流匯流排負端採樣器包括電阻。
  13. 如申請專利範圍第5項所述的模組化電源系統，其中該採樣調理電路包括雙運算放大器。
  14. 一種模組化電源系統，被配置為包括：一個主控制器，被配置為輸出一主控制信號；N個本地控制器，其中每一個該本地控制器被配置為接收該主控制信號，以輸出至少一個本地控制信號；以及N個功率單元，與該N個本地控制器一一對應，其中每一個該功率單元包括一第一端和一第二端，每一個該功率單元的該第二端連接到相鄰的一個該功 率單元的該第一端，每一個該功率單元被配置為包括M個功率變換器，其中每一個該功率變換器包括一第三端和一第四端，每一個該功率變換器的該第四端連接到相鄰的一個該功率變換器的該第三端，且第一個該功率變換器的該第三端為該功率單元的該第一端，第M個該功率變換器的該第四端為該功率單元的該第二端，每一個該功率變換器被配置為根據對應的該本地控制器輸出的該本地控制信號運行，其中N和M均為大於1的自然數，其中控制該M個功率變換器相同位置處的功率半導體開關導通和斷開的該本地控制信號相同，每一個該功率單元還包括：M個採樣電路，被配置為分別採集該功率變換器的一正直流匯流排電壓之和與一負直流匯流排電壓之和，以及該功率單元所對應的該本地控制器被配置為包括：採樣調理電路，被配置為將所採集的該功率變換器的該正直流電壓之和與該負直流電壓之和轉換為數位信號；其中所述採樣調理電路還包括一採樣參考點，當M是奇數時，該採樣參考點設置在第(M+1)/2個該功率變換器處，或者當M是偶數時，該採樣參考點設置在第M/2個或第M/2+1個該功率變換器處。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的模組化電源系統，其中當M是奇數時，該採樣參考點設置在第(M+1)/2個該功率變換器的一直流匯流排電容的正端、或者該直流匯流排電容的負端、或者該直流匯流排電容的中點。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的模組化電源系統，其中當M是偶數時，該採樣參考點設置在第M/2個該功率變換器的一直流匯流排電容的正端、或者該直流匯流排電容的負端、或者該直流匯流排電容的中點，或者該採樣參考點設置在第M/2+1個該功率變換器的一直流匯流排電容的正端、或者該直流匯流排電容的負端、或者該直流匯流排電容的中點。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的模組化電源系統，其中在每一個該功率變換器的一直流匯流排電容兩端並聯兩個相互串聯的電阻，當M是奇數時，該採樣參考點設置在第(M+1)/2個該功率變換器處的兩個該電阻的連接點。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的模組化電源系統，其中在每一個該功率變換器的一直流匯流排電容兩端並聯兩個相互串聯的電阻，當M是偶數時，該採樣參考點設置在第M/2個該功率變換器處的兩個該電阻的連接 點，或者該採樣參考點設置在第(M/2+1)個該功率變換器處的兩個該電阻的連接點。
  19. 如申請專利範圍第14項所述的模組化電源系統，其中該採樣電路包括：M個直流匯流排正端採樣器，與該M個功率變換器一一對應，其中該M個直流匯流排正端採樣器分別被配置為一端連接對應的該功率變換器的一直流匯流排電容的正端，另一端連接在一起並連接到該採樣調理電路的該第一端，該採樣調理電路的該第一端接收該M個功率變換器的正直流匯流排電壓之和；以及M個直流匯流排負端採樣器，與該M個功率變換器一一對應，其中該M個直流匯流排負端採樣器分別被配置為一端連接對應的該功率變換器的該直流匯流排電容的負端，另一端連接在一起並連接到該採樣調理電路的該第二端，該採樣調理電路的該第二端接收該M個功率變換器的該負直流匯流排電壓之和。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的模組化電源系統，其中該直流匯流排正端採樣器和該直流匯流排負端採樣器包括電阻。
  21. 如申請專利範圍第14項所述的模組化電源系統，其中該採樣調理電路包括單運算放大器。
  22. 如申請專利範圍第1項或第9項或第14項所述的模組化電源系統，被配置為還包括：N個輔助電源，與該N個本地控制器一一對應，其中每一個該輔助電源被配置為給對應的該本地控制器提供電源。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的模組化電源系統，其中每一該輔助電源從外部電源取電，或者該N個輔助電源與該N個功率單元一一對應，每一個該輔助電源被配置為從對應的該功率單元取電。
  24. 如申請專利範圍第1項或第9項或第14項所述的模組化電源系統，其中該功率變換器為交流/直流變換器、直流/交流變換器和直接/直流變換器中的任何一種。
  25. 如申請專利範圍第1項或第9項或第14項所述的模組化電源系統，其中該M個功率變換器的直流匯流排電壓為全部相同，部分相同，或全部不相同。
  26. 如申請專利範圍第1或第9項或第14項所述的模組化電源系統，其中該M個功率變換器的拓撲結構為全部相同，或部分相同。
  27. 如申請專利範圍第1或第9項或第14項所述的模組化電源系統，其中每一個該功率單元中的該M個功率變換器的拓撲結構全部為全橋變換器、半橋變換器、中性點可控三電平變換器、二極體鉗位三電平變換器、飛跨電容三電平變換器、全橋諧振變換器和半橋諧振變換器中的一種。
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