[发明专利]耦联到电流源电源上的M2LC系统

说明书

对于相关申请的交叉参考

本申请要求在2010年8月4日提交的美国临时专利申请No.61/370,515的较早申请日期的在35U.S.C.§119（e）下的好处。

技术领域

本申请公开了一种发明，该发明一般地和在各个实施例中涉及一种模块式多电平转换器（M2LC）系统，该模块式多电平转换器系统具有耦联到电流源电源上的多个M2LC子系统（单元）。电流源电源在M2LC子系统外部，并且独立于M2LC子系统的能量状态将控制电力供给到每个M2LC子系统。

背景技术

已经发表了关于模块式多电平转换器（M2LC）布局的多个论文。图1表明M2LC单元的两电平构造，该M2LC单元具有两个端子，并且图2表明M2LC单元的三电平构造，该M2LC单元具有两个端子。

如图1所示，M2LC单元包括两个切换装置、两个二极管、一个电容器及两个端子。关于在图1中表示的构造，两个切换装置可被这样控制，从而跨两个端子可以存在两个不同电位之一（例如，零伏特或V_cap）。如图2所示，M2LC单元包括四个切换装置、四个二极管、两个电容器及两个端子。关于在图2中表示的构造，四个切换装置可被这样控制，从而跨两个端子可以存在三个不同电位之一（例如，零伏特、V_cap或2V_cap）。尽管M2LC单元的其它布局是可能的，但所有布局都可以定义为具有内部电容器能量存储的两端子子系统或单元，该两端子子系统或单元依据切换装置的状态，能够在两个端子之间产生各个电平的电压。

将认识到，M2LC布局拥有级联H桥（CCH）布局的优点，因为它是模块式的，并且由于冗余度能够具有高操作利用率。另外，M2LC布局可应用在公共总线构造中，而具有和没有多绕组变压器的使用。与M2LC相反，CCH要求利用多绕组变压器，该多绕组变压器包含各个次级绕组，这些各个次级绕组将输入能量供给到单元。

然而，不像CCH，M2LC单元（或子系统）不是从隔离电压源或次级绕组独立地供电。对于给定M2LC单元，在两个端子之一处输出的能量的量取决于在两个端子的另一个处输入的能量的量。当单元的一个或多个需要被旁通或使得不起作用时，这在电力电路的预先充电期间或在异常操作期间可引起控制在这些单元中的直流环节（link）电压方面的问题。

由于在预先充电期间，在单元直流环节上的操作电压可取决于串联连接的其它单元的适当或不适当操作，所以存在如下危险：在单元电源可变得起作用，并且允许单元与较高电平控制器（例如，集线器（hub））通信之前，可发生显著的系统损坏。

而且，由于M2LC布局使用是其CCH对应布局两倍的IGBT开关，所以M2LC布局最好地适于单元操作电压，这些单元操作电压可以是可比较CCH设计的两倍或甚至四倍，以标准化或限制电力开关计数。这些较高总线电压对于开关模式电源的设计提出挑战，该开关模式电源通常是电力单元的一部分，以将电力供给到IGBT的栅极控制，并且供给到单元控制电路。

此外，M2LC布局允许关闭单元或部分单元（事实上，将部分电力布局旁通），其中，单元控制或栅极控制不能正确地操作。然而，因为使M2LC单元关闭引起直流环节电压的最终失去-该直流环节电压向单元电源供电，所以关闭M2LC单元引起单元控制电力的失去。

因而，将认识到，利用在每个单元中的单个电源以将要求的单元控制和栅极控制电力提供给相应的M2LC单元，在全部操作条件下不是最佳的，这些操作条件包括故障条件。

附图说明

这里作为例子联系如下附图描述本发明的各个实施例，其中，类似附图标记指示相同或相似元素。

图1表明M2LC单元的两电平构造，该M2LC单元具有两个端子；

图2表明M2LC单元的三电平构造，该M2LC单元具有两个端子；

图3表明M2LC系统的各个实施例；

图4表明在图3中表示的变流器的各个实施例；

图5表明另一个M2LC系统的各个实施例；

图6表明根据各个实施例的可控交流电流源电源的电路图；

图7表明根据各个实施例的电流源电源的电路图；

图8表明根据其它实施例的电流源电源的电路图；及

图9表明根据另外其它实施例的电流源电源的电路图。

具体实施方式