[发明专利]关于通过数字通信总线控制功率开关的方法和装置

说明书

领域

本发明大体涉及电力转换器，并且更特别地涉及用于控制例如可以在不间断电源(UPS)系统中操作的功率开关的方法和装置。

背景

电力转换器通过脉冲宽度调制(PWM)电压源逆变器驱动器来向输出端提供可调节的电压和频率。典型的电力转换器是具有两个或多于两个的例如可以简称为功率开关的功率半导体开关的功率半导体器件的切换装置。例如，功率开关可以通过绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)来实施。

电力转换器可以在不间断电源(UPS)系统、电机等中使用。PWM信号在电力转换器中使用，以便控制惯性电气设备的电力。当随着时间的推移被平均的时候，功率开关的占空比(导通时间占总周期时间的比率)被改变以实现期望的平均输出电压、电流等。

大型UPS系统可以使用集中式核心控制器。图7示出了用于在例如UPS系统的电力转换器中使用的常规系统的示意图。例如IGBT开关指令的PWM信号通过各条导线821-829从控制器800分配到大量的功率开关191-199。所述各条导线821-829通常被组合成带状电缆。为了驱动电力转换器，有必要通过单根导线给驱动板发送开关指令信号。

UPS系统中的开关指令的数量可能在将来增加。PWM信号数量的增加、连同导线的长度的增加给例如UPS系统的电力转换器的可靠性带来了挑战，这是因为电子系统的可靠性经常与连接器引脚的数量相关联，并且UPS系统的可靠性将随着连接器引脚和导线数量的增加而下降。开关指令是快速的和关键的信号，其对于在整个导线长度上的噪声是敏感的。导线的数量的增加也使得电缆和连接器引脚的成本高昂并且占用UPS系统内的更多空间。

发明内容

提供了可以用于控制起到电力转换器作用的一组功率开关的方法和装置。

根据本发明的实施例，提供了控制起到电力转换器作用的一组功率开关的方法。该方法包括提供一组功率开关和至少一个开关驱动器，每个功率开关可操作地将一组输入电力线中的一条与输出电力线连接和将输入电力线中的一条与输出电力线断开，每个开关驱动器设置相关联的一个功率开关或多个功率开关的状态；通过控制器产生一组开关指令，每个指令表示所述功率开关中的相应的一个功率开关在某个时刻的期望的状态；将来自控制器的每个开关指令发送到包括与相应的功率开关相关联的开关驱动器的驱动器模块；在每个驱动器模块处接收关于其相关联的功率开关的开关指令并且引起每个开关驱动器相应地设置合适的功率开关的状态；其中，发送所述开关指令的步骤包括将关于所述开关的至少一个子集的指令复用为一连串的多位指令帧并且在串行通信信道上传输所述指令帧，并且其中，接收所述开关指令的步骤包括从所述通信信道接收所述多位指令帧并且从中提取各自的开关指令。

根据本发明的另一个实施例，提供了用于在具有一组功率开关的电力转换器中使用的控制器。控制器被配置为：产生一组开关指令，每个开关指令表示电力转换器的所述功率开关中的相应的一个功率开关在某个时刻的期望的状态；将关于所述功率开关的至少一个子集的指令复用为一连串多位指令帧；在串行通信信道上向与相应的功率开关相关联的驱动器模块发送指令帧。

根据另外的实施例，提供了用于在具有一组功率开关的电力转换器中使用的驱动器模块。驱动器模块被配置为：通过串行通信信道从控制器接收一连串的多位指令帧，所述多位指令帧包括其相关联的功率开关的开关指令，每个指令表示所述功率开关中的相应的一个功率开关在某个时刻的期望的状态；从多位指令帧中提取各自的开关指令；相应地设置合适的功率开关的状态。

根据本发明的又一个实施例，提供了电力转换器装置。电力转换器装置包括至少一个以上所述的控制器和至少一个以上所述的驱动器模块。

本发明的另外的特征和优点以及本发明的各个实施例的结构和操作在下文参考附图进行详细描述。值得注意的是，本发明不限于本文描述的具体实施例。这些实施例在本文呈现仅仅用于说明性的目的。基于本文包含的教导，对于相关领域的技术人员来说，附加的实施例将是明显的。

附图说明

并入本文并且形成说明书的一部分的附图，说明了本发明并且结合描述，进一步用于解释本发明的原理并且使相关领域的技术人员能实现和使用本发明。本发明的实施例仅仅通过举例的方式参考附图进行描述。

图1是根据本发明的实施例的电力转换器中的通信系统的示意图。

图2示出了用于在图1的通信系统中的传输信号的示例性数据帧。图3示出了构成图1中示出的电力系统的一部分的三相电力逆变器的示例性电路图。