[发明专利]使用可变过电流响应的多级逆变器设备和方法

说明书

背景技术

本发明主题涉及电力转换电路和方法，以及更特别地涉及逆变器设备和方法。

UPS系统通常在诸如数据中心、医疗中心和工业设施之类的设施中使用。UPS系统可在这种设施中使用以在主要动力供应故障的情况下提供备份电力来保持操作。这些UPS系统通常具有包括由DC链路耦合的整流器和逆变器的“在线”配置，该DC链路同样耦合到诸如蓄电池、燃料电池或其它能量存储装置之类的辅助电源。

UPS系统、电机驱动器和其它电力转换装置通常使用从诸如整流器和/或蓄电池之类的DC电源中生成AC输出的逆变器。“两级”桥逆变器可用于选择性地将这些DC总线连接到逆变器的输出端以生成AC电压波形。多级逆变器可在DC总线电压之间提供额外电压。各种多级逆变器电路例如在Tamamachi等人的美国专利No.5,361,196、Tanaka等人的美国专利No,6,795,323、Nielsen的美国专利No.6,838,925、Edwards等人的美国专利No.7,145,268和Teichmann等人的美国专利No.7,573,732中描述。

在操作期间，逆变器可能经受由输出端短路和/或过载导致的过电流条件。传统的逆变器可在过电流存在时通过关断桥晶体管来响应过电流条件，这可导致电流经由桥晶体管的体二极管(body diode)而返回到DC总线。

发明内容

本发明主题的一些实施例提供包括多级桥电路的逆变器。所述逆变器进一步包括控制电路，所述控制电路可操作地耦合到所述多级桥电路并且被配置成检测所述逆变器的输出端的过电流，以生成所述过电流的持续时间的测量并且基于该测量而选择性地使所述桥电路的输出端处于第一阻抗状态或第二阻抗状态。所述第一和第二阻抗状态可在所述桥电路输出端和中性点之间提供相应第一和第二阻抗。

在一些实施例中，所述控制电路可被配置成当所述测量指示所述过电流的持续时间大于阈值时使所述桥电路输出端处于所述第一阻抗状态，并且当所述测量指示所述过电流的持续时间小于所述阈值时使所述桥电路输出端处于所述第二阻抗状态，以及其中所述第一阻抗大于所述第二阻抗。

在一些实施例中，所述桥电路可以包括：第一和第二开关，其具有耦合到所述桥电路输出端的第一端子；以及第一和第二中性钳位二极管，其分别耦合在所述中性点和所述第一和第二开关的第二端子之间。所述控制电路可以被配置成操作第一和第二开关以在所述第一阻抗状态中防止经由所述第一和第二中性钳位二极管导电，并且在所述第二阻抗状态中支持经由所述第一和第二中性钳位二极管导电。

根据一些实施例，所述控制电路可包括比较器电路，所述比较器电路被配置成响应于电流感测信号与参考信号的比较来生成过电流指示信号。所述控制电路可进一步包括过电流表征电路，所述过电流表征电路被配置成基于所述过电流指示信号的脉冲宽度来生成过电流表征信号；以及桥驱动器电路，所述桥驱动器电路被配置成响应于所述过电流表征信号来控制所述多级桥电路。所述桥驱动器电路可以进一步被配置成接收脉冲宽度调制信号和所述过电流指示信号，以及可以被配置成响应于针对所述过电流指示信号的第一状态的所述脉冲宽度调制信号来控制所述多级桥电路，以及响应于针对所述过电流指示信号的第二状态的所述过电流表征信号来控制所述多级桥电路。所述逆变器可进一步包括被配置成生成所述脉冲宽度调制信号的处理器电路，以及所述桥驱动器电路可包括诸如复杂可编程逻辑器件(CPLD)的固定逻辑电路。

在另外的实施例中，所述控制电路可进一步被配置成确定在所述桥电路输出端进入所述第一阻抗状态之后经过的时间，并且响应于所述经过的时间满足预定准则而使所述桥电路输出端转变到所述第二阻抗状态。在一些实施例中，所述控制电路可进一步被配置成确定所检测的过电流的方向，并且基于所检测的方向控制所述桥电路输出端到所述第一和第二阻抗状态的转变。在另外的实施例中，所述控制电路可被配置成基于所检测的方向和所述桥电路的状态来控制所述桥电路输出端到所述第一和第二阻抗状态的转变。