[发明专利]具有增强的功率密度、减小的尺寸、隔离的功率端口的功率电子器件构建块（PEBB）

说明书

混合功率电子器件构建块（HPEBB）最小可更换单元（LRU）（103）采用第一低电压侧（105.1）（例如，1000伏MOSFET或模块）和第二高电压侧（105.2）（例如，6000伏MOSFET或模块）。具有非1比1绕组比的高频变压器（120）耦合两侧。K：N的比可以被采用，其中KN，并且其中K个绕组在更低电压侧上，而N个绕组在更高电压侧上。可以采用1：2、1：3、1：6的绕组比或其他比。PEBB LRU 103）可以具有与PEBB LRU（103）的一端或另一端电流隔离的附加功率端口（410，420）。系统转换器减小硬件体积/重量，同时增加功率转换器（203）的功率密度。

技术领域

本主题一般涉及高功率电子器件功率系统，并且更特别地涉及用于转换高功率电功率系统中的电压或电流的高功率转换器。本主题还涉及作为模块化和可缩放功率转换器的基本元件的功率电子器件构建块（PEBB）。

背景技术

PEBB概述：中高功率系统可以为大型工业工厂、工厂、大型交通工具（例如大型船和飞机），办公楼，公寓楼或整个城市提供电力。功率转换系统或功率转换器在中功率和高功率电子分布式功率母线和电网中变换电功率，例如：将较高电压转换成较低电压；将较低电压转换成较高电压；将电力从一个交流频率转换成另一个交流频率；或从直流转换成交流，或从交流转换成直流。本系统和方法特别地但不排他地适用于诸如在船和飞机上发现的微电网之类的微电网。（电网和微电网在本文中通常被称为“功率系统”。）

电功率系统通常包括生成，传输，分配和终端使用。功率由一个或多个发电机提供，或者由诸如太阳能之类的可再生能源系统提供。在到其最终负载（使用电功率的装置）的路线中，功率通常由一个或多个功率转换器接收和传输。例如，发电机侧转换器可以经由定子母线从发电机接收交流（AC）功率，并且可以将AC功率转换成合适的输出频率，例如电网频率。AC功率经由线路母线提供给电网。

低、中和高电压不是严格定义的，但例如术语“低电压”可指小于或等于1.5kV的电压，“中电压”可指大于1.5kV且小于100kV的电压，而高电压可指100kV处及以上的电压。

功率电子器件构建块（PEBB）是功率转换器的结构和功能元件。PEBB可以是将任何输入电功率转换成期望的电压、电流和频率输出的任何功率处理器。PEBB旨在供作为通常采用多个互连PEBB的模块化和可缩放功率转换器架构的一部分使用。每个PEBB可以在各种功率应用中使用，其中所有其接口和操作设置都是可配置的。

PEBB通常将功率装置，栅极驱动器和其它组件并入构建块中，其具有可配置和明确定义的功能性、标准化硬件、控制接口以及与其它PEBB的互操作性。

用于具有紧凑空间要求的船和其他环境的功率转换器：某些环境（例如军用和商用船和飞机）诱发空间的利用。结果，船要求比可在陆基环境中使用的功率转换器更紧凑的功率转换器。还期望减小功率转换系统的重量以用于海上应用。功率转换器体积和功率转换器重量的减小导致改进的功率密度和船上更小的阻力。

对于海上应用，政府和工业发起的PEBB研究和开发努力都集中在PEBB 1000构建块，也称为“PEBB 1000最小/线可更换单元”（下文中称为“PEBB 1000 LRU”）。

在已知的硬件配置中，PEBB 1000 LRU具有三个或四个功率转换级，其中高频固态变压器位于中间。现有的模块化三或四级PEBB 1000 LRU将在PEBB 1000的两侧上具有约1千伏（1kV）（或更小）的DC或AC电压。传统PEBB 1000 LRU中间的高频（HF）变压器具有1：1（单位）绕组比，这在传统功率使用中可能具有某些益处：用于不同PEBB 1000 LRU的对称性、简单性和通用部件/组件（即，1：1比率变压器的惯例或标准）。