多電平逆變器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多電平逆變器。一種多電平逆變器，其具有至少兩個(gè)組，每個(gè)組都包含多個(gè)低電壓MOSFET晶體管；以及處理器，其被配置成切換每個(gè)組中的多個(gè)低電壓MOSFET晶體管以在每個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行多次切換。
【專利說明】多電平逆變器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多電平逆變器及其相關(guān)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]盡管經(jīng)過了多年的研究，但是尋找成本更有效的逆變器實(shí)現(xiàn)(單相或三相)的目的還遠(yuǎn)未達(dá)到。一些嘗試在電路布局中使用高壓開關(guān)(例如600V的IGBT)，其目的在于降低切換損耗和/或減小無源部件(主要是磁性元件)的尺寸。參照例如“Multilevel inverters:Asurvey of Topologies, Control and Applications”。這些以降低切換損耗為目的的逆變器通常包含高壓開關(guān)(例如600V的IGBT)，其以大約10倍于輸電線頻率(50Hz)或最高達(dá)16kHz的頻率進(jìn)行切換。IGBT在這一頻率范圍的切換損耗是相當(dāng)大的，并且即使在這些頻率的較低端，其切換損耗也是相當(dāng)大的。而且，低頻率切換導(dǎo)致了扼流圈的成本接近或超過逆變器的總成本的20%?？蛇x擇的研究已經(jīng)尋求使用更先進(jìn)的開關(guān)技術(shù)(例如碳化硅和/或氮化鎵)來提高頻率并且減小無源部件的尺寸。這一研究也可以在一定程度上降低切換損耗，但卻僅僅是以先進(jìn)的開關(guān)技術(shù)的高成本為代價(jià)而取得的。盡管進(jìn)行了擴(kuò)展研究，但是這些逆變器的電路布局僅僅提供了有限的改進(jìn)，而不能達(dá)到成本降低和高效逆變器技術(shù)所需要的效率的目的。
[0003]目前仍存在對(duì)低成本、高效率的逆變器技術(shù)的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]下面的概述僅僅出于說明性的目的，而不是旨在對(duì)本文的詳細(xì)描述進(jìn)行限制或約束。
[0005]本文的實(shí)施方式可以采用帶有專門的控制系統(tǒng)的多電平逆變器(例如單相和/或三相逆變器)，所述專門的控制系統(tǒng)使具有高效率、低成本的逆變器成為可能。在本文討論的一些實(shí)施方式中，多電平逆變器可以用在逆變器的輸出(濾波之前)具有多個(gè)電壓等級(jí)的情況中，從而減小了逆變器的磁性元件上的應(yīng)力，并且改善了輸出電壓波形，這樣允許切換頻率的進(jìn)一步降低。
[0006]在本文描述的示例性的多電平逆變器(單相或三相)中，控制系統(tǒng)允許使用低電壓(例如80V) MOSFET以產(chǎn)生等價(jià)的高電壓開關(guān)(例如，使用6個(gè)80V的MOSFET能產(chǎn)生等價(jià)的480V開關(guān))。低電壓切換多電平逆變器的導(dǎo)通特性和切換特性比其他的多電平逆變器實(shí)現(xiàn)方式有實(shí)質(zhì)上和意料不到的改善。在這些實(shí)施方式中，通過錯(cuò)開低電壓MOSFET的接通和斷開，可以對(duì)每個(gè)多電平開關(guān)使用較低頻率調(diào)制，例如，每個(gè)MOSFET能以中等頻率(例如200kHz)進(jìn)行切換，同時(shí)保持了比其他開關(guān)技術(shù)低的切換損耗，并且獲得了 200kHz*N的有效頻率的好處，其中N是串接的時(shí)間上錯(cuò)開的開關(guān)數(shù)目，從而根據(jù)實(shí)際擴(kuò)展頻率減小了無源部件的尺寸要求。在一些實(shí)施方式中，MOSFET能根據(jù)占空比按錯(cuò)開的時(shí)間(其可以或可以不根據(jù)正弦波變化)切換，例如，其中每個(gè)MOSFET都被移了 1/6的切換周期(例如使用6個(gè)串接的M0SFET)。
[0007]根據(jù)本文討論的實(shí)施方式，除了本文所討論的關(guān)于導(dǎo)通損耗和切換損耗方面的優(yōu)點(diǎn)之外，這些例子還提供了比如減少了無源部件(例如，主扼流圈磁性元件和/或輸出濾波器)的其他重要優(yōu)點(diǎn)。例如，由于多電平電壓和低成本MOSFET開關(guān)的使用，可以實(shí)現(xiàn)部件尺寸和/或成本減小N (例如該例子中的6)倍。另外，本文所討論的示例性的實(shí)施方式可以在主扼流圈中獲得可能是切換頻率的N倍(例如該例子中的6*200kHz)的有效頻率。因此，在這些實(shí)施方式中，主扼流圈可能比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)小了 N~2 (例如36)倍。在本文討論的實(shí)施方式中，例如，相對(duì)于使用16kHz切換頻率的標(biāo)準(zhǔn)的基于IGBT的逆變器系統(tǒng)，主扼流圈的尺寸的總增益倍數(shù)可能是200kHz/16kHz*36=450，這使得扼流圈的成本變得如此低廉以至于在本文討論的多電平逆變器的例子中這幾乎可以忽略不計(jì)?？梢詫?duì)輸出濾波器進(jìn)行相似的計(jì)算，并且能夠表明在成本降低和效率提高方面的更大的優(yōu)勢(shì)。
[0008]如上所述，該概述僅僅是對(duì)本文描述的一些特征的總結(jié)。其不是排他性的，且不對(duì)權(quán)利要求進(jìn)行限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]結(jié)合下面的詳細(xì)描述、權(quán)利要求、以及附圖，本公開的這些和其他的特征、方面、以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。本公開以示例的方式進(jìn)行示出，但是不受附圖的限制，在這些附圖中相似的標(biāo)記表示相似的元件。
[0010]圖1示出了與本文的實(shí)施方式一致的示例的多電平逆變器。
[0011]圖2示出了用來控制與本文的實(shí)施方式一致的多電平逆變器的算法。
[0012]圖3示出了用于本文的實(shí)施方式的示例性控制。
[0013]圖4示出了與本文的實(shí)施方式一致的多電平逆變器的另一個(gè)例子。
[0014]圖5示出了與本文的實(shí)施方式一致的多電平逆變器的又一個(gè)例子。

【具體實(shí)施方式】
[0015]在下面的多個(gè)示例性實(shí)施方式的描述中，對(duì)附圖做了參考，這些附圖構(gòu)成了本文的一部分，并且在附圖中以圖示的方式示出了在其中可以實(shí)踐本公開的方面的多個(gè)實(shí)施方式。需要了解的是，也可以使用其他的實(shí)施方式并且可以做出結(jié)構(gòu)和功能上的改變，而沒有背離本公開的范圍。
[0016]參照?qǐng)D1，示例性的多電平逆變器包括一個(gè)、兩個(gè)、或多于兩個(gè)的并行連接，其中每個(gè)并行連接包括跨接DC電壓布置的多個(gè)不同的開關(guān)。這些開關(guān)可以耦合到可以用來平滑逆變器的AC輸出的正弦波的多個(gè)電容器和/或電感器。例如，多個(gè)開關(guān)組S1A-S6A、S6B-S1B、S1C-S6C和/或S6D-S1D可以被布置在如圖1中示出的任何合適的結(jié)構(gòu)中。每個(gè)MOSFET晶體管組都可以可變地配置成包含兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)、九個(gè)、十個(gè)、十一個(gè)、十二個(gè)、或多于十二個(gè)的晶體管。參照?qǐng)D2，每個(gè)開關(guān)都可以由來自處理器10(例如，邏輯、一個(gè)或多個(gè)處理器、控制、狀態(tài)機(jī)、控制器、微處理器、軟件驅(qū)動(dòng)控制、門陣列、和/或其他的控制器)的輸出控制。在這個(gè)實(shí)施方式中，開關(guān)組A包含一系列例如彼此以源到漏極配置結(jié)構(gòu)連接在一起的FET晶體管S1A-S6A (例如，20v、40v、60v、80v、100v、120v的MOSFET晶體管)以構(gòu)成第一開關(guān)組；開關(guān)組B包含一系列例如彼此以源到漏極配置結(jié)構(gòu)連接在一起的 FET 晶體管 S1B-S6B (例如，20v、40v、60v、80v、100v、120v 的 MOSFET 晶體管)以構(gòu)成第二開關(guān)組；開關(guān)組C包含一系列例如彼此以源到漏極配置結(jié)構(gòu)連接在一起的FET晶體管 S1C-S6C ^ι^η，20ν、40ν、60ν、80ν、100ν、120ν 的 MOSFET 晶體管)以構(gòu)成第三開關(guān)組；開關(guān)組D包含一系列例如彼此以源到漏極配置結(jié)構(gòu)連接在一起的FET晶體管S1D-S6D (例20ν,40ν,60ν,80ν, ΙΟΟν, 120v的MOSFET晶體管)以構(gòu)成第四開關(guān)組。雖然在這個(gè)例子中每個(gè)開關(guān)組都使用了 6個(gè)80伏的FET晶體管，但是也可以使用多于6個(gè)或少于6個(gè)的利用例如20v、40v、60v、80v、100v、120v的不同電壓的晶體管。例如，當(dāng)每個(gè)開關(guān)組都使用12個(gè)晶體管時(shí)，跨過這些晶體管的電壓可以被調(diào)整至比如40伏的合適的電壓，并且在一個(gè)周期內(nèi)的晶體管的切換頻率可以從例如僅使用6個(gè)晶體管的例子的晶體管切換頻率提高(例如，以兩倍的速率切換每個(gè)晶體管)。
[0017]參照?qǐng)D2，每個(gè)MOSFET可以被控制成使用高頻率(例如，在這個(gè)例子中是大約200kHz)進(jìn)行切換，同時(shí)仍然具有相對(duì)于其他的開關(guān)技術(shù)的低切換損耗。如在圖2中示出的，對(duì)于這個(gè)例子，MOSFET根據(jù)占空比(其根據(jù)正弦波變化)以下面的簡(jiǎn)單方式(針對(duì)6個(gè)串接的MOSFET示出)進(jìn)行切換，其中每個(gè)MOSFET被移了 1/6個(gè)切換周期。
[0018]除了上面討論的導(dǎo)通損耗和切換損耗方面的優(yōu)點(diǎn)，圖1-圖2中示出的實(shí)施方式的另一個(gè)很大的好處是減小了無源部件(例如，主扼流圈和輸出濾波器的尺寸)。由于多電平電壓，在尺寸/成本上可以減少N (例如，在這個(gè)例子中是6)倍。此外，在主扼流圈中的有效頻率是切換頻率的N倍(例如，在這個(gè)例子中是6*200kHz)。與這個(gè)例子一致的實(shí)施方式的結(jié)果是主扼流圈相對(duì)于使用200kHz的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)能減小N~2 (例如36)倍。因?yàn)槠胀ǖ哪孀兤饔捎谑艿搅?600V開關(guān)的限制，它們使用非常低的切換頻率(例如，16kHz)，所以主扼流圈尺寸上的總增益是200kHz/16kHz*36=450，這使得其是不可忽略的，而在標(biāo)準(zhǔn)逆變器中其相當(dāng)于逆變器的尺寸和成本的約20%。可以對(duì)輸出濾波器進(jìn)行類似的計(jì)算，并可以顯示出更大的優(yōu)勢(shì)。
[0019]本發(fā)明的實(shí)施方式以較高的頻率(例如，50kHz、10kHz、150kHz、200kHz、250kHz、300kHz、或更高的頻率)進(jìn)行切換，并且其中這些開關(guān)被修改的方式根據(jù)例如圖2。與這里的例子中的逆變器一致的增益獲得了 η的平方倍。這一不同尋常的結(jié)果是部分地通過每次僅切換一個(gè)部件而不是在一個(gè)周期中切換所有的部件獲得的。使用低電壓M0SFET，可能在同一個(gè)輸出電壓周期中切換所有的開關(guān)，同時(shí)仍然獲得相對(duì)低的切換損耗，這允許了另外的增益和效率。
[0020]通常，逆變器的尺寸和成本的大約20%都涉及主扼流圈。在本文描述的實(shí)施方式中，例如，通過將頻率提高15kHz并將開關(guān)的數(shù)目增加到6個(gè)可以產(chǎn)生由于多電平部件帶來的額外的36倍增益。在這些實(shí)施方式中，主扼流圈的成本可以低到整個(gè)逆變器成本的百分之一或更低。此外，因?yàn)楸疚拿枋龅那袚Q方法，逆變器將更加高效，而且產(chǎn)生的輸出電壓也將更好，這也獲得了相當(dāng)?shù)男?。這意味著封裝和逆變器可以在尺寸上更小，并且因此可以使用更小且更便宜的封裝。封裝的尺寸和成本的減少的原因在于主扼流圈的減小和濾波器的減小，還在于提高的效率，這提供了更小且更緊湊的封裝。
[0021] 圖2中示出的控制已經(jīng)證明比傳統(tǒng)的控制電路具有更高的效率。例如，圖2中示出的控制允許開關(guān)S1A-S6A、S6B-S1B、S1C-S6C、以及S6D-S1D全部都在一個(gè)周期內(nèi)切換，在這個(gè)實(shí)施方式中，一組中的開關(guān)的切換如圖2中示出的進(jìn)行偏移。在這些實(shí)施方式中，這些開關(guān)比其他控制機(jī)制的工作頻率高6倍。
[0022]參照?qǐng)D1，逆變器通常由在逆變器的兩邊的對(duì)稱的兩半構(gòu)成。在圖1的實(shí)施方式中，存在4個(gè)6開關(guān)組，這24個(gè)開關(guān)中的每一個(gè)都工作在較低的電壓(例如，80V)和較高的頻率(例如，200kHz)。更高的頻率切換允許在一個(gè)周期對(duì)每組中的每個(gè)開關(guān)(例如，所有的6個(gè)開關(guān))進(jìn)行交錯(cuò)的切換，這比傳統(tǒng)調(diào)制器快6倍。
[0023]至于電壓，當(dāng)絕對(duì)電壓大約是350V(其可以是從比如一組太陽(yáng)能板的DC源接收到的電壓)，這一電壓可以被用來產(chǎn)生例如230V的AC電壓。當(dāng)每組中的開關(guān)元件耦合到電容器C1-C5和C6-C10時(shí)，可以通過切換操作使得跨過開關(guān)組A和B、以及開關(guān)組C和D的電壓疊加成這個(gè)例子中的接近350V。因?yàn)殡妷罕环峙涞矫總€(gè)開關(guān)/電容器組合上，所以跨過任何一個(gè)開關(guān)的電壓可以遠(yuǎn)低于350V，因此，這些開關(guān)的電壓能夠小很多(例如，350除以6或大約60V)。可以使這一電壓更低和/或更高，這取決于每組中的開關(guān)數(shù)目。
[0024]參照?qǐng)D2，這些開關(guān)可以被配置成在同一個(gè)周期內(nèi)對(duì)所有的開關(guān)進(jìn)行切換操作。例如，這些開關(guān)可以以比如200kHz的頻率進(jìn)行切換操作。這允許每個(gè)開關(guān)在比如l/200kHz或大約5毫秒的預(yù)定的期間內(nèi)“導(dǎo)通”，在這段時(shí)間中每個(gè)開關(guān)都被接通和斷開。在傳統(tǒng)的多電平逆變器中，在16kHz對(duì)應(yīng)的一個(gè)周期中僅對(duì)一個(gè)開關(guān)進(jìn)行切換操作。然而，在本文描述的實(shí)施方式中，低電壓MOSFET可以以高得多的速率(例如，200kHz)切換，并且還可以在同一個(gè)周期內(nèi)對(duì)一組中的所有開關(guān)都進(jìn)行切換操作。這個(gè)例子有效地將速度提高到了切換期間的6倍，而實(shí)際上并沒有提高切換頻率。此外，所述設(shè)計(jì)是可擴(kuò)縮的，因?yàn)橥ㄟ^向開關(guān)組中添加更多的晶體管可以將其速度提高得越來越多；每組中的多電平開關(guān)允許切換頻率的提高而無需更快地驅(qū)動(dòng)MOSFET (例如，快6倍)。
[0025]本文的例子中的多電平逆變器的優(yōu)點(diǎn)在于，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)每個(gè)開關(guān)組中串接的MOSFET的數(shù)目進(jìn)行快6倍、8倍、10倍、12倍、或更多倍的切換操作。與特定的實(shí)施方式有關(guān)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可通過在同一個(gè)周期內(nèi)對(duì)所有MOSFET進(jìn)行切換操作而無需實(shí)際上以比最初的速度更快的速度對(duì)任何一個(gè)MOSFET進(jìn)行切換來以快6倍、8倍、10倍、12倍、或更多倍的速度進(jìn)行切換。這是如今的逆變器所無法獲取的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)的切換能力不能達(dá)到這種結(jié)果。通過將控制開關(guān)控制為根據(jù)圖2來操作，可高效地對(duì)多電平逆變器進(jìn)行超級(jí)充電以在同一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)切換所有的開關(guān)并以此獲取例如高6倍的有效頻率而無需實(shí)際以更高的頻率切換任何開關(guān)(例如，M0SFET)。
[0026]因?yàn)楦鶕?jù)本文的實(shí)施方式的更高的切換頻率，除了扼流圈變得更小之外，在開關(guān)之間的電容器也將會(huì)更小。這是尺寸和成本減少的一部分。此外，電感器LI和L2也被制作得更小?？傊?，通過工作在更高的頻率，許多部件的尺寸都縮小了，縮小的程度也提高36倍。
[0027]再次參照?qǐng)D2-圖3，到S1A-S6A的控制與到開關(guān)S1B-S6B的控制輸入是反相的(例如，當(dāng)SlA閉合時(shí)，SlB斷開)。對(duì)于開關(guān)S1C-S6C，到這些開關(guān)的控制輸入與到開關(guān)S1A-S6A的控制輸入是反相的(例如，當(dāng)SlA閉合時(shí)，SlC斷開)。對(duì)于開關(guān)S1D-S6D，這些開關(guān)具有與開關(guān)S1A-S6A的控制輸入相同的控制輸入(例如，當(dāng)SlA閉合時(shí)，SlD閉合)。盡管處理器需要控制24個(gè)開關(guān)，但是因?yàn)榻MA和組D接收同樣的6個(gè)控制信號(hào)且組B和組C接收反相的6個(gè)控制信號(hào)，這就可能僅僅使用6個(gè)輸出控制信號(hào)分別輸入到S1A-S6A和S1D-S6D中的每個(gè)，并且將這6個(gè)控制信號(hào)的反相信號(hào)輸入到S1B-S6B和S1C-S6C。
[0028]在這些實(shí)施方式中，S1C-S6C相對(duì)于控制信號(hào)是反相的而S1D-S6D相對(duì)于控制信號(hào)不是反相的。此外，S1A-S6A不是反相的而S1B-S6B是反相的。因此,可以僅僅使用來自處理器的6個(gè)不同的控制輸出來控制24個(gè)開關(guān)。參見例如圖3中示出的示例性的控制結(jié)構(gòu)。
[0029]還可以采用多種可選擇的實(shí)施方式。例如，參照?qǐng)D4，示出了可選擇的實(shí)施方式，其包括單支路(leg)多電平M0SFET，該單支路多電平MOSFET可以被配置成通過在正弦波周期中執(zhí)行DC-DC操作(降壓型(buck))來產(chǎn)生整流的正弦波。在這個(gè)實(shí)施方式中，該支路的輸出可以通過工作在輸電線頻率(50Hz )的低頻率全橋進(jìn)行反相。
[0030]利用這種變型，在高頻率時(shí)的切換損耗相對(duì)于全橋?qū)崿F(xiàn)方式減少了 2倍，并且導(dǎo)通損耗是單個(gè)多電平支路結(jié)構(gòu)和慢切換全橋的結(jié)合?？赏ㄟ^使用改進(jìn)部件(例如，超結(jié)MOSFET或低電壓MOSFET的串聯(lián)堆疊)來減少慢切換全橋的導(dǎo)通損耗而沒有增加由低切換頻率引起的切換損耗。
[0031]這種變型的另一個(gè)好處是，部件成本可以被進(jìn)一步降低，這是因?yàn)閮H有一個(gè)多電平支路，并且所有驅(qū)動(dòng)器和平衡電容及全橋部件可以制造得比另一個(gè)多電平支路的成本更低。
[0032]再次參照?qǐng)D4，高頻級(jí)的輸出是整流的正弦波(例如，當(dāng)正弦波為正時(shí)其為正，當(dāng)正弦波為負(fù)時(shí)其還為正)。高頻級(jí)可以被配置成產(chǎn)生正弦波，但是其始終是正的。低頻級(jí)將整流的正弦波轉(zhuǎn)換成正的和負(fù)的，以產(chǎn)生真正的正弦波。低頻級(jí)可以被配置成在需要時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行反轉(zhuǎn)。在這個(gè)實(shí)施方式中，低頻級(jí)具有多個(gè)開關(guān)(比如4個(gè)開關(guān)S10、S11、S12、S13)。在這個(gè)例子中，正弦波的正周期可以通過使左上方的SlO和右下方的Sll切換到接通位置來獲得。當(dāng)處理該信號(hào)的另外的半個(gè)周期時(shí)，控制可以在另一個(gè)對(duì)角線上(例如右上方的S12和左下方的S13)接通，以反轉(zhuǎn)信號(hào)，從而使正弦波完整。這些開關(guān)可以通過比如圖3中示出的處理器10來控制。
[0033]將MOSFET用于第一高頻級(jí)，并如本文中討論的方式進(jìn)行控制以對(duì)整流的正弦波進(jìn)行整形是本發(fā)明的另一個(gè)例子。在圖4的實(shí)施方式中僅僅使用16個(gè)開關(guān)(相對(duì)于圖1的24個(gè)開關(guān))就能夠獲得上面關(guān)于圖1-圖3所討論的優(yōu)點(diǎn)。因此，可以獲得更大的優(yōu)勢(shì)且能夠進(jìn)一步減少成本和部件。
[0034]在圖5中示出了又一個(gè)實(shí)施方式。在圖5的實(shí)施方式中，S1G-S6G和S6H-S1H以及C17-C22如上面關(guān)于圖1-圖3所討論的進(jìn)行操作。在這個(gè)實(shí)施方式中，單相逆變器在逆變器的輸入處增加了另外的多電平支路。或者說，圖5的電路可以替換圖1中的Cl并且可以被跨接在350V輸入上。所述另外的支路可以被配置成用來在DC鏈路電容器(C17)和存儲(chǔ)電容器(C23)之間轉(zhuǎn)移電容電荷，以補(bǔ)償?shù)皖l脈沖波動(dòng)(比如大約IOOHz的低頻脈沖)。因?yàn)榇鎯?chǔ)電容器可以被配置成隨著滿電壓擺幅一起波動(dòng)，所以與Cl的原始尺寸相比，它的尺寸也能被顯著地減小。C17的尺寸可以非常小。
[0035]當(dāng)使用所示出的帶有低電壓MOSFET的多電平電路布局來實(shí)現(xiàn)用于減小DC鏈路電容器C17的這種類型的解決方案時(shí)，是非常有效的(0.2%的損耗)，并且因而同時(shí)減少了尺寸和成本而沒有對(duì)性能造成很大的影響。
[0036]在圖5中,在輸入位置處的電容器C17經(jīng)歷了輸出電力和輸入電力之間的差異。輸入電力是DC而輸出電力是AC。輸出電力是波動(dòng)的而DC電力并不波動(dòng),這是因?yàn)槠涫侵绷麟娏?。一些電容器吸收由于正弦波波?dòng)引起的過多的/不足的電力。通常，在這樣的逆變器上的輸入電容器非常大，并且其成本可能是逆變器成本的10%。對(duì)于圖5中示出的實(shí)施方式，并未采用非常大的電容器C17，使用該實(shí)施方式，由于本文中所討論的低功率MOSFET和控制切換電路布局，C17可以非常小，并且實(shí)際上進(jìn)行C17和C23之間的DC到DC的轉(zhuǎn)換。例如，每當(dāng)在AC側(cè)存在很多電力時(shí)，那么C17需要提供更多的電力，那么它將從C23中汲取電力，并且每當(dāng)在DC側(cè)存在很多電力時(shí)，那么C17將過多的電力提供給C23。因此，一切都在C17和C23之間來回傳遞。但是最終它會(huì)補(bǔ)償DC電力和AC電力之間的差異。通過使用本文討論的帶有相關(guān)控制的低電壓多電平部件的技術(shù)，多個(gè)實(shí)施方式獲得了減小逆變器的輸入處的電容器的能力。
[0037]在又一個(gè)實(shí)施方式中，圖1的電容器Cl可以被替換為圖5中示出的電路。類似地，圖4的電容器Cll可以被替換成圖5中示出的電路。一些實(shí)施方式?jīng)]有采用如例子中可能有的電容器Cl和/或C11，而可能將這些電容替換為圖5中的電路。通過這些例子，修改后的圖1現(xiàn)在將具有36個(gè)MOSFET (相對(duì)于之前的24個(gè)M0SFET)，但是不再使用非常大的電容器Cl。類似地，對(duì)于其中對(duì)圖4進(jìn)行修改的例子，電路將具有24個(gè)MOSFET (相對(duì)于之前的12個(gè)M0SFET)，但是不再使用大電容器C11。因此，圖5中示出的電路可以作為圖1的左手邊上的電容器(Cl)的替代物，和/或可以作為在圖4的左手邊上示出的電容器(Cll)的替代物。
[0038]在又一個(gè)實(shí)施方式中，比如三相實(shí)施方式中，可能存在多個(gè)MOSFET晶體管組。例如，參照?qǐng)D1，可能存在另外的MOSFET晶體管組S1E-S6E和S1F-S6F以及相關(guān)的電容器。這些MOSFET晶體管能夠按照與本文討論的其他的支路和晶體管組相同的方式進(jìn)行控制。在這個(gè)例子中，代替采用圖1中示出的僅僅兩個(gè)支路(左側(cè)上的一個(gè)支路和右側(cè)上的一個(gè)支路)，設(shè)計(jì)者可以采用類似布置的三個(gè)支路。
[0039]雖然在上面討論了示例性實(shí)施方式，但是根據(jù)具體的結(jié)果和/或具體應(yīng)用，可以用任何期望的方式對(duì)各個(gè)特征和步驟進(jìn)行合并、分離、省略、和/或增強(qiáng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，將很容易產(chǎn)生各種變更、修改、以及改進(jìn)。這些變更、修改、以及改進(jìn)通過本公開變得更清楚，盡管在本文中沒有特別說明，但卻是本說明書的一部分，并且旨在落入本公開的精神和范圍之內(nèi)。因此，上面的說明僅僅是示例，而不是限制。本專利僅僅由所附的權(quán)利要求的內(nèi)容及其等價(jià)內(nèi)容限定。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 在不同的時(shí)間切換包括至少一組MOSFET晶體管的多電平逆變器中的第一組中串接的多個(gè)低電壓MOSFET晶體管中的每一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)所述第一組的切換包括在不同的時(shí)間對(duì)多于三個(gè)低電壓MOSFET晶體管進(jìn)行切換。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在不同的時(shí)間切換所述多個(gè)低電壓MOSFET晶體管中的每一個(gè)包括: 以在所述第一組中關(guān)斷一個(gè)晶體管和接通另一個(gè)低電壓MOSFET晶體管之間的時(shí)間延遲來接通該組中的任何一個(gè)低電壓MOSFET晶體管。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述切換對(duì)于每個(gè)晶體管以大約200kHz的周期時(shí)間發(fā)生。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多電平逆變器包括四組低電壓MOSFET晶體管，所述第一組與第二組串聯(lián)連接，第三組與第四組串聯(lián)連接，并且所述第一組和所述第二組與所述第三組和所述第四組并聯(lián)，并且 其中所述方法還包括: 提供第一控制信號(hào)來切換所述第一組的晶體管和所述第四組的晶體管；以及 提供反相的第一控制 信號(hào)，所述反相的第一控制信號(hào)包含所述第一控制信號(hào)的反相形式，以切換所述第二組的晶體管和所述第三組的晶體管。
6.一種裝置，包括: 多電平逆變器，所述多電平逆變器包括: 至少兩個(gè)組，其中第一組和第二組在輸入電壓和參考電壓之間串聯(lián)連接，并且每個(gè)組都包含串聯(lián)連接的多個(gè)低電壓MOSFET晶體管；以及 多個(gè)電容器，所述電容器中的每一個(gè)連接在所述第一組的兩個(gè)相鄰的晶體管和所述第二組的兩個(gè)相鄰的晶體管之間；以及 控制器，其配置成控制每個(gè)組中的低電壓MOSFET晶體管以在每個(gè)周期中進(jìn)行多次切換。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中第一組與第二組串聯(lián)連接以形成高頻級(jí)， 其中第三組和與所述第三組并聯(lián)的第四組形成低頻級(jí)，其中所述第三組和所述第四組以并聯(lián)方式通過電感器耦合到所述第二組，并且 其中所述控制器被配置成: 利用多個(gè)第一控制信號(hào)切換所述第一組的MOSFET晶體管； 利用多個(gè)反相的第一控制信號(hào)切換所述第二組的MOSFET晶體管；以及 切換所述第三組和所述第四組的MOSFET晶體管。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述控制器被配置成以大約200kHz的周期頻率切換所述第一組和所述第二組的每個(gè)MOSFET晶體管，并且以大約50Hz的周期頻率切換所述第三組和所述第四組的每個(gè)MOSFET晶體管。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述第一組包含數(shù)目為N的串聯(lián)連接的低電壓MOSFET晶體管，并且所述第二組包含數(shù)目為N的低電壓MOSFET晶體管。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述控制器被配置成提供N個(gè)控制信號(hào)以在不同的時(shí)間將每個(gè)組的晶體管切換為導(dǎo)通。
11.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述控制器被配置成以大約200kHz的周期頻率切換每個(gè)晶體管。
12.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述多電平逆變器包含彼此串聯(lián)連接的第三組和第四組，其中所述第三組和所述第四組與所述第一組和所述第二組并聯(lián)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述控制器被配置成向所述第一組的第一晶體管和所述第四組的第一晶體管發(fā)送第一控制信號(hào)，并且向所述第二組的第一晶體管和所述第三組的第一晶體管發(fā)送所述第一控制信號(hào)的反相形式。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述低電壓MOSFET晶體管工作在80V。
15.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述控制器被配置成在不同的時(shí)刻切換在所述多電平逆變器的每個(gè)組內(nèi)的低電壓MOSFET晶體管。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述控制器被配置成以在第一組中關(guān)斷一個(gè)晶體管和接通另一個(gè)低電壓MOSFET晶體管之間的時(shí)間延遲來接通所述第一組中的任何一個(gè)低電壓MOSFET晶體管。
17.一種多電平逆變器，包括: 串聯(lián)連接的第一組多個(gè)低電壓MOSFET晶體管； 串聯(lián)連接的第二組多個(gè)低 電壓MOSFET晶體管，其中所述第一組與所述第二組串聯(lián)連接，而且所述第一組與所述第二組各自包含第一數(shù)目的晶體管；以及 多個(gè)電容器，其中每個(gè)電容器連接在所述第一組的兩個(gè)相鄰的晶體管和所述第二組的兩個(gè)相鄰的晶體管之間。
18.如權(quán)利要求17所述的多電平逆變器，其中所述低電壓MOSFET晶體管工作在80V。
19.如權(quán)利要求17所述的多電平逆變器，還包括: 串聯(lián)連接的第三組多個(gè)低電壓MOSFET晶體管；以及 串聯(lián)連接的第四組多個(gè)低電壓MOSFET晶體管， 其中所述第三組與所述第四組串聯(lián)連接， 其中所述第三組與所述第四組被連接在所述第一組的最前面的兩個(gè)晶體管與所述第二組的最后面的兩個(gè)晶體管之間。
20.如權(quán)利要求17所述的多電平逆變器，還包括: 串聯(lián)連接的第三組多個(gè)低電壓MOSFET晶體管；以及 串聯(lián)連接的第四組多個(gè)低電壓MOSFET晶體管， 其中所述第三組與所述第四組串聯(lián)連接， 其中所述第一組是高頻級(jí)且所述MOSFET晶體管接收來自所述控制器的多個(gè)第一控制信號(hào)， 其中所述第二組是低頻級(jí)且所述MOSFET晶體管接收來自所述控制器的多個(gè)反相的第一控制信號(hào)，并且 其中所述第三組和所述第四組與所述第一組和所述第二組并聯(lián)。
【文檔編號(hào)】H02M7/483GK104052322SQ201410094169
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】伊蘭·約瑟考維奇 申請(qǐng)人:太陽(yáng)能安吉科技有限公司