具有雙結構的電力單元的逆變器的制造方法
【專利摘要】本公開涉及通過改變傳統(tǒng)的六電平級聯(lián)H橋多電平逆變器而提供的在高輸入電壓中使用的具有雙結構的電力單元的逆變器，以由此減少產(chǎn)品開發(fā)成本、制造成本和產(chǎn)品的體積，該逆變器包括：第一SMPS(開關模式電源)，其連接到第一電力單元區(qū)域；第二SMPS，其連接到第二電力單元區(qū)域；以及控制器，其連接第一和第二SMPS，其中通過串聯(lián)連接以多個級形成的多個電力單元來形成每個相，其中，該多個級通過接收從相移變壓器提供的電力來操作，并且該多個電力單元中的每個彼此連接，并且包括獨立地操作的第一電力單元區(qū)域和第二電力單元區(qū)域。
【專利說明】具有雙結構的電力單元的逆變器

【技術領域】
[0001]按照本公開的示例性實施例的教導一般性地涉及一種逆變器，并且更特別地，涉及一種配置成通過改變傳統(tǒng)的六電平級聯(lián)H橋多電平逆變器而得到的用于甚至在高輸入電壓中使用來減少產(chǎn)品開發(fā)成本、制造成本和產(chǎn)品的體積的具有雙結構的電力單元的逆變器。

【背景技術】
[0002]SMPS(開關模式電源)通過使用半導體開關過程控制電力流來用作各種電動/電子/通信設備的電流穩(wěn)定電力。近來，伴隨半導體的開關功能改進和集成電路的技術發(fā)展，SMPS的小型化已經(jīng)極大地實現(xiàn)并且可靠性和效率改進的研究積極地進展。
[0003]傳統(tǒng)的六電平級聯(lián)H橋多電平逆變器的每個相包括多個串聯(lián)的單元組件，其中每個單元組件具有單獨的單相逆變器結構，并且能夠使用低壓單元組件(即，低壓電力半導體)通過串聯(lián)多個單元組件來獲得高壓。每個單元組件的電力輸入側連接到相移變壓器，并且相移變壓器提供單獨的電力到級聯(lián)H橋多電平逆變器的每個單元組件。
[0004]為了對三相AC電力進行整流，具有單獨的單相逆變器結構的單元組件包括:包括二極管和晶閘管的整流單元，配置成平滑整流后的電壓的DC側單元，以及配置成通過使用PWM信號開關IGBT來生成PWM(脈寬調(diào)制)電壓的逆變器單元。
[0005]同時，為了控制每個單元組件中的整流單元和逆變器單元，逆變器包括SMPS和配置成控制SMPS的控制器，并且應用于逆變器的SMPS主要使用從DC側單元輸出的DC電力作為電源，并且通過從控制器接收PWM信號來生成IGBT門信號以用于驅(qū)動逆變器單元的電力開關元件，并且生成SCR(可控硅整流器)門信號以用于驅(qū)動晶閘管，借此通過接收IGBT門信號和SCR門信號來分別驅(qū)動晶閘管和電力開關元件。此時，傳統(tǒng)的級聯(lián)H橋多電平逆變器為六電平型并且包括總共18個單元組件。因而，還必須包括與單元組件同樣數(shù)量的配置成控制每個單元組件的操作的SMPS和配置成控制SMPS的控制器。
[0006]同時，當前使用的單元組件接收通過相移變壓器從輸入到系統(tǒng)中的6600V電壓偏移出的635V作為輸入，其中，DC側電壓為890V。近來，對中壓逆變器領域中的各種輸入電壓的中壓逆變器的需求增加，這意味著SMPS的開發(fā)需要能夠使用各種DC電壓。當前開發(fā)和使用的SMPS為使用基于單元組件的890V到635V輸入的DC電力的類型，使得接收1270V輸入的單元組件導致了需要重新開發(fā)能夠在這一電壓水平中使用的SMPS的問題。
[0007]特別地，由于輸入電壓增加，出現(xiàn)大量困難，其涉及電路的絕緣和核心開關元件的額定值而不利地造成開發(fā)成本的增加和產(chǎn)品可靠性的降低。因而，需求對于能夠迎合市場需求和保護產(chǎn)品的可靠性的中壓逆變器的考察和研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]提供本公開以解決前面提及的技術問題，并且因此，本公開涉及通過改變傳統(tǒng)的六電平級聯(lián)的H橋多電平逆變器而提供在高輸入電壓中使用的具有雙結構的電力單元的逆變器，以由此減少產(chǎn)品開發(fā)成本、制造成本和產(chǎn)品的體積。
[0009]在本公開的一個一般方案中，提供了具有雙結構的電力單元的逆變器，逆變器包括:第一 SMPS (開關模式電源)，其連接到第一電力單元區(qū)域；第二 SMPS，其連接到第二電力單元區(qū)域；以及控制器，其連接第一和第二 SMPS，其中通過串聯(lián)連接由通過接收從相移變壓器提供的電力來操作的多個級所形成的多個電力單元來形成每個相，以及該多個電力單元中的每個是彼此連接的，并且包括獨立操作的第一電力單元區(qū)域和第二電力單元區(qū)域。
[0010]優(yōu)選地，而非必須地，第一電力單元區(qū)域可以包括第一整流單元，其配置成通過接收來自相移變壓器的電力來執(zhí)行整流并包括用于防止涌入電流的晶閘管；第一電容器，其配置成通過平滑經(jīng)連接到第一整流單元而被整流的電壓來生成第一 DC側電壓；以及第一逆變器單元，其配置成通過響應于第一 SMPS的控制而開關來生成PWM電壓。
[0011 ] 優(yōu)選地，而非必須地，第二電力單元區(qū)域可以包括第二整流單元，其配置成通過接收來自相移變壓器的電力來執(zhí)行整流并包括用于防止涌入電流的晶閘管；第二電容器，其配置成通過平滑經(jīng)連接到第二整流單元而被整流的電壓來生成第二 DC側電壓；以及第二逆變器單元，其配置成通過響應于第二 SMPS的控制而開關來生成PWM電壓并連接到第一逆變器單元。
[0012]優(yōu)選地，而非必須地，第一逆變器單元可以包括各以多個單元逆變器來形成的第一和第二逆變器組，以及第二逆變器單元包括各以多個單元逆變器形成的第三和第四逆變器組。
[0013]優(yōu)選地，而非必須地，第一逆變器組可以在第一觸點處連接到第三逆變器組，以及第二逆變器組可以在第二觸點處連接到第四逆變器組。
[0014]優(yōu)選地，而非必須地，可以將第一觸點處的信號和第二觸點處的信號輸出為電力單元的PWM信號。
[0015]優(yōu)選地，而非必須地，可以形成有一個單控制器以控制第一和第二 SMPS兩者。
[0016]優(yōu)選地，而非必須地，可以形成有兩個控制器，其中一個控制器控制第一 SMPS并且另一控制器控制第二 SMPS。
_7] 有益.效果
[0018]根據(jù)本公開的示例性實施例的具有雙結構的電力單元的逆變器，當以傳統(tǒng)地接收635V的低壓的兩個電力單元形成一個雙結構的電力單元時，能夠有利地應用于通過接收1270V高壓來操作的電力單元的構成，并且將雙結構的電力單元的逆變器單元所彼此連接的觸點處的電壓輸出為PWM電壓。因而，用于傳統(tǒng)地控制接收635V的電壓作為輸入的電力單元的SMPS能夠被使用，借此用于通過接收1270V高壓操作的電力單元的單獨的SMPS開發(fā)的額外的開發(fā)成本和制造成本能夠減少。
[0019]進而，當使用一個控制器控制兩個SMPS時能夠減少控制器的使用，借此能夠減少制造成本和逆變器體積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為根據(jù)本公開的示例性實施例的圖示具有雙結構的電力單元的逆變器的結構示圖。
[0021]圖2為根據(jù)本公開的示例性實施例的圖示具有雙結構的電力單元的逆變器中的SMPS與控制器之間的關系的示意圖。

【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在，將參照所附附圖具體描述本公開的示例性實施例。
[0023]在描述本公開中，可以省略本領域中已知的構造或過程的具體描述以避免本領域普通技術人員以關于這樣的已知的構造和功能的不必要的細節(jié)來模糊本發(fā)明的理解。可以定義特定術語以描述如發(fā)明人知曉的最佳模式中的本發(fā)明。相應地，在附圖中，層、區(qū)域和/或其他元件的大小和相對大小可以為清楚起見而放大或縮小。在通篇中同樣的數(shù)字指代同樣的元件并且將省略復制彼此的解釋。在說明書和權利要求書中使用的具體術語或詞語的含義不應該限于文字的或通常采用的意義，而應該按照用戶或操作者的意圖以及習慣用法來解釋或可以不同。因此，具體術語或詞語的定義應該基于說明書中的內(nèi)容。
[0024]圖1為根據(jù)本公開的示例性實施例的圖示具有雙結構的電力單元的逆變器的結構示圖，以及圖2為根據(jù)本公開的示例性實施例的圖示具有雙結構的電力單元的逆變器中的SMPS與控制器之間的關系的示意圖。
[0025]參見圖1和2，配置具有雙結構的電力單元的逆變器，使得通過串聯(lián)多個電力單元來形成各個相，其中，該多個電力單元由通過連接到相移變壓器20和接收從相移變壓器20提供的電力來操作的多個級來形成，該相移變壓器20提供單獨的電力，其中每個相提供電力給多相電動機30。
[0026]此時，該多個電力單元可以設置成三排的九個電力單元11?19，并且電力單元11?19中的每個如從圖2中的電力單元10結構中所確認的，具有以第一和第二電力單元區(qū)域10a、10b形成的雙結構。此外，具有雙結構的電力單元的逆變器I可以包括:第一SMPS210，其連接到第一電力單元區(qū)域1a ;第二 SMPS220，其連接到第二電力單元區(qū)域；以及控制器300，其配置成控制第一和第二 SMPS210、220。
[0027]此時，第一電力單元區(qū)域1a可以包括第一整流單元110、第一電容器130、以及第一逆變器單元150，并且第二電力單元區(qū)域1b可以包括第二整流單元120、第二電容器140、以及第二逆變器160，其中第一電力單元區(qū)域1a的配置和第二電力單元區(qū)域1b的配置可以獨立地操作。
[0028]第一整流單元110從相移變壓器20接收獨立的電力以對三相AC電力進行整流，并且包括二極管和用于防止涌入電壓的晶閘管SCRl?SCR3。第一電容器130連接到第一整流單元110以平滑由第一整流單元110整流的電壓，并且第二電容器140連接到第二整流單元120以平滑由第二整流單元120整流的電壓，借此分別生成第一 DC側電壓和第二 DC側電壓。此時，第一電容器130和第二電容器140串聯(lián)。
[0029]第一 SMPS210使用由第一電容器130生成的第一 DC側(DC_Linkl)電壓作為電源來生成晶閘管門信號SCR_G1?SCR_G3以用于移去對第一整流單元110的晶閘管SCRl?SCR3的驅(qū)動，并且還生成用于控制第一逆變器單元150的單元逆變器Il?14的操作的逆變器門信號IGBTl?IGBT4。
[0030]進而，第一 SMPS120檢測第一 DC側(DC_Linkl)電壓并且發(fā)送第一 DC側(DC_Linkl)電壓到控制器300，并且通過接收來自控制器300的PWM信號來生成單元逆變器Il?14的逆變器門信號IGBTl?IGBT4。
[0031]同時，第二 SMPS220使用由第二電容器140生成的第二 DC側(DC_Link2)電壓作為電源來生成晶閘管門信號SCR_G1?SCR_G3以用于移去對第二整流單元120的晶閘管SCR4?SCR6的驅(qū)動，并且還生成逆變器門信號IGBT5?IGBT8以用于控制第二逆變器單元160的單元逆變器15?18的操作。進而，第二 SMPS220檢測第二 DC側(DC_Link2)電壓并且發(fā)送第二 DC側(DC_Link2)電壓到控制器300，并且通過接收來自控制器300的PWM信號來生成單元逆變器15?18的逆變器門信號IGBT5?IGBT8。
[0032]第一逆變器單元150包括多個單元逆變器Il?14并且通過接收第一 SMPS210的逆變器門信號IGBTl?IGBT4而開關來生成PWM電壓。此時，第一逆變器單元150可以包括串聯(lián)的第一逆變器組151和第二逆變器組152，其中第一逆變器組151可以包括串聯(lián)的多個單元逆變器12、14。第二逆變器單元160包括多個單元逆變器15?18并且通過接收第二 SMPS220的逆變器門信號IGBT5?IGBT8而開關來生成PWM電壓。
[0033]此時，第二逆變器單元160可以包括并聯(lián)的第三逆變器組161和第四逆變器組162，其中第三逆變器組161可以包括串聯(lián)的多個單元逆變器15、17，并且第四逆變器組162可以包括串聯(lián)的多個單元逆變器16、18。同時，第一和第二逆變器單元150、160串聯(lián)，以及將由第一和第二逆變器150、160連接的觸點處的信號輸出為PWM電壓。
[0034]S卩，第一逆變器單元150的第一逆變器組151和第二逆變器單元160的第三逆變器組161可以在第一觸點SI處彼此接觸，以及第一逆變器單元150的第二逆變器組152和第二逆變器單元160的第四逆變器組162可以在第二觸點S2處彼此接觸。
[0035]此時，將第一觸點SI和第二觸點S2處的信號輸出為電力單元10的PWM電壓?？刂破?00輸出PWM信號到第一和第二 SMPS210、220，其中第一和第二 SMPS210、20響應于該PWM信號而生成逆變器門信號IGBTl?IGBT8。
[0036]同時，盡管本公開的示例性實施例已經(jīng)描述了其中包括一個單控制器300以控制第一和第二 SMPS210、220兩者的配置，但是，本公開不限于此，并且可以包括兩個控制器以分別控制第一和第二 SMPS210、220。
[0037]根據(jù)如此配置的本公開，當形成以使用傳統(tǒng)的635V作為輸入的兩個電力單元形成的雙結構的單電力單元、并且將由雙結構的電力單元的逆變器單元彼此連接的觸點處的電壓輸出為PWM電壓時，能夠制造通過接收1270V來操作的電力單元。
[0038]進而，根據(jù)如此描述的配置，能夠就那樣使用用于控制接收535V的傳統(tǒng)的電壓作為輸入的電力單元的SMPS，使得用于通過接收如1270V的高壓來操作的電力單元的單獨的SMPS的開發(fā)的額外的開發(fā)成本和制造成本能夠減少。
[0039]此外，當采用一個控制器以控制兩個SMPS時，能夠減少控制器的使用以減少制造成本和逆變器的體積。
[0040]盡管參照用于具有雙結構的電力單元的逆變器的多個說明性的實施例已經(jīng)描述了本公開，但是，應該理解到，那些本領域技術人員能夠設計將落入本公開的原理的精神和范圍內(nèi)的其他大量的修改和實施例。
[0041]更特別地，本公開、附圖和所附權利要求的范圍內(nèi)的組件部分和/或主題組合安排的安排中的各種變型和修改是可能的。除了組件部分和/或安排中的變型和修改，可選的用途對于那些本領域技術人員將同樣是顯而易見的。
【權利要求】
1.一種具有雙結構的電力單元的逆變器，逆變器包括:第一 SMPS (開關模式電源)，其連接到第一電力單元區(qū)域；第二 SMPS，其連接到第二電力單元區(qū)域；以及控制器，其連接第一和第二 SMPS，其中通過串聯(lián)連接由通過接收從相移變壓器提供的電力來操作的多個級所形成的多個電力單元來形成每個相，以及該多個電力單元中的每個是彼此連接的，并且包括獨立操作的第一電力單元區(qū)域和第二電力單元區(qū)域。
2.如權利要求1所述的逆變器，其中第一電力單元區(qū)域包括第一整流單元，其配置成通過接收來自相移變壓器的電力來執(zhí)行整流并包括用于防止涌入電流的晶閘管；第一電容器，其配置成通過平滑經(jīng)連接到第一整流單元而被整流的電壓來生成第一 DC側電壓；以及第一逆變器單元，其配置成通過響應于第一 SMPS的控制而開關來生成PWM電壓。
3.如權利要求2所述的逆變器，其中第二電力單元區(qū)域包括第二整流單元，其配置成通過接收來自相移變壓器的電力來執(zhí)行整流并包括用于防止涌入電流的晶閘管；第二電容器，其配置成通過平滑經(jīng)連接到第二整流單元而被整流的電壓來生成第二 DC側電壓；以及第二逆變器單元，其配置成通過響應于第二 SMPS的控制而開關來生成PWM電壓并連接到第一逆變器單元。
4.如權利要求3所述的逆變器，其中第一逆變器單元包括各以多個單元逆變器來形成的第一和第二逆變器組，以及第二逆變器單元包括各以多個單元逆變器形成的第三和第四逆變器組。
5.如權利要求4所述的逆變器，其中第一逆變器組在第一觸點處連接到第三逆變器組，以及第二逆變器組在第二觸點處連接到第四逆變器組。
6.如權利要求5所述的逆變器，其中將第一觸點處的信號和第二觸點處的信號輸出為電力單元的PWM信號。
7.如權利要求1所述的逆變器，其中形成有一個單控制器以控制第一和第二SMPS兩者。
8.如權利要求1所述的逆變器，其中形成有兩個控制器，其中一個控制器控制第一SMPS并且另一控制器控制第二 SMPS。
【文檔編號】H02M7/162GK104426406SQ201410438184
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權日:2013年8月29日
【發(fā)明者】樸鍾齊 申請人:Ls產(chǎn)電株式會社