用于使用機(jī)械旁路的多級(jí)介質(zhì)電壓驅(qū)動(dòng)器的改進(jìn)的診斷的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]本公開(kāi)涉及介質(zhì)電壓驅(qū)動(dòng)器中的多個(gè)功率單元中的機(jī)械旁路。更具體地，本公開(kāi)涉及用于提供功率單元、機(jī)械旁路以及控制器之間的通信以確定功率單元的當(dāng)前旁路狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。
[0002]被配置為控制第一交流(AC)系統(tǒng)與第二 AC系統(tǒng)之間的能量流動(dòng)的電源被用于多種商業(yè)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中。例如，電源通常用于AC電機(jī)控制和操作系統(tǒng)中。各種電源將能量從第一頻率和電壓轉(zhuǎn)換到第二頻率和電壓。實(shí)現(xiàn)這樣的電源的一種方式是包括一個(gè)或多個(gè)功率單元的驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)功率單元包括具有中間直流(DC)鏈路的多個(gè)固態(tài)轉(zhuǎn)換器。示例性的功率單元可以是具有三相AC輸入和單相AC輸出的電子設(shè)備。在給Hammond的美國(guó)專利第5，625，545號(hào)中論述了包含這樣的功率單元的一個(gè)示例性系統(tǒng)，通過(guò)引用將其公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容并入本文。
[0003]例如，在此參考圖1，功率單元100包括用作三相橋的有源前端102，其經(jīng)由輸入130接收來(lái)自變壓器的專用三相次級(jí)繞組的功率。單元100還包括多個(gè)輸入開(kāi)關(guān)110-115，其可以是諸如IGBT或其他晶體管這樣的雙向電流控制器件、閘流管或其他開(kāi)關(guān)器件。雖然在圖1中例示以橋形式(bridge format)的六個(gè)晶體管(在該示例中，三對(duì)兩個(gè)晶體管的每對(duì)都跨越DC端子并行地連接)，但是可以使用其他數(shù)量和類型的輸入開(kāi)關(guān)。輸入開(kāi)關(guān)控制單元中的DC總線電壓。DC濾波器部件106包括一個(gè)或多個(gè)電容器108。單元的其余部分可以包括諸如由四個(gè)輸出開(kāi)關(guān)12-124組成的H橋倒相器這樣的輸出部件104，所述四個(gè)輸出開(kāi)關(guān)121-124的每個(gè)跨越有源前端102的輸出端或DC端子和DC過(guò)濾器106地連接，以向輸出端132傳遞AC功率。
[0004]圖2例示具有這樣的功率單元的電路的示例性的實(shí)施例。在圖2中，諸如源或輸入變壓器210這樣的多繞組機(jī)器經(jīng)由單相倒相器的陣列(在本文中也被稱為功率單元)將三相介質(zhì)電壓功率傳遞給諸如三相感應(yīng)電機(jī)這樣的負(fù)載230。如在本文中所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“變壓器”旨在包括通常在系統(tǒng)的供電側(cè)上的任何多繞組機(jī)器。變壓器210可以包括激勵(lì)多個(gè)次級(jí)繞組214-225的初級(jí)繞組212。雖然將初級(jí)繞組212例示為具有星形配置，但是也可以是網(wǎng)狀配置。另外，雖然將次級(jí)繞組214-215例示為具有網(wǎng)狀配置，但是星形配置的次級(jí)繞組也是可行的，或者可以使用星形和網(wǎng)狀繞組的組合。另外，在圖2中例示的次級(jí)繞組的數(shù)量?jī)H僅是示例性的，且次級(jí)繞組的其他數(shù)量是可行的。
[0005]在變壓器210與負(fù)載230之間可以連接任何數(shù)量的三相功率單元組。功率單元可以包括諸如具有在圖1中所示出的配置那樣的單元，或者功率單元可以包括具有一個(gè)或多個(gè)其他配置的單元。參考圖2，系統(tǒng)可以包括跨越負(fù)載的三個(gè)相位的第一組或“排”的功率單元251-253、第二排的功率單元261-263、第三排的功率單元271-273以及第四排的功率單元281-283。能夠少于四個(gè)組或排或者多于四個(gè)組或排。主或中央控制系統(tǒng)295通過(guò)光纖或另一有線或無(wú)線通信介質(zhì)290將命令信號(hào)發(fā)送給本地控制器292和/或每個(gè)單元中的單元級(jí)控制。本地控制器292和中央控制系統(tǒng)295這兩者可以是具有被配置為存儲(chǔ)用于執(zhí)行各種計(jì)算的指令、算法以及等式的相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器的處理設(shè)備。類似地，本地控制器292和中央控制系統(tǒng)295這兩者可以包括被配置為在各種組件之間接收和傳送數(shù)據(jù)的輸入/輸出設(shè)備。
[0006]參考圖1和2，基于晶體管121-124和110-115從本地控制器292接收的控制信號(hào)，可以向DC濾波器106傳遞直流電流，并且可以向單元的輸出132傳遞交流電流。本地控制器292可以選擇哪個(gè)晶體管將是截止或?qū)ǖ?，從而調(diào)制被傳遞給輸出端13的功率?？蛇x地，諸如光纖調(diào)制器控制鏈路290這樣的通信電路可以用于將任何一個(gè)單元中的所有電路從任何其他單元中的所有電路電氣地隔離，并且可以用于減小可以被加強(qiáng)于本地控制器292與中央控制系統(tǒng)295之間的電磁干擾效應(yīng)。局控制器292可以從局部功率源接收功率，該局部功率源可以電氣地連接到次級(jí)繞組電路輸入。
[0007]在多單元電源中，每個(gè)功率單元還可以包括旁路機(jī)構(gòu)。當(dāng)多單元電源的給定功率單元在斷路模式下發(fā)生故障時(shí)，經(jīng)過(guò)該相群中的所有功率單元的電流將變成0，并且不能夠進(jìn)行進(jìn)一步的操作。功率單元故障可以通過(guò)使用診斷例程等，通過(guò)比較單元輸出電壓與所命令的輸出，通過(guò)檢查或檢驗(yàn)單元組件，來(lái)檢測(cè)到。在給定的功率單元發(fā)生故障的情況下，能夠繞開(kāi)發(fā)生故障的功率單元，并且繼續(xù)以降低的能力來(lái)操作多單元電源。本文檔描述改進(jìn)功率單元內(nèi)的旁路操作、故障或不正確的連接的檢測(cè)的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開(kāi)不限于所描述的具體系統(tǒng)、設(shè)備和方法，因?yàn)檫@些可以改變。在描述中使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述具體版本或?qū)嵤├哪康模挥糜谙拗品秶?br>[0009]如在本文獻(xiàn)中所使用的那樣，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”以及“該”包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文以其他方式清楚地指示。除非以其他方式定義，否則在本文中所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同含義。在本文獻(xiàn)中的任何內(nèi)容都不應(yīng)被解釋為承認(rèn)在本文獻(xiàn)中描述的實(shí)施例無(wú)權(quán)憑借在先發(fā)明而先于這樣的公開(kāi)。如在本文獻(xiàn)中所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“包含”意味著“包括但不限于”。
[0010]在一個(gè)一般方面中，實(shí)施例公開(kāi)一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括功率單元和旁路機(jī)構(gòu)。功率單元包括第一輸出端子、第二輸出端子以及第一通信接口。旁路機(jī)構(gòu)可操作地連接到第一輸出端子和第二輸出端子，并且被配置為創(chuàng)建第一輸出端子與第二輸出端子之間的分流路徑，旁路機(jī)構(gòu)包括被配置為響應(yīng)于旁路機(jī)構(gòu)的狀態(tài)的改變向第一通信接口傳送旁路信號(hào)的第二通信接口。
[0011]在另一一般方面中，實(shí)施例公開(kāi)一種電源，其包括具有初級(jí)繞組和多個(gè)三相次級(jí)繞組的多繞組器件、控制器、可操作地連接到控制器的多個(gè)功率單元(其中每個(gè)功率單元連接到多繞組器件的不同的三相次級(jí)繞組)以及多個(gè)旁路機(jī)構(gòu)。多個(gè)功率單元中的每個(gè)包括第一輸出端子和第二輸出端子以及第一通信接口。多個(gè)旁路機(jī)構(gòu)中的至少一個(gè)可操作地連接到多個(gè)功率單元中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)，并且被配置為創(chuàng)建第一輸出端子與第二輸出輸子之間的分流路徑，多個(gè)旁路機(jī)構(gòu)中的每個(gè)包括被配置為響應(yīng)于旁路機(jī)構(gòu)的狀態(tài)的改變向相關(guān)聯(lián)的功率單元的第一通信接口傳送旁路信號(hào)的第二通信接口。
[0012]在另外的一般方面中，實(shí)施例公開(kāi)一種對(duì)電源執(zhí)行診斷的方法。該方法包括:由控制器向電源的旁路機(jī)構(gòu)傳送電壓，其中輸入電壓引起旁路機(jī)構(gòu)的狀態(tài)改變；由控制器接收來(lái)自功率單元的信號(hào)，其中信號(hào)指示功率單元已經(jīng)檢測(cè)到旁路機(jī)構(gòu)的狀態(tài)改變；以及由控制器確定功率單元是否與旁路機(jī)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1例示示出具有雙向開(kāi)關(guān)器件的功率單元的示例性特性的電路圖。
[0014]圖2例示包含連接到負(fù)載的多個(gè)功率單元的電路。
[0015]圖3例示示例性功率單元和旁路機(jī)構(gòu)布置。
[0016]圖4例示根據(jù)實(shí)施例的示例性功率單元和旁路機(jī)構(gòu)布置。
[0017]圖5例示根據(jù)實(shí)施例的替代的示例性功率單元和旁路機(jī)構(gòu)布置。
[0018]圖6例示根據(jù)實(shí)施例的用于對(duì)功率單元執(zhí)行診斷的示例性處理。
【具體實(shí)施方式】
[0019]在多種實(shí)施例中，功率單元和旁路機(jī)構(gòu)包括用于控制器以檢驗(yàn)繞開(kāi)哪個(gè)功率單元的發(fā)信號(hào)或其他反饋機(jī)制。在一個(gè)實(shí)施例中，在功率單元、旁路機(jī)構(gòu)以及控制器之間得到閉合環(huán)路系統(tǒng)，使得控制器可以基于來(lái)自功率單元和旁路機(jī)構(gòu)這兩者的反饋來(lái)檢驗(yàn)被繞開(kāi)的正確的功率單元。例如，可以在功率單元和旁路之間建立通信鏈路，使得可操作地連接到功率單元和旁路機(jī)構(gòu)這兩者的主控制器可以快速確定功率單元是否被正確地繞開(kāi)。通信鏈路可以是由施加到旁路線圈的電壓供電的光電二極管和檢測(cè)器對(duì)。替代地，通信鏈路可以是功率單元和旁路機(jī)構(gòu)之間的雙向數(shù)據(jù)鏈路。通信鏈路可以取決于各種組件的布置和實(shí)現(xiàn)方式而是無(wú)線的或者有線的。
[0020]圖3例示連接到功率單元305的輸出端子Tl和T2的示例性旁路機(jī)構(gòu)310。如圖3所示，旁路機(jī)構(gòu)310是雙刀單投(DPST)接觸器，并且包括觸點(diǎn)315和線圈320。如在本文中所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“觸點(diǎn)” 一般指具有固定部分和可移動(dòng)部分的一組觸點(diǎn)。相應(yīng)地，觸點(diǎn)315包括固定部分和可移動(dòng)部分，其被線圈320控制并且被配置為在正常操作模式和旁路模式(亦即，繞開(kāi)功率單元的輸出的模式)之間的固定部分之間交替地移動(dòng)。旁路機(jī)構(gòu)310可以離開(kāi)功率單元305但是非常接近于功率單元而單獨(dú)地安裝。當(dāng)觸點(diǎn)315的可移動(dòng)部分處于旁路位置處時(shí)，在相位端子之間創(chuàng)建分流路徑，其有效地從輸出電路移除功率單元。換句話說(shuō)，當(dāng)觸點(diǎn)315的可移動(dòng)部分處于旁路位置處時(shí)，在發(fā)生故障的功率單元處的驅(qū)動(dòng)器的輸出被短路。因此，當(dāng)功率單元305發(fā)生故障時(shí)，來(lái)自相群中的其他功率單元的電流可以被傳送經(jīng)過(guò)連接到發(fā)生故障的功率單元305的旁路機(jī)構(gòu)310而不是經(jīng)過(guò)發(fā)生故障的功率單元305本身。在于2007年9月19日提交的標(biāo)題為“Method for bypassing a PowerCell of Power Supply”的第11/857，880號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中討論了包含這樣的旁路機(jī)構(gòu)的一個(gè)示例性系統(tǒng)，通過(guò)引用將其公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容并入本文。
[0021]圖4例示包括用于監(jiān)視和檢驗(yàn)功率單元是否已經(jīng)被正確地繞開(kāi)的閉合環(huán)路系統(tǒng)的系統(tǒng)。閉合環(huán)路包括連接到功率單元405的輸出端子Tl和T2的旁路機(jī)構(gòu)410，其中當(dāng)旁路機(jī)構(gòu)被激活時(shí)在功率單元與旁路機(jī)構(gòu)之間建立單向通信鏈路。典型地，旁路機(jī)構(gòu)410是雙刀單投(DPST)接觸器，并且包括可移動(dòng)觸點(diǎn)415和線圈420。在該示例中，功率單元405和旁路機(jī)構(gòu)410還包括通信鏈路，該通信鏈路包括第一通信接口和第二通信接口。第一通信接口可以是可操作地連接到與線圈420相連接的輸入電壓的光電二極管425。當(dāng)控制器確定功率單元405應(yīng)當(dāng)被繞開(kāi)時(shí)，線圈420可以由控制器(例如，如圖2所示的主控制器295))給予能量，移動(dòng)可移動(dòng)觸點(diǎn)415并且導(dǎo)致旁路機(jī)構(gòu)410改變狀態(tài)并繞開(kāi)功率單