[发明专利]功率转换器开关驱动器的自供电电源

说明书

技术领域

本发明一般涉及电功率转换，尤其涉及功率转换器的自供电开关驱动器系统。

背景技术

在许多应用中，功率转换系统用于将电功率从一种形式和/或电平(AC或DC) 转化成另一种(AC或DC)。一个示例是在高功率电机驱动器中使用的脉宽调制 (PWM)电流源整流器，其中AC输入功率被选择性地切换以产生驱动负载的DC 输出总线电压。功率转换器可包括用于不同类型转换应用的多个级，诸如电动机的 AC/DC/AC驱动，其中首先将给定频率和电压的输入AC功率转换到DC总线，而 在第二级选择性地切换DC总线功率以产生可变电压和/或频率的单相或多相AC 输出功率。这类转换器在电机负载变化情形需要可变速度控制的工业应用中驱动电 动机方面尤其有用。在一个或多个转换器级中受控地切换输入和输出功率时，功率 开关可经受高电压和电流，其中诸如可控硅整流器(SCR)、门极可关断晶闸管 (GTO)、门极换流晶闸管(GCT)等的基于半导体的开关通常用于以相对较高频率 切换功率。在功率转换应用中，这些开关器件的控制终端或门需要门驱动器电路来 产生用于驱动功率开关执行受控操作的切换信号，其中GCT通常具有一外部门 驱动器而集成门极换流晶闸管(IGCT)具有与GCT功率开关相结合的驱动器电路。 在高压功率转换应用中，由于输入和输出电压可以是几千伏或更高，因此门驱动器 电路需要用与系统接地绝缘的功率操作。常规功率转换通常使用分开的绝缘DC功 率源来向门驱动器电路供电。然而，这些驱动功率源和绝缘变压器在功率转换系统 中占用了宝贵的空间并大大地增加了成本，尤其对于与GCT或IGCT型开关一起 工作的中压或高压系统。因此，需要经改进的功率转换系统和门驱动器功率源，通 过它们可以以成本有效方式提供绝缘的门驱动功率而不增加较大的外部功率源。

发明内容

现在归纳本发明的各个方面以便于对本发明的基本理解，其中本发明内容并 不是本发明的宽泛纵览，并且既非旨在标识本发明的某些元件也非旨在划定其范 围。相反，本发明内容的主要目的是在下文呈现的更详细描述之前以简化形式呈现 本发明的一些概念。减少功率转换系统的成本和大小的目标通过提供自供电电源 (SPS)来解决，该自供电电源从与功率开关器件关联的缓冲电路(snubber circuit) 获得能量并产生门驱动器的绝缘DC电压。SPS和缓冲器在开关器件终端之间形成 串联电路，使得缓冲电路将充电电流转移到SPS中的存储装置，从该存储装置中 可获得开关驱动功率。这样，驱动功率从由缓冲器累积的能量获得并且相对于系统 接地和缓冲器电压绝缘，从而在构建诸如电机驱动器等的功率转换系统时节省空间 和成本。

根据本发明的一个或多个方面，功率转换系统及其开关电路供有受控的电功 率转换。开关电路可在功率转换器中用以选择性地控制第一和第二转换电路节点之 间电流的传导，其中转换系统可包括多个这种开关电路以实现给定的功率转换任 务。开关电路各自包括开关器件、开关驱动器、缓冲电路和供电电路，其中缓冲和 供电电路以串联路径连接在开关终端两端。开关器件可以是诸如基于半导体的 GCT装置等的任何形式的电功率开关，它具有与第一和第二电路节点耦联的第一 和第二开关终端，以及根据控制终端上提供的开关信号选择性地操作开关使其处于 导通状态和不导通状态之一、以便于控制电流在第一和第二电路节点之间的传导的 一个或多个门或其它控制终端。开关驱动器包括与开关控制终端耦联的输出终端、 以及用于从供电电路接收功率的一个或多个功率终端。在操作中，开关驱动器使用 在功率终端提供的功率根据所接收的开关控制信号向开关器件提供开关信号。缓冲 电路包括诸如电容器的缓冲存储装置并包括第一和第二缓冲器终端，这两个缓冲器 终端之一与一电路节点耦联，而另一个耦联于供电电路。供电电路包括诸如电容器 的供电存储装置、以及与开关驱动器功率终端耦联以从供电存储装置向开关驱动器 提供其操作所用电功率的输出。该供电电路也具有第一和第二输入终端，其中一个 输入终端与电路节点耦联而另一个输入终端与缓冲器耦联，使得缓冲电路和供电电 路在第一和第二电路节点之间形成与开关器件并联的串联电路。