[发明专利]减少高频多单元电力供应设备中的开关损耗的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求各自于2008年5月30日提交的第61/057,341号美国临时申请和第61/057,397号美国临时申请的优先权权益。

技术领域

本申请公开了通常并且在各种实施例中涉及一种用于减少高频多单元电力供应设备（power supply）中的开关损耗的系统和方法的发明。

背景技术

在某些应用中，多单元电力供应设备利用模块化功率单元（power cell）来处理在源与负载之间的功率。例如，图1图示了具有九个这样的功率单元的电力供应设备（例如AC电机驱动）的各种实施例。图1中的功率单元由具有输入端子A、B和C以及输出端子T1和T2的块表示。在图1中，变压器或者其它多绕组装置110在其初级绕组112处接收三相中压功率并且经由单相逆变器（也称为功率单元）的阵列向诸如三相AC电机的负载130递送功率。电力供应设备输出的每相都由在此称为“相组”的串联连接功率单元组来馈送。

变压器110包括激励多个次级绕组114-122的初级绕组112。虽然初级绕组112被图示为具有星形配置，但是网状配置也是可能的。另外，虽然次级绕组114-122被图示为具有三角形配置或者扩展的三角形配置，但是如在通过全文引用将公开内容结合于此的Hammond的第5,625,545号美国专利中所描述的那样可以使用其它绕组配置。

任何数目的成排的功率单元被连接在变压器110与负载130之间。在图1的背景中的“排”被视为三相集或者在功率递送系统的三相中的每相两端建立的成组的三个功率单元。参照图1，排150包括功率单元151-153，排160包括功率单元161-163，而排170包括功率单元171-173。主控系统195通过光纤或者另一有线或者无线通信介质190向每个单元中的本地控制发送命令信号。应当注意，图1中所描绘的每相的单元数目为示例性的并且多于或者少于三排在各种实施例中都是可能的。

在图1的例子中，有针对每个功率单元的分离的次级绕组。然而，图1中所图示的功率单元和/或次级绕组的数目仅仅是示例性的，并且其它数目是可能的。每排中的次级绕组可以具有相同的相角，其不同于所有其它排的相角。对于所有单元承载相等份额的负载功率的应用，这种布局引起单元输入电流中的许多谐波在变压器110中消失，使得这些谐波未被传递到初级电流。

图2图示了功率单元210的各种实施例，该功率单元210代表图1的功率单元的各种实施例。功率单元210包括三相二极管桥式整流器212、一个或者更多直流（DC）电容器214和H桥式逆变器216。整流器212将在单元输入218（即在输入端子A、B和C）接收到的交流（AC）电压转换成如下的基本上恒定的DC电压：该基本上恒定的DC电压由连接在整流器212的输出两端的每个电容器214支持。功率单元210的输出级包括H桥式逆变器216，该H桥式逆变器216包括左极和右极这两极，其中每极都具有在这个例子中为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的两个开关装置217。逆变器216经常通过使用H桥式逆变器216中的半导体器件的脉宽调制（PWM）在单元输出220（即在输出端子T1和T2两端）将DC电容器214两端的DC电压变换成AC电压。

如图2中所示，功率单元210也可以包括连接在单元输入218与整流器212之间的熔断器230。熔断器230可以工作来有助于在短路故障的情况下保护功率单元210。根据其它实施例，功率单元210可以与通过全文引用将公开内容结合于此的Hammond和Aiello的第5,986,909或者第6,222,284号美国专利中描述的功率单元相同或者类似。

图3图示了与通过PWM控制的电力供应设备的各种实施例相关联的示例性波形。该电力供应设备对于每相包括六个功率单元，但是其它方面类似于图1的电力供应设备。波形示出了参考信号302、载波信号304、为来自A相中的六个功率单元的电压之和的电压306和从A相到零相的负载电压308。