[发明专利]双电压源逆变器系统和方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及一种电功率转换器，且更具体地涉及直流-交流逆变器。

背景技术

逆变器是用于将直流(DC)转换为交流(AC)的电子电路。逆变器应用广泛，从用于计算机的小型不间断电源至大型电功率输送设施应用，以及可变速工业传动装置。一种常见的应用是用于直流电压源应用中，诸如设计为从汽车中提供的12伏直流电源提供115伏交流的系统，该12伏直流电源首先通过直流/直流转换器被升压到200伏直流之上，然后逆变器将高直流电压转换为115伏交流。逆变器提供交流功率以操作设备，该设备通常从电力线供电或给交流马达供电。逆变器还用来从燃料电池或光伏太阳能电池电源提供交流功率源。不间断电源是另一种类型的应用。当电力线不起作用或难以获得时，不间断电源可以使用电池来储存功率并使用逆变器从该电池提供交流功率。当电力线恢复时，对电池进行再充电。高电压直流功率传输是另一种应用，其中交流功率整流为高压直流并传输到另一个位置。在接收位置处，逆变器将直流转换为交流。

术语逆变器来源于电-机械转换器。在历史上，直流到交流的功率转换是使用电-机械旋转转换器来完成的，电-机械旋转转换器将交流马达耦合到直流发电机以便将交流输入转换为直流输出。如果到转换器的连接被反向，则输入为直流且输出为交流，因而历史上的反向转换器产生出术语逆变器。

在逆变器电路中，这些早期的电-机械装置被真空管和充气管开关取代。由于它们具有更高的额定电压和额定电流，通过控制信号接通和断开的晶体管半导体开关已经成为使用在逆变器电路中的优选开关部件。特别地，目前绝缘栅双极型晶体管(IGBTs)是用于高电流应用的最普遍使用的晶体管，如用于混合动力车辆。

三相是一种常用的交流类型，其可由逆变器产生并用于电功率应用。它是一种用来给马达、变压器、和许多其他装置供电的多相系统。三相具有使得它在电功率系统中非常理想的特性：在适当的连接负载下相电流的和为零，使得其可能不需要交流中性导线；到平衡负载的功率传输是恒定的，降低了发电机和电动机振动；且三相系统可产生沿特定方向转动的磁场，这简化了马达的设计。三是具备这些性质的最低相序。

一种重要的三相负载类型是马达。三相马达具有简单设计、每分钟低转数下的高转矩和高效率。三相电机用于泵、风扇、吹风机、压缩机、电机车和柴油电机车及许多其它类型的电机驱动设备。三相电机比具有相同额定功率的单相电机更紧凑、更便宜、振动更少、耐久更长，并且随后相比单相被优选用于10马力(7.5千瓦)以上的电机。混合动力、燃料电池和电动车辆经常使用三相电机，因为它们的高起动转矩可以用于将车辆加速到有效速度。三相电机也可以用作用于再生制动的发电机。

混合动力、燃料电池和电动车辆经常具有超过一个的直流功率源。例如，这些车辆可以使用电池、超级电容器、燃料电池和燃料供能的发电机，所有这些都产生直流功率。此外，不同的源常常具有不同的电压，需要电压转换以组合为它们的电压。传统的方法是使用复杂且昂贵的直流/直流转换器。

因此，希望具有一种简单系统，该系统使用两个源用于三相逆变器而无需使用直流/直流转换器。此外，结合附图和前述的技术领域及背景技术，其它理想的特征和特性将从随后的详细说明及随附的权利要求书中变得显而易见。

发明内容

公开了用于双电压源逆变器系统的系统和方法。该系统和方法通过可控制开关选择性地将第一电压源和第二电压源耦合到逆变器。

在一个实施例中，一种双电压源逆变器系统包括逆变器、第一电压源、第二电压源、可控制开关和控制器。该逆变器具有第一直流输入、第二直流输入和多个交流输出。逆变器耦合为接收逆变器控制信号并配置为响应于该信号选择性地转换直流电流为交流电流。第一电压源具有第一电压值并耦合到第一直流输入。第二电压源具有小于或等于第一电压值的第二电压值并耦合到第一直流输入和第二直流输入。可控制开关连接在第一电压源和第二直流输入之间。可控制开关耦合为接收开关控制信号并配置为响应于该信号选择性地将第一电压源耦合到第二直流输入。控制器耦合到逆变器和可控制开关。控制器配置为提供逆变器控制信号和开关控制信号从而控制流经可控制开关和逆变器的电流。