[实用新型]改进的开关电路和改进的功率变换系统

说明书

技术领域

本公开大致涉及电功率变换，并且更具体地涉及用于功率变换器的自供电开关驱动器系统。 

背景技术

功率变换系统在各种应用中被用来将电功率从一种形式和/或电平，无论是交流(AC)还是直流(DC)，变换成另一种形式和/或电平(AC或DC)，诸如高功率电机驱动中使用的设有AC输入功率的脉宽调制(PWM)电流源整流器被选择性地切换为创建DC输出总线电压，根据该DC输出总线电压来驱动负载。功率变换器可包含用于不同类型变换应用的多个级，诸如用于电机的AC/DC/AC驱动，其中，首先将给定频率和电压的输入AC功率变换成DC总线功率，在第二级中选择性地切换DC总线功率以创建各种电压和/或频率的单相或多相AC输出功率。这种类型的变换器尤其适用于在需要可变速度控制的工业应用中以变化的电机负载条件驱动电机。在一个或更多个变换器级中对输入和输出功率进行受控切换时，功率开关经历了高压和高电流，其中，基于半导体的切换通常用于以相对高的频率切换功率。切换装置的控制端子和门极需要门极驱动器电路来生成切换信号，这些切换信号在功率变换应用中启动用于受控操作的功率开关。在高压功率变换应用中，需要借助与系统接地隔离的功率来操作门极驱动器电路，因为输入和输出电压可能是几千伏或更高。传统的功率变换器通常采用单独的隔离DC功率源来对门极驱动器电路供电。然而，这些驱动器功率源和隔离变压器占据了宝贵的空间，显著增加了功率变换系统的成本，尤其针对门极换流晶闸管(GCT)或集成门极换流晶闸管(IGCT)开关操作的中高电压系统更是如此。因此，需要一种改进的功率变换系统和门极驱动器电源，从而能够以较低成本提供隔离门极驱动器功率，而不用添加大型外部电源。 

实用新型内容

下面将概述本公开的各个细节以便于基本的理解，但是这样的概述并不是对本公开的全面概括，并且既不旨在认定本公开的某些元素，也不旨在描绘其范围。相反，这个概述的主要目的是在下文的更详细描述之前对本公开的一些概念以简化的方式进行陈述。通过提供一种改进的自供电电源(SPS)实现了降低功率变换系统成本和大小的目标，这种改进的自供电电源可从与功率切换装置相关联的缓冲器电路获得能量，并生成用于门极驱动器的隔离DC电压。SPS和缓冲器在切换装置端子之间形成串联电路，从而让缓冲器电路将充电电流传输到SPS中的存储装置，而开关驱动器功率源自于该存储装置。 

本实用新型提供了一种开关电路，用于选择性地控制功率变换器的第一和第二电路节点间的电流传导，该开关电路包括：具有被分别与第一和第二电路节点耦合的第一和第二开关端子的切换装置，或者具有被分别与第一和第二电路节点耦合的第一和最后端子的、串联连接的多个切换装置，并且切换装置具有用于每个切换装置的控制端子，控制端子接收切换信号以选择性地在传导状态和非传导状态中的一个状态下操作切换装置，用于控制第一和第二电路节点间的电流传导；开关驱动器，其具有被与切换装置的控制端子耦合的输出端子和用于接收功率的至少一个功率端子，开关驱动器用于使用来自至少一个功率端子的功率来根据所接收的开关控制信号提供切换信号；缓冲器电路，其具有缓冲器存储装置以及被与切换装置的正极和负极节点耦合的第一和第二缓冲器端子；和电源电路，其在正极和负极节点之间与缓冲器电路形成串联电路，该串联电路与切换装置并联。电源电路包括：第一变换器电路，其设有被耦合到缓冲器电路的全桥整流器以及被与通过整流器创建的第一DC总线耦合的电源存储装置；和第二变换器电路，其设有隔离DC-DC变换器，隔离DC-DC变换器接收第一DC总线并提供隔离的主DC输出，以向开关驱动器提供电功率用于操作开关驱动器。第一变换器电路可包括：第一变换器切换装置，与全桥整流器耦合；二极管，耦合在第一变换器切换装置和电源存储装置之间；和第一变换器控制电路，用于控制第一变换器切换装置以调节第一DC总线。第二变换器电路的隔离DC-DC变换器可提供辅助DC输出，并且第一变换器控制电路可通过辅助DC输出被供电。开关电路可进一步包括诊断电路，诊断电路在操作上被与第一变换器电路耦合以监视第一DC总线，并且在操作上被与第二变换器电路耦合以监视主DC输出。诊断电路可通过辅助DC输出被供电。第一变换器电路可包括被与全桥整流器耦合的分流器以感测缓冲器电流，并且诊断电路可在操作上被与分流器 耦合以监视缓冲器电流。诊断电路可包括光学输出，光学输出提供通过诊断电路检测出的至少一个故障情形的编码视觉指示。诊断电路可包括诊断控制输出，诊断控制输出提供指示通过诊断电路检测出的至少一个故障情形的信号。