[发明专利]用于多电平发生器的开关优化

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生对于多电平发生器的控制信号（Ansteuersignalen）的方法、装置、电路和X射线设备。

背景技术

多电平发生器例如从Leon M.Tolbert等人的“Charge Balance Control Schemes for Cascade Multilevel Converter in Hybrid Electric Vehicles“,IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS,Vol.49,No.5,OCTOBER2002,第1058至1064页的文献中公知。在此，是如在多电平H桥式变换器中应用的级联式能量源，其基于量化的参考信号可以产生高的输出电压。每个多电平发生器具有能量输出单元，以下称为单元（Zelle），如以电池或电容器形式的能量存储单元。在所谓的有效阶段期间选择多个单元并且作为串联电路施加到级联式能量变换器的输出端，以便产生确定的依赖于量化的参考信号的电压水平。通过在有效阶段期间向或从串联电路接入和/或断开单元，可以利用输出电压来模拟量化的参考信号的形状。在有效阶段之外用于下一个有效阶段的单元又可以被充上能量。替换地，还可以在有效阶段期间取决于拓扑对各个单元充电。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，改进公知的多电平发生器的控制。

本发明建议，对于多电平发生器的各个单元来说必要的控制信号这样来产生，使得不同单元的至少两个控制信号在预定的时间段中向上面提到的量化的参考信号的一个量化级别（Quantisierungsstufen）提供份额，从而各个单元的用于产生输出电压的电能输出互相协调。

本发明基于如下思路：在公知的多电平发生器中在有效阶段期间每个单元设置为基于量化的参考信号来产生输出信号的确定的量化级别。这一点的缺陷是，为产生较低的量化级别而采用的单元比用于输出电压的更高量化级别的单元的负载更大。如果输出电压和由此还有量化的参考信号具有量化的正弦形状，则来自于对最大量化级别提供份额的单元的电能量流比来自于对最低的量化级别提供份额的单元的电能量流远远更小。但是以这种方式，单元的负载强度不同，这导致，对在输出信号中较低量化级别提供份额的单元比对输出信号中更高量化级别提供份额的单元更早地显示出故障迹象。

为了能够避免该故障迹象，可以不同牢固地设计各个单元，但是这特别会导致制造技术上的高成本，因为对于多电平发生器中的每个单元要采用一个特殊的制造方法。多电平发生器的构造也受到一定限制，因为各个单元的串联电路不可任意扩展。

相反，本发明基于如下思路：通过合适产生各个单元的控制信号来产生在单元间的负载平衡。如上所述，这通过如下进行：这样选择单元的各个控制信号，使得至少两个控制信号对量化的参考信号中的单个量化级别提供份额，从而多电平发生器的至少两个单元的单元电压对多电平发生器的量化的输出电压的单个量化级别提供份额。以这种方式例如可以缩短单元的通常对较低量化级别提供份额的接通持续时间并且相应延长单元的通常对较高量化级别提供份额的接通持续时间。替换地或附加地，还可以缩短单元的通常对较低量化级别提供份额的开关过程数量并且相应提高单元的通常对较高量化级别提供份额的开关过程数量。

因此，本发明给出一种用于产生对于多电平发生器的控制信号的方法，其中多电平发生器具有多个可互相独立接通的能量输出单元，以下称为单元，其分别设置为用于根据各自的控制信号来输出单元电压。单元的控制信号总共产生多电平量化的参考信号。给出的方法包括这样来拆分多级量化的参考信号，使得不同单元的至少两个控制信号在预定的时间段中对量化的参考信号的一个量化级别提供份额。

单元可以是适合于输出电能的任意电气装置。作为合适的单元例如与如下的蓄电池单元同样地考察如在修改的马克思发生器（Marx-Generator）中采用的可互相独立控制的电容器单元：例如在混合动力汽车中采用的用于电机的电能供应的多电平变流器，其中多电平变流器与汽车中的能量循环装置一起形成多电平发生器。在任何情况下通过给出的方法产生的控制信号允许各个单元的电能输出在输出电压的产生期间与多电平发生器协调。