[发明专利]用于多级转换器的栅极驱动电源

说明书

一种中性点钳位式多级电平转换器包括：DC电压链路，其具有正轨道和负轨道；耦接到AC节点的相支线，所述相支线具有串联在所述负轨道和所述AC节点之间的第一开关和第二开关，所述相支线具有串联在所述正轨道和所述AC节点之间的第三开关和第四开关；以及栅极驱动电源，其具有电荷泵区段，所述电荷泵区段生成用于所述第一开关的第一栅极驱动电压和用于所述第二开关的第二栅极驱动电压。

发明领域

本文所公开的主题大体来说涉及功率转换系统的领域，并且更具体来说涉及用于多级转换器的栅极驱动电源。

相关技术的描述

中性点钳位式(NPC)多级转换器用来将DC信号转换成AC信号，并且用来将AC信号转换成DC信号。三电平NPC转换器是业界普遍接受的，但是相比两电平转换器而言需要更高数目的开关。两电平转换器每个相支线采用两个开关，因此对于3相输出来说总共有6个开关。三电平NPC转换器在每个相支线中采用4个开关，或者开关数是两电平转换器中的两倍。由于活动开关的数目增加，栅极驱动单元的数目也必须增加。栅极驱动单元中的每一个具有其自己的浮动电源，如用于每个开关的变压器隔离电源。这种方法增加了部件的数目，并且可能对转换器的总成本造成负面影响，特别是在低功率应用中。

简要概述

根据本发明的示例性实施方案，一种中性点钳位式多级电平转换器包括：DC电压链路，其具有正轨道和负轨道；耦接到AC节点的相支线，所述相支线具有串联在所述负轨道和所述AC节点之间的第一开关和第二开关，所述相支线还具有串联在所述正轨道和所述AC节点之间的第三开关和第四开关；以及栅极驱动电源，其具有电荷泵区段，所述电荷泵区段生成用于所述第一开关的第一栅极驱动电压和用于所述第二开关的第二栅极驱动电压。

本发明的实施方案的其它方面、特征和技术将从以下结合附图进行的描述变得更加显而易见。

附图简述

现在参考附图，其中相同元件在图中编号相同：

图1为示例性实施方案中的NPC多级转换器的示意图；

图2描绘示例性实施方案中的栅极驱动电源；以及

图3描绘示例性实施方案中的初始化过程。

详述

图1为示例性实施方案中的NPC三相三电平转换器10的示意图。转换器10可以在生成模式或再生模式中操作。在生成模式中，将来自DC链路12的DC信号转换成AC信号。两个电容器18串联连接在DC链路12上，其中电容器接合点被称为中性点(NP)。转换器10在AC节点A、B和C中的每一个处生成单相AC信号。转换器10的每个支线14生成AC相位中的一个。如本领域中已知的，由控制器16控制开关Q以生成AC波形。每个支线14包括钳位中性二极管D，以便将支线输出钳位到中性点NP。在再生模式中，将AC节点A、B和C中的一个或多个上的AC信号转换成DC信号并且供应给DC链路12。在再生模式中，由控制器16控制开关Q以在DC链路12上生成DC信号。开关Q可以是本领域中已知的晶体管。可以使用通用微处理器来实施控制器16，所述通用微处理器执行存储在存储介质上的计算机程序以进行本文中所描述的操作。或者，可以在硬件(例如，ASIC、FPGA)或硬件/软件组合中实施控制器16。