[发明专利]多级电力变换电路的控制方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2012年7月9日提交的日本专利申请No.2012-153204并要求其优先权，该申请的内容通过引用结合于此。

发明背景

1.1、发明领域

本发明涉及用于AC电机驱动的使用快速电容器的多级电力变换电路的控制方法，更特定地，涉及在AC电压从正值至负值或从负值至正值的转换过程中的控制方法。

2.2、背景技术

图14示出七级逆变器电路，这是用于将DC电力转换为AC电力的多级电力变换电路。由串联的DC电源DP1和DP2构成的具有电压3Ed x2的DC电源系统具有正电位端子P、负电位端子N、和中间电位端子M。该DC电源系统可被构建为具有一般使用整流器和较大电容的电容器（图中未示出）双串联的AC电源系统。半导体开关，即具有反并联二极管的六个IGBT S1到S6，串联连接在DC电源系统的正电位端子P和负电位端子N之间。其他半导体开关，即具有反并联二极管的IGBT S7到S10，串联连接在IGBT S1和IGBT S2的连接点与IGBT S5和IGBT S6的连接点之间。由IGBT S11和IGBT S12构成的双向半导体开关的反并联电路连接在DC电源系统的中间电位端子M和IGBT8与IGBT9的连接点之间。

该双向半导体开关可由如图14所示的反向阻断IGBT的反并联连接构成，或可选地，由如图15A、15B、和15C中所示的不具有反向阻断能力的IGBT和二极管的组合构成。电容器C1a、C1b、和C2是所谓快速电容器且在每一个电容器两端被控制为处在平均电压：对于3Ed x2的DC电源系统的电压的情况，对于电容器C1a为Ed、对于电容器C2为2Ed、且对于电容器C1b为Ed。通过由DC电源DP1和DP2所提供的电压和这些电容器的充电和放电过程，在AC端子ACT处以一个Ed为间隔来传递在3Ed和-3Ed之间的多个电压。因此，这个电路构造的变换器是七级输出逆变器，其在AC端子ACT处，通过IGBT的半导体开关的导通/截止操作和三个电容器C1a、C1b、和C2两端的电压，来传递七个输出电位：P,P-Ed,P-2Ed,0,N+2Ed,N+Ed,和N。上述电路是由三相部分AU、AV、和AW构成的图16中所示的三相逆变器的一相部分AU。AC电机ACM是这个电力变换系统上的负载。图21示出使用具有相同耐受电压的半导体开关的电路示例。图21中的串联连接的IGBT S1a到S1d对应于图14中所示的IGBT S1，且图21中所示的串联连接的IGBT S6a到S6d对应于图14中的IGBT S6。

图18示出对于图21或图14的七级逆变器的PWM控制中输出线电压Vout的波形的示例。具有Ed的一步进电压变化的这个电力变换系统传递相比两级类型逆变器更为接近正弦波形的输出电压波形，因此生成更少的低阶谐波并减少半导体开关中的开关损失。因此，可构建高效电力变化系统。

图17示出多级变换电路的基本电路。这个电路在专利文献1中被公开且包括IGBT Q1到Q6和电容器Cf。可将一些变换电路增至端子TA和TB来构建多级变换系统。

[专利文献1]

PCT国际申请No.2009-525717的日文翻译

如上所述的图14的七级逆变器电路可传递七个级的输出电位：3Ed,2Ed,Ed,0,-Ed,-2Ed,和-3Ed。通过执行PWM控制和在这七个级的电位上转变，来传递类似于正弦波形的电压，从而控制该逆变器电路。此处，鉴于在电机侧中的击穿，通过开关模式的转变所生成的电压变化的步进优选为Ed。尽管转变模式可能生成2Ed或3Ed的电压变化步进，基于这个理由，一般不执行这样的转变模式。因此，在PWM控制过程中，在AC端子ACT处的电位在与下一级电位的转变中发生变化，电位变化顺序如下：3Ed-2Ed-Ed-0-(-Ed)-(-2Ed)-(-3Ed)。

为了避免控制中的复杂性，在AC端子ACT处的Ed→0→-Ed的电位变化过程中，在从Ed至零电位的转变中，零电压输出模式被限制为图19中所示的模式，其中开关S12,S11,S9,S10,S5,和S4处于导通状态。取决于负载的功率因数，电流可在相反方向中流动。类似地，在AC端子ACT输出-Ed→0→+Ed的电位变化的过程中，在从-Ed到零电位的转变中的零电压输出模式被限制为图20中所示的模式，其中开关S3,S2,S7,S8,S11,和S12处于导通状态。取决于负载的功率因数，电流可在相反方向中流动。