CN103929080A - 多电平逆变器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种多电平逆变器。提供了一种通过基于由分压电路中的电容器划分的电压之间的偏移来控制划分的电压的转换的方法，能够容易执行电压的平衡的多电平逆变器。所述多电平逆变器包括：分压单元，包括用于划分输入直流（DC）电压的多个电容器；逆变器单元，转换划分的DC电压以输出预定的交流（AC）电压；以及控制单元，基于通过多个电容器划分的电压之间的偏移来提供用于控制逆变器单元的转换的控制信号。

Description

多电平逆变器
本申请要求于2013年01月16日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0004729号韩国专利申请的权益，其公开通过引用完整地包含于此。
技术领域
本公开涉及一种容易平衡划分的输入电压的多电平逆变器。
背景技术
逆变器是接收直流（DC）电压以输出交流（AC）信号的电路，并且能够控制AC信号的振幅、频率和谐波分量。通常，逆变器可根据输出交流信号的电平（振幅）被划分为二电平逆变器和三电平逆变器，并且可包括：将输入DC电压分为所需数量的电平的电路和从被分为所需数量的电平的输入DC电压生成AC输出信号的开关电路。
通常，在普通的二电平逆变器或三电平逆变器中，将输入DC电压分为三个电平的电路可包括具有相同的电容的电容器。开关电路可包括多个开关元件，其中，晶体管和二极管相互连接。特别是，典型的逆变器电路具有连接到分压电路的中心抽头的能够双向开关的开关元件，从而根据操作模式提供对输出信号必要的路径。
如现有技术文件所公开，在典型的逆变器电路中，由于在平衡应用于分压单元的电容器的电压的过程中产生偏移电压，电阻、二极管或开关用来抑制这样的偏移电压和保持电压中的平衡。然而，可能存在的问题是，电流消耗可能增大并且准确性可能降低。
【现有技术文件】
（专利文件1）第1998-0020600号韩国公开出版号
发明内容
本公开的一方面可提供一种通过基于由分压电路中的电容器划分的电压之间的偏移来控制划分的电压的转换的方法，能够容易平衡电压的多电平逆变器。
根据本公开的一方面，多电平逆变器可包括：分压单元，包括用于划分输入直流（DC）电压的多个电容器；逆变器单元，转换划分的DC电压以输出预定的交流（AC）电压；以及控制单元，基于通过多个电容器划分的电压之间的偏移来提供用于控制逆变器单元的转换的控制信号。
控制单元可包括：偏移检测单元，检测通过多个电容器划分的电压之间的偏移；调制单元，根据通过偏移检测单元检测的偏移电压修改预定的调制信号；以及信号产生单元，根据来自调制单元的调制信号和预定的载波信号产生控制信号。
偏移检测单元可包括：比较器，相互比较划分的电压的电压电平；稳定器，稳定来自比较器的比较结果信号；以及限幅器，限制来自稳定器的信号的电平。
控制单元可重复偏移检测、调制和信号产生的循环直到去除划分的电压之间的偏移。
分压单元可包括：在被施加输入DC电压的输入DC电压端子之间串联的至少两个电容器。
逆变器单元可包括：并联到至少两个电容器并相互堆叠的第一电压开关和第二电压开关。
根据本公开的另一方面，多电平逆变器可包括：分压单元，包括用于划分输入DC电压的多个电容器；逆变器单元，具有三个逆变器臂并转换划分的DC电压以输出三相AC电压；以及控制单元，基于通过多个电容器划分的电压之间的偏移来提供用于控制逆变器单元的三个逆变器臂的转换的控制信号。
三个逆变器臂的每个可包括：并联到至少两个电容器并相互堆叠的第一电压开关和第二电压开关。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，将会更清楚地理解本公开的以上和其他方面、特征和优点，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的多电平逆变器的示意性电路图；
图2A、图2B和图2C是根据本公开的示例性实施例的用于多电平逆变器的控制单元的示意性电路图；
图3A是现有的多电平逆变器的划分的电压的曲线图；图3B是根据本公开的示例性实施例的在用于多电平逆变器的控制单元的主要部分中的电压的曲线图；图3C是根据本公开的示例性实施例的多电平逆变器的划分的电压的曲线图；
图4是根据本公开的另一示例性实施例的多电平逆变器的示意性电路图。
具体实施方式
以下，将参照附图对本发明的实施例进行详细地描述。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限制这里所阐述的实施例。反而，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且对本领域技术人员充分传达本发明的范围。贯穿附图，相同或相似的标号将用于表示相同的元件。
图1是根据本公开的示例性实施例的多电平逆变器的示意性电路图；图2A、图2B和图2C是根据本公开的示例性实施例的用于多电平逆变器的控制单元的示意性电路图；图3A是现有的多电平逆变器的划分的电压的曲线图；图3B是根据本公开的示例性实施例的在用于多电平逆变器的控制单元的主要部分中的电压的曲线图；图3C是根据本公开的示例性实施例的多电平逆变器的划分的电压的曲线图。
参照图1，根据本公开的示例性实施例的多电平逆变器100可包括分压单元110、逆变器单元120和控制单元130。
分压单元110可接收将被分为预定数量的电平的DC电压的输入直流（DC）电压Vin。为此，多个电容器可包括：在施加输入DC电压Vin的输入DC电压端子之间串联的两个电容器C1和C2。虽然没有示出，在三电平逆变器的情况下，三个电容器可在输入DC电压端子之间串联，从而输入DC电压Vin被分为三个DC电压。
逆变器单元120可转换由分压单元110划分的DC电压以产生交流（AC）输出信号IA和VA。
为此，逆变器单元120可包括多个电压开关QU和QL。
第一电压开关QU和第二电压开关QL可并联到分压单元110，并且可在输入DC电压端子之间相互堆叠。第一电压开关QU和第二电压开关QL可根据开关控制信号分别转换划分的DC电压DC_UP和DC_DOWN以产生AC电压。如图3A所示，如果600V被分为DC电压DC_UP1和DC_DOWN1，则由于偏移电压它们可以是大约330V和270V，而都不是准确的300V。
因此，控制单元130可根据在划分的DC电压DC_UP和DC_DOWN中的偏移电压在第一电压开关QU和第二电压开关QL之间产生用于控制开关的开关控制信号。
控制单元130可包括：偏移检测单元131、调制单元132和信号产生单元133。
偏移检测单元131可检测DC电压DC_UP1和DC_DOWN1之间的偏移电压。调制单元132可根据检测的偏移电压产生调制信号。信号产生单元133可利用来自调制单元132的调制信号和预定的载波信号在第一电压开关QU和第二电压开关QL之间产生用于控制开关的开关控制信号。
参照图2A，偏移检测单元131可包括比较器131a、稳定器131b和限幅器131c。
比较器131a可检测划分的DC电压DC_UP1和DC_DOWN1之间的差异。稳定器131b可稳定检测的结果。限幅器131c可限制稳定的信号的电平到可处理的信号电平。
参照图3B，示出通过比较器131a划分的DC电压DC_UP和DC_DOWN之间的差异Delta_DC以及划分的DC电压DC_UP和DC_DOWN之间的偏移电压。即，控制单元130重复偏移校正操作，通过比较器131a划分的DC电压DC_UP1和DC_DOWN1之间的差异Delta_DC以及划分的DC电压DC_UP和DC_DOWN之间的偏移电压减少。因此，随着偏移校正操作被重复，划分的DC电压DC_UP2和DC_DOWN2的电压电平中的偏移电压被去除，并均匀地划分所述电压电平。
参照图2B，调制单元132可将偏移电压Offset添加到预定的调制信号M以产生修改后的调制信号MOD_M。参照图2C，信号产生单元133可比较修改后的调制信号MOD_M与载波信号以提供开关控制信号。
图3B示出在这种情况下主要部分的信号波形。如图3C所示，第一电压开关QU和第二电压开关QL根据开关控制信号保持电容器C1和电容器C2之间的平衡。
图4是根据本公开的另一示例性实施例的多电平逆变器的示意性电路图。
参照图4，根据另一实施例的多电平逆变器200可提供三相AC电压。为此，逆变器单元220可包括用于输出三相AC信号IA、VA、IB、VB、IC和VC的第一至第三逆变器臂221、222和223。
第一逆变器臂221可用连接到分压单元210的第一电压开关QAU和第二电压开关QAL在输入DC电压端子之间堆叠，从而可根据来自控制单元230的开关控制信号转换划分的DC电压。
同样地，第二逆变器臂222和第三逆变器臂223可分别用连接到分压单元210的第三电压开关QBU、第四电压开关QBL和第五电压开关QCU、第六电压开关QCL在输入DC电压端子之间堆叠，从而可根据来自控制单元230的开关控制信号转换划分的DC电压。
诸如分压单元210和包括偏移检测单元231、调制单元232和信号产生单元233的控制单元230的其他元件与图1中所示的示例性实施例100中的逆变器单元110和控制单元130实质上相同，将不再进行与其相关的描述。然而，控制单元230的信号产生单元233与信号产生单元133的区别在于，信号产生单元233提供用于控制逆变器单元220的第一至第三臂221、222和223的电压开关的开关控制信号。
如上所阐述，根据本公开的示例性实施例，基于通过分压电路中的电容器划分的电压之间的偏移来控制划分的电压的转换，从而可容易实施通过分压电路中的电容器划分的电压的平衡。此外，在用于平衡电压的分压电路中不需要额外的电路，因此可节省功耗。
虽然已表示和描述了示例性实施例，但对本领域技术人显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可进行各种变动和修改。

Claims (12)

1.一种多电平逆变器，所述多电平逆变器包括：
分压单元，包括用于划分输入直流电压的多个电容器；
逆变器单元，转换划分的DC电压以输出预定的交流电压；以及
控制单元，基于通过多个电容器划分的电压之间的偏移来提供用于控制逆变器单元的转换的控制信号。
2.根据权利要求1所述的多电平逆变器，其中，所述控制单元包括：
偏移检测单元，检测通过多个电容器划分的电压之间的偏移；
调制单元，根据通过偏移检测单元检测的偏移电压修改预定的调制信号；以及
信号产生单元，根据来自调制单元的调制信号和预定的载波信号产生控制信号。
3.根据权利要求2所述的多电平逆变器，其中，所述偏移检测单元包括：比较器，将划分的电压的电压电平相互比较；稳定器，稳定来自比较器的比较结果信号；以及限幅器，限制来自稳定器的信号的电平。
4.根据权利要求2所述的多电平逆变器，其中，所述控制单元重复偏移检测、调制和信号产生的循环直到去除划分的电压之间的偏移。
5.根据权利要求1所述的多电平逆变器，其中，所述分压单元包括：在被施加输入DC电压的输入DC电压端子之间串联的至少两个电容器。
6.根据权利要求3所述的多电平逆变器，其中，所述逆变器单元包括：并联到所述至少两个电容器并相互堆叠的第一电压开关和第二电压开关。
7.一种多电平逆变器，所述多电平逆变器包括：
分压单元，包括用于划分输入DC电压的多个电容器；
逆变器单元，具有三个逆变器臂并转换划分的DC电压以输出三相AC电压；以及
控制单元，基于通过所述多个电容器划分的电压之间的偏移来提供用于控制逆变器单元的三个逆变器臂的转换的控制信号。
8.根据权利要求7所述的多电平逆变器，其中，所述控制单元包括：
偏移检测单元，检测通过所述多个电容器划分的电压之间的偏移；
调制单元，根据通过偏移检测单元检测的偏移电压修改预定的调制信号；以及
信号产生单元，根据来自调制单元的调制信号和预定的载波信号产生控制信号。
9.根据权利要求8所述的多电平逆变器，其中，所述偏移检测单元包括：
比较器，将划分的电压的电压电平相互比较；
稳定器，稳定来自比较器的比较结果信号；以及
限幅器，限制来自稳定器的信号的电平。
10.根据权利要求8所述的多电平逆变器，其中，所述控制单元重复偏移检测、调制和信号产生的循环直到划分的电压之间的偏移被去除。
11.根据权利要求7所述的多电平逆变器，其中，所述分压单元包括：在被施加输入DC电压的输入DC电压端子之间串联的至少两个电容器。
12.根据权利要求11所述的多电平逆变器，其中，所述三个逆变器臂的每个包括：并联到所述至少两个电容器并相互堆叠的第一电压开关和第二电压开关。
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