CN104065280A - 用于多级逆变器的改进了的电力单元旁通方法及装置 - Google Patents

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Abstract

提出了多级逆变器、电力单元和旁通方法，其中，电力单元开关电路被选择性地从电力单元输出端断开，并且旁通被接通以连接第一单元输出端子和第二单元输出端子来选择性地旁通多级逆变器的电力级，利用可选的交流输入开关在旁通期间选择性地将交流输入端从电力单元开关电路断开。

Description

用于多级逆变器的改进了的电力单元旁通方法及装置
技术领域
本公开涉及电力转换的技术领域，更具体地涉及一种用于多级逆变器的电力单元旁通方法及装置。
背景技术
多级逆变器有时在电机驱动和其他电力转换应用中用于生成高压驱动信号并且将其提供给高功率应用中的电机或其他负载。多级逆变器的一种形式为采用了多个串联连接的电力级的级联H桥（CHB）逆变器架构，诸如用于驱动每个电机绕组相的H桥逆变器。每个H桥由分离的直流源供电并且通过开关信号来驱动以生成正或负的输出电压，多个H桥级的串联组合提供用于驱动负载的多级逆变器输出能力。然而，特别地由于各级彼此串联连接，因此特定电力级内的器件劣化可能会抑制为负载提供期望输出电压的能力。因此，期望提供旁通特定的劣化的电力级的能力，用于例如以减小的输出容量来继续多级逆变器的操作和/或旁通一个或更多个完好的电力级来平衡电力转换器输出，从而适应已经被旁通的一个或更多个劣化的电力级。
发明内容
现对本公开内容的各个方面进行概述以利于对本公开内容的基本理解，其中该概述不是本公开内容的扩展概要，并且既非旨在确认本公开内容的某些要素也非旨在勾划其范围。相反，本概述的主要目的在于在以下呈现的更详细的描述之前以简化的形式呈现本公开内容的各个概念。本公开内容提供用于多级电力转换器的CHB和其他电力级或电力单元的旁通装置及技术，其中H桥或其他开关电路与电力级输出端电断开，并且跨越第一输出端子和第二输出端子的旁通开关被接通以旁通该级。不同于简单地利用跨越输出端子的旁通开关的传统方法，本公开内容的新型技术有利地避免或缓解了允许电机或其他输出负载保持电连接到故障单元。
提供了一种电力转换***，其包括多个串联连接的电力级，这些电力级分别包括开关电路、耦接在开关电路与电力级输出端之间的一对输出控制开关以及跨越输出端连接的旁通开关。控制器通过断开相应的输出控制开关以及接通旁通开关来选择性地旁通电力级中的至少一个。在某些实施方式中，输出控制开关在接通旁通开关之前被断开。此外，某些实施方式还提供耦接在电力级的交流输入端与开关电路之间的输入开关，其中控制器通过断开输出控制开关、接通旁通开关以及断开输入开关来旁通电力级。
根据本公开内容的另外方面提供了一种电力单元，该电力单元可以用作多级逆变器电路中的电力级。电力单元包括交流输入端、整流器、直流链路电路和具有耦接在直流链路电路与输出端之间的两个或更多个开关器件的开关电路。第一输出控制电路和第二输出控制电路被连接在相应的开关电路节点与输出端子之间，并且旁通开关跨越输出端耦接。某些实施方式还包括耦接在交流输入端与开关电路之间的输入开关。
公开了一种用于旁通多级逆变器电路的电力级的方法，包括：将电力级的开关电路从电力级的输出端电断开，以及将电力级的两个输出端子彼此电连接以旁通电力级。在某些实施方式中，该方法还包括将开关电路从输入端电断开。
附图说明
下面的描述及附图详细阐述了本公开内容的某些说明性实现方案，这些实现方案表示可以实施本公开内容的各个原理的若干种示例性方式。但是，所示出的示例不排除本公开内容的许多可能的实施方式。将在以下详细描述中结合附图阐述本公开内容的其他目的、优点和新型特征。
图1是示出了具有向各个电力单元提供开关和旁通控制信号的控制器的、基于三相13级CHB逆变器的电机驱动电力转换***的示意图，该***；
图2是示出了具有三相整流器、直流链路电路、逆变器、耦接在逆变器与负载之间的输出控制开关和用于旁通电力单元的旁通开关的、图1的电力转换器中的H桥电力单元或电力级的示意图；
图3是示出了用于旁通多级逆变器电力转换***中的电力单元的示例性方法的流程图；以及
图4是示出了具有用于旁通电力单元的输出控制开关、旁通开关和多相输入开关的另一种H桥电力单元实施方式的示意图。
具体实施方式
现参考附图，在下文中结合附图描述了若干实施方式或实现方案，其中相同的附图标记通篇用于表示相同的要素，并且其中各个特征不一定按比例绘制。
图1示出了示例性多级逆变器电机驱动电力转换***10，对于与电机负载50的电机相U、V和W相关联的三个部分中每个部分，***10包括具有串联连接的电力级100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6的三相多级逆变器40。驱动其他形式的负载50的其他实施方式是可能的，其中本公开内容不限于电机驱动型电力转换器。在某些实施方式中，各个电力级100包括具有开关器件（例如，下面图2中的Q1至Q4）的H桥开关电路或逆变器140，尽管任何适当形式的开关电路140可以设置在各个电力级100中，具有形成开关电路的两个或更多个开关，该开关电路用于根据由电力转换器控制器200的逆变器控制部件220提供的开关控制信号222来生成具有两个或更多个可能电平之一的电力级输出。
图1的示例是对于三个电机负载相U、V和W中的每个具有六个电力级（例如，100-U1、100-U2、100-U3、100-U4、100-U5和100-U6用于相U；100-V1、100-V2、100-V3、100-V4、100-V5和100-V6用于相V；以及级100-W1、100-W2、100-W3、100-W4、100-W5和100-W6用于相W；）的多相13级逆变器40。本公开内容的各个方面可以与具有任意整数“N”个电力级100的单相或多相多级逆变器型电力转换***相关联地实现，其中N大于1。此外，尽管所示出的实施方式利用级联的H桥级100来形成用于电机驱动***10的每个相的多级逆变器40，但是可以使用其他类型和形式的电力级100，诸如具有包括多于或少于4个开关器件的开关电路的级100，其中本公开内容的更宽的方面不限于所示出的实施方式中示出的H桥电力单元。例如，以下实施方式是可能的，其中各个单元可以包括少至2个开关器件或大于或等于2的任意整数个开关。
如在图1中最佳所见的，向电力转换器10供给来自移相变压器30的多相交流输入电力，移相变压器30具有从交流电源20接收三相电力的多相初级绕组32（在所示出的实施方式中的Δ配置）。变压器30包括18个三相次级绕组34，具有6组的3个Δ配置的三相次级绕组34，每组具有不同的相关系。尽管初级绕组32和次级绕组34在示出的示例中被配置为Δ绕组，但是替选地可以使用“Y”连接的初级绕组和/或次级绕组或者其他绕组配置。此外，虽然该变压器具有三相初级绕组32和次级绕组34，但是可以使用其他单相或多相实现方案。尽管在所示出的实施方式中的各个次级绕组34被移相，但是非移相的实施方式是可能的。
图1的示例中的每个三相次级绕组34被耦接以提供交流电力来驱动三相多级逆变器40的相应电力级100的三相整流器120。逆变器40是具有6个级联的H桥电力级100U-1至100U-6的13级逆变器，上述6个级联的H桥电力级具有彼此串联连接（级联）在电机驱动中性点N与三相电机负载50的第一绕组U之间的输出端口104U-1至104U-6。类似地，6个电力级100V-1至100V-6在中性点N与第二绕组V之间提供串联连接的电压输出端104V-1至104V-6，并且电力级100W-1至100W-6在中性点N与电机50的第三绕组W之间提供串联连接的电压输出端口104W-1至104W-6。控制器200将控制信号222U提供给与第一电机绕组U相关联的电力级100U-1至100U-6，并且还将控制信号222V提供给电力级100V-1至100V-6以及将控制信号222W提供给电力级100W-1至100W-6。尽管图1中所示的逆变器40是向相U、V和W供给输出电力以驱动三相电机50的多相单元，但是本公开内容的概念还适于单相转换器，例如，从源20接收三相输入的三相-单相矩阵转换器，单元100的单个串联连接的组向单相电机或其他单相输出负载供电。此外，可以提供具有不止三个相的其他多相输出。
还是参考图2，电力单元100被设置成用作单相或多相多级逆变器40的电力级，旁通开关器件通过控制器200的旁通部件210来致动。控制器200及其部件210、220可以使用任意适当的硬件、处理器执行的软件或固件、或其组合来实现，其中控制器200的示例性实施方式包括一个或更多个处理元件，诸如微处理器、微控制器、DSP、可编程逻辑等，以及电子存储器、程序存储器和信号调理驱动器电路，处理元件被编程或另外地配置成生成适于操作电力级100的开关器件的信号222。此外，在某些实施方式中所示出的控制器200实现旁通控制部件210以生成旁通控制信号212，用于选择性地旁通电力级100中的一个或更多个。
在某些实现方案中，旁通控制部件210将各个信号或值212提供给各个电力单元100用于直接控制输出控制开关S1a和S1b（信号212-1）、旁通开关S2（信号212-2），并且可选地生成用于操作可选的输入开关S3的输入开关控制信号212-3（图4下方）。在其他可能的实现方案中，本地开关驱动器电路和/或开关逻辑可以设置在电力级100内，以基于来自旁通控制部件210或来自电力转换***10的或与电力转换***10相关联的任何其他控制元件的一个或更多个启动动作，来实现本文中所描述的旁通开关操作。例如，可以将单个信号或值提供给各个电力单元100，并且单元100上的本地逻辑和/或开关控制电路可以响应于接收到这样的信号或值来启动所描述的旁通开关操作。
图2示出了H桥电力级100的一个可能的实现方案。图2中的电力级被实现为包括交流输入端108的电力单元100，交流输入端108具有可连接以接收交流输入电力的输入端子108A、108B和108C，在这种情况下，交流输入电力是来自诸如图1中的变压器30的次级绕组34的交流源的三相电力。将交流输入电力从单元输入端108提供给整流器电路120，整流器电路120具有形成三相整流器120的板载整流器二极管D1至D6，三相整流器接收来自相应的变压器次级绕组34的三相交流电力。在该示例中，使用无源整流器120，但也可以使用有源整流器电流或其他形式的整流器，不论具有单相输入还是多相输入。电力单元100还包括直流链路电路130和开关电路（例如，H桥逆变器140），其将输出电压VOUT提供至具有第一输出端子104A和第二输出端子104B的电力单元输出端104。
在示出的实施方式中，整流器120提供跨越连接在直流链路电路130的直流链路端子131与直流链路端子132之间的直流电容器C的直流电力。直流链路电路130又向H桥逆变器140提供输入，H桥逆变器140由以“H”桥电路配置的四个开关器件Q1至Q4形成。尽管示出的电力级100基于由内部整流器电路120提供的直流电力进行操作，内部整流器电路120由来自相应的变压器次级绕组34的交流输入驱动，但是根据本公开内容，可以将任何适当形式的直流输入提供给电力级100，并且电力级100可以但不需要包括板载整流电路120。另外，可以在各个级100的开关电路140（例如，逆变器）中使用任何适当的开关电路配置，各个级100具有被配置成在级输出端104选择性地提供至少两个不同电平的电压的至少两个开关器件Q。此外，在电力级100中可以使用任何适当类型的开关器件Q，包括但不限于基于半导体的开关，诸如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、可控硅整流器（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、集成门极换向晶闸管（IGCT）等。
示出的四开关H桥实现方案（图2）有利地允许通过控制器200选择性地生成开关控制信号，用于以受控方式在输出端104处提供至少两个不同的电压电平。例如，当开关器件Q1和Q4接通（传导）而其他器件Q2和Q3断开（非传导）时，在输出端子104A和104B处提供基本上等于跨越直流链路电容器C的直流总线电压（例如，+VDC）的正直流电平的电压。相反，当Q2和Q3接通而Q1和Q4断开时提供负的输出（例如，﹣VDC）。因此，示例性H桥电力级100有利地允许选择两个不同的输出电压，并且六个这样的级的级联配置（例如，图1）通过逆变器控制部件220允许选择性地生成开关控制信号，以实现13种不同的电压电平用于施加到相应的电机相U、V或W。应当注意，可以使用其他可能的开关电路来实现各个级100的两个、三个或K个电平可选择的输出，其中K是大于1的任何正整数。控制器200中的任何适当的逻辑或电路可以用于向给定的电力级100提供逆变器开关控制信号222，其中控制器200还可以包括信号电平放大和/或驱动器电路（未示出），例如诸如比较器、载波生成器或数字逻辑和信号驱动器，用于提供足以选择性地致动开关器件Q1至Q4的适当的驱动电压和/或电流电平。
对于旁通操作，图2中的电力单元100包括耦接在开关电路140与输出端104之间的一对输出控制开关S1a和S1b。具体地，第一输出控制开关S1a耦接在第一开关电路节点141与第一输出端子104A之间，并且第二输出控制开关S1b耦接在第二开关电路节点142与第二输出端子104B之间。根据来自旁通控制部件210的一个或更多个输出开关控制信号212-1，输出控制开关S1在第一状态下分别进行操作以允许电流在开关电路140与输出端104之间流动，并且在第二状态下分别进行操作以防止电流在开关电路140与输出端104之间流动。尽管在图2的示例中示出了单个输出控制开关信号212-1，但是在其他实现方案中分离的输出控制信号212-1可以用于各个开关S1A和S1B，开关S1A和S1B可以但不需要同时被开关。此外，输出控制开关S1可以是任何适当形式的单个或多个电气或电机械开关器件，包括但不限于基于半导体的开关、接触器、继电器等。另外，电力单元100包括跨越输出端子104连接的并且根据来自控制器210的旁通控制信号212-2进行操作的旁通开关S2。旁通开关S2在非传导状态和传导状态下进行操作，通过非传导状态单元输出电压VOUT由开关电路140的操作控制，而在传导状态下（例如，接通或传导）旁通开关电路140的输出端104。旁通开关102可以是任何适当形式的单个或多个电气或电机械开关器件。
在转换器10的操作中，旁通控制器210通过经由信号212-1将第一输出控制开关S1a和第二输出控制开关S1b设置在相应的第二状态以及使用信号212-2将旁通开关S2设置在传导状态，来选择性地旁通单元100。断开输出控制开关S1有效地将输出端104（以及因此电机负载50（图1））与逆变器开关电路140断开和隔离。此外，旁通开关S2的接通有效地将第一输出端子104A和第二输出端子104B彼此电连接，使得即使当给定的电力单元100已经被旁通时，转换器10中的其他电力单元100可以继续驱动电机负载50。此外，如图2的波形图中所见，在某些实现方案中控制器200进行操作以在时间T2接通旁通开关S2之前在时间T1选择性地将输出控制开关S1a、S1b设置在第二状态（断开）。以这种方式，控制器200在旁通输出端子104A和104B之前有效地将输出端104与开关电路140隔离。在本公开内容的所有实施方式中，开关操作的相对定时和次序不是关键的，并且在其他实现方案中可以以不同的顺序来实现。此外，所示出的实施方式的开关时间的差（例如，T2-T1）以及开关次序可以是旁通部件210控制的任何适当长度的时间，例如基于直流链路电容C的值或其他考虑，诸如电力单元100内的潜在劣化器件的操作和/或快速地旁通电力单元100的需要。此外，在某些实施方式中，控制器210可以根据电路转换器10中的一个或更多个条件选择性地调整旁通开关控制定时。
图3示出了用于旁通诸如图2或图4中的电力单元100的、多级逆变器电路40的电力级的电力级旁通方法300。在某些实施方式中，控制器200包括至少一个处理器，其被编程成根据计算机可执行的指令，诸如由旁通控制部件210执行处理300，以提供信号212用于选择电力单元100，并且执行本文中所阐述的其他功能（例如，经由逆变器控制部件220提供开关控制信号222），该计算机可执行的指令来自具有用于执行本文中描述的处理和控制器功能的计算机可执行的指令的非暂态计算机可读介质，诸如计算机存储器、电力转换器控制***（例如，控制器200）内的存储器、CD-ROM、软盘、闪存驱动器、数据库、服务器、计算机等。虽然以一系列动作或事件的形式示出和描述了示例性方法300，但是将认识到，除非本文中具体阐述，否则本公开内容的各种方法不限于这些动作或事件的示出的排序。在这一点上，除了下文中具体指出，否则一些动作或事件可以以不同的顺序进行和/或与除了本文中所示出和描述的这些动作或事件之外的其他动作或事件同时进行，并且不需要所有示出的步骤来实现根据本公开内容的处理或方法。示出的方法可以以硬件、处理器执行的软件、或其组合来实现，以便提供本文中所公开的电力级旁通概念。
在某些实现方案中，可以根据控制器200接收到的任何适当的输入信号来启动旁通操作。例如，电力转换控制器200可以检测表示一个或更多个电力级100的可能的劣化的电力转换器10的一个或更多个操作条件，并且作为响应可以启动一个或更多个所选择的单元100的旁通。在其他可能的实现方案中，控制器200可以接收来自外部设备（未示出）的信号或消息并且据此启动旁通。
旁通操作在处理300中开始于302，通过断开逆变器开关电路140与电力单元输出端子104A和104B之间的输出控制开关（图2中的S1）来有效地将开关电路140与输出端104电断开和隔离。在某些实施方式中，在304，一个或更多个输入开关（例如，图4下方的S3）断开以防止电流在交流输入端（例如，图2上方的次级绕组34）与整流器电路120（图2）之间流动。在306，接通旁通开关（例如，图2和图4中的开关S2）以便将电力级输出端104旁通。在某些实施方式中，如上面所讨论的，在302断开输出控制开关S1之后，在306接通旁通开关S2。此外，在某些实施方式中，如果使用一个或更多个输入控制开关S3（图4），则在302断开输出控制开关S1之后且在306接通旁通开关S2之前，在304断开所述一个或更多个输入控制开关S3。
还参照图4，示出了另一电力单元实施方式100，其通常如上面结合图2所描述的那样被配置。另外，图4的实施方式包括耦接在交流输入端108与电力级100的开关电路140之间的输入开关S3。在这种情况下，输入开关S3是三相（三个接触）开关器件，但是分离的开关可以用于每个输入相，两个接触或两个开关用于单相交流输入，三个接触或三个开关用于三相输入等。此外，对于如图4所示的包括板载整流器电路120的实施方式，输入开关S3可以位于输入端108与整流器120之间。输入开关S3在第一（例如，传导或接通）状态下进行操作以允许电流在交流输入端108与开关电路140之间流动，并且在第二（非传导或断开）状态下进行操作以防止电流在交流输入端与开关电路140之间流动。在该实施方式中，控制器200通过将第一输出控制开关S1a和第二输出控制开关S1b设置在相应的第二（非传导或断开）状态，将旁通开关S2设置在传导状态以及将输入开关S3设置在第二（非传导）状态，来旁通电力级100。
在该实施方式中设置输入开关S3有利地将电力单元100和输出端104与交流输入源断开，不论是与图1中的次级绕组34断开还是与另一相关联的交流输入源断开。此外，如图4中所见，在某些实施方式中，控制器200在将输入开关S3设置在第二状态之前选择性地将第一输出控制开关S1a和第二输出控制开关S1b设置在第二状态，并且可以在将旁通开关S2设置在传导状态之前将输入开关S3设置在第二状态（例如，在图4中的时间T3）。在这些实施方式中，信号212之间的定时（例如，T2-T1、T3-T1和T2-T3）可以根据上述考虑中的任何考虑来设定，并且可以基于一个或更多个电力转换器条件由控制器200选择性地调整。此外，如上面所讨论的，可以在其他实施方式中实现其他开关次序和/或相对定时，其中本公开内容的更宽的方面不限于示出的示例。
通过上面的技术和装置，给定的单元100可以被有效地旁通以允许电力转换***10持续操作而与单元100的故障状态无关。例如，如果上开关Q1或Q3中的一个（图2或图4）在传导状态下会故障，则输出控制开关S1将会断开，从而将输出负载50（图1）与上直流链路节点131断开。同样，即使下开关Q2或Q4中的一个在传导状态下故障，输出端104仍与下直流轨132电隔离。因此，本公开内容有利地呈现了较之常规的多级转换器单元旁通技术的显著的进步，并且保护输出负载50而与给定电力单元100的故障条件无关，同时允许电力单元100被旁通用于转换器10的继续操作。
根据上述可知，本公开的实施例包括但不限于以下技术方案：
方案1.一种电力转换***，包括：
多个电力级，所述多个电力级串联连接以形成用于与负载连接的多级逆变器电路（40），所述电力级分别包括：
开关电路，其包括耦接在直流链路电路与输出端之间的多个开关器件，所述开关电路根据多个开关控制信号进行操作以在所述输出端处提供具有至少两个离散电平之一的幅度的输出电压，
耦接在第一输出端子与所述开关电路的第一节点之间的第一输出控制开关、和耦接在第二输出端子与所述开关电路的第二节点之间的第二输出控制开关；所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关均在第一状态下进行操作以允许电流在所述开关电路与所述输出端之间流动以及在第二状态下进行操作以防止电流在所述开关电路与所述输出端之间流动，以及
跨越所述开关电路的所述输出端耦接的旁通开关，所述旁通开关在非传导状态和传导状态下进行操作以旁通所述开关电路的所述输出端；以及
控制器，其进行操作用于通过将所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关设置在相应的第二状态以及通过将所述旁通开关设置在传导状态，来选择性地旁通至少一个电力级。
方案2.根据方案1所述的电力转换***，其中，所述控制器进行操作用于在设置所述旁通开关之前选择性地将所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关设置在所述第二状态。
方案3.根据方案2所述的电力转换***，还包括耦接在所述至少一个电力级的交流输入端与所述开关电路之间的输入开关，所述输入开关在第一状态下进行操作以允许电流在所述交流输入端与所述开关电路之间流动并且在第二状态下进行操作以防止电流在所述交流输入端与所述开关电路之间流动，其中，所述控制器进行操作用于通过将所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关设置在相应的第二状态，将所述旁通开关设置在所述传导状态以及将所述输入开关设置在所述第二状态，来旁通所述至少一个电力级。
方案4.根据方案3所述的电力转换***，其中，所述控制器进行操作用于在将所述输入开关设置在所述第二状态之前选择性地将所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关设置在所述第二状态。
方案5.根据方案4所述的电力转换***，其中，所述控制器进行操作用于在将所述旁通开关设置在所述传导状态之前将所述输入开关设置在所述第二状态。
方案6.根据方案5所述的电力转换***，其中，所述开关电路包括在所述直流链路电路与所述输出端之间按照H桥配置连接的四个开关器件，以及其中，所述控制器进行操作用于将所述开关控制信号提供给所述开关电路的所述四个开关器件以在所述输出端处提供具有至少两个离散电平中至少之一的幅度的输出电压。
方案7.根据方案2所述的电力转换***，其中，所述开关电路包括在所述直流链路电路与所述输出端之间按照H桥配置连接的四个开关器件，以及其中，所述控制器进行操作用于将所述开关控制信号提供给所述开关电路的所述四个开关器件以在所述输出端处提供具有至少两个离散电平中至少之一的幅度的输出电压。
方案8.根据方案1所述的电力转换***，还包括耦接在所述至少一个电力级的交流输入端与所述开关电路之间的输入开关，所述输入开关在第一状态下进行操作以允许电流在所述交流输入端与所述开关电路之间流动并且在第二状态下进行操作以防止电流在所述交流输入端与所述开关电路之间流动，其中，所述控制器进行操作用于通过将所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关设置在相应的第二状态，将所述旁通开关设置在所述传导状态以及将所述输入开关设置在所述第二状态，来旁通所述至少一个电力级。
方案9.根据方案8所述的电力转换***，其中，所述控制器进行操作用于在将所述输入开关设置在所述第二状态之前选择性地将所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关设置在所述第二状态。
方案10.根据方案8所述的电力转换***，其中，所述开关电路包括在所述直流链路电路与所述输出端之间按照H桥配置连接的四个开关器件，以及其中，所述控制器进行操作用于将所述开关控制信号提供给所述开关电路的所述四个开关器件以在所述输出端处提供具有至少两个离散电平中至少之一的幅度的输出电压。
方案11.根据方案1所述的电力转换***，其中，所述开关电路包括在所述直流链路电路与所述输出端之间按照H桥配置连接的四个开关器件，以及其中，所述控制器进行操作用于将所述开关控制信号提供给所述开关电路的所述四个开关器件以在所述输出端处提供具有至少两个离散电平中至少之一的幅度的输出电压。
方案12.一种用作多级逆变器电路中的电力级的电力单元（40），所述电力单元包括：
用于接收交流输入电力的交流输入端；
与所述交流输入端耦接的整流器；
直流链路电路，其与所述整流器耦接并且包括耦接在第一直流链路节点与第二直流链路节点之间的至少一个电容；
开关电路，其包括耦接在所述直流链路电路与输出端之间的多个开关器件，所述开关电路根据多个开关控制信号进行操作以在所述输出端处提供具有至少两个离散电平之一的幅度的输出电压；
耦接在第一输出端子与所述开关电路的第一节点之间的第一输出控制开关、和耦接在第二输出端子与所述开关电路的第二节点之间的第二输出控制开关，所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关均根据至少一个输出开关控制信号，在第一状态下进行操作以允许电流在所述开关电路与所述输出端之间流动，并且在第二状态下进行操作以防止电流在所述开关电路与所述输出端之间流动；以及
旁通开关，其跨越所述开关电路的所述输出端耦接，所述旁通开关根据旁通开关控制信号在非传导状态以及传导状态下进行操作以旁通所述开关电路的所述输出端。
方案13.根据方案12所述的电力单元，还包括耦接在所述交流输入端与所述开关电路之间的输入开关，所述输入开关根据输入开关控制信号，在第一状态下进行操作以允许电流在所述交流输入端与所述开关电路之间流动并且在第二状态下进行操作以防止电流在所述交流输入端与所述开关电路之间流动。
方案14.根据方案13所述的电力单元，其中，所述开关电路包括在所述直流链路电路与所述输出端之间按照H桥配置连接的四个开关器件。
方案15.根据方案12所述的电力单元，其中，所述开关电路包括在所述直流链路电路与所述输出端之间按照H桥配置连接的四个开关器件。
方案16.一种用于旁通多级逆变器电路的电力级的方法，所述方法包括：
将所述电力级的开关电路从所述电力级的输出端电断开；以及
将所述电力级的两个输出端子彼此电连接以旁通所述电力级。
方案17.根据方案16所述的方法，其中，将所述开关电路从所述输出端电断开包括断开一对输出控制开关，以及其中，将所述两个输出端子彼此电连接包括接通旁通开关。
方案18.根据方案17所述的方法，包括在接通所述旁通开关之前断开所述一对输出控制开关。
方案19.根据方案16所述的方法，包括将所述开关电路从所述电力级的输入端电断开。
上面的示例仅说明了本公开内容的各个方面的若干可能的实施方式，其中在阅读和理解本说明书和附图之后，本领域的其他技术人员将想到等同的替换和/或修改。尤其对于由上述部件（组件、器件、***、电路等）执行的各种功能，除非另外指出，否则用于描述这样的部件的术语（包括提到的“器件”）旨在对应于执行所描述的部件的指定功能的任何部件，诸如硬件、处理器执行的软件或它们的组合，即使所描述的部件并不在结构上与执行本公开内容的说明的实现方案中的功能的所公开的结构等同（即，功能上等同）。另外，尽管仅针对若干实现方案中的一个实现方案公开了本公开内容的特定特征，但是如所期望的且对任何给定的或特定的应用有利的，这样的特征可以与其他实现方案的一个或更多个其他特征组合。此外，对于用在说明书和/或权利要求中的术语“包括（including）”、“包括（includes）”、“具有（having）”，“具有（has）”、“具有（with）”以及它们的变体，以与术语“包括（comprising）”相似的方式，这样的术语旨在是内含性的。
部件列表

Claims (10)

1.一种电力转换***（10），包括：
多个电力级（100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6），所述多个电力级串联连接以形成用于与负载（50）连接的多级逆变器电路（40），所述电力级（100）分别包括：
开关电路（140），其包括耦接在直流链路电路（130）与输出端（104）之间的多个开关器件（Q1至Q4），所述开关电路（Q1至Q4）根据多个开关控制信号（222）进行操作以在所述输出端（104）处提供具有至少两个离散电平之一的幅度的输出电压（VOUT），
耦接在第一输出端子（104A）与所述开关电路（140）的第一节点（141）之间的第一输出控制开关（S1a）、和耦接在第二输出端子（104B）与所述开关电路（140）的第二节点（142）之间的第二输出控制开关（S1b）；所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）均在第一状态下进行操作以允许电流在所述开关电路（140）与所述输出端（104）之间流动以及在第二状态下进行操作以防止电流在所述开关电路（140）与所述输出端（104）之间流动，以及
跨越所述开关电路（140）的所述输出端（104）耦接的旁通开关（S2），所述旁通开关（S2）在非传导状态和传导状态下进行操作以旁通所述开关电路（140）的所述输出端（104）；以及
控制器（200），其进行操作用于通过将所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）设置在相应的第二状态以及通过将所述旁通开关（S2）设置在传导状态，来选择性地旁通至少一个电力级（100）。
2.根据权利要求1所述的电力转换***（10），其中，所述控制器（200）进行操作用于在设置所述旁通开关（S2）之前选择性地将所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）设置在所述第二状态。
3.根据权利要求2所述的电力转换***（10），还包括耦接在所述至少一个电力级（100）的交流输入端与所述开关电路（140）之间的输入开关（S3），所述输入开关（S3）在第一状态下进行操作以允许电流在所述交流输入端与所述开关电路（140）之间流动并且在第二状态下进行操作以防止电流在所述交流输入端与所述开关电路（140）之间流动，其中，所述控制器（200）进行操作用于通过将所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）设置在相应的第二状态，将所述旁通开关（S2）设置在所述传导状态以及将所述输入开关（S3）设置在所述第二状态，来旁通所述至少一个电力级（100）。
4.根据权利要求3所述的电力转换***（10），其中，所述控制器（200）进行操作用于在将所述输入开关（S3）设置在所述第二状态之前选择性地将所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）设置在所述第二状态。
5.根据权利要求4所述的电力转换***（10），其中，所述控制器（200）进行操作用于在将所述旁通开关（S2）设置在所述传导状态之前将所述输入开关（S3）设置在所述第二状态。
6.根据权利要求1所述电力转换***（10），还包括耦接在所述至少一个电力级（100）的交流输入端与所述开关电路（140）之间的输入开关（S3），所述输入开关（S3）在第一状态下进行操作以允许电流在所述交流输入端与所述开关电路（140）之间流动并且在第二状态下进行操作以防止电流在所述交流输入端与所述开关电路（140）之间流动，其中，所述控制器（200）进行操作用于通过将所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）设置在相应的第二状态，将所述旁通开关（S2）设置在所述传导状态以及将所述输入开关（S3）设置在所述第二状态，来旁通所述至少一个电力级（100）。
7.根据权利要求6所述的电力转换***（10），其中，所述控制器（200）进行操作用于在将所述输入开关（S3）设置在所述第二状态之前选择性地将所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）设置在所述第二状态。
8.根据权利要求1所述的电力转换***（10），其中，所述开关电路（140）包括在所述直流链路电路（130）与所述输出端（104）之间按照H桥配置连接的四个开关器件（Q1至Q4），以及其中，所述控制器（200）进行操作用于将所述开关控制信号（222）提供给所述开关电路（140）的所述四个开关器件（Q1至Q4）以在所述输出端（104）处提供具有至少两个离散电平中至少之一的幅度的输出电压（VOUT）。
9.一种用作多级逆变器电路（40）中的电力级的电力单元（100），所述电力单元（100）包括：
用于接收交流输入电力的交流输入端（108）；
与所述交流输入端（108）耦接的整流器（120）；
直流链路电路（130），其与所述整流器（120）耦接并且包括耦接在第一直流链路节点（131）与第二直流链路节点（132）之间的至少一个电容（C）；
开关电路（140），其包括耦接在所述直流链路电路（130）与输出端（104）之间的多个开关器件（Q1至Q4），所述开关电路（Q1至Q4）根据多个开关控制信号（222）进行操作以在所述输出端（104）处提供具有至少两个离散电平之一的幅度的输出电压（VOUT）；
耦接在第一输出端子（104A）与所述开关电路（140）的第一节点（141）之间的第一输出控制开关（S1a）、和耦接在第二输出端子（104B）与所述开关电路（140）的第二节点（142）之间的第二输出控制开关（S1b），所述第一输出控制开关（S1a）和所述第二输出控制开关（S1b）均根据至少一个输出开关控制信号（212-1）在第一状态下进行操作以允许电流在所述开关电路（140）与所述输出端（104）之间流动，并且在第二状态下进行操作以防止电流在所述开关电路（140）与所述输出端（104）之间流动；以及
旁通开关（S2），其跨越所述开关电路（140）的所述输出端（104）耦接，所述旁通开关（S2）根据旁通开关控制信号（212-2）在非传导状态以及传导状态下进行操作以旁通所述开关电路（140）的所述输出端（104）。
10.一种用于旁通多级逆变器电路（40）的电力级（100）的方法（300），所述方法（300）包括：
将所述电力级（100）的开关电路（140）从所述电力级（100）的输出端（104）电断开（302）；以及
将所述电力级（100）的两个输出端子（104A、104B）彼此电连接（306）以旁通所述电力级（100）。
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