CN1062390C - 多电平转换器 - Google Patents

多电平转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN1062390C
CN1062390C CN96190176A CN96190176A CN1062390C CN 1062390 C CN1062390 C CN 1062390C CN 96190176 A CN96190176 A CN 96190176A CN 96190176 A CN96190176 A CN 96190176A CN 1062390 C CN1062390 C CN 1062390C
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
mentioned
voltage
switch
switch element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN96190176A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1148447A (zh
Inventor
西芮·梅纳德
琼-鲍尔·拉维沃勒
菲力普·卡瑞里
简·高扎勒
奥里维·博豪克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Transport SA
Original Assignee
GEC Alsthom Transport SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GEC Alsthom Transport SA filed Critical GEC Alsthom Transport SA
Publication of CN1148447A publication Critical patent/CN1148447A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1062390C publication Critical patent/CN1062390C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837—Flying capacitor converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

每个单元有其电容器(C1，C2…，Cn)的一种多电平转换器，该转换器包括含有估测每个电容器(C1，C2…，Cn)的两端的平均充电电压的装置(VMO1，VMO2，…，VMOn)的控制装置，用以测定每个电容器(C1，C2…，Cn)所估测的平均充电电压和额定的平均充电电压之间的任何差值的装置(VE1，VE2，…，VEn)，还有附加控制装置(MCC1，MCC2，…MCCn)用以改变转换器控制信号来减少上述差值。

Description

多电平转换器
本发明是关于法国专利申请书FR 2679715 A1中阐述的一种用于电能转换的多电平转换器和使用该多电平转换器的电源装置。
本专利申请书中所阐述的转换器，显示于例如图1中。它主要包含在电压电源SE和电流源C之间的一连串可控制的开关单元CL1，CL2，…，CLn，每个开关单元(以下简称为单元)各有两个开关T1，T’1；T2，T’2；…；Tn，T’n，这两个开关中的每一个开关的一个极组成一个上游极(upstream poles)对的一部分，而这两个开关的每一个开关的另一个极组成一个下游极(downstream poles)对的一部分，上游单元(upstream cell)的下游极对与下游单元(downstream cell)的上游极对相连接，第一个单元CL1的上游极对则连接到上述的电流源C，而最后单元CLn的下游极对则连接到上述的电压源SE，转换器的每个单元还包含相应的电容器C1，C2，…，Cn，但在该电压源SE具有与电容器Cn的电容值相等的内部电容时最后单元的电容器可以省去，每个电容器连接在构成该单元的下游极对的两个极之间，转换器还有一些控制装置(未显示在图中)，用于管理转换器的正常运行并同时使相邻连接的单元的那些开关在这样一种情况下工作：即任一单元的两个开关始终处于不同的状态，即若一个导通，另一个不导通，反之亦然(由控制链路诸如IC1表示)，因而在对由上述控制装置所传送的一个单元控制信号进行响应时，在一个给定开关单元中的两个开关之一在一个循环重复的转换器周期期间连续地依次处于第一导通状态和第二导通状态，从而在对除在时间上有上述周期的一部分的偏移之外完全相同的开关单元控制信号进行响应时，诸相邻连接的开关单元的各开关的功能分别处于同样情况而仅在时间上有上述周期的一部分的偏移。
上述周期的一部分最好等于单元的数目n的倒数，即2π/n，这相对于在输出中产生谐波来说是最优的，可促使转换器的各电容器上的充电电压自然地均衡。至于其它的偏移如各级之间的不同的偏移等也是可以的。
在这样一个转换器中，相邻的电容器C1，C2，…Cn各有其递增的平均充电电压，与诸单元相联系的诸电容器的平均充电电压值等于电压源SE输送的电压VE乘以转换器单元的数目n的倒数和单元的序号R，如转换器仅有3个单元，即n=3时则其值分别为VE/3，2VE/3，VE。
当然，上述情况可应用于其它n值时，n应不小于2，特别是可用于n大于3的情况。
下文所称“多电平转换器”这个词是用于称呼满足以上所描述的那种转换器。
本发明的目的是提供这样一种多电平转换器，它按照以上描述来对每个电容器充电，尽管有不可避免的对额定运行条件的偏离。
为简易地检查如何在上述多电平转换器的诸电容器中的一个电容器上的额定的充电变化，可参见图2的配置，其中有一个任意的开关单元CLk及其开关TK和T’K，伴随该单元的电容器CK，以及随后的单元CLk+1及其开关TK+1，T’K+1。
在每个单元内的诸开关TK和T’K间或TK+1和T’K+1间已经连接，图2中显示的两个相邻单元CLK和CLK+1可有四种状态：
a)第一种状态，TK和TK+1没有导通，故CK上的充电电压没有改变。
b)第二种状态，TK和TK+1都导通，CK上的充电电压仍无改变，因为此时T’K和T’K+1是不导通的。
c)第三种状态，TK导通而TK+1不导通，此时电流源C使一个电流值为Ⅰ的电流IK流过TK，而流过T’K的电流I’K为零。TK+1的这种状态使电流IK+1为零，而电流I’K+1等于Ⅰ，因而流过电容器CK的电流I’CK等于Ⅰ。
d)第四种状态，TK不导通，TK+1导通，因而电流源C使等于Ⅰ的流I’K+1流过T’K而流过TK的电流IK则为零。TK+1的状态使电流IK+1为Ⅰ，而电流I’K+1则为零，因此流过电容器CK的电流ICK等于Ⅰ。
在上述第三和第四状态中I’CK=I’K+1和ICK=IK+1的电流以相反符号输送，向电容器CK充电；第一种情况为负而第二种情况为正。相当于这两种状态的电流是由电流源施加的。如果电流源施加的是精确的直流电，并且任何其它情况都相同，则在状态c)和d)期间电流源所产生的电流在TK和TK+1的导通周期的全部时间内都相同而方向相反(它们在额定的情况下数值相等，时间有偏移，已如前述)。这意味着CK上的电荷充电从正向变为负向而数量相等，所以它在转换器的一个周期上不变化。
在理想的***中(精确的电流源，无限的阻抗)，电流ICK和I’CK决定于电流源。在实际的情况中，电流源的阻抗不是无限时，通过电流源的电流决定于跨过其二端的电压，亦即电容器上的电压VCK。举例来说，如果遇到充电电压VCK高于其额定值VE·k／n过多的情况，则不管何种原因与应有的额定情况相比产生一个更大的放电电流I’CK和更小的充电电流ICK，从而使电容器CK上的电荷回复到它应有的数值，这说明多电平转换器的运行是稳定的并且能够适应电压源和电流源的向任何方向的变化。然而它在下文所述的所发生的动态状况中有一些问题。
图3是图1和图2的多电平转换器在n=3的情况下的运行实例；为将一个已正弦调制的交流电压输送到电流源C，采用脉冲宽度调制(PWM)式控制，即，在转换器运行中的连续周期P1，P2，P3，…之际(t行)，诸开关T1，T2和T3在按照调制输出电压的一个波而变化的各时间间隔内相继导通，这个波在下文被称为“调制”波。在每个瞬间，相应的开关T’1，T’2和T’3处于不同位置。
当然，采用熟知的其它模式的调制来进行，开关运行也可获得同样结果。再者，转换器也适用于以任何别的波形或以一个整流的直流电压来提供电流源C。
在转换器的运行中先考虑一个周期P1。在此周期中，当T1，T2，T3诸开关的任一个导通时，其它两个就不导通。对于两个单元的每个组以及它们之间的电容器，这相当于前述的状态c)和d)，其中，电容器接收相继附加的负电荷和正电荷，使其总的值额定地为零。还应注意到当相邻的单元CL1和CL2在状态d)中时，相邻的CL2和CL3单元在状态c)中，使得电容器C1接收来自给电容器C2提供附加负电荷的相同的电流的附加的正电荷。
图3也以举例方法显示，在周期P2，P3等期间多电平转换器是如何运行的，在这些情况中诸开关T1，T2，T3的导通周期变得更短，直到超过一周期的三分之一才变得长些，在这种情况下它们重叠。图中VIⅥ行显示将理想地传输到电流源的电压，特别是若诸电容器的容抗使得所考虑的附加电荷不能显著改变它们的端电压。电压VI以与来自电压源SE的电压VE的若干个分数倍的值来表达，取电压源SE的负极(negative pole)作为电压基准。则可以看到电压VI既包含一个调制波频率的大的基波，还有频率大于削波频率的幅度较小的一些谐波，这些谐波频率可方便地由一低通滤波器消除。由于电流是可变的，借助一个包含在电流源中的任一感抗元件与之集成可使转换器提供一个具有正弦波形的其周期等于输出电压基波周期的AC电流源。
由于电流按正弦波变化，上述的状态c)和d)将不传送相等的附加电荷量给转换器的诸电容器，因为在上述两个状态之间，电流将已具有时间来进行变化。只有在开关的运行周期显著大于调制波频率时此种变化才被忽略。
还应期望的是提供给电流源的交流电不是精确正弦波，而在非对称状况中变形。同样地，在控制信号或在它们产生的信号中的各电平上的误差或在各个涉及到的开关的切换时间中的差异，不可避免地会使各开关的导电通断的持续时间在转换器的一个运行周期中互不相等，或在时间上移动开关的导通操作阶段，或将使对电容器的充放电的电流不平衡。所以，在实践中通常不可能使多电平转换器保证和满足如开始时所描述的额定的运行状况。而更不好的是在附加电荷量中的持续误差将导致一个方向中的错误或者别的方向在电容器上的电荷量中的误差，从而导致其平均充电电压中的误差，因之在转换器的运行频率引起输送到电流源的电压中的变形。
此种效应由图3中的轨迹线VI’来阐明，VI’除电容器C1(图1)外和轨迹线VI相似，电容器C1是假定已被充电到一个电压，此电压小于其额定充电电压，电容器C1可阻止转换器传送幅值为常值的脉冲Vi1，Vi2，Vi3，每当电容器C1输送其本身的充电电压到电流源C时，替代地，转换器供应幅度较小的诸如Vi1’的诸脉冲(其比例被放大到清晰可读)，而每当电容器从输送到电流源C的电压中减去其自身的电压时，所提供的诸如Vi2’的诸脉冲幅值较大，提供其幅度不变的脉冲如Vi3’是在电容器C1不在电路中的时候。显而易见这里在所说转换器的削波频率引进了一个干扰分量到信号VI’中。
在诸电容器分别充电到其额定电压时此种干扰分量不存在。但当出现此种干扰分量时，通常是有害的。
总之，使各开关被限制成不再大体上等于两个相邻电容器的额定充电电压之间的差值的电压，也即电压源电压除以转换器中的级的数目所得到的电压，这会置各开关于危险状态。
当然，如上面所说的，在各电容器上的电荷量的误差会自发地消除，但是处理过程花时间。
再者，自发过程系经由电流源进行。因此在电流源不施加电流时就不能产生效果，而当流过电流源的电流较小时它将是缓慢的。
基于以上分析，本发明提出了一个多电平转换器，其中转换器的每个电容器上的平均电荷量是更好地保持在额定值上。
本发明提供一种多电平转换器，包括：在一个电压源SE和一个电流源C之间，有串接的可控制的诸开关单元CL1；CL2；…；CLn，每个开关单元有两个开关T1，T＇1；T2，T＇2；…；Tn，T＇n，以两个开关的每一个开关的一个极组成一对上游极的一部分，此两开关的每一个开关的另一极组成一对下游极的一部分，一个上游开关单元的下游极对连接到一个下游开关单元的上游极对，第一个开关单元CL1的上游极对连接到上述电流源C，而最后一个开关单元CLn的下游极对则连接到上述电压源SE，该转换器还包括每个开关单元的各自的电容器C1，C2，…，Cn，当所说电压源SE具有与最后一个开关单元CLn的电容器Cn的电容值相等的内部电容时则最后单元的电容器可省去，每个电容器在构成其开关单元的下游极对的两个极之间连接，该转换器还包含控制装置，该控制装置控制该转换器的额定运行并且对串接的诸开关单元进行控制来使任一开关单元的两个开关始终处于不同的状态，即若一个处于导通状态，则另一个处于不导通状态，反之亦然。使得在对由上述控制装置所输送的一个开关单元控制信号CT1，CT2，…，CTn进行响应时，在一个给定开关单元中的两开关之一在一个循环重复的转换器周期期间连续地依次处于第一导通状态和第二导通状态，从而在对除在时间上有上述周期的一部分的偏移之外完全相同的开关单元控制信号进行响应时，诸相邻连接的开关单元的各开关的功能分别处于同样情况而仅在时间上有上述周期的一部分的偏移，诸相邻的电容器C1，C2，…，Cn分别增加其额定平均充电电压，在每个上述开关单元中的电容器的额定平均充电电压等于来自所述的电压源SE的电压VE乘以开关单元的数目的倒数再乘以单元的级的序号R所得的乘积，该转换器的特征在于，它包含有估测各个电容器的两端的平均电压的装置VMO1，VMO2，…，VMOn，测量各电容器C1，C2，…，Cn的估测的平均充电电压和额定平均充电电压之间的差值的装置VE1，VE2，…，VEn，还有附加控制装置MCC1，MCC2，…，MCCn，用于在一个方向上改变与上述电容器相关联的开关单元的上述第一导通状态的持续时间以便减少上述测量所得的差。
本发明各种作用和特性将在以下以不加限制的方法以给定实例分别描述实施例时参考附图加以更详明的阐释，附图有：
图1是如上所述的已知的多电平转换器的电路原理图；
图2是图1的多电平转换器的相邻二级的部分的电路原理图；
图3是显示图1和图2的多电平转换器的运作的波形图，这是包括三个级的实例；
图4是图1，2和3中所示类型的多电平转换器的控制装置的电路原理图，它实施本发明的结构；
图5是一曲线图，它阐释本发明是如何按照图4的结构而实施的，并且涉及一个如图2中所示的单元的任意多电平的转换器单元；
图6是估测电容器充电电压和可用于图4的电路中的装置的电路原理图；
图7是部分改变了的图4中所示装置的电路原理图，是相当于多电平转换器中每个电容器的平均充电电压是从诸开关都开路时从每个开关的已知的二端电压导出的情况。
不再对一个多电平转换器进行说明，图1，2，3的原理图相当于专利文件FR2697715 A1中所描述的类型的转换器，对于更充分详细的说明读者可加以参考。
在图4中，只显示了图1中的转换器的电容器C1，C2，…，Cn。
按照本发明，每个电容器分别与可估测各电容器二端电压的估测电路VMO1，VMO2，…，VMOn相关联。为此，每个此种电路连接到各自电容器的二端并估测信号VO1，VO2，…，VOn，它们代表存在于电容器二端的电压。
按照本发明，每个电容器也与各自测量电压差的差值测量装置VE1，VE2，…VEn相关联，这些差值测量装置测量从相应的估测电路观察到的平均充电电压和电容器的额定平均充电电压之间的可能有的任何差值。差值测量装置计算电容器的额定平均充电电压，它是电压源SE的电压VE的1/n，再乘以级的序号R，n是转换器中的级的数目。此电路于是接收电压值VE，这时n和R值均为常数并在每个电路中是硬连线的。由此，电路导出额定平均充电电压VE·R/n并和估测的平均充电电压比较而获得差值信号VEC1，VEC2，…VECn，这些差值信号代表所说的两个电压之间的电压差。
差值信号作用在含在控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn中的附加的控制装置上。这些控制模块响应触发信号sd1，sd2，…sdn而工作，这些触发信号由以BT为时基在每个如P1的周期中(图3)在偏移状态(offset)中被输送到控制模块，从而在偏移状态中控制转换器的开关单元。每个控制模块的基本功能是在每个该周期产生一控制脉冲，控制脉冲的额定持续时间由调制信号的M值来确定。在控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn中的所述附加控制装置改变脉冲的长度，使所述脉冲的长度为差值信号VEC1，VEC2，…，VECn的数值和电流源产生的电流Ⅰ的函数。在控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn中的每个所述附加控制装置最终最好改变脉冲的长度使之成为由相邻的控制模块对它自己的控制脉冲做出的变化的函数，并由每个控制模块MCC1，MCC2，…MCCn产生的变化信号SM1，SM2，…SMn来指示给它。在图4中所示的例子中，信号SM1由控制模块MCC2产生，信号SM2由控制模块MCC3产生(未表示)。所提到的信号SMn由于一致性的原因用于控制模块MCCn，但由于这里没有控制模块MCCn+1，故它是不存在的。产生的信号CT1，CT2，…，CTn控制在相应的开关单元CL1，CL2，…，CLn中的各个开关的相应状态。
更精确地说，差值信号延长(或缩短)相应的开关T1，T2，…，Tn的“1”状态(见图1)。此种延长依靠待校正的电荷量的差值，并且依赖流过电流源Ⅰ的电流，该电流由常规类型的电流传感器与电流源相串联来接入进行测量，并且依赖电容器的容抗，该容抗是在控制模块中固定地硬连接的一个常量。
信号的延长也依赖于施加于相邻的控制脉冲的延长，如上述，即“电容器C1接收到来自提供附加负电荷给电容器C2的相同电流的附加正电荷”。例如，延长控制脉冲CT2，把开关T2置于导通状态并对电容器C2充以负电荷而施加不需要的附加正电荷于电容器C1。此种附加的延长由信号SM1指示给控制模块MCC1，SM1用于在使上述不需要的附加正电荷被校正的方向上校正控制信号CT1。
当然，如果一个电容器在另一个方向影响另一个电容器的电荷量的变化，则这样的逐步校正的方向是相反的。
图5示出如图2所示的两个相邻单元组合的两个运作实例，以图2所示的电流方向示出电容器CK的充电和放电，以曲线IK和VCK代表流过电容器的电流和它的两端间电压。同样，图5示出在单元CLK和CLK+1中的开关TK和TK+1的运作。
在转换器运行周期PC1中，用于闭合开关TK和TK+1的额定脉冲相继出现而无重叠。正如如上所表明的，脉冲TK提供一电流脉冲Id，该电流脉冲Id施加附加负电荷给电容器CK，即使电容器放电。然后脉冲TK+1提供电流脉冲Ie，该电流脉冲Ie施加正附加电荷，即它使电容器再充电。原处在ec1电平的电压VCK，在脉冲Id期间降低，然后在脉冲Ie期间又增加而达到同样的电平ec1。
由第一修正间隔itk1延长的脉冲显示了对额定脉冲TK的长度做一个改变，然后再由第二个校正间隔itk2延长该脉冲。
只要校正间隔itk1比额定脉冲TK和TK+1之间经过的时间短，这使电容器CK的放电的C’CK1延长，为的是校正测得的差值，该差值假定是由电容器CK上的过量电荷所构成。其结果是，放电周期被延长而最后在电容器CK的二端观察到相关电压降低，此电压变成小于ec1的ec2。
假如此校正扩展到第二个校正间隙itk2，达到延长了的脉冲TK至少部分与脉冲TK+1重叠的程度，放电周期的延长复盖了整个持续时间一直到额定充电TK+1开始为止。于是，由于两个开关均处于闭合状态，电容器CK的充电从脉冲TK+1的开始到延伸脉冲TK终止的瞬间被缩短了CCK2。其结果是，电容器CK二端的电压变为ec3，此电压小于ec2。放电的延长和充电的缩短这二者的作用减少电容器CK上的过量电荷。
当然，上述例子仅是作为说明用的。进行的校正比开关的额定脉冲的持续时间要大得多，这不应在实际应用中出现。但是，它们清楚地显示出在转换器中处于充电差值校正时在一个单元CLK的额定脉冲TK之末接近下一个单元的额定脉冲TK+1的开始时以及在延长额定脉冲TK而没有引起或引起它与额定脉冲TK+1至少部分重叠时会遇到什么情况。在这些情况中已证明校正是有效的。
图5还显示，在另一个周期PC2中，在额定脉冲TK和TK+1部分重叠的情况下，校正电容器CK上过量电荷的校正机制。如同上述检查的itk2/CCK2对的那样，延长itk3/缩短CCK3对(pair)均影响所需的校正。
可以容易地验证：一个反方向的即在电容器CK上的平均电荷不足的校正导致在额定脉冲TK的持续时间下降并且增加电容器CK上的电荷量。
在一个变型中，所讨论的电荷量的差值可在执行所有控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn的功能的集中控制电路中加以校正，或者在一个包括所有控制模块MCC1，MCC2，…，MCCn与相互连接及模块内相互协调的装置的电路中加以校正，并且这样能估计对转换器的一个或多个级的运行所做的初始校正，以及相应的随后校正。
在一个简单的实施例中，一个这样一个电路保持诸开关的第一级的运行的传号-空号比(mark-space ratio)，举例来说，如上面所说明的，该电路通过改变其它诸级的传号-空号比来校正任何观察到的差值。同样可以保持在最后级的运行的传号-空号比。
在这些条件下，本领域内行人可容易地了解，通过做一个除第一级外影响所有级的全面的校正，使用前述的机制来调节最后的控制而使全部校正组合不影响电流源是可能的，提供给电源流的电压保持常量，只有取自电压源的能量在变动，这是通过增/减所取的能量然后借助上述校正机制把它分配在各个级来实现的。
以同样的方法，由转换器提供给电流源的电压可以通过调制n-1级的电容器上的电荷量来改变，且只限于第n-1级的电容，于是上述校正机制将电荷带到n-2，…，2，1诸级的诸电容器上而使这些电容器带有应该具有的电荷。
这样上述电路便有可能调整开关TK的导通持续时间，从而在全部时间，每个电容器CK的平均电压尽可能接近其额定充电电压。
正如上述，额定充电电压相当于电压源的电压VE的一个分数倍的值(图1)，电压VE决定于所讨论中的级的序号K。
电容器的平均电压因此按与以上所述一致方式，在估测电路VMO1，VMO2，…，VMOn中进行估测，即代表者为VMOK。
基于以上所述，并参考图6，已具体构成的估测电路，由串接在电容器CK二端的阻抗ptk1和ptk2组成，并将一已定的该电容器二端的电压的分数倍的值传送到一个模-数转换器ADC，该转换器ADC的功能是在每个脉冲上传送一数字电压值给一平均电路SCK，平均电路SCK是由一个门电路PVK在转换器在每次循环中读一次，门电路PVK则由信号gk触发。信号fk和gk最好由时基BT(图4)产生而它们在转换器运行周期中的位置是在转换器运行周期中的电压的m次测量以后，在计算出上述测量结果的平均值以后；估测出的平均充电电压值在适合于确定在控制模块MMC1，MMC2，…，MMCn中在相应单元的合适导通状态(即上述开关TK的导通)的持续时间中的其描述可参照图4的变化的时刻作用在SCK电路的输出VOK上，在转换器的每次循环作用一次。
当然，在电容器CK上估测得的平均电荷量可以用其它装置获得。
图7示出了第一种变型电路，代替测量电容器CK二端的电压，如在每个单元中的各开关中的某个的端电压的测量一样测出电压源的电压VE，继而通过一步一步的减法，得到多电平转换器的多个电容器的每一个的平均充电电压。图7示出图1中的多电平转换器的开关TK中的一个，它和电压估测电路VIK连接。此电压估测电路可如图6所示，由一本领域内行进行适当调整，它在计算电路接收到控制开关TK的控制信号VCK的同时对一个计算电路CC提供一个代表开关TK的两端的电压的信号VK，这就可以使计算电路只计及在该开关不导通时由估测电路VIK所提供的数值。计算电路直接接收电压VE，此电压也可从诸如图6那样的电路获得，加以适当简化，它实现提供图4的信号VO1，VO2，…VOn的减法。
另一种变型电路可方便地从图3演变出来，输送给电流源Ⅰ的脉冲幅度测量值的大小代表生成它们的电容器的两端的电压值。将一个诸如图6的简单电路连接到电流源C的两端并估测沿图3的曲线Ⅵ的各不同点的电压，处于各个周期如P1之际看到由各个电容器输出的电平Vi1，Vi2，Vi3。本领域内行可容易地知道如何从中得到代表多电平转换器的各个电容器的估测平均电荷量的图3中所示的信号VO1，VO2，…，VOn。
当然，上述阐述用无限制的例子给出，数值可随不同的应用而改变。

Claims (8)

1．一种多电平转换器，包括：在一个电压源(SE)和一个电流源(C)之间，有串接的可控制的诸开关单元(CL1；CL2；…；CLn)，每个开关单元有两个开关(T1，T＇1；T2，T＇2；…；Tn，T＇n)，以两个开关的每一个开关的一个极组成一对上游极的一部分，此二开关的每一个开关的另一极组成一对下游极的一部分，一个上游开关单元的下游极对连接到一个下游开关单元的上游极对，第一个开关单元(CL1)的上游极对连接到上述电流源(C)，而最后一个开关单元(CLn)的下游极对则连接到上述电压源(SE)，该转换器还包括每个开关单元的各自的电容器(C1，C2，…，Cn)，当所说电压源(SE)具有与最后一个开关单元(CLn)的电容器(Cn)的电容值相等的内部电容时则最后单元的电容器可省去，每个电容器在构成其开关单元的下游极对的两个极之间连接，该转换器还包含控制装置，该控制装置控制该转换器的额定运行并且对串接的诸开关单元进行控制来使任一开关单元的两个开关始终处于不同的状态，即若一个处于导通状态，则另一个处于不导通状态，反之亦然，使得在对由上述控制装置所输送的一个开关单元控制信号(CT1，CT2，…，CTn)进行响应时，在一个给定开关单元中的两个开关之一在一个循环重复的转换器周期期间连续地依次处于第一导通状态和第二导通状态，从而在对除在时间上有上述周期的一部分的偏移之外完全相同的开关单元控制信号进行响应时，诸相邻连接的开关单元的各开关的功能分别处于同样情况而仅在时间上有上述周期的一部分的偏移，诸相邻的电容器(C1，C2，…，Cn)分别增加其额定平均充电电压，在每个上述开关单元中的电容器的额定平均充电电压等于来自所述的电压源(SE)的电压(VE)乘以开关单元的数目的倒数再乘以单元的级的序号(R)所得的乘积，该转换器的特征在于，它包含有估测各个电容器的两端的平均电压的装置(VMO1，VMO2，…，VMOn)，测量各电容器(C1，C2，…，Cn)的估测的平均充电电压和额定平均充电电压之间的差值的装置(VE1，VE2，…，VEn)，还有附加控制装置(MCC1，MCC2，…，MCCn)，用于在一个方向上改变与上述电容器相关联的开关单元的上述第一导通状态的持续时间以便减少上述测量所得的差值。
2．根据权利要求1的多电平转换器，其特征在于每个差值测量装置(VE1，VE2，…，VEn)包含有这样的装置，该装置接收电压源(SE)的电压(VE)值、级的序号(R)和级的数目(n)来用以确定每个电容器的额定充电电压在转换器的运行周期应有的值，上述差值(VEC1，VEC2，…VECn)是在转换器的每个电容器上测量到的，所述差值的测量是由一比较器装置从上述额定充电电压减去每个电容器的两端的估测的上述平均电压来完成的。
3．根据权利要求2的多电平转换器，其特征在于，用于估测每个电容器(C1，C2，…，Cn)两端的电压的上述装置(VMO1，VMO2，…，VMOn)包括一电压表网络(ptk1，ptk2)，该网络跨接于电容器的二端。
4．依据权利要求2的多电平转换器，其特征在于用于估测每个电容器(C1，C2，…，Cn)两端的电压的上述装置(VMO1，VMO2，…，VMOn)包括跨接于在每个开关单元中的一个开关(TK)的两端的电压表网络(VIK)和一个计算电路(CC)，该计算电路(CC)从电压源的电压(VE)和从分隔电容器与电压源的开关两端估测的电压得到每个电容器两端的电压。
5．根据权利要求2的多电平转换器，其特征在于：用于估测每个电容器两端的电压的上述装置包括一个电压表网络，该网络连接到电流源以便检测任何电荷量的差值对输出电压的影响，还有一个计算电路，该计算电路能估测每个电容器的两端的电压。
6．根据上述任何一项权利要求的多电平转换器，其特征在于每个上述附加控制装置(MCC1，MCC2，…，MCCn)除接收上述差值(VEC1，VEC2，…，VECn)外还接收由上述电流源产生的电流(Ⅰ)的一个测量值以及一个常量，该常量表示上述诸电容器中的与该测量相关联的一个电容器的容抗，并相应地计算与该电容器相关联的开关单元的上述第一导通状态的持续时间的变化，上述变化使在电容器中产生电荷以补偿上述电荷量的差值。
7．根据权利要求1至5中任何一项的多电平转换器，其特征在于每个上述附加控制装置(MCC1，MCC2，…，MCCn)除接收上述差值(VEC1，VEC2，…VECn)外还接收一调制信号(M)，并相应地改变与该电容器相关联的开关单元的上述第一导通状态的持续时间，使得在所有上述附加控制装置以同样方式工作时，上述电流源接收一个按上述调制信号调制的平均电压。
8．根据权利要求1至5中任何一项的多电平转换器，其特征在于，每个上述附加控制装置(MCC1，MCC2，…，MCCn)从一个相邻的附加控制装置接收一个在该相邻的附加控制装置中建立的变化信号(SM1，SM2，…SMn)，该变化信号定义该相邻的附加控制装置对与它相关联的开关单元的上述第一导通状态的上述持续时间所做的变化，从而该附加控制装置相应地在一个方向上改变与它相关的开关单元的上述第一导通状态的上述持续时间而在与该开关单元相关联的电容器中对在该相邻开关单元中做出的上述变化所产生的后果进行补偿。
CN96190176A 1995-03-10 1996-03-06 多电平转换器 Expired - Fee Related CN1062390C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR95/02818 1995-03-10
FR9502818A FR2731565B1 (fr) 1995-03-10 1995-03-10 Dispositif electronique de conversion de l'energie electrique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1148447A CN1148447A (zh) 1997-04-23
CN1062390C true CN1062390C (zh) 2001-02-21

Family

ID=9476932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN96190176A Expired - Fee Related CN1062390C (zh) 1995-03-10 1996-03-06 多电平转换器

Country Status (16)

Country Link
US (1) US5706188A (zh)
EP (1) EP0731554B1 (zh)
JP (1) JP3671982B2 (zh)
KR (1) KR100372062B1 (zh)
CN (1) CN1062390C (zh)
AT (1) ATE183034T1 (zh)
AU (1) AU688671B2 (zh)
BR (1) BR9605928A (zh)
CA (1) CA2189692C (zh)
DE (1) DE69603525T2 (zh)
DK (1) DK0731554T3 (zh)
ES (1) ES2135180T3 (zh)
FR (1) FR2731565B1 (zh)
RU (1) RU2150779C1 (zh)
TW (1) TW299517B (zh)
WO (1) WO1996028881A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2752343B1 (fr) * 1996-08-09 1998-09-11 Gec Alsthom Transport Sa Dispositif electronique de conversion de l'energie electrique
FR2758020B1 (fr) * 1996-12-30 1999-02-26 Alsthom Cge Alcatel Moyens de commande de convertisseur d'energie electrique a niveaux multiples, dit convertisseur multiniveaux
DE69819381T2 (de) * 1997-02-03 2004-09-09 Denso Corp., Kariya Ladungspumpenschaltung
FR2809548B1 (fr) * 2000-05-26 2002-08-02 Centre Nat Rech Scient Dispositif de conversion d'energie multicellulaire
IL138844A0 (en) * 2000-08-14 2001-10-31 K S Waves Ltd High efficiency power supply
SE520840C2 (sv) * 2001-02-05 2003-09-02 Abb Ab Anordning för omriktning samt förfarande för styrning därav
CN101795057B (zh) * 2010-04-07 2012-06-27 浙江大学 无需辅助直流电源的三相模块化多电平换流器启动方法
CN113302826A (zh) 2019-01-16 2021-08-24 派赛公司 多级dc-dc转换器
US10720842B1 (en) 2019-01-16 2020-07-21 Psemi Corporation Multi-level DC-DC converter with boundary transition control
US10720843B1 (en) 2019-01-16 2020-07-21 Psemi Corporation Multi-level DC-DC converter with lossy voltage balancing
US10770974B2 (en) 2019-01-16 2020-09-08 Psemi Corporation Multi-level DC-DC converter with lossless voltage balancing

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993002501A1 (fr) * 1991-07-25 1993-02-04 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Dispositif electronique de conversion d'energie electrique

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5947973A (ja) * 1982-09-13 1984-03-17 Toshiba Corp 多出力スイッチング電源装置
US5132895A (en) * 1990-12-11 1992-07-21 Motorola, Inc. Variable charge pumping DC-to-DC converter
JPH04222455A (ja) * 1990-12-20 1992-08-12 Nec Corp インタフェース回路
US5179289A (en) * 1991-10-22 1993-01-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Cascaded transformerless DC-DC voltage amplifier with optically isolated switching devices
US5345376A (en) * 1993-02-19 1994-09-06 Tescom Corporation Switching power supply with electronic isolation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993002501A1 (fr) * 1991-07-25 1993-02-04 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Dispositif electronique de conversion d'energie electrique

Also Published As

Publication number Publication date
CN1148447A (zh) 1997-04-23
FR2731565B1 (fr) 1997-04-18
KR970703057A (ko) 1997-06-10
DK0731554T3 (da) 1999-12-06
ATE183034T1 (de) 1999-08-15
DE69603525T2 (de) 1999-12-30
JP3671982B2 (ja) 2005-07-13
JPH10500559A (ja) 1998-01-13
ES2135180T3 (es) 1999-10-16
DE69603525D1 (de) 1999-09-09
US5706188A (en) 1998-01-06
EP0731554B1 (fr) 1999-08-04
KR100372062B1 (ko) 2003-04-10
TW299517B (zh) 1997-03-01
WO1996028881A1 (fr) 1996-09-19
CA2189692A1 (fr) 1996-09-19
EP0731554A1 (fr) 1996-09-11
FR2731565A1 (fr) 1996-09-13
CA2189692C (fr) 2004-05-25
AU688671B2 (en) 1998-03-12
AU4948596A (en) 1996-10-02
BR9605928A (pt) 1997-09-02
RU2150779C1 (ru) 2000-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1087518C (zh) 多级变换器
CN1062390C (zh) 多电平转换器
CN107408898A (zh) 用于多电平能量变换器的变换器模块
Schaef et al. A hybrid switched-capacitor battery management IC with embedded diagnostics for series-stacked li–ion arrays
CN1728518A (zh) Dc－dc转换器
RU2137285C1 (ru) Электронная схема для преобразования электрической энергии
WO2014082655A1 (en) A multilevel converter with cells being selected based on phase arm current
CN1108442A (zh) 电力变换器
CN1095242C (zh) 变换电能的电子线路
JP4643117B2 (ja) マルチセル・エネルギー変換装置
CN1057412C (zh) 多极变换器
EP2887517B1 (en) Method for controlling a multi-phase multi-level inverter
KR100756976B1 (ko) 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정방법
Xiao et al. Modular interleaved carrier generator using a straightforward implementation method
EP3176941A1 (en) Neutral point potential control method for single phase npc inverter
DE102009048175A1 (de) Vorrichtung zur Erfassung einer Physikalischen grösse
SU1691935A1 (ru) Система зар да накопительного конденсатора
Koochaki et al. Single phase application of space vector pulse width modulation for shunt active power filters
Das et al. An Accurate Approach to Calculate and Measure Capacitor Voltage and Inductor Current Levels in Hybrid Converters
Sabyasachi et al. A single phase hybrid multilevel inverter developed from half bridge cells
Aziz et al. An alternative PWM scheme for multilevel voltage source inverter
SU1317605A1 (ru) Преобразователь переменного тока в посто нный
SU1181092A1 (ru) Преобразователь переменного напряжения в постоянное
SU1365310A1 (ru) Способ получени квазисинусоидального ступенчатого выходного напр жени инвертора
SU1561177A1 (ru) Двухфазный мостовой источник средневольтного напр жени

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1032426

Country of ref document: HK

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20010221

Termination date: 20100306