CN111697852B 用于操作功率转换器的方法 （英飞凌科技奥地利有限公司）

US2009040800A1,2009.02.12US2003128563A1,2003.07.10相应的一个；以及整流器桥(1)，包括三个桥臂(11功率转换器包括在预定义的时间段内停用三个2中的每一个连接到所述两个DC链路节点(X、Z)和所述中点(Y)，并且包括至少一个电子开关由接收所述DC链路电压(V4)的所述另一功率转换器(5)调节所述DC链路电压(V4)，以及由所述另一功率转换器(5)提供经调节的输出电流(IOUT)或与所述DC链路电压(V4)不其中，由所述另一功率转换器(5)调节所述DC链路电压(V4)包括根据所述期望开关节启用桥臂中的所述至少一个电子开关的开关模式操作来调整所述启用桥臂的开关节点电3所述3/3模式下没有停用任何一个桥臂。4[0002]利用电子功率转换器进行有效的功率转换是许多电子应用中的重要问题。例如，可能低地保持功率转换器中发生且与操作功率转换器相包括三个桥臂。每个桥臂通过三个电感器中相应的一个耦合到三个输入节点中相应的一[0010]图6示出了被配置为根据图4所示的方法来操作功率转换器的控制电路的一个示[0013]图9示出了具有第一功率转换器和第二功率转换器的功率转换器装置，其中根据5[0017]图13示出了信号图，其更详细地示出了以图9所示的减少开关模式操作功率转换[0026]图22示出了在不同DC链路电压下以2/3模式或3/3模式操作的功率转换器的信号[0027]图23示出了被配置为以2/3模式或3/3模式操作功率转换器的控制电路的一个示[0029]图25示出了在不同DC链路电压下以1/3模式、2/3模式或3/3模式操作的功率转换[0031]图1示出了被称为维也纳整流器的功率转换器10的电路图，该功率转换器是开关61电平的幅值，并且三个输入电压V1-V3具有基本上相同的最小电压电平和相同的最大电压电平。此外，三个输入电压V1-V3可以具有基本上相同的频率，其中该频率例如在50Hz到LL的一个周期的范围在输入LL_MAX71关Q1、Q2、Q3中的任意一个)包括串联连接的两个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体MOSFET中的体二极管或者将它们的阳极进行连接，或者将它们的阴极进行连接。两个8臂11中的电子开关Q1的电流IQ1和在第一桥臂11中的电子开关3中箭头所示的方向流动。在这种情况下，电感器电流I1在第一开关Q1的关断时间段期间间，第一开关节点A'处的电压VA'由第一DC链路节点X处的电压VX减去第一整流器元件D11关Q1的关断时间段期间，第一开关节点A'处的电位基本上被钳位在第一DC链路节点X处的开关输入节点A'处的电位基本上被钳位在第二DC链路节点Z处的电压VZ。该电压VZ是以接[0050]在图3所示的功率转换器中，取决于第一输入电压V1的极性和第一电子开关Q1的9[0053]并且第二DC链路节点电压VZ由共模电压VCM乘以负1减去第二电容器电压VC2给[0057]第一电感器L1两端的电压VL1由给出，其中L1表示第一电感器L1I1在第一开关Q1的导通时间段期间增大，并且(b)电感器电流I1在第一开关Q1的关断时间当电感器电压VL1在第一开关Q1的一个导通时间段和一个关断时间段内的平均值为正时，电感器电流I1增大；并且当电感器电压VL1在第一开关Q1的一个导通时间段和一个关断时[0058]电子开关Q1(以及其他开关Q2、Q3)可以在固定开关频率fSW下以脉冲宽度调制续时间TON或电子开关Q1的关断时间段的持续时间TOFF中的一个与一个驱动循环的持续时间关Q1的关断时间段的持续时间TOFF由驱动循环的持续时间T减去导通时间段的持续时间TON环期间第一开关Q1导通；占空比d1＝1表示在第一输入电压V1的正半波中的相应驱动循环占空比d1表示在第一输入电压V1的负半波中的驱动循环中的导通时间段和关断时间段的在第一输入电压V1的负半波中为负。因此，在方程(2a)中而在方程(2b)中[0068]可以调节电容器电压VC1、VC2，使得这些电压中的每一个都是DC链路电压V4的制电路2接收DC链路电压信号SV4，其中DV4可以通过任何种类的电压测量电路(未示出)以常规方式测量，以获得DC链路电压信号6示出了被配置为生成驱动信号[0071]图6中所示的控制电路2包括接收DC链路电压信号SV4和DC链路电压参考器21从DC链路电压信号SV4中减去DC链路电压参考信号SV4_REF，并对差进行滤波以生成DC链23的输出信号S23表示功率转换器的总期望输入电流，其中总期望输入电流是功率转换器为了实现由DC链路电压参考信号SV4_REF所定义的DC链路电压V4的期望电压电平所需的输入23SI2_REF321包括连接在第一开关节点A'和中点Y之间的双向闭塞开关Q1、连接在第一开关节点A'和第一DC链路节点X之间的第一整流器元件D11、以及连接在第二DC链路节点Z第二整流器元件D212之间的第四整流器元件D214、连接在中点Y和第一整流器元件D211之间的第五整流器元件D215、以及连接在中点Y和第二整流器元件D212之间的第六整流器元从中点Y经由第五整流器元件D215和第四整流器元件D214流向第一开关节点A'。当电子开关Q1关断时，电流从第二DC链路节点Z经由第二整流器元件D212和第四整流器元件D214流向第一开关节点A'。二整流器元件D312之间的第二开关Q312、连接在中点Y和第一整流器元件D311之间的第三和整流器元件D311-D314可以连接为使得在输入电压V1的正半波期间，当第二电子开关第一开关Q311导通，使得电感器电流I1经由导通的第一电子开关Q311和第一整流器元件关断时，电感器电流I1从第二DC链路节点Z经由第二整流器元件D312和第二电子开关Q312流向第一开关节点A'。器元件D314连接在开关节点A'和第二整流器元件D点X处的电位VX和中点Y处的电位VY，以及在输入电压V1的负半波期间第二DC链路节点Z处和图7F中所示的桥臂11是所谓的多电平桥臂，其中图7E中所示的桥臂11是混合有源中性点如，参见G.Gateau,T.A.Meynard,H.Foch:“StackedMulticellConverter(SMC):Propertiesanddesign”，2001IEEE32ndAnnualPowerElectronicsSpecialists点Y或连接到所具有的电压处于中点Y处的电压与第一DC链路节点电压VX和第二DC链路节1中的电流一个周期的一些相位角处)功率转换器以1/[0091]参考上述内容，将停用桥臂的开关节点电压钳位在第一DC链路节点X处的DC链路当地调节DC链路电压V4来调节通过连接到停用桥臂的两个电感器的电流。图9中示出了一的恒定输出电压VOUT或恒定输出电流IOUT。当第二功率转换器5通过适当地调节DC链路电压[0093]图10示出了被配置为操作图9所示类型的具有第一功率转换器和第二功率转换器的功率转换器装置的控制电路4的一个示例。图10中所示的控制电路4包括两个主支路(或SIOUT_REF的第一滤波器41，其中输出电流参考信号SIOUT_REF表示输出电流IOUT的期望电流水乘法器43接收加法器42的输出信号S42和输出电流参考信号SIOUT_REF。乘法器43的输出信号S43除以表示输入电压V1、V2、V3的振幅平方的1.5倍的信号除法器23的输VC'_REF环路是在图10的上下文中解释的控制环路中[0097]通过控制电路4控制输出电流IOUT仅是一个示例。根据另一示例，控制输出电压VOUT最大电压参考信号相关联的桥臂；(b)选择最小的并停用与最小电压参考信号相关联的桥第二输入节点522可以连接到第二DC链路节点Z，并且第一转换器级51的第二输入节点512是第一转换器级51的第一输出节点513和第二转换器级52的第二输出节点5251和第二转换器级52的不同类型DC-DC转换器的示例包括但不限于：反激转换器(隔离)、[0102]图12中示出了被配置为控制图11所示类型的第二功率转换器5的操作的第二控制[0103]第二控制电路支路6被配置为以DC链路电压V4等于由最大开关节点电压参考信号SMAX'和最小开关节点电压参考信号SMIN'之间的差表示的电压的方式来操作第二功率转换最小开关节点电压参考信号SMIN'之间的差所表示的电压，被箝位到第一DC链路节点X和第停用桥臂的那些电感器的电感器电流具有以由第一控制电路支路40计算的相应输入电流0.5相乘。乘法器的输出信号形成第一电容器电压参考信号SVC1_REF和第二电容器电压参考第一输入电流参考信号SI51_REF，其中第一输入电流参考信号SI51_REF表示第一转换器级51的入电流参考信号SI52_REF，其中第二输入电流参考信号SI52_REF表示第二转换器级52的期望输[0105]第一支路包括减法器641，该减法器641从第一电容器电压参考信号SVC1_REF中减去表示第一电容器电压VC1的第一电容器电压信号SCV1。该减法器的输出信号被滤波器651滤表示进入第一DC链路节点X的电流(其中，该电流IX由第一功率转换器提供)的电流信号SIX和滤波器输出信号SIC1_REF之间的差来给出第一输入电流参考信号SI[0106]第二支路包括减法器642，该减法器642从第二电容器电压参考信号SVC2_REF中减去表示第二电容器电压VC2的第二电容器电压信号SCV2。该减法器的输出信号被滤波器652滤表示进入第二DC链路节点Z的电流(其中，该电流IZ由第一功率转换器提供)的电流信号SIZ和滤波器输出信号SIC2_REF之间的差来给出第二输入电流参考信号SI[0107]参考图12，第一PWM调制器671接收第一输入电流参考信号SI51_R一个或多个开关(图中未示出)的操作，使得第一输入电流I51具有由第一输入电流参考信转换器级52中的一个或多个开关(图中未示出)的操作，使得第二输入电流I52具有由第二SVB'_REFVC'_REF中的第二开关节点电压参考信号SVB'_REF的电压电平和开关节点电压参考信压参考信号SVB'_REF的电压电平低于第一开关节点电压参考信号SVA'_REF的信号电平和第三开一开关节点电压参考信号SVA'_REF的信号电平与第二开关节点电压参考信号SVB'_REF的信号电[0113]参考图13，以1/3模式操作功率转换器包括启用与的桥臂并停用与最大开关节点电压参考信号SMAX'和最小开关节点电压参考信号SMIN'相关3[0120]图13还在输入电压的一个周期内示出了表示该共模电压VCM的共模电压信号SVC关联的桥臂的占空比，而dmin表示与在相应的操作阶段中的最小开关节点电压参考信号望开关节点电压，而Vmin'表示由最小开关节点电压参考信号SMIN'表示的期望开关节最大输入电压Vmax和最小输入电压Vmin，使得变化的DC链路电压V4基本上等于线间电压VLL[0125]图9中所示的功率转换器装置不限于生成DC链路电压V4，使得它由SMAX'-SMIN'定电压信号SV4_MIN表示在第一功率转换器10的输出处应该生成的DC链路电压V4的最小值。最压信号SV4_MIN表示的电压称为最小期望DC链路[0126]当最小期望DC链路电压V4MIN是减法器输出信号S62的最小值或更低时，如上所述在第一时刻t1和第二时刻t2之间以全1/3模式操作于减法器输出信号S62生成DC链路电压V4。在剩余时间中基于最小期望DC链路电压信号个周期期间以1/3模式操作的持续时间随着最小DC链路电压V4MIN增大而减小。功率转换器以1/3模式和3/3模式交替操作的操作模式(如图15中时刻t2和t3之间所示)在下文中被称[0131]参考图16，当最小期望DC链路电压信号SV4_MIN低于减法器输出信号S62的最小值模式下，操作阶段中的功率转换器以3/3模式操作的部分随着最小期望DC链路电压V4MIN增大而增大，并且操作阶段中的功率转换器以1/3模式操作的部分随着最小期望DC链路电压[0133]参考图16，当最小期望DC链路电压信号SV4_MIN高于减法器输出信号S62的最大值控制电路支路6可以包括参考图14所解释类调整，其中第二功率转换器的输出电压VOUT可由诸如由功率转换器装置充电的电池等负载1和图3所示类型的功率转换器10中，输入电流[0139]在3/3模式下，可以通过适当地选择共模电压VCM来减小中点电流IY(在下文中也[0145]参考上述内容，且因此基于方程(8a)和[0158](a)只要ZMC共模电压VCMzmc在最大共模电压VCMmax和最小共模电压VCMmin给出[0161](b)只要ZMC共模电压VCMzmc超出最大共模电压VCMmax和最小共模电压VCMmin给[0167]图20示出了信号图，该信号图示出了根据一个示例的以2/3+PWM模式操作功率转见，只要ZMC共模电压VCMzmc在最大共模电压VCMmax和最小共模电压VCMmin给出的范围内压VCMzmc。当ZMC共模电压VCMzmc在最大共模电压VCMmax和最小共模电压VCMmin给出的范11压VCMzmc小于最小共模电压VCMmin时，调整共模电压VCM以使得其等于最小共模电压且仅在功率转换器以2/3模式操作的那些时间段中(在那些相位角处)，中点电流IY不同于[0170]基本上，功率转换器在输入电压的一个周期中以2/3模式操作的时间段的持续时链路电压V4增大而增大，并且操作阶段中的功率转换器以2/3模式操作的部分随着最小期操作功率转换器。因此，可以在高于V4FULLVLL_MAX和V4FULL_3_3之间的DC链路电压下以2/3+PWM模式操作功率转换器有助3模式操作的时间段的持续时间随着DC链[0175]图1或图3所示类型的功率转换器可以通过图23所示类型的控制电路以2/3+PWM模等于ZMC共模电压VCMzmc；以及(b)当ZMC共模电压VCMzmc在最大共模电压VCMmax和最小共模电压VCMmin给出的范围之外时，共模电压VCM在该范围内。为了根据方程(7)、(10a)、[0177]图24示出了在六个操作阶段P1-P6中的任意一个中第一功率转换器10的取决于DC[0179]当利用参考图22解释的类型的共模电压信号发生器45生成共模电压信号SVCM时，可以通过图10所示类型的控制电路来实现以图24和图25所示类型的部分升压模式操作第一功率转换器10。在这种情况下，当第二功率转换器5生成DC链路电压V4，使得其等于