ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ПЕРЕКЛЮЧАЮЩАЯ ЯЧЕЙКА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ Российский патент 2016 года по МПК H02M7/49 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к преобразователям, в частности, касается модульных многоуровневых силовых преобразователей. Настоящее изобретение относится также к мерам по выявлению неисправностей в преобразователе.

Уровень техники

В настоящее время преобразователи используются в технике известного уровня различными способами. В частности, прямые преобразователи имеют преимущества при управлении приводами, т.к. в некоторых областях применения они могут управлять большими токами, чем непрямые преобразователи при том же усилии.

Модульные многоуровневые преобразователи (modular multi-level converters, сокращенно MCC, MMLC или M2LC) используются, в частности, в качестве прямых преобразователей. Такие преобразователи имеют преобразовательные плечи, которые соединяют входную сторону фазовой линии с выходной стороной фазовой линии. Такие преобразователи могут также быть использованы в качестве частичных преобразователей, соединяемых друг с другом последовательно.

Каждое из преобразовательных плеч представляет собой последовательную цепь, содержащую индуктивность и одну или более переключающих ячеек в виде двухполюсников. Переключающие ячейки могут быть выполнены в виде полумоста или полного моста и могут иметь накопитель энергии, например, конденсатор переключающей ячейки. Посредством соответствующего соединения преобразовательное плечо может быть скоммутировано таким образом, что накопитель энергии включается в преобразовательное плечо или отключается от него. Управление прямым преобразователем обычно осуществляется путем управления каждой переключающей ячейкой индивидуально, таким образом, что к выводам соответствующей переключающей ячейки не прикладывается никакого напряжения и через диоды свободного хода протекает только пассивный электрический ток или на выводы соответствующей переключающей ячейки прикладывается напряжение накопителя энергии, иными словами, напряжение конденсатора переключающей ячейки в случае полумостового соединения или не инвертированное или инвертированное напряжение конденсатора в случае полномостового соединения. Прямые преобразователи этого типа известны, например, из WO 03/090331 или US 2011/0075 465 A1.

В прямых преобразователях могут возникать неисправности. При возникновении неисправности обычно требуется немедленная реакция, для того чтобы избежать разрушения компонентов.

В документе US 2008/0232 145 A1, например, описан многоуровневый преобразователь, в котором преобразовательные плечи имеют множество переключающих ячеек. Если неисправность возникает в одной из переключающих ячеек, которую можно идентифицировать, например, путем сравнения выходного напряжения с ожидаемым напряжением, то соответствующая переключающая ячейка шунтируется.

Документ Maharjan, L. et al., "Fault-Tolerant Operation of a Battery-Energy-Storage System Based on a Multilevel Cascade PWM Converter with Star Configuration", IEEE Transactions on power electronics. Volume 25, No.9, September 2010, pages 2386-2396 предлагает после выявления неисправности в переключающей ячейке преобразователя закорачивать переключающую ячейку накоротко, что позволяет преобразователю продолжать работать с другими переключающими ячейками. Неисправные переключающие ячейки могут быть выявлены, например, с использованием изменений профиля выходного напряжения и (или) профиля напряжения конденсатора.

Полномостовая схема и полумостовая схема переключающей ячейки обычно содержат биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT транзисторы) в качестве силовых полупроводниковых приборов для переключения электрических токов. В случае силовых полупроводниковых ключей на базе IGBT транзисторов, их внутреннее сопротивление резко увеличивается при достижении определенной силы тока, что обычно объясняют выходом IGBT транзисторов из насыщения. Если IGBT транзистор выходит из насыщения, его необходимо немедленно отключить, т.к. преобразуемая IGBT транзистором мощность может быстро превысить допустимое значение из-за увеличения напряжения вследствие увеличения сопротивления. Например, IGBT транзисторы на сегодняшний день могут выдерживать выход из насыщения и отключение сверхтока в течение предварительно заданного промежутка времени, например, 10 мкс, если промежуточная цепь не имеет чрезмерно большую паразитную индуктивность. Для того чтобы можно было быстро производить отключение после выявления выхода IGBT транзистора из насыщения, непосредственно в каждой отдельной переключающей ячейке устанавливают устройство контроля переключающей ячейки, предназначенное для контроля переключающей ячейки и отключения IGBT транзистора. Только после обнаружения устройством контроля переключающей ячейки выхода IGBT транзистора из насыщения и его отключения происходит оповещение центрального устройства контроля об отключении соответствующей переключающей ячейки.

Чтобы переключающая ячейка могла быстро реагировать на выявленную неисправность, каждая отдельная переключающая ячейка может быть оснащена шунтирующим элементом, позволяющим замыкать накоротко неисправную переключающую ячейку. В качестве шунтирующих элементов известны тиристорные цепи, электромеханические выключатели, пиротехнические выключатели или разрушаемые полупроводники. Однако многие из предложенных шунтирующих элементов могут быть замкнуты накоротко только один раз и уже не могут быть в дальнейшем разомкнуты.

Сверхтоки в IGBT транзисторах, протекающие в результате выхода из насыщения, могут быть вызваны не только неисправностями самих переключающих ячеек, но и неисправностями, возникающими вне силового преобразователя или вне переключающих ячеек.

Отсюда, поскольку надежно установлено, что неисправность присутствует в переключающей ячейке, в которой шунтирующий элемент замкнут, то нет необходимости размыкать шунтирующий элемент. Однако ввиду того, что неисправности, произошедшие вне соответствующей переключающей ячейки, также некорректно приписываются переключающей ячейке с описанной выше структурой, может возникать ситуация, при которой шунтируются работоспособные переключающие ячейки, и в результате они могут надолго становиться нерабочими, т.к. шунт, подключенный параллельно переключающей ячейке, не может быть отключен с использованием простых мер. Однако здесь предполагается, что каждая переключающая ячейка, в которой выявлена неисправность, является неисправной, или неисправности в переключающих ячейках выявляются вне переключающих ячеек и ассоциируются с переключающими ячейками посредством сложных методов анализа. Документ WO 2011/116816 А1 так же специфицирует многоуровневый преобразователь, имеющий переключающие ячейки, в котором триггерный элемент для шунтирования переключающей ячейки (WO 2011/116816 А1, Фиг.5, позиция 18) установлен между двумя переключающими ячейками (WO 2011/116816 А1, Фиг.5, позиции 6а, 6b), при этом сигнал запуска триггера вырабатывается центральным устройством контроля (главным контроллером) непосредственно или посредством устройства контроля ячейки (WO 2011/116816 A1, Фиг.5, позиция 34) с временной задержкой относительно времени возникновения неисправности и передается на триггерный элемент.

Документ "Prospects of Multilevel VSC Technologies for Power Transmission”, B.Gemmell et al. Transmission and Distribution Conference and Exposition, 2008, T&D IEEE/PES, Piscataway, NJ, USA, April 20, 2008 так же описывает многоуровневый преобразователь родового типа, имеющий переключающие ячейки.

Раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения - обеспечить, чтобы в прямом модульном преобразователе, имеющем в своем составе переключающие ячейки, ни одна из переключающих ячеек не шунтировалась надолго из-за некорректно идентифицированной неисправности внутри переключающей ячейки. Данная цель достигается с помощью способа управления преобразователем в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения и с помощью переключающей ячейки для преобразователя и самого преобразователя, соответствующих независимому пункту формулы изобретения.

Дальнейшие полезные подробности настоящего изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В первом аспекте предложен способ управления преобразователем, в котором преобразователь содержит множество плеч моста, имеющих одну или несколько переключающих ячеек, соединенных последовательно, при этом каждое плечо моста соединяет один из множества входов с одним из множества выходов преобразователя, способ, состоящий из следующих этапов:

- контроль каждой переключающей ячейки с целью выявления неисправности;

- срабатывание триггерного элемента для замыкания накоротко выводов переключающей ячейки в случае выявления неисправности в одной из переключающих ячеек, если только неисправность не будут выявлена в еще какой-нибудь переключающей ячейке, при этом о выявленной неисправности в одной переключающей ячейке оповещается центральное устройство контроля, в котором запускается таймер, при этом в центральном устройстве контроля осуществляется проверка с целью выяснения, не поступит ли в течение предварительно заданного промежутка времени оповещение о выявлении неисправности в еще какой-нибудь переключающей ячейке, и если в течение предварительно заданного промежутка времени не поступает оповещения о выявлении неисправности в еще какой-нибудь переключающей ячейке, то центральное устройство контроля соответствующий триггерный элемент упомянутой переключающей ячейки.

Преимущество вышеупомянутого способа заключается в том, что ни одна переключающая ячейка не будет замкнута накоротко из-за выявленной до этого неисправности до тех пор, пока не будет исключена возможность того, что неисправность находится вне соответствующей переключающий ячейки. В частности, при использовании триггерных элементов в переключающей ячейке, которые надолго замыкают переключающую ячейку накоротко, способ позволяет избежать перевода соответствующей переключающей ячейки в нерабочее состояние в результате замыкания накоротко, в случае если она работает корректно.

Вышеупомянутый преобразователь содержит средство контроля, с помощью которого неисправность, выявленная в переключающей ячейке, считается неисправностью самой переключающие ячейки, если неисправность происходит только в соответствующей переключающей ячейке, тогда как если неисправности выявлены в нескольких переключающих ячейках в одно и то же время или с незначительным разбросом по времени, то подразумевается иная неисправность. Другими словами, предполагается внешнее воздействие на преобразователь, если неисправности выявлены в нескольких переключающих ячейках.

Для переключающих ячеек, контролируемых таким образом, может быть сделано допущение, что выход из насыщения IGBT транзисторов, используемых в переключающих ячейках, считается неисправностью одной из переключающих ячеек.

Более того, контроль переключающих ячеек может осуществляться таким образом, что изменение напряжения вне пределов окна времени переключения, в течение которого один или более силовых полупроводниковых ключей отрабатывают переключение, в частности, изменение напряжения, которое превышает предварительно заданную величину, принимается за неисправность в одной из переключающих ячеек.

В соответствии с другим вариантом осуществления, один из триггерных элементов для замыкания накоротко выводов переключающей ячейки может срабатывать, если в это же время или с небольшим разбросом относительно времени выявления неисправности в переключающей ячейке в пределах предварительно заданного временного интервала не выявлена неисправность в еще одной из переключающих ячеек.

Для одного из триггерных элементов для замыкания накоротко выводов переключающей ячейки может быть предусмотрено условие, что он должен срабатывать только тогда, когда выявление неисправности в той или иной из переключающих ячеек не сопровождается выявлением неисправности в это же время или с небольшим разбросом от этого времени в пределах предварительно заданного временного интервала в еще одной из переключающих ячеек, и неисправность повторно произошла в той же конкретной переключающей ячейке.

Более того, после выявления неисправности в одной из переключающих ячеек, управление силовыми полупроводниковыми ключами соответствующей переключающей ячейки может быть прекращено; в частности, силовые полупроводниковые ключи могут быть отключены.

В соответствии с одним из вариантов осуществления, при выявлении неисправности в одной из переключающих ячеек, сопровождаемом выявлением неисправности в другой переключающей ячейке, силовые полупроводниковые ключи множества переключающих ячеек или всех переключающих ячеек могут быть отключены. В другом аспекте предложена переключающая ячейка для преобразователя, имеющая один или более полумостов и накопитель энергии, в которой устройство контроля используется в целях:

- контроля переключающей ячейки с целью выявления неисправности,

- выдачи вовне на центральное устройство контроля оповещения о возникновении неисправности, в случае ее выявления, и

- запуска триггерного элемента для замыкания накоротко выводов переключающей ячейки, если сигнал запуска принят центральным устройством контроля, в ответ на оповещение о возникновении неисправности, упомянутое оповещение поступает на центральное устройство контроля извне.

В еще одном аспекте предложен преобразователь, имеющий ряд входов и ряд выходов для преобразования входного напряжения в выходное напряжение, включающий в себя:

- множество плеч моста, имеющих одну или более переключающих ячеек, соединенных последовательно, при этом каждое плечо моста соединяет один из входов с одним их выходов;

- соответствующее устройство контроля в каждой из переключающих ячеек, предназначенное для выявления неисправности;

- соответствующий триггерный элемент в каждой из переключающих ячеек, предназначенный для замыкания накоротко выводов переключающей ячейки;

- центральное устройство контроля, связанное линией связи с каждым устройством контроля и предназначенное для:

- получения оповещения о неисправности, выявленной одним из устройств контроля, и

- запуска одного из триггерных элементов, если ни в одной из других переключающих ячеек не выявлено неисправности после выявления неисправности в одной переключающей ячейке.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны более подробно ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, из которых:

Фиг.1 - схематическое изображение модульного многоуровнего преобразователя;

Фиг.2а и Фиг.2b - схематические изображения переключающей ячейки для построения модульного многоуровнего преобразователя, изображенного на Фиг.1;

Фиг.3 иллюстрирует процесс выявления выхода из насыщения IGBT полупроводниковых компонентов переключающей ячейки преобразователя.

Осуществление изобретения

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение преобразователя 1, выполненного в виде модульного многоуровнего преобразователя (MCC, MMLC или M2LC). Преобразователь 1 имеет входные линии Е в качестве входов Е, первый вход Е1 и второй вход Е2, в данном примерном варианте осуществления. Преобразователь 1 имеет также выходы L, первый выход L1, второй выход L2 и третий выход L3, в данном примерном варианте осуществления. Каждый из входов E1, E2 соединен с каждым из выходов L1, L2, L3 через плечо 2 моста. Плечи 2 моста предпочтительно имеют одинаковую конструкцию, но возможна и различная топология плеч 2 моста.

Преобразователь 1 может быть использован в обоих направлениях в зависимости от управления с тем результатом, что поток энергии может быть направлен от входов Е1, E2 к выходам L1, L2, L3 и от выходов L1, L2, L3 к входам E1, E2.

Каждое из плеч 2 моста содержит одну или более переключающих ячеек 3, соединенных последовательно. В настоящем примерном варианте осуществления каждое плечо 2 моста содержит четыре переключающих ячейки 3, соединенных последовательно.

Катушка 4 индуктивности в качестве индуктивности также соединена последовательно с последовательно соединенными переключающими ячейками 3 каждого плеча 2 моста.

Фиг.2а и Фиг.2b иллюстрируют примеры переключающих ячеек 3. Переключающая ячейка 3 на чертеже Фиг.2а по существу содержит полумост, в частности, только одну полумостовую цепь, имеющую два силовых полупроводниковых ключа 32, соединенных последовательно, каждый из которых снабжен диодом 33 свободного хода, подсоединенным параллельно силовому полупроводниковому ключу 32. Диод 33 свободного хода может быть выполнен в виде отдельного компонента или может быть интегрирован с силовым полупроводниковым ключом 32. Накопитель 34 энергии в виде конденсатора соединен параллельно с последовательной цепью, содержащей два силовых полупроводниковых ключа 32. Силовые полупроводниковые ключи 32 обычно представляют собой IGBT, IGCT, MOSFET или другие управляемые силовые транзисторы. Внешние выводы S переключающей ячейки 3 для подсоединения переключающей ячейки 3 внутри плеча 2 моста преобразователя 1 выполнены от узла N между силовыми полупроводниковыми ключами 32 и от одного из выводов накопителя энергии 34.

В случае силовых полупроводниковых ключей 32, используют по существу их переключающую способность, другими словами, способность закрывать и открывать проводящее соединение. В качестве силовых полупроводниковых ключей 32, в частности, для напряжений среднего уровня, обычно используют IGBT транзисторы.

Фиг.2b иллюстрирует другой вариант переключающей ячейки 3. Переключающая ячейка 3 на Фиг.2b выполнена в виде Н-образной мостовой схемы и содержит две параллельно соединенных последовательных цепи, имеющих силовые полупроводниковые ключи 36. Каждый из силовых полупроводниковых ключей 36 снабжен диодом 37 свободного хода, подсоединенным параллельно ему и выполненным либо в виде отдельного компонента, либо интегрировано с силовым полупроводниковым ключом 36. Обычно диод 37 свободного хода устанавливают в обратном направлении по отношению к прямому направлению силовых полупроводниковых ключей 36.

Внешние выводы S переключающей ячейки 3 для подсоединения переключающей ячейки 3 в соответствующем плече 2 моста преобразователя 1 выполнены от узлов N, находящихся между силовыми полупроводниковыми ключами 36 последовательных цепей. Две последовательных цепи соединены параллельно одна другой и накопителю энергии 38 в виде накопительного конденсатора.

Переключающие ячейки 3 управляются центральным устройством 10 управления для того, чтобы преобразовывать входное напряжение, будь оно постоянное или переменное, в необходимое выходное напряжение, будь оно постоянное или переменное. Управление каждой из переключающих ячеек 3 осуществляется таким образом, что ячейка может находиться в различных состояниях. В первом состоянии переключающая ячейка 3 может быть включена таким образом, что ее выводы соединены с накопителем энергии 34, 38. Таким образом, накопитель энергии 34, 38 может заряжаться или разряжаться, иначе говоря, заряд может свободно втекать или вытекать из накопителя энергии 34, 33. В первом состоянии напряжение накопителя энергии по существу также прикладывается к внешним выводам S переключающей ячейки 3, что приводит к тому, что потенциал на выходе плеча 2 моста является результатом баланса напряжения на входе плеча 2 и напряжений на переключающих ячейках 3 соответствующего плеча, находящихся в первом состоянии.

В следующем состоянии выходное напряжение переключающей ячейки 3 зависит от направления тока через плечо 2 моста, зависящего от того, имеет ли ток возможность протекать через диоды 33, 37 свободного хода. Переключающая ячейка 3 тогда всегда обеспечивает напряжение переключающей ячейки, направленное против тока, текущего через переключающую ячейку 3, что приводит к тому, что накопитель энергии 34, 38 заряжается энергией. Необходимые напряжения на выходах L1, L2, L3 или фазовые напряжения могут быть получены для каждого выхода L1, L2, L3 из входных напряжений и входных токов совместно с напряжениями накопителей энергии переключающих ячеек 3 в плечах 2 преобразователя управляемым способом в соответствии со спецификацией электрических переменных выходной стороны.

В дополнение к обеспечению необходимых выходных напряжений и выходных токов, вышеупомянутые способы управления преобразователем 1, реализуемые центральным устройством 10 управления, к тому же следуют стратегии поддержания накопителей 34, 38 энергии в переключающих ячейках 3 на постоянном уровне энергии или уровне напряжения, насколько это возможно, иначе говоря, энергия, соответственно запасаемая в накопителях 34, 38 энергии, остается в среднем постоянной или напряжение соответствующего емкостного накопителя 34, 38 энергии изменяется по существу в пределах предварительно заданного диапазона флуктуации. В таком случае, центральное устройство 10 управления использует стратегию из стратегий, известных сами по себе, посредством которой емкостные накопители 34, 38 энергии соединяются в плече 2 преобразователя с противоположной полярностью. Это по существу достигается благодаря тому факту, что полярность электрических токов через каждую из переключающих ячеек по существу попеременно меняется, или электрические токи поляризованы в направлении, противоположном направлению разности напряжений на выводах соответствующего плеча моста для того, чтобы таким образом влиять на циклы заряда и разряда емкостных накопителей 34, 38 энергии.

Топология преобразователя 1, показанная на Фиг.1, является лишь примерной. Структура, показанная выше, может быть масштабирована до любого необходимого количества входов Е и любого необходимого количества выходов L любым подходящим способом. Характерной чертой является то, что плечо 2 моста, состоящее из одной или более соединенных последовательно переключающих ячеек 3, устанавливают между каждым входом и каждым выходом.

Каждое плечо 2 моста предпочтительно имеет множество переключающих ячеек 3, которые пригодны, в частности, для средневольтных применений, т.к. напряжение на каждой переключающей ячейке 3 здесь снижено по сравнению с входным и выходным напряжениями.

Каждая из переключающих ячеек 3 также имеет устройство 39 контроля, которое может выявлять неисправность. Например, при использовании силовых полупроводниковых ключей на базе, в частности, IGBT транзисторов, может происходить выход IGBT транзистора из насыщения, при котором сопротивление силового полупроводникового ключа на базе IGBT транзистора внезапно возрастает при определенной силе тока в проводящем состоянии переключения. Если происходит такой выход из насыщения, то соответствующий IGBT транзистор должен быть немедленно отключен для того, чтобы избежать выхода из строя IGBT транзистора или других компонентов цепи.

IGBT транзисторы могут выдерживать выход из насыщения в течение короткого промежутка времени длительностью множество микросекунд. Поэтому необходимо обеспечить достаточно быстрое отключение IGBT транзистора при его выходе из состояния насыщения. Для этого переключающие ячейки 3 снабжают устройством 39 контроля, которое контролирует переключающую ячейку на предмет выхода из насыщения. С этой целью устройство 39 контроля может контролировать напряжение на выводах переключающей ячейки и выявлять неисправность, если вне пределов временного окна, в течение которого один или более силовых полупроводниковых ключей переключаются, происходит изменение напряжения или величина изменения напряжения превышает заданный порог. Можно считать, что изменение выходного напряжения переключающей ячейки 3, происходящее вне пределов временного окна операции переключения одного или более силовых полупроводниковых ключей 32, 36, обусловлено выходом из насыщения одного или более силовых полупроводниковых ключей 32, 36.

Однако возможны также случаи неисправностей вне переключающей ячейки 3, приводящие к внезапному изменению напряжения переключающей ячейки 3 или к выходу IGBT транзистора из насыщения. Это могут быть, например, случаи короткого замыкания входов и (или) выходов или между входами и выходами.

Выводы S переключающей ячейки 3, в которой обнаружена неисправность, обычно замыкают накоротко с помощью триггерного элемента 41, например, выполненного в виде тиристорной схемы, электромеханического ключа, пиротехнического ключа или разрушаемых полупроводниковых компонентов. Все они имеют общую черту, что они не могут быть более быстро разомкнуты, если после срабатывания установлено, что выявленная неисправность некорректно интерпретирована как неисправность в переключающей ячейке 3, и срабатывание устройства 39 вызвано внешней неисправностью.

На Фиг.3 более подробно показано устройство 39 контроля переключающей ячейки 3 и центральное устройство 11 контроля, которое может устанавливаться в центральном устройстве 10 управления. Центральное устройство 11 контроля связано линией связи с устройствами 39 контроля множества переключающих ячеек 3, предпочтительно с устройствами 39 контроля каждой из переключающих ячеек 3, и способно принимать сигнал о неисправности по каналу 12 сигнала неисправности и выдавать сигнал запуска по каналу 13 сигнала запуска на триггерный элемент 41 устройства 40 контроля соответствующей переключающей ячейки 3 для запуска триггерного элемента 41 и замыкания накоротко выводов S соответствующей переключающей ячейки 3.

Сигнал неисправности и сигнал запуска триггера могут передаваться вместе с различными другими сигналами управления и оповещения по электрической или оптической линии связи.

Устройство 39 контроля имеет устройство 42 контроля напряжения, которое контролирует напряжение на выходных линиях переключающей ячейки 3. Устройство 42 контроля напряжения выдает логическую «I» на первые входы схем 43 логического сложения (вентилей И), имеющихся для каждого управляющего сигнала G1, G2. Управляющие сигналы G1, G2 для управления силовыми полупроводниковыми ключами 32, 36 поступают с центрального устройства 10 управления на вторые входы схем 43 логического сложения (вентилей И). Устройство 42 контроля напряжения также принимает управляющие сигналы G1, G2 от устройства 10 управления и накладывает маску на определение напряжения, что приводит к тому, что в период окна времени переключения, в течение которого происходит переключение IGBT транзистора, измерение напряжения не производится. В периоды времени, когда силовые полупроводниковые ключи 32, 36, входящие в состав соответствующей переключающей ячейки 3, не переключаются или находятся в окне времени переключения, устройство 42 контроля напряжения выявляет изменение в напряжении, которое произошло, например, из-за неисправности либо внутри соответствующей переключающей ячейки 3, либо по причине внешней неисправности.

Если изменение напряжения, в частности, изменение напряжения, превышающее предварительно заданное значение, выявлено вне пределов окна времени переключения силовых полупроводниковых ключей 32, 36, то устройство 42 контроля напряжения выдает логический «0» на первые входы схем 43 логического сложения (вентилей И). В результате управляющие сигналы G1, G2 блокируются и логический «0» прикладывается к силовым полупроводниковым ключам 32, 36 соответствующей переключающей ячейки 3, в результате чего последняя рассоединяется, иными словами отключается.

В то же время сигнал неисправности передается на центральное устройство 11 контроля по каналу 12 сигнала неисправности. С приемом первого сигнала F неисправности в упомянутом устройстве контроля запускается таймер 14 и осуществляется проверка с целью выяснения, не поступает ли еще один сигнал F неисправности от еще одной переключающей ячейки 3 в течение предварительно заданного промежутка времени. Если поступает еще один сигнал F неисправности от еще одной переключающей ячейки 3, то считается, что произошла внешняя неисправность и центральное устройство 10 управления получает команду на перевод преобразователя 1 в безопасное состояние, в частности, путем отключения всех силовых полупроводниковых ключей 32, 36 в переключающей ячейке 3 путем выдачи надлежащих управляющих сигналов G1, G2. В таком случае не передается никакого сигнала А, который означает, что триггерный элемент 41 должен сработать.

Если в течение предварительно заданного промежутка времени с момента приема сигнала F неисправности в первый раз не поступает еще один сигнал неисправности от еще одной переключающей ячейки 3, то подразумевается, что переключающая ячейка 3, чье устройство 39 контроля выдало сигнал F неисправности, неисправна, и на триггерное устройство 41 соответствующей переключающей ячейки 3 выдается сигнал А запуска триггера, что приводит к замыканию накоротко выводов S соответствующей переключающей ячейки 3.

Если же от одной из прочих переключающих ячеек 3 будет получен сигнал неисправности в течение предварительно заданного промежутка времени с момента приема сигнала F неисправности в первый раз, можно предположить, что неисправность произошла вне переключающей ячейки 3, которая выдала первый сигнал неисправности. В таком случае в качестве ответной реакции могут быть отключены силовые полупроводниковые ключи 32, 36 переключающей ячейки 3, выдавшей первый сигнал неисправности, или нескольких переключающих ячеек 3 или всех переключающих ячеек 3.

В соответствии с одним из альтернативных вариантов осуществления, после того, как от одной из переключающих ячеек 3 получен сигнал F неисправности в первый раз, и в течение предварительно заданного промежутка времени не получено последующего сигнала неисправности, необходимо, прежде всего, обеспечить возврат устройства 42 контроля напряжения в исходное состояние с помощью подходящей линии связи (не показана), так чтобы управляющие сигналы G1, G2 снова поступали на силовые полупроводниковые ключи 32, 36 соответствующей переключающей ячейки 3 для того, чтобы перевести переключающую ячейку 3 в нормальное рабочее состояние. Это позволяет избежать кратковременных помех, которые возникают только однажды или несколько раз, приводя к полному отключению соответствующей переключающей ячейки 3. Сигнал А запуска триггера может быть передан на триггерный элемент 41 соответствующей переключающей ячейки 3 только в том случае, если однократная неисправность переключающей ячейки 3, которая выдала сигнал F неисправности, выявлена устройством 39 контроля соответствующей переключающей ячейки 3 снова или предварительно заданное количество раз.

Перечень ссылочных позиций

1. Преобразователь

2. Плечо преобразователя

3. Переключающая ячейка

4. Катушка индуктивности

10. Центральное устройство управления

11. Центральное устройство контроля

12. Канал сигнала неисправности

13. Канал сигнала запуска триггера

32, 36. Силовые полупроводниковые ключи

33, 37. Диоды свободного хода

34, 38. Накопители энергии

39. Устройство контроля

41. Триггерное устройство

42. Устройство контроля напряжения

43. Схема логического сложения (вентиль И).

Настоящее изобретение относится к способу управления преобразователем (1), содержащим множество мостовых плеч (2), содержащих одну или более переключающих ячеек (3), соединенных последовательно, при этом каждое плечо (2) моста соединяет один из множества входов с одним из множества выходов преобразователя (1). Способ включает этапы, на которых: осуществляют контроль каждой переключающей ячейки (3) в отношении выявления неисправности; запускают один из триггерных элементов (41) для замыкания накоротко выводов переключающей ячейки, если выявленная в одной из переключающих ячеек (3) неисправность не сопровождается выявлением неисправности в еще одной из переключающих ячеек (3), в частности, в пределах предварительно заданного периода времени. Технический результат - исключение ошибки при выявлении неисправной ячейки. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Преобразователь (1) с рядом входов и рядом выходов для преобразования входного напряжения в выходное напряжение, содержащий:
множество мостовых плеч (2), содержащих одну или более переключающих ячеек (3), соединенных последовательно, при этом каждое мостовое плечо соединяет один из входов с одним из выходов;
соответствующее устройство (39) контроля в каждой переключающей ячейке (3), выполненное с возможностью выявления неисправности;
соответствующий триггерный элемент (41) в каждой переключающей ячейке (3), выполненный с возможностью замыкания накоротко выводов переключающей ячейки;
центральное устройство (11) контроля, содержащее линию связи с каждым устройством (39) контроля и выполненное с возможностью:
приема сигнала о неисправности, выявленной одним из устройств (39) контроля, и
запуска одного из триггерных элементов (41), если после выявления неисправности в одной переключающей ячейке (3) не выявлена неисправность в еще какой-нибудь переключающей ячейке (3).

2. Переключающая ячейка (3) для преобразователя (1) по п.1, содержащая одну и более полумостовых цепей, накопитель энергии и устройство (39) контроля, при этом устройство (39) выполнено с возможностью:
контролировать переключающую ячейку (3) для выявления неисправности;
в случае выявления неисправности, обеспечивать центральное устройство (11) контроля индикацией о событии неисправности, и
запускать триггерный элемент (41) для замыкания накоротко выводов переключающей ячейки, если сигнал запуска принят центральным устройством (11) контроля, в ответ на индикацию события неисправности, при этом центральное устройство (11) контроля получает упомянутую индикацию извне.

3. Способ управления преобразователем (1) по п.1, включающий в себя этапы, на которых:
осуществляют контроль каждой переключающей ячейки (3) для выявления неисправности;
если в одной из переключающих ячеек (3) выявляют неисправность, то запускают один из триггерных элементов (41) для замыкания накоротко выводов переключающей ячейки в том случае, если выявленная в переключающей ячейке (3) неисправность не сопровождается выявлением неисправности в еще одной из переключающих ячеек (3), в частности, в пределах заданного периода времени, при этом сигнал о выявлении неисправности в указанной одной из переключающих ячеек (3) передают по линии связи на центральное устройство (11) контроля, при этом в центральном устройстве (11) контроля запускают таймер и проверяют, поступил ли сигнал о возникновении неисправности в еще одной из переключающих ячеек (3) до истечения заданного периода времени, причем центральное устройство (11) контроля запускает соответствующий триггерный элемент указанной одной переключающей ячейки (3), если в течение указанного заданного периода времени не поступает сигнала о неисправности в еще одной переключающей ячейке (3).

4. Способ по п.3, в котором контроль переключающих ячеек осуществляют (3) таким образом, что выход из насыщения IGBT транзистора, используемого в переключающих ячейках (3), вне пределов окна времени переключения, в течение которого один или более силовых полупроводниковых ключей (32, 36) отрабатывают переключение, квалифицируется как неисправность в одной из переключающих ячеек (3).

5. Способ по п.3 или 4, в котором контроль переключающих ячеек осуществляют (3) таким образом, что изменение напряжения, в частности изменение напряжения, превышающее предварительно заданную величину напряжения, вне пределов окна времени переключения, в течение которого один или более силовых полупроводниковых ключей (32, 36) отрабатывают переключение, классифицируется как неисправность в одной из переключающих ячеек (3).

6. Способ по п.3 или 4, в котором один из триггерных элементов (41) для замыкания накоротко выводов переключающей ячейки запускают только в том случае, если выявление неисправности в конкретной переключающей ячейке (3), не сопровождаемое выявлением неисправности в еще одной переключающей ячейке (3) в пределах заданного периода времени, происходит повторно в указанной конкретной переключающей ячейке (3).

7. Способ по п.3 или 4, в котором после выявления неисправности в одной из переключающих ячеек (3) прекращают управление силовыми полупроводниковыми ключами (32, 36) соответствующей переключающей ячейки (3), в частности силовые полупроводниковые ключи (32, 36) отключают.

8. Способ по п.3 или 4, в котором если выявление неисправности в одной из переключающих ячеек (3) сопровождается выявлением неисправности в еще одной переключающей ячейке (3), то силовые полупроводниковые ключи (32, 36) множества или всех переключающих ячеек (3) отключают.