Способ управления потенциалом нейтральной точки для однофазного преобразователя с фиксированной нейтральной точкой Российский патент 2018 года по МПК H02M7/487 

Область техники

[0001]

Настоящее изобретение относится к способу создания схемы переключения для управления потенциалом нейтральной точки в трехуровневом однофазном преобразователе.

Уровень техники

[0002]

На фиг. 11 представлена принципиальная схема, показывающая пример выполнение однофазного NPC-преобразователя (neutral point clamped, с фиксированной нейтральной точкой). Однофазный NPC-преобразователь содержит множество конденсаторов, включенных последовательно между обеими клеммами источника напряжения постоянного тока, с помощью которых напряжение постоянного тока между обеими клеммами делится пополам, с точкой деления этого напряжения в качестве нейтральной точки; инверторную схему, которая имеет множество переключателей и преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, схему генерирования сигнала переключения, которая управляет включением и выключением переключателей инверторной схемы.

[0003]

Однофазный NPC-преобразователь может выдавать три уровня напряжения в каждом плече. В качестве иллюстративного способа модуляции для управления выходным напряжением каждого плеча известен способ однополярной модуляции. В способе однополярной модуляции, как показано на фиг. 12, предусмотрены несущий сигнал Caryp верхней треугольной волны для управления положительным напряжением и несущий сигнал Caryn нижней треугольной волны для управления отрицательным напряжением. Сравнивая несущие сигналы Caryp и Caryn треугольной волны с командой vref выходного напряжения и используя это соотношение значений, генерируют отпирающие сигналы для переключателей (от S1u до S4u и от S1v до S4v на фиг. 11). Затем, управляя включением/выключением (ВКЛ/ВЫКЛ) переключателей от S1u до S4u и от S1v до S4v, на выходе могут быть получены три уровня напряжения. На фиг. 11 в качестве переключателей от S1u до S4u и от S1v до S4v могут использоваться биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT, isolated gate bipolar transistor), но они могут быть заменены на переключающие приборы с автодугогашением.

[0004]

Способ, относящийся к однофазному NPC-преобразователю, раскрывается в Патентном документе 1.

[0005]

Однако необходим NPC-преобразователь для управления потенциалом нейтральной точки NP, показанной на фиг. 11. Это связано с тем, что если управление нейтральной точкой не производится, напряжение Ea постоянного тока верхнего плеча и напряжение Eb постоянного тока нижнего плеча являются неравными или несбалансированными, а значит, растет искажение выходного напряжения Vout.

[0006]

В случае однофазного NPC-преобразователя был предложен способ, раскрытый в Патентном документе 1, в котором после того, как несущие сигналы Caryp и Caryn треугольной волны сравниваются с командой vref выходного напряжения один раз, сигналом включения/выключения (ВКЛ/ВЫКЛ) переключателя управляют в соответствии с потенциалом нейтральной точки. Однако этот способ имеет следующие проблемы (1)-(4).

(1) Операция является сложной и требуется устройство управления с высокой скоростью обработки. В результате стоимость устройства управления возрастает.

(2) Так как с сигналом переключения работают после того, как определяют команду Vref выходного напряжения, эта операция мешает функции управления временем переключения, например компенсацией времени запаздывания, и таким образом, операция управления просто становится нестабильной.

(3) В случае, когда преобразователи соединены параллельно друг с другом, моменты времени переключений между преобразователями не синхронизированы друг с другом. Из-за потери синхронизации времени переключения между переключателями между выходными клеммами параллельно соединенных преобразователей легко проходит уравнительный ток.

(4) Так, например, в случае, когда преобразователи соединены последовательно друг с другом, подобно мультиплексному преобразователю с последовательным соединением ячеек, раскрытому в Патентном документе 2, и преобразователю, показанному на фиг. 10, невозможно осуществить управление так, чтобы моменты времени переключения не перекрывали друг друга.

[0007]

Проблема (4) будет пояснена. Например, в случае, когда NPC-преобразователь применяют в отношении однофазного инверторного блока для мультиплексного преобразователя с последовательным соединением ячеек, как показано на фиг. 10, для того, чтобы подавить перенапряжение между выходными клеммами (например, между клеммой U и клеммой V) мультиплексного преобразователя с последовательным соединением ячеек, управляют моментами времени переключения однофазных инверторных блоков, которые соединены последовательно друг с другом, таким образом, чтобы они не перекрывали друг друга. Патентный документ 2 раскрывает этот способ.

[0008]

Однако если моменты времени переключения, которые были определены так, чтобы не перекрывать друг друга, изменяются с целью управления потенциалом нейтральной точки NPC-преобразователя, возникает комбинация, в которой моменты времени переключения перекрывают друг друга, и это ведет к росту выходного перенапряжения. Если выходное перенапряжение растет, это ведет к отрицательному эффекту, например к ухудшению изоляции нагрузки преобразователя.

[0009]

Кроме того, в системе, где требуется управление множеством NPC-преобразователей, как показано на фиг. 10, возможен случай, когда устройство обработки вычислений, которое в основном выполняет управление, и устройство обработки вычислений, которое управляет переключением, отличаются друг от друга. Когда управление потенциалом нейтральной точки NPC-преобразователя становится сложным, объем данных связи между упомянутыми устройствами обработки вычислений возрастает, и это требует высокоскоростного и дорогостоящего модуля связи.

Патентная литература

ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ

[0010]

[ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ 1] Публикация не прошедшей экспертизу японской патентной заявки № JPH 06-261551

[ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ 2] Публикация не прошедшей экспертизу японской патентной заявки № JP 2006-109688

Сущность изобретения

[0011]

Как описано выше, задачей или проблемой является управление потенциалом нейтральной точки для напряжения постоянного тока без изменения моментов времени переключения в однофазном NPC-преобразователе.

[0012]

Настоящее изобретение было сделано ввиду вышеуказанных технических проблем. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предложен способ управления потенциалом нейтральной точки для однофазного NPC-преобразователя, при этом однофазный NPC-преобразователь содержит множество конденсаторов, включенных последовательно между обеими клеммами источника напряжения постоянного тока, посредством которого напряжение постоянного тока между обеими клеммами делится пополам с помощью точки деления напряжения, которая является нейтральной точкой; инверторную схему, которая имеет множество переключателей и преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока; и схему генерирования сигнала переключения, которая управляет включением/выключением (ВКЛ/ВЫКЛ) выключателей инверторной схемы; способ включает в себя: в схеме генерирования сигнала переключения, обеспечение наличия множества паттернов несущих сигналов, формирующихся путем деления несущих сигналов треугольной волны каждые 1/2 периода в момент времени, когда несущие сигналы треугольной волны пересекают друг друга; выбор, из множества паттернов несущих сигналов, паттерна несущего сигнала, с помощью которого потенциал нейтральной точки балансируется, на основе значения обнаружения напряжения верхнего плеча, значения обнаружения напряжения нижнего плеча и значения обнаружения выходного тока; и генерирование сигнала включения/выключения (ВКЛ/ВЫКЛ) для каждого переключателя путем выполнения операции ШИМ (широтно-импульсной модуляции), которая сравнивает выбранный паттерн несущего сигнала с командой выходного напряжения.

[0013]

Множество паттернов несущих сигналов представляют собой паттерн А несущего сигнала и паттерн В несущего сигнала, и паттерн А несущего сигнала является паттерном, в котором несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча U-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча V-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча U-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча V-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, а паттерн В несущего сигнала является паттерном, в котором несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча U-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча V-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча U-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча V-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода.

[0014]

Множество паттернов представляют собой паттерн С несущего сигнала и паттерн D несущего сигнала, и паттерн С несущего сигнала является паттерном, в котором несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча U-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча V-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча U-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча V-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, а паттерн D несущего сигнала является паттерном, в котором несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча U-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча V-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча U-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча V-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода.

[0015]

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления потенциалом нейтральной точки для однофазного NPC-преобразователя, при этом однофазный NPC-преобразователь содержит множество конденсаторов, которые включены последовательно между обеими клеммами источника напряжения постоянного тока и с помощью которых напряжение постоянного тока между обеими клеммами делится пополам, с точкой деления напряжения, которая является нейтральной точкой; инверторную схему, которая имеет множество переключателей и преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока; и схему генерирования сигнала переключения, которая управляет включением/выключением (ВКЛ/ВЫКЛ) переключателей инверторной схемы, причем способ включает в себя: в схеме генерирования сигнала переключения, определение информации о времени пересечения несущих сигналов и информации об области после перехода с помощью ШИМ-операции, которая сравнивает команду выходного напряжения и несущий сигнал треугольной волны; и генерирование сигнала включения/выключения (ВКЛ/ВЫКЛ) для каждого переключателя, с помощью которого балансируется потенциал нейтральной точки, используя информацию о времени пересечения несущих сигналов, информацию об области после перехода, значение обнаружения напряжения постоянного тока верхнего плеча, значение обнаружения напряжения постоянного тока нижнего плеча и значение обнаружения выходного тока.

[0016]

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается способ управления потенциалом нейтральной точки для мультиплексного преобразователя с последовательным соединением ячеек, содержащего множество однофазных инверторных блоков, при этом однофазный инверторный блок содержит однофазный NPC-преобразователь и обладает функцией связи с устройством обработки центрального устройства управления, способ включает в себя: управление потенциалом нейтральной точки для каждого однофазного NPC-преобразователя с помощью способа управления в соответствии с любым из п.п. 1-4 формулы.

[0017]

В соответствии с настоящим изобретением имеется возможность управлять потенциалом нейтральной точки для напряжения постоянного тока, не изменяя моменты времени переключения в однофазном NPC-преобразователе.

Краткое описание чертежей

[0018]

Фиг. 1 представляет временную диаграмму, показывающую несущие сигналы треугольной волны и команду выходного напряжения.

Фиг. 2 представляет диаграмму, показывающую несущие сигналы треугольной волны и области заряда и разряда.

Фиг. 3 представляет диаграмму для объяснения паттерна и управления зарядом-и-разрядом.

Фиг. 4 представляет структурную схему, показывающую схему генерирования сигнала переключения NPC-преобразователя в соответствии с вариантом осуществления 1.

Фиг. 5 представляет диаграмму, показывающую паттерн несущего сигнала в варианте осуществления 1.

Фиг. 6 представляет структурную схему, показывающую схему генерирования сигнала переключения NPC-преобразователя в соответствии с вариантом осуществления 2.

Фиг. 7 представляет диаграмму, показывающую паттерн несущего сигнала в варианте осуществления 2.

Фиг. 8 представляет структурную схему, показывающую схему генерирования сигнала переключения NPC-преобразователя в соответствии с вариантом осуществления 3.

Фиг. 9 представляет структурную схему, показывающую схему генерирования сигнала переключения NPC-преобразователя в соответствии с вариантом осуществления 4.

Фиг. 10 представляет структурную схему, показывающую однофазные инверторные блоки для мультиплексного преобразователя с последовательным соединением ячеек.

Фиг. 11 представляет принципиальную схему, показывающую пример однофазного NPC-преобразователя.

Фиг. 12 представляет временную диаграмму, показывающую форму волны в способе однополярной модуляции.

Описание вариантов осуществления

[0019]

[Объяснение принципа]

На фиг. 1 представлена временная диаграмма, показывающая сравнение ШИМ несущего сигнала в однофазном NPC-преобразователе. Ссылочное обозначение Cary Up (толстая линия) указывает на несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча для U-фазы. Ссылочное обозначение Cary Un (тонкая линия) указывает на несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча для U-фазы. Ссылочное обозначение Cary Vp (пунктирная линия) указывает на несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча для V-фазы. Ссылочное обозначение Cary Vn (штрих-пунктирная линия) указывает на несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча для V-фазы. Ссылочное обозначение Vref (синусоидальный сигнал) указывает на команду выходного напряжения. Ссылочное обозначение Vout (импульсный сигнал) указывает на выходное напряжение.

[0020]

При этом разность фаз между несущий сигналом Cary Up треугольной волны верхнего плеча U-фазы и несущим сигналом Cary Vp треугольной волны верхнего плеча V-фазы составляет 180°, разность фаз между несущим сигналом Cary Un треугольной волны нижнего плеча U-фазы и несущим сигналом Cary Vn треугольной волны нижнего плеча V-фазы составляет 180° и используется одна команда Vref выходного напряжения. Форма сигнала выходного напряжения Vout в этот момент времени представляет три уровня с точки зрения фазы и представляет пять уровней с точки зрения линейного напряжения.

[0021]

Таблица 1 показывает выходное напряжение Vout, состояние переключения в каждой фазе и состояние заряда/разряда напряжения Ea постоянного тока и напряжения Eb постоянного тока по выходному току. Напряжение Еа постоянного тока и напряжение Eb постоянного тока здесь соответствуют напряжениям, представленным на фиг. 11. Направление, в котором выходной ток lout вытекает из U-фазы, устанавливается таким образом, чтобы иметь положительное направление. Если направление тока изменяется на противоположное, характеристики заряда/разряда меняются на противоположные.

[0022]

[0023]

Фиг. 2 показывает характеристики заряда/разряда напряжения Ea постоянного тока и напряжения Eb постоянного тока в случае, когда команда Vref выходного напряжения присутствует в области, сформированной несущими сигналами Cary Up, Cary Un и Cary Vp, Cary Vn треугольной волны. Наименования областей соответствуют наименованиям, показанным в Таблице 1. Следует отметить при этом, что характеристики заряда/разряда в областях, заданных сигналами Cary Up, Cary Un и Cary Vp, Cary Vn, определяются единственным образом или однозначно направлением тока.

[0024]

Здесь, как показано на фиг. 3, в фокусе оказывается диапазон несущего сигнала треугольной волны, который делится каждые 1/2 периода или периода. Используя тот факт, что на обоих концах каждого периода времени управления несущий сигнал Cary Up треугольной волны верхнего плеча U-фазы и несущий сигнал Cary Vp треугольной волны верхнего плеча V-фазы пересекают друг друга, а также несущий сигнал Cary Un треугольной волны нижнего плеча U-фазы и несущий сигнал Cary Vn треугольной волны нижнего плеча V-фазы пересекают друг друга, несущие сигналы в соответствующих диапазонах могут быть переключены.

[0025]

Таким образом, путем переключения между формами несущих сигналов, которые являются паттернами, разделяемыми каждые 1/2 периода (далее называемыми паттернами несущих сигналов), в соответствии с состояниями напряжения Ea постоянного тока и напряжения Eb постоянного тока и направлением тока, имеется возможность управлять балансом между напряжением Еа постоянного тока верхнего плеча и напряжением Eb постоянного тока нижнего плеча.

[0026]

Например, на фиг. 4, в случае, когда напряжение Еа постоянного тока выше, чем напряжение Eb постоянного тока в состоянии, при котором напряжение команды является положительным (используя несущие сигналы Cary Up и Cary Vp треугольной волны верхнего плеча), необходимо разрядить напряжение Еа постоянного тока или зарядить напряжение Eb постоянного тока. Следовательно, используя много паттернов А (для разряда Еа), соотношение, в котором напряжение Еа постоянного тока разряжается, может быть увеличено, тем самым управляя напряжением Еа постоянного тока и напряжением Eb постоянного тока в сбалансированном направлении.

[0027]

Таким образом, суммируем преимущества настоящего изобретения.

(1) Возможно выполнять управление балансом потенциала нейтральной точки путем выбора паттерна несущего сигнала.

(2) Фундаментальный паттерн переключения напряжения не изменяется (время переключения не изменяется).

Следовательно, воздействие на функцию управления временем переключения, отклонение времени в случае, когда преобразователи соединены параллельно друг другу, и перекрытие моментов времени переключения в случае, когда преобразователи соединены последовательно друг с другом, что описывается как технические проблемы в разделе «Область техники», совсем не изменяются между ситуациями до и после применения настоящего управления. Таким образом, настоящее изобретение может быть легко применено в управлении предшествующего уровня техники.

[0028]

В последующем описании варианты осуществления от 1 до 4 способа управления потенциалом нейтральной точки однофазного NPC-преобразователя в соответствии с настоящим изобретением будут объяснены со ссылкой на фиг. 4-10.

[0029]

[Вариант осуществления 1]

В варианте осуществления 1, в однофазном NPC-преобразователе два вида паттернов несущих сигналов извлекают или выбирают из несущих сигналов треугольной волны предшествующего уровня техники, как показано на фиг. 3, и паттерн несущего сигнала, который предполагается использовать, выбирают на основе сбалансированного состояние потенциала нейтральной точки, направления выходного тока и диапазона команды Vref выходного напряжения. Выполняют ШИМ-операцию (или ШИМ-процесс), при которой сравнивается выбранный паттерн несущего сигнала с командой Vref выходного напряжения, затем генерируют сигналы переключения.

[0030]

Фиг. 4 представляет структурную схему, показывающую схему генерирования сигнала переключения однофазного NPC-преобразователя в соответствии с вариантом осуществления 1. Как показано на фиг. 4, вычитатель 1 вычитает напряжение Eb постоянного тока из напряжения Еа постоянного тока и выдает разницу Ea-Eb на блок 2 обработки выбора паттерна переключений. Блок 2 обработки выбора паттерна переключений выбирает один из паттерна А несущего сигнала и паттерна В несущего сигнала на основе разница Ea-Eb напряжения постоянного тока, команды Vref выходного напряжения и значения обнаружения выходного тока, и выполняет операцию переключения переключателя 3.

[0031]

Переключатель 3 выдает несущий сигнал треугольной волны с паттерном А несущего сигнала или паттерном В несущего сигнала с помощью сигнала переключения из элемента 2 обработки выбора паттерна переключений на блок 4 ШИМ обработки. Блок 4 ШИМ обработки сравнивает несущий сигнал треугольной волны, выходящий из переключателя 3, с командой Vref выходного напряжения и генерирует сигналы S1u, S2u, S3u, S4u, S1v, S2v, S3v и S4v.

[0032]

Таблица 2 представляет паттерны несущих сигналов в соответствии с положительной или отрицательной командой Vref выходного напряжения, разницей Ea-Eb напряжения постоянного тока и положительным и отрицательным током. Как показано в таблице 2, имеется возможность выбрать паттерн А несущего сигнала или паттерн В несущего сигнала на основе положительной и отрицательной команды Vref выходного напряжения, положительной и отрицательной разницы Ea-Eb напряжения постоянного тока и положительного и отрицательного тока, тем самым управляя зарядом и разрядом напряжений Ea и Eb постоянного тока.

[0033]

[0034]

В паттерне А несущего сигнала несущий сигнал Cary Up треугольной волны верхнего плеча U-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Vp треугольной волны верхнего плеча V-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Un треугольной волны нижнего плеча U-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Vn треугольной волны нижнего плеча V-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода.

[0035]

В паттерне В несущего сигнала несущий сигнал Cary Up треугольной волны верхнего плеча U-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Vp треугольной волны верхнего плеча V-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Un треугольной волны нижнего плеча U-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Vn треугольной волны нижнего плеча V-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода.

[0036]

Таким образом можно управлять потенциалом нейтральной точки, не изменяя времени переключения выходного напряжения.

[0037]

В соответствии со способом управления потенциалом нейтральной точки однофазного NPC-преобразователя варианта осуществления 1, потенциалом нейтральной точки NPC-преобразователя можно управлять простым способом, не изменяя времени переключения. Это ведет к низкой стоимости и уменьшению размера устройства управления. Кроме того, управление потенциалом нейтральной точки возможно с помощью одного однофазного NPC-преобразователя без необходимости управления балансом нейтральной точки с помощью внешнего управления.

[0038]

Кроме того, в случае, когда однофазные NPC-преобразователи соединены параллельно друг с другом, можно легко синхронизировать моменты времени переключения между параллельно соединенными преобразователями. Это приводит к сокращению уравнительного тока между выходными клеммами параллельно соединенных преобразователей.

[0039]

В случае, когда NPC-преобразователи соединены последовательно друг с другом, можно легко избежать перекрытия моментов времени переключения между последовательно соединенными преобразователями. Это приводит к уменьшению выходного перенапряжения мультиплексного преобразователя с последовательным соединением ячеек.

[0040]

[Вариант осуществления 2]

При рассмотрении всех паттернов несущих сигналов треугольной волны на фиг. 5 представлены четыре паттерна. При этом, когда паттерн А и паттерн В в таблице 2 заменяют паттерном С и паттерном D, то получают таблицу 3.

[0041]

[0042]

В паттерне С несущего сигнала несущий сигнал Cary Up треугольной волны верхнего плеча U-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Vp треугольной волны верхнего плеча V-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Un треугольной волны нижнего плеча U-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Vn треугольной волны нижнего плеча V-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода.

[0043]

В паттерне D несущего сигнала несущий сигнал Cary Up треугольной волны верхней волны U-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Vp треугольной волны верхнего плеча V-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Un треугольной волны нижнего плеча U-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода. Несущий сигнал Cary Vn треугольной волны нижнего плеча V-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода.

[0044]

В варианте осуществления 2 при использовании паттернов С и D несущих сигналов, показанных на фиг. 5 в однофазном NPC-преобразователе, паттерн несущего сигнала для несущего сигнала треугольной волны, подлежащий использованию, выбирают на основе сбалансированного состояния потенциала нейтральной точки и направления выходного тока lout. Выполняют ШИМ-операцию, при которой сравнивают выбранный паттерн несущего сигнала для несущих сигналов треугольной волны с командой Vref выходного напряжения, затем генерируют сигналы S1u, S2u, S3u, S4u, S1v, S2v, S3v и S4v переключения.

[0045]

Фиг. 6 представляет схему генерирования сигнала переключения однофазного NPC-переключателя в соответствии с вариантом осуществления 2. Сигналы переключения однофазного NPC-переключателя получают путем замены паттерна А несущего сигнала и паттерна В несущего сигнала в варианте осуществления 1 на паттерн С несущего сигнала и паттерн D несущего сигнала. В варианте осуществления 2 ввод команды Vref выходного напряжения в блок 2 обработки выбора паттерна переключений не является обязательным. Другие конфигурации являются такими же, как и конфигурации на фиг. 4.

[0046]

Таким образом, поскольку паттерны несущих сигналов являются одинаковыми между положительным значением и отрицательным значением команды Vref выходного напряжения, нет необходимости переключать паттерны несущих сигналов на основе команды Vref выходного напряжения. Это является преимуществом по сравнению с вариантом осуществления 1, использующим паттерн А несущего сигнала и паттерн В несущего сигнала.

[0047]

Таким способом можно управлять потенциалом нейтральной точки, не изменяя времени переключения выходного напряжения

[0048]

В соответствии с устройством преобразования мощности варианта осуществления 2, получают такие же эффекты, как и эффекты в варианте осуществления 1. Кроме того, используя паттерны С и D несущих сигналов, можно принять форму паттерна, которая не зависит от команды Vref выходного напряжения, и, следовательно, схема элемента управления может быть упрощена по сравнению с вариантом осуществления 1.

[0049]

[Вариант осуществления 3]

Варианты осуществления 1 и 2 представляют случай, когда паттерн выбирают до выполнения ШИМ-операции, при которой сравнивается команда Vref выходного напряжения и несущий сигнал треугольной волны. Однако имеется случай, когда желательно переключать характеристики заряда/разряда после выполнения ШИМ-операции, в зависимости от конфигурации системы. Вариант осуществления 3 является вариантом осуществления, который реализует этот способ.

[0050]

Фиг. 8 представляет структурную схему, показывающую схему генерирования сигнала переключения однофазного NPC-преобразователя в соответствии с вариантом осуществления 3. В варианте осуществления 3, как показано на фиг. 8, во-первых, блок 4 ШИМ обработки сравнивает паттерн несущего сигнала с командой Vref выходного напряжения и генерирует временную информацию, указывающую на момент времени, в который происходит переход в другую область (указывая момент времени пересечения несущего сигнала нормальной треугольной волны и команды выходного напряжения: момент времени пересечения несущего сигнала), и информацию об областях (пять видов, такие как +2Е, +Е, 0, -Е, и -2Е) после перехода (информацию об области после перехода).

[0051]

[0052]

Впоследствии блок 2 обработки выбора паттерна переключений генерирует сигналы переключения от S1u до S4u и от S1v до S4v на основе паттерна переключений, показанного в таблице 4, используя информацию о распределении во времени, которая указывает момент времени перехода из области (информацию о моменте времени пересечения несущего сигнала), информации об области после перехода, значение lout обнаружения выходного тока и разницы Ea-Eb между напряжением Еа постоянного тока верхнего плеча и напряжением Eb постоянного тока нижнего плеча, выводимой из вычитателя 1.

[0053]

В соответствии со способом управления потенциалом нейтральной точки однофазного NPC-преобразователя в варианте осуществления 3 можно управлять потенциалом нейтральной точки таким же образом, как и в варианте осуществления 1 и варианте осуществления 2.

[0054]

Кроме того, вариант осуществления 3 пригоден для устройства, в котором датчик обнаружения выходного тока lout, датчик обнаружения напряжения Ea постоянного тока верхнего плеча и датчик обнаружения напряжения Eb постоянного тока нижнего плеча располагают на расстоянии от элемента 4 ШИМ обработки и также располагают поблизости от элемента 2 обработки выбора паттерна переключений. Это обусловлено тем, что дистанция в схеме разводки между каждым датчиком и блоком 2 обработки выбора паттерна переключений является короткой, и таким образом изготовление устройства не представляет трудности, помехозащищенность повышается.

[0055]

[Вариант осуществления 4]

В случае, когда множество однофазных инверторных блоков соединены последовательно друг с другом, подобно мультиплексному преобразователю с последовательным соединением ячеек, представленному в Патентном документе 2, как изображено на фиг. 9, необходимо выделить или распределить роли или функции для устройства 5 обработки центрального управления и устройство обработки управления для каждого однофазного инверторного блока 6. Например, в случае, когда устройство 5 обработки центрального управления выполняет ШИМ-операцию и обнаружение выходного тока lout, а каждый однофазный инверторный блок 6 выполняет обнаружение напряжений Ea и Eb постоянного тока, значения обнаружения напряжений Ea и Eb постоянного тока с помощью однофазного инверторного блока 6 периодически посылают в устройство обработки центрального управления. Это ведет к увеличению объема передачи данных и вызывает проблемы с системой связи.

[0056]

Таким образом, когда система выполнена с возможностью не возвращать такую информацию, то создается система, как показано на фиг. 9. Эта система создается при обеспечении наличия элемента 7 обработки связи в блоке 5 обработки центрального управления и обеспечении наличия элемента 8 обработки приема в однофазном инверторном блоке 6 при использовании варианта осуществления 3.

[0057]

Фиг. 10 представляет схему, на которой систему на фиг. 9 применяют в отношении мультиплексного преобразователя с последовательным соединением ячеек.

[0058]

Однофазный инверторный блок 6 на фиг. 10 образован диодным выпрямителем 9, который преобразует трехфазное напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, однофазным NPC-преобразователем, показанным на фиг. 1, и схемой 11 генерирования сигнала переключения, предусмотренной в однофазном NPC-преобразователе. При этом диодный выпрямитель 9 может быть заменен ШИМ-преобразователем с использованием переключающего прибора с автодугогашением.

[0059]

В схемах, показанных на фиг. 9 и 10, поскольку однофазный инверторный блок обнаруживает напряжение Ea постоянного тока верхнего плеча и напряжение Eb постоянного тока нижнего плеча, эта информация обнаружения не передается и не принимается между блоком 5 обработки центрального управления и однофазным инверторным блоком 6. Таким образом, сокращается объем передачи данных. Следовательно, нет необходимости использовать высокоскоростной и дорогостоящий модуль связи, а значит, уменьшается стоимость.

[0060]

Мультиплексный преобразователь с последовательным соединением ячеек не ограничен схемой управления, показанной на фиг. 9. Схемы управления в вариантах осуществления 1 и 2 могут быть применены в отношении однофазного инверторного блока мультиплексного преобразователя с последовательным соединением ячеек. В этом случае, на фиг. 4 и 6, устройство обработки центрального управления передает команду выходного напряжения и значение обнаружения выходного тока на каждый однофазный инверторный блок, а другие элементы (например, блок 2 обработки выбора паттерна переключений) предусмотрены в однофазном инверторном блоке.

[0061]

Хотя подробно были описаны только вышеуказанные варианты осуществления настоящего изобретения, для специалистов в данной области техники очевидно, что возможны и другие модификации и эквиваленты, относящиеся к области настоящего изобретения. Как само собой разумеющееся, эти модификации и эквиваленты относятся к объему притязаний.

[0062]

На фиг. 10 показан пример схемы, на которой количество однофазных инверторных блоков составляет шесть на каждую фазу, а число фаз составляет три. Как само собой разумеющееся, изобретение по варианту осуществления 4 может быть применимо в отношении преобразователей мультиплексного типа с последовательным соединением ячеек, имеющих любое другое количество однофазных инверторных блоков и любое другое число фаз.

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Множество паттернов несущих сигналов, которые представляют собой паттерн А несущего сигнала и паттерн В несущего сигнала, формируют путем деления несущих сигналов треугольной волны каждые 1/2 периода в момент времени, когда несущие сигналы треугольной волны пересекают друг друга. Паттерн несущего сигнала, с помощью которого балансируют потенциал нейтральной точки, выбирают из паттерна А несущего сигнала и паттерна В несущего сигнала на основе значения Ea обнаружения напряжения постоянного тока верхнего плеча, значения Eb обнаружения напряжения постоянного тока нижнего плеча и значения lout обнаружения выходного тока. Выполняя ШИМ-операцию, которая сравнивает выбранный паттерн несущего сигнала с командой Vref выходного напряжения, генерируют сигнал ВКЛ/ВЫКЛ для каждого переключателя. С помощью этих операций в однофазном NPC-преобразователе потенциалом нейтральной точки напряжения постоянного тока управляют без изменения времени переключения. Технический результат - повышение стабильности управления. 5 н. и 2 з.п. ф-лы, 12 ил., 4 табл.

1. Способ управления потенциалом нейтральной точки для однофазного NPC-преобразователя, при этом однофазный NPC-преобразователь содержит множество конденсаторов, которые включены последовательно между обеими клеммами источника напряжения постоянного тока и с помощью которых напряжение постоянного тока между обеими клеммами делится пополам, с точкой деления напряжения в качестве нейтральной точки; инверторную схему, которая имеет множество переключателей и преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, и схему генерирования сигнала переключения, которая управляет включением/выключением переключателей инверторной схемы, причем способ включает:

в схеме генерирования сигнала переключения,

обеспечение наличия множества паттернов несущих сигналов, формируемых путем деления несущих сигналов треугольной волны каждую 1/2 периода в момент времени, когда несущие сигналы треугольной волны пересекают друг друга;

выбор, из множества паттернов несущих сигналов, паттерна несущего сигнала, посредством которого потенциал нейтральной точки балансируется, на основе значения обнаружения напряжения постоянного тока верхнего плеча, значения обнаружения напряжения постоянного тока нижнего плеча и значения обнаружения выходного тока; и

генерирование сигнала включения/выключения для каждого переключателя путем выполнения ШИМ-операции, которая сравнивает выбранный паттерн несущего сигнала с командой выходного напряжения.

2. Способ по п. 1, в котором:

множество паттернов несущих сигналов представляют собой паттерн А несущего сигнала и паттерн В несущего сигнала,

паттерн А несущего сигнала является паттерном, в котором несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча U-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча V-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча U-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча V-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и

паттерн В несущего сигнала является паттерном, в котором несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча U-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча V-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча U-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча V-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода.

3. Способ по п. 1, в котором:

множество паттернов несущих сигналов представляют собой паттерн С несущего сигнала и паттерн D несущего сигнала,

паттерн С несущего сигнала является паттерном, в котором несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча U-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча V-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны U-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча V-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и

паттерн D несущего сигнала является паттерном, в котором несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча U-фазы увеличивается от 0,5 до 1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 1 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны верхнего плеча V-фазы уменьшается от 0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от 0 до 0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, несущий сигнал треугольной волны нижнего плеча U-фазы уменьшается от -0,5 до -1 в первой 1/4 периода 1/2 периода и увеличивается от -1 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода, и несущий сигнал треугольной волны V-фазы увеличивается от -0,5 до 0 в первой 1/4 периода 1/2 периода и уменьшается от 0 до -0,5 во второй 1/4 периода 1/2 периода.

4. Способ управления потенциалом нейтральной точки для однофазного NPC-преобразователя, при этом NPC-преобразователь содержит множество конденсаторов, которые включены последовательно между обеими клеммами источника напряжения постоянного тока и с помощью которых напряжение постоянного тока между обеими клеммами делится пополам, с точкой деления напряжения в качестве нейтральной точки; инверторную схему, которая имеет множество переключателей и преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, и схему генерирования сигнала переключения, которая управляет включением/выключением переключателей инверторной схемы, при этом способ включает в себя:

в схеме генерирования сигнала переключения,

определение информации о моменте времени пересечения несущих сигналов и информации об области после перехода области, ограниченной несущими сигналами треугольной волны, с помощью ШИМ-операции, которая сравнивает команду выходного напряжения и паттерн несущего сигнала, сформированный путем деления несущих сигналов треугольной волны каждую 1/2 периода в момент времени, когда несущие сигналы треугольной волны пересекают друг друга; и

генерирование сигнала включения/выключения для каждого переключателя, с помощью которого балансируется потенциал нейтральной точки, с использованием информации о моменте времени пересечения несущих сигналов, информации об области после перехода упомянутой области, значения обнаружения напряжения постоянного тока верхнего плеча, значения обнаружения напряжения постоянного тока нижнего плеча и значения обнаружения выходного тока.

5. Способ управления потенциалом нейтральной точки для мультиплексного преобразователя с последовательным соединением ячеек, содержащего множество однофазных инверторных блоков, при этом однофазный инверторный блок включает в себя однофазный NPC-преобразователь и имеет функцию осуществления связи с обрабатывающим устройством центрального управления, причем способ включает в себя:

управление потенциалом нейтральной точки каждого однофазного NPC-преобразователя путем использования способа управления в соответствии с любым из п.п. 1-4.

6. Однофазный NPC-преобразователь, использующий способ управления потенциалом нейтральной точки в соответствии с любым из пп. 1-4.

7. Мультиплексный преобразователь с последовательным соединением ячеек, содержащий:

однофазный инверторный блок, который включает в себя однофазный NPC-преобразователь, использующий способ управления потенциалом нейтральной точки по п. 5.