電子裝置、控制串聯連接的多個開關模塊的系統及方法與流程
2024-03-07 00:56:15
本發明涉及控制串聯連接的多個開關模塊的系統及方法，特別涉及電子裝置、電能變換裝置中控制串聯連接的多個開關模塊的系統及方法。
背景技術：
變換器，例如直流到直流變換器、直流到交流逆變器或者交流到直流變換器，通常採用絕緣柵雙極型電晶體(insulated gate bipolar transistor，IGBT)作為基本的電子開關。針對高電流應用，一個典型的IGBT模塊通常包括兩個或多個IGBT，該兩個或多個IGBT並聯連接以提供較大的電流輸出。針對高電壓應用，多個上述IGBT模塊串聯連接以提供較大的電壓輸出。
由於將多個IGBT模塊串聯連接在一起，導致IGBT的總數量增加，從而可能降低了變換器的可靠性。例如，如果將三個IGBT模塊串聯連接在一起，那麼當三個IGBT模塊中的一者出現故障時，整個三個IGBT模塊可能無法正常運轉或者串聯連接的另外兩個IGBT模塊可能隨後出現故障。IGBT可能由於過電壓等原因而出現故障。
因此，為了確保變換器的可靠性，在串聯連接的多個IGBT模塊中實現冗餘設計是業界期望解決的問題。
技術實現要素：
根據本發明所公開的一個或多個具體實施方式，本發明的一個方面在於提供一種電子裝置，其包括：
串聯連接的多個開關模塊，該串聯連接的多個開關模塊中的每一者包括 並聯連接的至少兩個電子開關；及
控制器用於，響應一個或多個開關模塊中任何電子開關的故障，在其它多個非故障開關模塊中的電子開關被控制為開通狀態時控制一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關成開通狀態。
較佳地，在上述電子裝置中，該串聯連接的多個開關模塊中的每一者包括並聯連接的三個扁平封裝IGBTs。
較佳地，在上述電子裝置中，該控制器還用於，響應一個或多個開關模塊中任何電子開關的故障，持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關。
較佳地，該電子裝置還包括：
多個偵測模塊，用於偵測該串聯連接的多個開關模塊中的任何電子開關是否出現故障，並在一個或多個開關模塊中的任何電子開關出現故障時產生一個或多個故障信號，以識別該一個或多個故障開關模塊。
較佳地，在上述電子裝置中，該控制器還用於，在來自多個偵測模塊的故障信號的總數小於或等於該串聯連接的多個開關模塊中的冗餘開關模塊的總數時，持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關以及開通或關斷其它多個非故障開關模塊中的電子開關。
較佳地，在上述電子裝置中，該控制器還用於，在來自多個偵測模塊的故障信號的總數大於該串聯連接的多個開關模塊中的冗餘開關模塊的總數時，關斷該多個非故障開關模塊中的電子開關。
較佳地，在上述電子裝置中，該控制器還用於響應該一個或多個故障信號產生一個或多個替代控制信號以用於持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關；
該電子裝置還包括耦合於控制器和串聯連接的多個開關模塊之間的多個保護模塊，每個保護模塊與對應開關模塊的多個電子開關耦合；
多個保護模塊用於將各自替代控制信號的電壓幅值維持在期望電壓幅值， 使得該一個或多個替代控制信號足夠持續開通該一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關。
較佳地，在上述電子裝置中，每個開關模塊的多個電子開關的控制端共同耦合至公共節點，該公共節點通過對應保護模塊耦合至控制器。
較佳地，在上述電子裝置中，每個保護模塊包括耦合於控制器與對應開關模塊的多個電子開關之間的多個保護元件；
每個保護模塊中的一個或多個保護元件用於對從控制器流至對應開關模塊中的一個或多個故障電子開關的電流進行限制。
較佳地，在上述電子裝置中，該多個保護元件中的每一者包括保險絲元件或者正溫度係數電阻。
較佳地，在上述電子裝置中，該每個保護模塊的多個保護元件均具有足夠高的阻抗值，使得對應開關模塊所包括的多個電子開關中的任一者的控制端上發生的短路不會將對應開關模塊中的其它電子開關的控制端上的控制信號幅值降低至足夠開通該電子開關的最小值。
較佳地，在上述電子裝置中，該每個保護模塊的多個保護元件分別為多個獨立驅動級，該多個獨立驅動級產生多個獨立控制信號以分別用於持續導通對應開關模塊中的多個電子開關，該多個獨立驅動級被設計成使得對應開關模塊所包括的多個電子開關中的任一者的控制端上發生的短路不會將對應開關模塊中的其它電子開關的控制端上的控制信號幅值降低至足夠開通該電子開關的最小值。
本發明的另一個方面在於提供一種用於控制串聯連接的多個開關模塊的方法，該串聯連接的多個開關模塊中的每一者包括並聯連接的至少兩個電子開關；該方法包括：
響應一個或多個開關模塊中任何電子開關的故障，在其它多個非故障開關模塊中的電子開關被控制為開通狀態時控制一個或多個故障開關模塊中的 任何非故障電子開關成開通狀態。
較佳地，上述方法還包括：
響應一個或多個開關模塊中任何電子開關的故障，持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關。
較佳地，上述方法還包括：
通過多個偵測模塊分別偵測該串聯連接的多個開關模塊中的任何電子開關是否出現故障，並在一個或多個開關模塊中的任何電子開關出現故障時產生一個或多個故障信號，以識別該一個或多個故障開關模塊。
較佳地，上述方法還包括：
在來自多個偵測模塊的故障信號的總數小於或等於該串聯連接的多個開關模塊中的冗餘開關模塊的總數時，持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關以及開通或關斷其它多個非故障開關模塊中的電子開關。
較佳地，上述方法還包括：
在來自多個偵測模塊的故障信號的總數大於該串聯連接的多個開關模塊中的冗餘開關模塊的總數時，關斷該多個非故障開關模塊中的電子開關。
較佳地，上述方法還包括：
使用控制器響應該一個或多個故障信號產生一個或多個替代控制信號以用於持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關，其中控制器和串聯連接的多個開關模塊之間連接有多個保護模塊，每個保護模塊與對應開關模塊的多個電子開關耦合；以及
使用多個保護模塊將各自替代控制信號的電壓幅值維持在期望電壓幅值，使得該一個或多個替代控制信號足夠持續開通該一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關。
本發明的另一個方面在於提供一種用於控制串聯連接的多個開關模塊的系統，該串聯連接的多個開關模塊中的每一者包括並聯連接的至少兩個電子 開關；該系統包括：
控制器用於，響應一個或多個開關模塊中任何電子開關的故障，在其它多個非故障開關模塊中的電子開關被控制為開通狀態時控制一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關成開通狀態。
較佳地，上述系統還包括：
多個偵測模塊，用於偵測該串聯連接的多個開關模塊中的任何電子開關是否出現故障，並在一個或多個開關模塊中的任何電子開關出現故障時產生一個或多個故障信號，以識別該一個或多個故障開關模塊。
較佳地，在上述系統中，該控制器還用於，在來自多個偵測模塊的故障信號的總數小於或等於該串聯連接的多個開關模塊中的冗餘開關模塊的總數時，持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關以及開通或關斷其它多個非故障開關模塊中的電子開關。
較佳地，在上述系統中，該控制器還用於，在來自多個偵測模塊的故障信號的總數大於該串聯連接的多個開關模塊中的冗餘開關模塊的總數時，關斷該多個非故障開關模塊中的電子開關。
本發明提供的上述電子裝置、用於控制串聯連接的多個開關模塊的系統及方法，由於控制器用於，響應一個或多個開關模塊中任何電子開關的故障，在其它多個非故障開關模塊中的電子開關被控制為開通狀態時控制一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關成開通狀態。因此，串聯連接的多個開關模塊在一個或多個開關模塊中的任何電子開關出現故障後仍然能夠正常運作，提供了可靠性。
附圖說明
當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特徵、方面及優點將變得更好理解，在附圖中，相同的元件標號在全部附圖中用於表示相同的部件，其中：
圖1為本發明一種示範性實施方式的電子裝置的示意圖。
圖2為本發明第一種示範性實施方式的系統的示意圖，該系統用於控制串聯連接的多個開關模塊。
圖3為圖2所示保護模塊之一種示範性實施方式的示意圖。
圖4為本發明第二種示範性實施方式的系統的示意圖，該系統用於控制串聯連接的多個開關模塊。
圖5為圖4所示保護模塊之一種示範性實施方式的示意圖。
圖6為本發明一種示範性實施方式的方法的示意圖，該方法用於控制串聯連接的多個開關模塊。
圖7為本發明一種示範性實施方式的直流到直流變換器的示意圖。
具體實施方式
為幫助本領域的技術人員能夠確切地理解本發明所要求保護的主題，下面結合附圖詳細描述本發明的具體實施方式。在以下對這些具體實施方式的詳細描述中，本說明書對一些公知的功能或構造不做詳細描述以避免不必要的細節而影響到本發明的披露。
除非另作定義，本權利要求書和說明書中所使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬技術領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說明書以及權利要求書中所使用的「第一」、「第二」以及類似的詞語並不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。「一個」或者「一」等類似詞語並不表示數量限制，而是表示存在至少一個。「包括」或者「具有」等類似的詞語意指出現在「包括」或者「具有」前面的元件或者物件涵蓋出現在「包括」或者「具有」後面列舉的元件或者物件及其等同元件，並不排除其他元件或者物件。「連接」或者「相連」等類似的詞語並非限定於物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。
請參閱圖1，其為本發明一種示範性實施方式的電子裝置900的示意圖。本實施方式中，電子裝置900為電能變換裝置，其可以適合於高功率和高電壓應用。例如，電子裝置900可以被應用於如下領域，包括但不限於，發電廠(例如風力發電廠)、天然氣壓縮工業等，以用於驅動一個或多個負載(例如泵、馬達、風扇等)。
在圖1所示實施例中，電子裝置900包括第一功率裝置920、變換器模塊100、控制器140及第二功率裝置940。在本實施例中，控制器140被配置成與變換器模塊100通信連接，並且可以通過例如一個或多個電連結或電線將控制信號142傳輸到變換器模塊100，以控制變換器模塊100的運作。電力轉換裝置100可以用於在第一功率裝置920和第二功率裝置940之間進行單向或雙向的電力變換。
變換器模塊100包括第一變換器122、直流鏈路124和第二變換器126。在本示範性實施例中，第一變換器122可包括交流到直流變換器，其用於將來自第一功率裝置920(例如，電網)的交流電能轉換成直流電能。
在本示範性實施例中，直流鏈路124可包括一個或多個電容，其用於維持第一直流導電線102和第二直流導電線104之間的電壓基本穩定以及對來自第一變換器122的直流電能進行濾波，並將濾波後的直流電能提供給第二變換器126。
在本示範性實施例中，第二變換器126可包括直流到交流變換器，其用於將來自直流鏈路124的直流電能轉換成交流電能，並將交流電能提供給第二功率裝置940。
在一些實施方式中，第二功率裝置940可包括負載，例如負載可為在天然氣壓縮設備、風扇或泵中使用的電動馬達，其可以由來自第二變換器126的交流電能驅動。
在本示範性實施例中，第一變換器122包括六個開關單元K1a、K2a、K3a、K4a、K5a及K6a。兩個開關單元K1a、K2a串聯連接在第一直流導電 線102和第二直流導電線104之間，從而構成了第一相橋臂；兩個開關單元K1a、K2a之間的連接點耦合至第一功率裝置920的第一相輸出。兩個開關單元K3a、K4a串聯連接在第一直流導電線102和第二直流導電線104之間，從而構成了第二相橋臂，兩個開關單元K3a、K4a之間的連接點耦合至第一功率裝置920的第二相輸出。兩個開關單元K5a、K6a串聯連接在第一直流導電線102和第二直流導電線104之間，從而構成了第三相橋臂，兩個開關單元K5a、K6a之間的連接點耦合至第一功率裝置920的第三相輸出。在其它實施例中，可以將第一變換器122構造成由多個二極體形成的整流橋結構，用於將第一交流電能轉換成第一直流電能。
在其它實施例中，第一變換器122和第二變換器126可能是多電平變換器。在其它實施例中，第一變換器122和第二變換器126可能是電流源變換器。
作為一個非限制性的示例，直流鏈路124包括兩個電容C1，C2，兩個電容C1，C2串聯連接在第一直流導電線102和第二直流導電線104之間。
作為一個非限制性的示例，第二變換器126包括六個開關單元K1b、K2b、K3b、K4b、K5b和K6b。兩個開關單元K1b、K2b串聯連接在第一直流導電線102和第二直流導電線104之間，從而構成了第一相橋臂，兩個開關單元K1b和K2b之間的連接點耦合至第二功率裝置940的第一相輸入。兩個開關單元K3b、K4b串聯連接在第一直流導電線102和第二直流導電線104之間，從而構成了第二相橋臂，兩個開關單元K3b和K4b之間的連接點耦合至第二功率裝置940的第二相輸入。兩個開關單元K5b、K6b串聯連接在第一直流導電線102和第二直流導電線104之間，從而構成了第三相橋臂，兩個開關單元K5b和K6b之間的連接點耦合至第二功率裝置940的第三相輸入。
圖2為本發明第一種示範性實施方式的系統902的示意圖，系統902用於控制串聯連接的多個開關模塊201,...20n。
開關單元200可以是圖1所示第一變換器122包括的開關單元K1a、K2a、K3a、K4a、K5a和K6a中的一者，或者是圖1所示第二變換器126包括的開關單元K1b、K2b、K3b、K4b、K5b和K6b中的一者。
開關單元200包括串聯連接的多個開關模塊201,...20n。多個開關模塊201,...20n中的每一者包括並聯連接的三個電子開關Q1,Q2,Q3。在本示範性實施例中，電子開關Q1,Q2,Q3中的每一者為絕緣柵雙極型電晶體(insulated gate bipolar transistor，IGBT)。在其它實施例中，電子開關Q1,Q2,Q3中的每一者為金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)、電子注入增強柵電晶體(Injection Enhanced Gate Transistor,IEGT)、電力電晶體(Giant Transistor,GTR)或其它可控電子開關。
在本示範性實施例中，開關模塊201,...20n中的每一者包括並聯連接的三個扁平封裝IGBTs(英文名稱為flat-pack IGBTs)。在其它實施方式中，開關模塊201,...20n中的每一者包括並聯連接的二個扁平封裝IGBTs或三個以上的扁平封裝IGBTs。在一個非限定的實施例中，扁平封裝IGBTs可以是PrimePACK IGBT模塊、EconoPACK IGBT模塊、EconoDUAL IGBT模塊或者IGBT高功率模塊。
例如，如果將電子開關Q1,Q2,Q3中的每一者作為獨立的IGBT使用，並且，如果流過獨立的IGBT的電流增加到大於預定電流，那麼所述獨立的IGBT可能會由於過電流而出現故障。基於上述考慮，將三個電子開關Q1,Q2,Q3並聯連接以共同承擔所述增加的電流，因此變換器模塊100可以為第二功率裝置940提供較大的輸出電流。
此外，例如，如果將電子開關Q1,Q2,Q3中的每一者作為獨立的IGBT使用，如果獨立的IGBT的兩端電壓大於預定電壓，那麼所述獨立的IGBT可能會由於過電壓而出現故障。基於上述考慮，將多個開關模塊201,...20n串聯連接以提供較高的電壓，因此變換器模塊100可以為第二功率裝置940 提供較大的輸出電壓。
串聯連接的多個開關模塊201,...20n可能包括冗餘開關模塊。例如，如果一個開關模塊的額定電壓是1KV，而電壓需求是5KV，那麼串聯連接的五個開關模塊足夠滿足電壓需求。然而，在一些實施方式中，將會使用串聯連接的七個開關模塊，其中兩個開關模塊將會作為冗餘開關模塊。相似地，所述並聯連接的電子開關Q1,Q2,Q3可能包括冗餘電子開關，也就是除了足夠滿足較高電流需求的多個電子開關外，還會有額外的電子開關。
進一步地，系統902還包括多個驅動模塊401,...40n。在本示範性實施例中，在正常操作期間，控制器140用於控制多個驅動模塊401,...40n以分別產生多個正常控制信號G1,...Gn，該多個正常控制信號G1,...Gn分別開通或關斷多個開關模塊201,...20n中的電子開關Q1,Q2,Q3。在其它實施例中，多個驅動模塊401,...40n可以集成於控制器140中。
進一步地，系統902還包括多個偵測模塊501,...50n。多個偵測模塊501,...50n用於分別偵測多個開關模塊201,...20n中的任何電子開關是否出現故障，並在一個或多個開關模塊中的任何電子開關出現故障時產生一個或多個故障信號。該一個或多個故障信號用於識別一個或多個故障開關模塊。
具體地，在一個示範性實施例中，多個偵測模塊501,...50n中的每一者用於，在多個開關模塊201,...20n中的對應一個開關模塊的控制端電壓(例如開關模塊201中電子開關Q1的控制端電壓Vge1，或者開關模塊20n中電子開關Q1的控制端電壓Vgen)相對於其正常操作時的期望電壓降低了預定電壓時，產生故障信號。該對應一個開關模塊的控制端電壓相對於其正常操作時的期望電壓降低了預定電壓是由於該對應一個開關模塊中任意故障電子開關的控制端發生短路(例如，任意故障IGBT的柵極短路)導致的。
在另一個示範性實施例中，多個偵測模塊501,...50n中的每一者用於，在用於關斷多個開關模塊201,...20n中的對應一者的電子開關Q1,Q2,Q3的 正常控制信號幅值以及與多個開關模塊201,...20n中的對應一者的電子開關Q1,Q2,Q3的兩端電壓(例如，開關模塊201中電子開關Q1的兩端電壓Vce1，或者開關模塊20n中電子開關Q1的兩端電壓Vcen)相關的反饋信號幅值均小於或等於預定電壓幅值時，產生故障信號。
在又一個示範性實施例中，多個偵測模塊501,...50n中的每一者用於，在流過多個開關模塊201,...20n中的對應開關模塊的過衝電流(例如流過開關模塊201中電子開關Q1的電流Ige1或Ice1，或者流過開關模塊20n中電子開關Q1的電流Igen或Icen)大於預定電流時，產生故障信號。上述過衝電流大於預定電流是由於短路電流流過多個開關模塊201,...20n中的對應開關模塊所包括的任何故障電子開關導致的。
控制器140還用於，響應一個或多個開關模塊中任何電子開關的故障，在其它多個非故障開關模塊中的電子開關Q1,Q2,Q3被控制為開通時控制多個驅動模塊401,...40n開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關。具體地，控制器140還用於，響應一個或多個開關模塊中任何電子開關的故障，在其它多個非故障開關模塊中的電子開關Q1,Q2,Q3被控制為開通時控制多個驅動模塊401,...40n持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關。
在本示範性實施例中，控制器140還用於，在來自多個偵測模塊501,...50n的故障信號的總數小於或等於該串聯連接的多個開關模塊201,...20n中的冗餘開關模塊的總數時，控制多個驅動模塊401,...40n持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關以及開通或關斷其它多個非故障開關模塊中的電子開關Q1,Q2,Q3。因此，串聯連接的多個開關模塊201,...20n在一個或多個開關模塊中的任何電子開關出現故障後仍然能夠正常運作。
控制器140還用於，在來自多個偵測模塊501,...50n的故障信號的總數大於該串聯連接的多個開關模塊201,...20n中的冗餘開關模塊的總數時，控 制多個驅動模塊401,...40n關斷多個非故障開關模塊中的電子開關Q1,Q2,Q3。因此，實現了串聯連接的多個開關模塊201,...20n的冗餘設計，也即實現了圖1所示第一變換器122和/或第二變換器126的冗餘設計，因而極大地提高了圖1所示變換器模塊100的可靠性。
在其它示範性實施例中，控制器140還用於，在來自多個偵測模塊501,...50n的故障信號的總數小於或等於該串聯連接的多個開關模塊201,...20n中的冗餘開關模塊的總數時，控制多個驅動模塊401,...40n開通或關斷一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關以及開通或關斷其它多個非故障開關模塊中的電子開關Q1,Q2,Q3。
進一步地，系統902還包括多個保護模塊601,...60n。多個保護模塊601,...60n分別耦合於多個驅動模塊401,...40n和串聯連接的多個開關模塊201,...20n的電子開關Q1,Q2,Q3之間。
容易理解的是，如果多個偵測模塊501,…50n不產生一個或多個故障信號，控制器140控制多個驅動模塊401,...40n分別產生多個正常控制信號G1,...Gn，該多個正常控制信號G1,...Gn分別通過多個保護模塊601,…60n傳輸至多個開關模塊201,…20n的電子開關Q1,Q2,Q3。因此，多個開關模塊201,…20n的電子開關Q1,Q2,Q3分別根據多個正常控制信號G1,...Gn開通或關斷。
控制器140還用於響應該一個或多個故障信號控制多個驅動模塊401,...40n產生一個或多個替代控制信號。
在本示範性實施方式中，多個保護模塊601,…60n用於將各自替代控制信號的電壓幅值維持在期望電壓幅值，使得該一個或多個替代控制信號足夠持續開通該一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關。
圖3為圖2所示保護模塊之一種示範性實施方式的示意圖。在圖3所示實施例中，以保護模塊601為例，保護模塊601包括三個保護元件610,612, 614耦合於驅動模塊401與開關模塊201的三個電子開關Q1,Q2,Q3之間。在其它實施例中，當開關模塊201包括二個或三個以上的電子開關時，對應地，保護模塊601包括二個或三個以上的保護元件。圖2所示多個保護模塊601,...60n中的其它保護模塊與保護模塊601具有相同的結構。
在本示範性實施例中，三個保護元件410,412,414中的每一者，在出現短路電流並且該短路電流流過三個電子開關Q1,Q2,Q3中的對應電子開關時，被配置成點燃或者提供高阻抗，使得驅動模塊401與該對應電子開關之間的電流路徑被切斷。
在另一個實施例中，該每個保護模塊的三個保護元件410,412,414均具有足夠高的阻抗值，使得對應開關模塊所包括的三個電子開關Q1,Q2,Q3中的任一者的控制端上發生的短路不會將對應開關模塊中的其它電子開關的控制端上的控制信號幅值降低至足夠開通該電子開關的最小值。
在又一個實施例中，該每個保護模塊的三個保護元件410,412,414分別為三個獨立驅動級，該三個獨立驅動級產生三個獨立控制信號以分別用於持續導通對應開關模塊中的三個電子開關Q1,Q2,Q3；三個獨立驅動級被設計成使得三個電子開關Q1,Q2,Q3中的任一者的控制端上發生的短路不會將對應開關模塊中的其它電子開關的控制端上的控制信號幅值降低至足夠開通該電子開關的最小值。在非限定的實施例中，每個獨立驅動級和其電源間的隔離可採用限流或者過流關斷的方式來實現。
在本示範性實施例中，三個保護元件410,412,414中的每一者為保險絲元件。如果電子開關Q1由於過電壓導致故障，短路電流流過電子開關Q1的柵極和發射極，該短路電流點燃保險絲元件610，從而切斷驅動模塊401和電子開關Q1之間的電流路徑，因此，來自驅動模塊401的替代控制信號可持續開通電子開關Q2和Q3。
如果電子開關Q2由於過電壓導致故障，短路電流流過電子開關Q2的柵極和發射極，該短路電流點燃保險絲元件612，從而切斷驅動模塊401和電 子開關Q2之間的電流路徑，因此，來自驅動模塊401的替代控制信號可持續開通電子開關Q2和Q3。
如果電子開關Q3由於過電壓導致故障，短路電流流過電子開關Q3的柵極和發射極，該短路電流點燃保險絲元件614，從而切斷驅動模塊401和電子開關Q3之間的電流路徑，因此，來自驅動模塊401的替代控制信號可持續開通電子開關Q1和Q2。
在其它實施例中，三個保護元件410,412,414中的每一者為正溫度係數(positive temperature coefficient,PTC)電阻，正溫度係數電阻的工作原理與保險絲元件相同，在此不再贅述。
圖4為本發明第二種示範性實施方式的系統904的示意圖，系統904用於控制串聯連接的多個開關模塊201,...20n。圖4所示系統904與圖2所示系統902的區別是：多個開關模塊201,...20n中的每一者所包括的電子開關Q1,Q2,Q3的控制端共同耦合至多個公共節點701,...70n中的對應一者，該多個公共節點701,...70n分別通過多個保護模塊601,...60n耦合至多個驅動模塊401,...40n。以開關模塊201舉例說明，開關模塊201中的電子開關Q1,Q2,Q3的控制端共同耦合至公共節點701，該公共節點701通過保護模塊601耦合至驅動模塊401。以開關模塊20n舉例說明，開關模塊20n中的電子開關Q1,Q2,Q3的控制端共同耦合至公共節點70n，該公共節點70n通過保護模塊60n耦合至驅動模塊40n。
圖5為圖4所示保護模塊之一種示範性實施方式的示意圖。在圖5所示實施例中，以保護模塊601為例，保護模塊601包括保護元件622，該保護元件622耦合於驅動模塊401與開關模塊201的三個電子開關Q1,Q2,Q3之間。圖4所示多個保護模塊601,...60n中的其它保護模塊與保護模塊601具有相同的結構。
在本示範性實施例中，保護元件622可以是驅動模塊401的內部阻抗， 驅動模塊401的內部阻抗足夠小，而驅動模塊401的替代控制信號的電壓值足夠大以開通電子開關Q1,Q2,Q3。
如果電子開關Q1由於過電壓而出現故障，作為一個非限制性的實例，電子開關Q1產生的短路電流流過保護元件622，由於保護元件622的電阻足夠小，保護元件622的兩端電壓也足夠小，所以具有足夠大電壓值的替代控制信號能夠持續開通電子開關Q2和Q3。
相類似地，如果電子開關Q2由於過電壓而出現故障，具有足夠大電壓值的替代控制信號能夠持續開通電子開關Q1和Q3。如果電子開關Q3由於過電壓而出現故障，具有足夠大電壓值的替代控制信號能夠持續開通電子開關Q1和Q2。
圖6為本發明一種示範性實施方式的方法800的示意圖，該方法800用於控制串聯連接的多個開關模塊201,...20n。方法800應用於圖2或圖4所述示範性實施方式，方法800包括如下步驟：
步驟802：控制器140控制多個驅動模塊401,...40n分別產生多個正常控制信號G1,...Gn。
步驟804：控制器140判斷多個偵測模塊501,...50n是否產生一個或多個故障信號。若是，則流程執行步驟808。若否，則流程執行步驟806。
步驟806：多個驅動模塊401,...40n產生的多個正常控制信號G1,...Gn分別開通或關斷多個開關模塊201,...20n的電子開關Q1,Q2,Q3，隨後，流程執行步驟802。
步驟808：控制器140判斷來自多個偵測模塊501,...50n的故障信號的總數是否大於串聯連接的多個開關模塊601,...60n中的冗餘開關模塊的總數。若是，則流程執行步驟814。若否，則流程執行步驟810。
步驟810：控制器140根據一個或多個故障信號控制多個驅動模塊401,...40n產生一個或多個替代控制信號。
步驟812：多個驅動模塊401,...40n產生的一個或多個替代控制信號持續開通一個或多個故障開關模塊中的任何非故障電子開關以及多個驅動模塊401,...40n產生的其它多個正常控制信號分別開通或關斷其它多個非故障開關模塊中的電子開關。隨後，流程執行步驟802。
步驟814：控制器140控制多個驅動模塊401,...40n分別關斷多個非故障開關模塊中的電子開關。在其他具體實施方式中，多個驅動模塊401,...40n集成於控制器140內。
圖7為本發明一種示範性實施方式的直流到直流變換器129的示意圖。在圖7所示實施例中，直流到直流變換器129包括電感元件L和兩個開關單元K1b，K2b。兩個開關單元K1b，K2b串聯連接在第一直流導電線102和第二直流導電線104之間。電感元件L耦合在第一功率單元950和兩個開關單元K1b，K2b的連接點之間。直流/直流變換器129用於將來自第一功率單元950的一個直流電能轉換為另一個直流電能。該另一個直流電能用於提供給第二功率單元960。
請再次參閱圖2和圖4，圖2所示開關單元200和圖4所示開關單元200可以是直流到直流變換器129所包括的開關單元K1b和K2b中的任何一個。
雖然結合特定的具體實施方式對本發明進行了詳細說明，但本領域的技術人員可以理解，對本發明可以作出許多修改和變型。因此，要認識到，權利要求書的意圖在於覆蓋在本發明真正構思和範圍內的所有這些修改和變型。