能量變換系統及其控制方法
2023-09-19 19:41:30 1
能量變換系統及其控制方法
【專利摘要】本發明揭示一種能量變換系統，其包括控制模塊和能量變換裝置。能量變換裝置至少包括一個開關單元。開關單元包括開關裝置，開關裝置包括溝道和與溝道集成的體二極體。開關裝置包括第一埠，第二埠和第三埠。第一埠用於接收開關控制信號。第二埠和第三埠用於提供電流流通路徑。本發明還揭示了一種能量變換控制方法。本發明揭示的能量變換系統和能量變換控制方法，可提高能量變換的效率。
【專利說明】能量變換系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明公開的實施方式涉及能量變換系統及其控制方法，特別涉及一種用於提高電動汽車中的整流器或者充電裝置效率的系統和方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的發展，能量變換系統被廣泛地用於將一種形式的輸入能量轉換為另一種形式的輸出電能。通常，能量變換系統至少包括一個半導體開關裝置。通過給半導體開關裝置提供開關控制信號，可以靈活的控制能量變換系統輸出不同形式的電能。然而，如何提聞能量變換系統的效率仍舊是一個亟待解決的技術問題。
[0003]近些年來，儘管大量的控制策略如零電壓開關策略，零電流開關策略，優化的脈寬調製策略以及拓撲結構如三電平拓撲結構被用於提高能量變換系統的效率，然而，能量變換系統的效率仍有很大的提聞空間。
[0004]因此，有必要提供一種改進的系統和方法來解決上述技術問題。
【發明內容】
[0005]鑑於上面提及的技術問題，本發明的一個方面在於提供一種改進的能量變換系統，該能量變換系統包括控制模塊和能量變換裝置。該控制模塊用於提供開關控制信號。該能量變換裝置包括輸入埠，輸出埠和至少一個開關單元，該開關單元連接在該輸入埠和該輸出埠之間，該開關單元包括開關裝置，該開關裝置包括溝道和與該溝道集成的體二極體。該開關裝置包括第一埠，第二埠和第三埠，該第一埠用於接收由該控制模塊提供的該開關控制信號，該第二埠和該第三埠用於提供電流流通路徑，該開關裝置的溝道用於提供正向電流流通路徑，根據該第一埠接收到的第一開通控制信號，正向電流經由該正向電流流通路徑從該開關裝置的第二埠流向第三埠。該開關裝置的體二極體用於提供第一反向電流流通路徑，根據該第一埠接收到的第一關斷控制信號，反向電流經由該第一反向電流流通路徑從該開關裝置的第三埠流向第二埠。該開關裝置的溝道用於提供第二反向電流流通途徑，根據該第一埠接收到的第二開通控制信號，該反向電流經由該第二反向電流流通路徑從該開關裝置的第三埠流向第二埠。
[0006]如上所述的能量變換系統，其中，該開關裝置至少包括碳化矽電晶體或者氮化鎵電晶體。
[0007]如上所述的能量變換系統，其中，該第一開通控制信號和該第一關斷控制信號通過調製策略產生。
[0008]如上所述的能量變換系統，其中，部分該第一關斷控制信號被該第二開通控制信號替換。
[0009]如上所述的能量變換系統，其中，該開關裝置的第一埠接收第一死區時間關斷控制信號和第二死區時間關斷控制信號，該第一死區時間關斷控制信號造成該第二開通控制信號延遲一個死區時間開通，該第二死區時間關斷信號造成該第二開通控制信號提前一個死區時間關斷。
[0010]如上所述的能量變換系統，其中，當該第一死區時間關斷信號過渡到該第二開通控制信號時，該開關裝置被零電壓開通。
[0011]如上所述的能量變換系統，其中，該開關單元包括反並聯二極體，該反並聯二極體與該開關裝置反並聯連接，該反並聯二極體用於提供第三反向電流流通途徑，根據該第一埠接收到的該第一關斷控制信號，該反向電流經由該第三反向電流流通路徑從該開關裝置的第三埠流向第二埠。
[0012]如上所述的能量變換系統，其中，部分該第一關斷控制信號被該第二開通控制信號替換。
[0013]如上所述的能量變換系統，其中，該能量變換系統包括整流器，根據該控制模塊提供的開關控制信號，該整流器用於將輸入的交流電整流成輸出的直流電以給直流負載充電。
[0014]如上所述的能量變換系統，該能量變換系統至少包括逆變器，直流/直流變換器以及交流/交流變換器。根據該控制模塊提供的開關控制信號，該逆變器用於將輸入的直流電逆變為輸出的交流電；根據該控制模塊提供的開關控制信號，該直流/直流變換器用於將輸入的直流電變換為輸出的直流電。根據該控制模塊提供的開關控制信號，該交流/交流變換器用於將輸入的交流電變換為輸出的交流電。
[0015]本發明的另一個方面在於提供一種能量變換系統控制方法。該方法至少包括如下步驟:提供第一開通控制信號給該能量變換系統的開關裝置的第一埠，正向電流可經由該開關裝置的溝道提供的正向電流流通路徑從該開關裝置的第二埠流向第三埠 ；以及提供第二開通控制信號給該能量變換系統的開關裝置的第一埠，反向電流可經由該開關裝置的溝道提供的第二反向電流流通路徑從該開關裝置的第三埠流向第二埠。
[0016]如上所述的能量變換系統控制方法，該方法包括將部分第一關斷控制信號替換成該第二開通控制信號。
[0017]如上所述的能量變換系統控制方法，該第一開通控制信號和該第一關斷控制信號通過調製策略產生。
[0018]如上所述的能量變換系統控制方法，該方法包括提供第一死區時間關斷控制信號，該第一死區時間關斷控制信號造成該第二開通控制信號延遲一個死區時間開通；提供第二死區時間關斷控制信號，該第二死區時間關斷控制信號造成該第二開通控制信號提前一個死區時間關斷。
[0019]如上所述的能量變換系統控制方法，該方法包括以零電壓開關策略開通該開關裝置。
[0020]本發明提供的能量變換系統以及能量變換系統控制方法與傳統的方法相比，將具有反向溝道導通特性的半導體開關裝置應用於該能量變換裝置中。與該半導體開關裝置的體二極體以及反並聯二極體相比，該半導體開關裝置的溝道具有更小的導通電阻，因此，通過將該反向溝道導通策略與傳統調製策略相結合可減小該能量變換裝置的能量損耗進而提高該能量變換系統的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】[0021]通過結合附圖對於本發明的實施方式進行描述，可以更好地理解本發明，在附圖中:
[0022]圖1所示為能量變換系統的一種實施方式的模塊示意圖；
[0023]圖2所示為能量變換系統的另一種實施方式的模塊示意圖；
[0024]圖3所示為將傳統調製策略施加在如圖1或圖2所示的開關單元時在該開關單元中產生的波形示意圖；
[0025]圖4所示為將傳統調製策略與反向溝道導通策略相結合的開關控制策略施加在如圖1或圖2所示的開關單元時在該開關單元中產生的波形示意圖；
[0026]圖5所示為將圖4所示的開關控制策略與死區時間開關控制策略相結合的開關控制策略施加在如圖1或圖2所示的開關單元時在該開關單元中產生的波形示意圖；
[0027]圖6所示為應用於電動汽車系統中給如蓄電池等能量存儲裝置充電的整流器的一種實施方式的模塊不意圖；
[0028]圖7所示為將SVPWM策略應用於如圖6所示的整流器中所產生的相應波形圖；
[0029]圖8所示為將SVPWM策略與反向溝道導通策略相結合併應用於如圖6所示整流器中所產生的相應波形圖；
[0030]圖9所示為將SVPWM策略應用於如圖6所示的整流器中時的電流流通路徑示意圖；以及
[0031]圖10所示為將SVPWM策略與反向溝道導通策略相結合併應用於如圖6所示的整流器中時的電流流通路徑示意圖。
【具體實施方式】
[0032]以下將描述本發明的一個或者多個【具體實施方式】。首先要指出的是，在這些實施方式的具體描述過程中，為了進行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實施方式的所有特徵均作詳盡的描述。應當可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工程項目或者設計項目的過程中，為了實現開發者的具體目標，或者為了滿足系統相關的或者商業相關的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施方式之間發生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發過程中所作出的努力可能是複雜並且冗長的，然而對於與本發明公開的內容相關的本領域的普通技術人員而言，在本公開揭露的技術內容的基礎上進行的一些設計，製造或者生產等變更只是常規的技術手段，不應當理解為本發明公開的內容不充分。
[0033]除非另作定義，在本說明書和權利要求書中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使用的「第一」或者「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。「或者」包括所列舉的項目中的任意一者或者全部。「包括」或者「包含」等類似的詞語意指出現在「包括」或者「包含」前面的元件或者物件涵蓋出現在「包括」或者「包含」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。此外，「電路」或者「電路系統」以及「控制器」等可以包括單一組件或者由多個主動元件或者被動元件直接或者間接相連的集合，例如一個或者多個集成電路晶片，以提供所對應描述的功能。
[0034]本發明中使用的「可」、「可以」與「可能」等詞語表明在某些環境中事件發生的可能性；擁有一種特定屬性、特徵或功能；和/或通過與某一合格動詞結合表示一個或多個能力、性能或可能性。相應地，「可能」的使用表明:被修飾的術語對於所示的能力、功能或用途是明顯適當、可匹配或合適的；同時考慮到在某些情況的存在，被修飾的術語有時可能不適當，不匹配或不合適。例如，在某些情況下，可能預期出現某一結果或性能；而在其他情況下，該結果或性能可能不出現。這一區別由表示「可能」的詞語體現。
[0035]圖1所示為本發明揭示的能量變換系統10的一種實施方式的概略模塊示意圖。如圖1所示，該能量變換系統10大致包括能量變換裝置13和控制模塊17。在一些實施方式中，該能量變換裝置13包括輸入埠 19和輸出埠 21，該輸入埠 19與第一功率裝置11連接，該輸出埠 21與第二功率裝置15連接。該控制模塊17與該能量變換裝置13通訊，該控制模塊17用於給該能量變換裝置13提供開關控制信號18，根據該開關控制信號18，該能量變換裝置13可以通過單向方式或者雙向方式進行電能轉換。
[0036]該第一功率裝置11和該第二功率裝置15包括多種形式，根據該第一功率裝置11和該第二功率裝置15的形式，該能量變換系統10可以用於實現不同的電能轉換功能。在一些實施方式中，能夠提供或者接收交流電或者直流電的功率裝置可用作該第一功率裝置11和該第二功率裝置15。
[0037]例如，在一些實施方式中，能夠提供交流電的交流功率裝置如交流電網和發電裝置(如風機)可用作該第一功率裝置11。在一些實施方式中，能夠接收直流電的直流功率裝置如直流電機，蓄電池和超級電容可用作該第二功率裝置15。該能量變換系統10作為整流器將由該交流功率裝置11提供的交流電整流為直流電輸出給該直流功率裝置15。
[0038]在一些實施方式中，能夠提供直流電的直流功率裝置如太陽能電池板，蓄電池和超級電容可用作該第一功率裝置11。在一些實施方式中，能夠接收交流電的交流功率裝置如交流電機和交流電網可用作該第二功率裝置15。該能量變換系統10作為逆變器將由該直流功率裝置11提供的直流電逆變為交流電輸出給該交流功率裝置15。
[0039]在一些實施方式中，能夠提供直流電的直流功率裝置如太陽能電池板，蓄電池和超級電容可用作該第一功率裝置11。在一些實施方式中，能夠接收直流電的直流功率裝置如直流電機可用作該第二功率裝置15。該能量變換系統10作為直流/直流變換器將由該直流功率裝置11提供的一種直流電變換為另一種直流電輸出給該直流功率裝置15。
[0040]在一些實施方式中，能夠提供交流電的交流功率裝置如交流電網和發電裝置(如風機)可用作該第一功率裝置11。在一些實施方式中，能夠接收交流電的交流功率裝置可用作該第二功率裝置15。該能量變換系統10作為交流/交流變換器將由該交流功率裝置11提供的一種交流電變換為另一種交流電輸出給該交流功率裝置15。
[0041]該能量變換系統13至少包括一個開關單元23。在一些實施方式中，該開關單元23包括開關裝置25。該開關裝置25包括溝道20和與該溝道20集成的體二極體22。特別地，該開關裝置25的溝道20被設計為具有正向溝道導通特性和反向溝道導通特性。更具體地，在一些實施方式中，該開關裝置25可以允許正向電流從該溝道20提供的路徑流通。在一些實施方式中，該開關裝置25可允許反向電流至少從分別由該體二極體22和該溝道20提供的路徑流通。具有該反向溝道導通特性的該開關裝置25不局限於寬禁帶半導體器件，該寬禁帶半導體器件可能包括氮化鎵電晶體或者碳化矽電晶體如碳化矽金屬氧化物半導體場效應管(SiCMOSFET )。
[0042]在如上所述的實施方式中，該開關裝置25包括第一埠 24，第二埠 26和第三埠 28。在一些實施方式中，該第一埠 24可能是門極，該門極用於接收由該控制模塊17提供的該開關控制信號18。該第二埠 26和該第三埠 28可能分別是源極和漏極，根據提供給該第一埠 24的該開關控制信號18，該源極和漏極用於提供電流流通路徑。
[0043]在一些實施方式中，根據不同的該開關信號18和不同方向的電流，該開關單元23可包括多條電流流通路徑。根據電流在該第二埠 26和該第三埠 28中流通的方向，電流可以包括正向電流和反向電流。該正向電流從該第二埠 26流向該第三埠 28，該反向電流從該第三埠 28流向該第二埠 26。
[0044]在一些實施方式中，根據該第一埠 24接收到的第一開通控制信號，該正向電流可能流經由該開關裝置25的溝道20提供的正向電流流通路徑。在一些實施方式中，根據該第一埠 24接收到的第一關斷控制信號，該反向電流可能流經由該體二極體22提供的第一反向電流流通路徑。在一些實施方式中，根據該第一埠 24接收到的第二開通控制信號，該反向電流可能流經由該開關裝置25的溝道20提供的第二反向電流流通路徑。
[0045]在一些實施方式中，該能量變換裝置13可包括一個具有反向溝道導通特性的開關單元。在一些實施方式中，該能量變換裝置13可包括多於一個該開關單元。例如，該能量變換裝置13可包括H橋結構或者包括四個該開關單元的拓撲結構,其中部分或者全部該開關單元具有反向溝道導通特性。該能量變換裝置13可包括三相橋結構或者包括六個該開關單元的拓撲結構，其中部分或者全部該開關單元都具有反向溝道導通特性。在一些實施方式中，該能量變換裝置13還可能包括任何數量開關單元的其他結構。
[0046]為了保證該能量變換裝置13的安全運行，該能量變換裝置13或者該能量變換系統10包括其他電路例如緩衝電路。
[0047]圖2所示為本發明揭示的能量變換系統100的另一種實施方式的概略模塊示意圖。和圖1所示能量變換系統10類似，該能量變換系統100包括能量變換裝置103和控制模塊17。而且，該能量變換裝置103至少包括一個開關單元123。
[0048]在一些實施方式中，與如圖1所示的該開關單元23相比，該開關單元123還包括反並聯二極體101，該反並聯二極體101與該開關裝置25反並聯連接。更具體地，該反並聯二極體101的陽極與該開關裝置25的第三埠 28連接，該反並聯二極體101的陰極與該開關裝置25的第二埠 26連接。在一些實施方式中，該開關單元123可能包括其他裝置如電容與該開關裝置25並聯連接或串聯連接。
[0049]如圖1所述，該體二極體22和該溝道20可以用於分別提供該第一反向電流流通路徑和該第二反向電流流通路徑。如圖2所示，根據該第一埠 24接收到的該第一關斷控制信號，該反向電流可能流經由該反並聯二極體101提供的第三反向電流流通路徑，以此來減輕該體二極體22中的電流負擔。
[0050]在一些實施方式中，該反並聯二極體101可包括矽二極體或者寬禁帶半導體二極體如碳化矽二極體或者氮化鎵二極體。採用這種寬禁帶半導體二極體的好處是該能量變換裝置13的能量損耗會被降低。[0051]在該能量變換裝置103的輸入埠 19接收到輸入功率後，該控制模塊17可實施一種調製策略來控制該能量變換裝置103以將該輸入功率轉換為輸出功率。一種傳統調製策略和一種將該傳統調製策略與反向溝道導通策略相結合的開關控制策略將在本發明的以下內容中進行詳細描述。在一些實施方式中，該開關控制策略可施加於至少一個開關單元(如圖1所示的該開關單元23和圖2所示的該開關單元123)。
[0052]圖3所示為將傳統調製策略施加在如圖1或圖2所示的開關單元時在該開關單元中產生的波形圖。在一些實施方式中，第一開通控制信號201和第二開通控制信號203通過傳統調製策略如脈寬調製策略產生，該脈寬調製策略至少包括空間矢量脈寬調製(SVPWM)策略和正弦波脈寬調製(SPWM)策略。
[0053]在一些實施方式中，根據該開關裝置25的第一埠 24接收到的該第一開通控制信號201，正向電流流經由該開關裝置25的溝道20提供的該正向電流流通路徑。然而，在二極體中(如圖1所示的體二極體22和圖2所示的反並聯二極體101)沒有電流流過。
[0054]在一些實施方式中，根據該開關裝置25的第一埠 24接收到的該第一關斷控制信號203，反向電流205流經由如圖1所示的該開關裝置25的體二極體22提供的該第一反向電流流通路徑。在一些實施方式中，該反向電流205可能流經由如圖2所示的該反並聯二極體101提供的該第三反向電流流通路徑。在一些實施方式中，該反向電流205可能流經該第一反向電流流通路徑和該第三反向電流流通路徑。
[0055]如圖3所示，在該開關裝置25的第一埠 24接收到該第一關斷控制信號203的時間內，沒有反向電流流經如圖1或圖2所示的該開關裝置25的溝道20。因此，在傳統調製策略中，反向電流在該體二極體22和/或該反並聯二極體101的流通造成導通損耗。
[0056]圖4所示為將傳統調製策略與反向溝道導通策略相結合的開關控制策略施加在如圖1或圖2所示的開關單元時在該開關單元中產生的波形圖。在一些實施方式中，該第一開通控制信號201通過該傳統調製策略產生。第一開通控制信號303由該反向溝道導通策略產生，這樣可以充分利用該反向溝道導通特性。
[0057]如圖4所示，在一些實施方式中，該第二開通控制信號303緊隨該第一開通控制信號201。在一些實施方式中，根據該開關裝置25的第一埠 24接收到的該第二開通控制信號303，該開關裝置25的溝道20被開通來傳導電流。更具體地，反向電流經由該開關裝置25的溝道20從該第三埠 28流向該第二埠 26。由於該開關裝置25的溝道20的導通電阻要小於該開關裝置25的體二極體或該反並聯二極體101的導通電阻。因此，當該反向電流在該開關裝置25的溝道20中流通時可減小開通損耗，進而提高該能量變換系統10，100的效率。
[0058]圖5所示為將如圖4中所示開關控制策略與死區時間開關控制策略相結合的開關控制策略施加在如圖1或圖2所示的開關單元時在該開關單元中產生的波形圖。更具體地，部分開關控制信號如部分該第二開通控制信號被死區時間關斷控制信號代替。然後最終的開關控制信號被提供給該開關裝置25的第一埠 24。施加該死區時間開關控制策略的目的是為避免當串聯在一個橋臂的兩個開關單元同時導通時發生短路故障。
[0059]如圖5所示，在一些實施方式中，該第二開通控制信號403緊隨該第一開通控制信號201。該第二開通控制信號403伴隨著至少第二關斷控制信號如第一和第二死區時間關斷控制信號402，404。與圖4所示的該第二開通控制信號303相比，該第一和第二死區時間關斷控制信號402，404可分別造成該第二開通控制信號403延遲一個死區時間導通，提前一個死區時間關斷。
[0060]另外，當該開關裝置25從關斷狀態過渡到開通狀態時，該開關裝置25可以實現零電壓開通。更具體地，根據該第一死區時間關斷控制信號402，反向電流406流經二極體，該二極體包括如圖1所示的該開關裝置25的體二極體22和如圖2所示的該反並聯二極體101。該第二埠 26和該第三埠 28之間的電壓為該二極體的導通電壓，該導通電壓大致為零。根據該第二開通控制信號403，反向電流405從流經該二極體轉向流經該開關裝置25的溝道20。也就是說，當從該第一死區時間關斷控制信號402過渡到該第二開通控制信號403時，該開關裝置25可被零電壓導通。結果可降低開通損耗。根據該第二死區時間關斷控制信號404，反向電流408流經該二極體。
[0061]圖6所示為應用於電動汽車系統中給如蓄電池等能量存儲裝置充電的整流器的一種實施方式的模塊不意圖。該電動汽車系統包括純電動汽車系統，混合電動汽車系統和燃料電池電動汽車系統等。該整流器500包括三相能量變換裝置503和控制模塊507。為了便於描述，儘管該整流器500如圖6所示包括三相橋臂結構，在其他實施方式中，該整流器500可包括單相或者多相結構。在圖示的實施方式中，該三相能量變換裝置503包括六個開關單元521-526，該六個開關單元521-526與圖2中所描述的該開關單元123大致相同。每一個開關單元如521包括SiCMOSFET，反並聯二極體和電容。
[0062]該第一和第二開關裝置521，522串聯連接形成第一相橋臂。該第三和第四開關裝置523，524串聯連接形成第二相橋臂。該第五和第六開關裝置525，526串聯連接形成第三相橋臂。該三相橋臂用於接收由交流功率裝置501提供的三相輸入功率，並通過兩個輸出埠 508，510將直流輸出功率提供給直流負載505。
[0063]更具體地，第一開關裝置S1的第三埠和第二開關裝置S2的第二埠共同連接到第一輸入埠 502,該第一輸入埠 502用於接收由該交流功率裝置501提供的第一相功率。第三開關裝置S3的第三埠和第四開關裝置S4的第二埠共同連接到第二輸入埠504，該第二輸入埠 504用於接收由該交流功率裝置501提供的第二相功率。第五開關裝置S5的第三埠和第六開關裝置S6的第二埠共同連接到第三輸入埠 506，該第三輸入埠 506用於接收由該交流功率裝置501提供的第三相功率。每個開關裝置S1, S3，S5的第二埠共同連接到該直流負載505的正端508，每個開關裝置S2，S4, S6的第三埠共同連接到該直流負載505的負端510。
[0064]該控制模塊507至少與該三相整流器503通訊，該控制模塊507用於給該三相整流器503中各個開關裝置的第一埠提供開關控制信號。在一些實施方式中，該控制模塊507可以包括任何合適的可編程電路或者裝置，包括數位訊號處理器(Digital SignalProcessor, DSP)、現場可編程門陣列(FieldProgrammable Gate Array, FPGA)、可編程邏輯控制器(Programmable LogicController,PLC)以及專用集成電路(Application SpecificIntegrated Circuit,ASIC)等。在一些實施方式中，該控制模塊507可以通過硬體或軟體或軟硬體結合的形式實現。下面將詳細描述該開關控制信號的產生。
[0065]圖7所示為將SVPWM策略應用於如圖6所示整流器中的相應波形圖。在一些實施方式中，每相橋臂的開關狀態包括「O」和「I」。其中，「O」表示在每相橋臂中，上橋臂開關例如S1被關斷，下橋臂開關例如S2被開通。「I」表示在每相橋臂中，上橋臂開關例如S1被開通，下橋臂開關例如S2被關斷。三相橋臂的開關狀態可形成如下8個開關向量 Fo(OOO), Pi(OOl)，F2(OIO)jF^(OII), F4(IOO), F5(IOl), R(IlO)和
P7(Iii)。
[0066]在圖示的實施方式中，該調製方式基於7段式SVPWM策略。圖7所示為如圖6中所示該六個開關單元的波形圖。每一段式都與開關矢量和該三相整流器503的運行模式相關。在該所述實施方式中,K1.,(000)，K4(IOO) J76(IlO)和廠;7(1丨丨)四個開關矢量的切換可改變該能量變換系統的能量轉換過程。例如，當開關矢量Ρ(；000)Κ換到Pd丨00)時，該能量轉換過程從模式I變化到模式2。當開關矢量P4(IOO)切換到F7(l 11)時，該能量轉換過程從模式2變化到模式3。
[0067]當反向電流存在於該第一開關單元521中時，根據第一開關裝置S1接收到的如模式I到模式7中所不的第一關斷控制信號601,如模式2到模式6中所不的反向電流603可流經第一反並聯二極體Dp當正向電流存在於該第三開關單元523中時，根據第三開關裝置S3接收到的如模式3到模式5中所示的第一開通控制信號605，正向電流可流經第三開關裝置S3。如圖7所示，其他開關單元與第一開關單元和第三開關單元521，523類似，具有大致相同的控制方式。因此，對在其他開關單元中產生的波形圖的描述在此省略。
[0068]圖8所示為將SVPWM策略與反向溝道導通策略相結合併應用於如圖6所示該整流器中的相應波形圖。與圖7所示的SVPWM策略相比，第一開通控制信號如605仍通過SVPWM策略產生。然而，如圖7所示的當反向電流流經如圖6所示的每個開關單元時，第一關斷控制信號如601產生一些變化。
[0069]如圖8所示，根據該第一開關裝置S1接收到的如模式I中所示的第一死區時間關斷控制信號702和模式6中所示的第二死區時間關斷控制信號704，如模式2中所示反向電流703和模式6中所示反向電流705仍在該第一反並聯二極體D1中流通。根據該第一開關裝置S1接收到的如模式2到模式6中所示的第二開通控制信號701，與圖7所示的該反向電流603相比，該反向電流由流經該第一反並聯二極體D1變為流經該第一開關裝置Sp
[0070]圖9所示為將SVPWM策略應用於如圖6所示的該整流器中時的電流流通路徑圖。更具體地，該電流流通路徑圖所示為如圖7所示的模式I中該整流器的電流流經路徑。如圖7所示，在模式I中，第一開通控制信號607被提供給第二開關裝置S2，第一關斷控制信號609被提供給第四開關裝置S4，第一關斷控制信號601被提供給第六開關裝置S6，如圖9所示，電流從該交流功率裝置501以ia的形式從該第一輸入埠 502流出，然後以ib和ic的形式分別從該第二輸入埠 504和該第三輸入埠 506流回該交流功率裝置501。
[0071]在一些實施方式中，可定義ia為正向電流，ib和i。為反向電流。其中，ia流經該第二開關裝置S2的溝道，ib和i。分別流經第四反並聯二極體D4和第六反並聯二極體D6。
[0072]圖10所示為將SVPWM策略與反向溝道導通策略相結合併應用於如圖6所示的該整流器中時的電流流通路徑圖。如圖8所示的模式I中的波形圖和如圖7所示的模式I中的波形圖相似，在模式I中，該第一開通控制信號607仍被提供給第二開關裝置S2，進一步地，第二開通控制信號709和第一死區時間關斷控制信號708被提供給第四開關裝置S4,第二開通控制信號711和第一死區時間關斷控制信號710被提供給第六開關裝置S6。
[0073]與圖9所示的實施方式相比，該正向電流ia仍舊流經該第二開關裝置S2的溝道。然而，該反向電流ib流經該第四開關裝置S4的溝道而不流經該第四反並聯二極體D4，該反向電流i。流經該第六開關裝置S6的溝道而不流經該第六反並聯二極體D6。正如前面所描述，反向電流在該溝道中流通而不在該體二極體或該反並聯二極體中流通，該反向溝道導通策略有助於減小該能量變換系統的導通損耗，從而提高該能量變換系統的效率。
[0074]雖然結合特定的實施方式對本發明進行了說明，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涵蓋在本發明真正構思和範圍內的所有這些修改和變型。
【權利要求】
1.一種能量變換系統，其特徵在於: 該能量變換系統包括控制模塊和能量變換裝置； 該控制模塊用於提供開關控制信號； 該能量變換裝置包括輸入埠，輸出埠和至少一個開關單元，該開關單元連接在該輸入埠和該輸出埠之間，該開關單元包括開關裝置，該開關裝置包括溝道和與該溝道集成的體二極體，該開關裝置包括第一埠，第二埠和第三埠，該第一埠用於接收由該控制模塊提供的該開關控制信號，該第二埠和該第三埠用於提供電流流通路徑，該開關裝置的溝道用於提供正向電流流通路徑，根據該第一埠接收到的第一開通控制信號，正向電流經由該正向電流流通路徑從該開關裝置的第二埠流向第三埠 ；該開關裝置的體二極體用於提供第一反向電流流通路徑，根據該第一埠接收到的第一關斷控制信號，反向電流經由該第一反向電流流通路徑從該開關裝置的第三埠流向第二埠 ；該開關裝置的溝道用於提供第二反向電流流通途徑，根據該第一埠接收到的第二開通控制信號，該反向電流經由該第二反向電流流通路徑從該開關裝置的第三埠流向第二埠。
2.如權利要求1所述的能量變換系統，其中，該開關裝置至少包括碳化矽電晶體或者氮化鎵電晶體。
3.如權利要求1所述的能量變換系統，其中，該第一開通控制信號和該第一關斷控制信號通過調製策略產生。
4.如權利要求3所述的能量變換系統，其中，部分該第一關斷控制信號被該第二開通控制信號替換。
5.如權利要求1所述的能量變換系統，其中，該開關裝置的第一埠用於接收第一死區時間關斷控制信號和第二死區時間關斷控制信號，該第一死區時間關斷控制信號造成該第二開通控制信 號延遲一個死區時間開通，該第二死區時間關斷信號造成該第二開通控制信號提前一個死區時間關斷。
6.如權利要求5所述的能量變換系統，其中，當該第一死區時間關斷信號過渡到該第二開通控制信號時，該開關裝置被零電壓開通。
7.如權利要求3所述的能量變換系統，其中，該開關單元包括反並聯二極體，該反並聯二極體與該開關裝置反並聯連接，該反並聯二極體用於提供第三反向電流流通途徑，根據該第一埠接收到的該第一關斷控制信號，該反向電流經由該第三反向電流流通路徑從該開關裝置的第三埠流向第二埠。
8.如權利要求7所述的能量變換系統，其中，部分該第一關斷控制信號被該第二開通控制信號替換。
9.如權利要求1所述的能量變換系統，其中，該能量變換系統包括整流器，根據該控制模塊提供的開關控制信號，該整流器用於將輸入的交流電整流成輸出的直流電以給直流負載充電。
10.如權利要求1所述的能量變換系統，該能量變換系統至少包括:逆變器，直流/直流變換器以及交流/交流變換器；根據該控制模塊提供的開關控制信號，該逆變器用於將輸入的直流電逆變為輸出的交流電；根據該控制模塊提供的開關控制信號，該直流/直流變換器用於將輸入的直流電變換為輸出的直流電；根據該控制模塊提供的開關控制信號，該交流/交流變換器用於將輸入的交流電變換為輸出的交流電。
11.一種能量變換系統控制方法，其特徵在於:該方法至少包括如下步驟:提供第一開通控制信號給能量變換系統的開關裝置的第一埠，正向電流經由該開關裝置的溝道提供的正向電流流通路徑從該開關裝置的第二埠流向第三埠 ；以及提供第二開通控制信號給該能量變換系統的開關裝置的第一埠，反向電流經由該開關裝置的溝道提供的第二反向電流流通路徑從該開關裝置的第三埠流向第二埠。
12.如權利要求11所述的能量變換系統控制方法，該方法包括將部分第一關斷控制信號替換成該第二開通控制信號。
13.如權利要求11所述的能量變換系統控制方法，該第一開通控制信號和該第一關斷控制信號通過調製策略產生。
14.如權利要求11所述的能量變換系統控制方法，該方法包括:提供第一死區時間關斷控制信號，該第一死區時間關斷控制信號造成該第二開通控制信號延遲一個死區時間開通；以及提供第二死區時間關斷控制信號，該第二死區時間關斷控制信號造成該第二開通控制信號提前一個死區時間關斷。
15.如權利要求14所述的能量變換系統控制方法，該方法包括以零電壓開關策略開通該開關裝置。·
【文檔編號】H02M1/00GK103855913SQ201210507595
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月30日 優先權日:2012年11月30日
【發明者】毛賽君 申請人:通用電氣公司