[發明專利]三級T型NPC功率轉換器

在審

• 申請號: 201580057565.6
• 申請日: 2015-10-21
• 公開（公告）號: CN107078661A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: I.阿吉爾曼;S.M.米勒特;D.J.馬文;S.克里什納墨菲
• 申請（專利權）人: 奧的斯電梯公司
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 葉曉勇,劉春元

發明背景

在各種工業應用和裝置中使用三相電機。例如，電梯系統通常利用三相AC電壓驅動以便向移動電梯轎廂的起重電機供電。因為這些起重電機可消耗大量的能量，所以在此類電梯系統中使用節能的功率控制系統是理想的。

在典型的電梯系統中，將建筑物AC電壓源供應到整流電路，在所述整流電路中，所述AC電壓源被轉換成DC電壓。然后使用逆變器將DC電壓轉換回具有期望特性的AC電壓。雖然逆變器非常適合于此類轉換，但是由于逆變器的功率級切換操作，所得到的AC電壓通常包含各種諧波頻率。這些諧波頻率是不理想的，并且當存在時可能對相關電梯系統造成負面影響。可以通過考慮系統的總諧波失真(THD)來估計諧波頻率的潛在影響，其中THD是當信號穿過系統時存在于信號中的失真的量度。一般來說，具有較少THD的系統是更理想的。

通常在電梯系統中使用被稱為六個開關轉換器的三相兩級轉換器。因為在大多數電梯系統相關應用中，無輸出濾波器的常規三相兩級轉換器的THD通常是不理想的或不可接受的，所以為了實現可接受的THD，在源側通常需要大量濾波。因為這種濾波需要使用許多附加的無源部件，所以濾波通常可增加相關聯的逆變器裝置和電梯系統的尺寸和成本。

此外，典型的三相兩級逆變器還表現出高dv/dt值(即，高瞬態電壓)和高切換損耗。連續重復的高瞬態電壓在施加在電機上時，可損壞繞組絕緣(電介質擊穿)并且影響系統的軸承壽命。由更高切換電壓造成的更高切換損耗大大降低了驅動系統的效率。

已經建議使用諸如二極管鉗位、三相三級逆變器的多級逆變器來克服三相兩級逆變器的缺陷。常規三相三級逆變器采用大量的開關和二極管，并且因此過于復雜和昂貴。

發明簡述

根據本發明的一個實施方案，三級轉換器包括：第一轉換器支腿，其具有第一開關；第二轉換器支腿，其具有第二開關；以及第三轉換器支腿，其具有連接在正DC節點與負DC節點之間的第三開關。轉換器包括電池，其連接在正DC節點與負DC節點之間，并且中心連接到具有接地電勢的接地節點。第一轉換器支腿、第二轉換器支腿和第三轉換器支腿中的每一個連接到接地節點。

在上述實施方案中，或者在替代方案中，三級轉換器可包括串聯連接在正DC節點與負DC節點之間的第一電容器和第二電容器，第一電容器的陰極和第二電容器的陽極的連接點連接到接地節點。

在上述實施方案中，或者在替代方案中，第一轉換器支腿、第二轉換器支腿和第三轉換器支腿可以被布置成具有T型中性點鉗位(T-NPC)電路拓撲和高級T型中性點鉗位(AT-NPC)電路拓撲中的一個。

在上述實施方案中，或者在替代方案中，第一轉換器支腿、第二轉換器支腿和第三轉換器支腿中的每一個可包括漏極到源極地串聯連接在正DC節點與負DC節點之間的第一晶體管和第二晶體管，并且第一轉換器支腿、第二轉換器支腿和第三轉換器支腿中的每一個的第一晶體管的漏極與第二晶體管的源極之間的電連接可以限定AC電壓節點。

在上述實施方案中，或者在替代方案中，第一轉換器支腿可包括漏極到源極地串聯連接在正DC節點與負DC節點之間的第一晶體管和第二晶體管，并且第一晶體管的漏極與第二晶體管的源極之間的電連接可以限定第一支腿節點。第三晶體管可以與第四晶體管源極到漏極地并聯連接，以使得第一源極到漏極連接點連接到接地節點，并且第二源極到漏極連接點連接到第一支腿節點。

在上述實施方案中，或者在替代方案中，第二轉換器支腿可包括漏極到源極地串聯連接在正DC節點與負DC節點之間的第五晶體管和第六晶體管，并且第五晶體管的漏極與第六晶體管的源極之間的電連接可以限定第二支腿節點。第七晶體管可以與第八晶體管源極到漏極地并聯連接，以使得第一源極到漏極連接點連接到接地節點，并且第二源極到漏極連接點連接到第二支腿節點。第三轉換器支腿可包括漏極到源極地串聯連接在正DC節點與負DC節點之間的第九晶體管和第十晶體管，并且第九晶體管的漏極與第十晶體管的源極之間的電連接可以限定第三支腿節點。第十一晶體管可以與第十二晶體管源極到漏極地并聯連接，以使得第一源極到漏極連接點連接到接地節點，并且第二源極到漏極連接點連接到第三支腿節點。

在上述實施方案中，或者在替代方案中，第一轉換器支腿可包括：第一晶體管/二極管對，其包括與第一二極管源極到漏極地并聯連接的第三晶體管；以及第二晶體管/二極管對，其包括與第二二極管源極到漏極地并聯連接的第四晶體管。第一晶體管/二極管對可以與第二晶體管/二極管對串聯連接在接地節點與第一支腿節點之間。