[发明专利]平衡多电平DC-DC转换器设备

说明书

本发明公开一种平衡多电平DC‑DC转换器设备，包括：包括串联耦接的至少两个电容器的电容器串；包括第一端口和第二端口的开关电路，第一端口具有分别连接到电容器串的第一端部节点和第二端部节点的第一端子和第二端子，第二端口被配置为耦接到储能装置。开关电路被配置为将第二端口的第一端子和第二端子选择性地连接到电容器串的第一端部节点、第二端部节点和至少一个互连节点。所述设备还包括：配置为与开关电路的第二端口和储能装置串联耦接的至少一个电感器；以及配置为将第二端口的第一端子直接连接到第二端口的第二端子的充电开关。所述设备还包括用于从储能装置对电感器进行充电并且从电感器选择性地对电容器进行充电的控制电路。

背景技术

本发明的主题涉及电力设备和方法，并且更具体地讲，涉及DC-DC转换器设备。

多电平转换器用于多种应用，诸如电机驱动器、光伏(PV)逆变器、不间断电源(UPS)系统和其他功率转换应用。多电平转换器可具有若干优点，诸如用于实现转换器的晶体管或其他开关装置的改善的输出质量、降低的电磁干扰(EMI)和降低的额定电压。

在许多系统诸如UPS系统中，用于生成AC输出的多电平逆变器可经由DC-DC转换器连接到DC储能装置诸如电池、超级电容器组、燃料电池等。对于更大的负载密度应用，可并联连接多个多电平逆变器以满足负载需求。在此类并联应用中，通常期望调节连接DC-DC转换器的DC链路上的DC电压，使得它们基本上均匀以降低或消除循环电流。用于均衡DC链路的通用技术是使用平衡电路，该平衡电路平衡逆变器的各个电平上的电压。各种类型的平衡电路的示例在授予Johnson,Jr.的美国专利6,819,576、授予Oughton,Jr.的美国专利申请公布2018/0275699和授予Oughton,Jr.的美国专利申请公布2018/01278074中有所描述。

发明内容

本发明主题的一些实施方案提供了一种设备，所述设备包括：电容器串，所述电容器串包括串联耦接的至少两个电容器；以及开关电路，所述开关电路包括第一端口和第二端口，所述第一端口具有分别连接到所述电容器串的第一节点和第二端部节点的第一端子和第二端子，所述第二端口被配置为耦接到储能装置。所述开关电路被配置为将所述第二端口的第一端子和第二端子选择性地连接到所述电容器串的所述第一端部节点、所述第二端部节点和至少一个互连节点。所述设备还包括：至少一个电感器，所述至少一个电感器被配置为与所述开关电路的所述第二端口和所述储能装置串联耦接；以及充电开关，所述充电开关被配置为将所述第二端口的所述第一端子直接连接到所述第二端口的所述第二端子。所述设备还包括控制电路，所述控制电路被配置为在第一间隔中闭合所述充电开关以从所述储能装置对所述电感器进行充电并且在第二间隔中选择性地闭合所述开关电路的至少两个开关以从所述被充电的至少一个电感器选择性地对所述电容器串中的所述电容器进行充电。

在一些实施方案中，所述开关电路可包括：至少一个第一开关，所述至少一个第一开关被配置为将所述第一端口的所述第一端子连接到所述第二端口的所述第一端子；至少一个第二开关，所述至少一个第二开关被配置为将所述第一端口的所述第二端子连接到所述第二端口的所述第二端子；以及至少两个第三开关，所述至少两个第三开关被配置为将所述第二端口的所述第一端子和所述第二端子连接到所述至少一个互连节点。所述控制电路可被配置为在所述第二间隔中选择性地闭合所述至少两个第三开关，以从所述被充电的至少一个电感器选择性地对所述电容器串中的所述电容器进行充电。

在一些实施方案中，所述至少两个第三开关可包括相应开关，所述相应开关被配置为将所述第二端口的所述第一端子和所述第二端子中的相应端子连接到所述电容器串的中点互连节点。在另外的实施方案中，所述至少两个第三开关可包括：第一多个开关，所述第一多个开关被配置为将所述第二端口的所述第一端子连接到所述电容器串的第一组互连节点；以及第二多个开关，所述第二多个开关被配置为将所述第二端口的所述第二端子连接到所述电容器串的第二组互连节点。所述第一组互连节点和所述第二组互连节点可各自包括中点互连节点。