用于使用机械旁路的多级介质电压驱动器的改进的诊断的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本公开涉及介质电压驱动器中的多个功率单元中的机械旁路。更具体地，本公开涉及用于提供功率单元、机械旁路以及控制器之间的通信以确定功率单元的当前旁路状态的系统和方法。
[0002]被配置为控制第一交流(AC)系统与第二 AC系统之间的能量流动的电源被用于多种商业和产业应用中。例如，电源通常用于AC电机控制和操作系统中。各种电源将能量从第一频率和电压转换到第二频率和电压。实现这样的电源的一种方式是包括一个或多个功率单元的驱动器，每个功率单元包括具有中间直流(DC)链路的多个固态转换器。示例性的功率单元可以是具有三相AC输入和单相AC输出的电子设备。在给Hammond的美国专利第5，625，545号中论述了包含这样的功率单元的一个示例性系统，通过引用将其公开的全部内容并入本文。
[0003]例如，在此参考图1，功率单元100包括用作三相桥的有源前端102，其经由输入130接收来自变压器的专用三相次级绕组的功率。单元100还包括多个输入开关110-115，其可以是诸如IGBT或其他晶体管这样的双向电流控制器件、闸流管或其他开关器件。虽然在图1中例示以桥形式(bridge format)的六个晶体管(在该示例中，三对两个晶体管的每对都跨越DC端子并行地连接)，但是可以使用其他数量和类型的输入开关。输入开关控制单元中的DC总线电压。DC滤波器部件106包括一个或多个电容器108。单元的其余部分可以包括诸如由四个输出开关12-124组成的H桥倒相器这样的输出部件104，所述四个输出开关121-124的每个跨越有源前端102的输出端或DC端子和DC过滤器106地连接，以向输出端132传递AC功率。
[0004]图2例示具有这样的功率单元的电路的示例性的实施例。在图2中，诸如源或输入变压器210这样的多绕组机器经由单相倒相器的阵列(在本文中也被称为功率单元)将三相介质电压功率传递给诸如三相感应电机这样的负载230。如在本文中所使用的那样，术语“变压器”旨在包括通常在系统的供电侧上的任何多绕组机器。变压器210可以包括激励多个次级绕组214-225的初级绕组212。虽然将初级绕组212例示为具有星形配置，但是也可以是网状配置。另外，虽然将次级绕组214-215例示为具有网状配置，但是星形配置的次级绕组也是可行的，或者可以使用星形和网状绕组的组合。另外，在图2中例示的次级绕组的数量仅仅是示例性的，且次级绕组的其他数量是可行的。
[0005]在变压器210与负载230之间可以连接任何数量的三相功率单元组。功率单元可以包括诸如具有在图1中所示出的配置那样的单元，或者功率单元可以包括具有一个或多个其他配置的单元。参考图2，系统可以包括跨越负载的三个相位的第一组或“排”的功率单元251-253、第二排的功率单元261-263、第三排的功率单元271-273以及第四排的功率单元281-283。能够少于四个组或排或者多于四个组或排。主或中央控制系统295通过光纤或另一有线或无线通信介质290将命令信号发送给本地控制器292和/或每个单元中的单元级控制。本地控制器292和中央控制系统295这两者可以是具有被配置为存储用于执行各种计算的指令、算法以及等式的相关联的存储器的处理设备。类似地，本地控制器292和中央控制系统295这两者可以包括被配置为在各种组件之间接收和传送数据的输入/输出设备。
[0006]参考图1和2，基于晶体管121-124和110-115从本地控制器292接收的控制信号，可以向DC滤波器106传递直流电流，并且可以向单元的输出132传递交流电流。本地控制器292可以选择哪个晶体管将是截止或导通的，从而调制被传递给输出端13的功率。可选地，诸如光纤调制器控制链路290这样的通信电路可以用于将任何一个单元中的所有电路从任何其他单元中的所有电路电气地隔离，并且可以用于减小可以被加强于本地控制器292与中央控制系统295之间的电磁干扰效应。局控制器292可以从局部功率源接收功率，该局部功率源可以电气地连接到次级绕组电路输入。
[0007]在多单元电源中，每个功率单元还可以包括旁路机构。当多单元电源的给定功率单元在断路模式下发生故障时，经过该相群中的所有功率单元的电流将变成0，并且不能够进行进一步的操作。功率单元故障可以通过使用诊断例程等，通过比较单元输出电压与所命令的输出，通过检查或检验单元组件，来检测到。在给定的功率单元发生故障的情况下，能够绕开发生故障的功率单元，并且继续以降低的能力来操作多单元电源。本文档描述改进功率单元内的旁路操作、故障或不正确的连接的检测的系统和方法。
【发明内容】
[0008]本公开不限于所描述的具体系统、设备和方法，因为这些可以改变。在描述中使用的术语仅用于描述具体版本或实施例的目的，而不用于限制范围。
[0009]如在本文献中所使用的那样，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数形式，除非上下文以其他方式清楚地指示。除非以其他方式定义，否则在本文中所使用的所有技术和科学术语具有本领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。在本文献中的任何内容都不应被解释为承认在本文献中描述的实施例无权凭借在先发明而先于这样的公开。如在本文献中所使用的那样，术语“包含”意味着“包括但不限于”。
[0010]在一个一般方面中，实施例公开一种系统，该系统包括功率单元和旁路机构。功率单元包括第一输出端子、第二输出端子以及第一通信接口。旁路机构可操作地连接到第一输出端子和第二输出端子，并且被配置为创建第一输出端子与第二输出端子之间的分流路径，旁路机构包括被配置为响应于旁路机构的状态的改变向第一通信接口传送旁路信号的第二通信接口。
[0011]在另一一般方面中，实施例公开一种电源，其包括具有初级绕组和多个三相次级绕组的多绕组器件、控制器、可操作地连接到控制器的多个功率单元(其中每个功率单元连接到多绕组器件的不同的三相次级绕组)以及多个旁路机构。多个功率单元中的每个包括第一输出端子和第二输出端子以及第一通信接口。多个旁路机构中的至少一个可操作地连接到多个功率单元中的相关联的一个，并且被配置为创建第一输出端子与第二输出输子之间的分流路径，多个旁路机构中的每个包括被配置为响应于旁路机构的状态的改变向相关联的功率单元的第一通信接口传送旁路信号的第二通信接口。
[0012]在另外的一般方面中，实施例公开一种对电源执行诊断的方法。该方法包括:由控制器向电源的旁路机构传送电压，其中输入电压引起旁路机构的状态改变；由控制器接收来自功率单元的信号，其中信号指示功率单元已经检测到旁路机构的状态改变；以及由控制器确定功率单元是否与旁路机构相关联。
【附图说明】
[0013]图1例示示出具有双向开关器件的功率单元的示例性特性的电路图。
[0014]图2例示包含连接到负载的多个功率单元的电路。
[0015]图3例示示例性功率单元和旁路机构布置。
[0016]图4例示根据实施例的示例性功率单元和旁路机构布置。
[0017]图5例示根据实施例的替代的示例性功率单元和旁路机构布置。
[0018]图6例示根据实施例的用于对功率单元执行诊断的示例性处理。
【具体实施方式】
[0019]在多种实施例中，功率单元和旁路机构包括用于控制器以检验绕开哪个功率单元的发信号或其他反馈机制。在一个实施例中，在功率单元、旁路机构以及控制器之间得到闭合环路系统，使得控制器可以基于来自功率单元和旁路机构这两者的反馈来检验被绕开的正确的功率单元。例如，可以在功率单元和旁路之间建立通信链路，使得可操作地连接到功率单元和旁路机构这两者的主控制器可以快速确定功率单元是否被正确地绕开。通信链路可以是由施加到旁路线圈的电压供电的光电二极管和检测器对。替代地，通信链路可以是功率单元和旁路机构之间的双向数据链路。通信链路可以取决于各种组件的布置和实现方式而是无线的或者有线的。
[0020]图3例示连接到功率单元305的输出端子Tl和T2的示例性旁路机构310。如图3所示，旁路机构310是双刀单投(DPST)接触器，并且包括触点315和线圈320。如在本文中所使用的那样，术语“触点” 一般指具有固定部分和可移动部分的一组触点。相应地，触点315包括固定部分和可移动部分，其被线圈320控制并且被配置为在正常操作模式和旁路模式(亦即，绕开功率单元的输出的模式)之间的固定部分之间交替地移动。旁路机构310可以离开功率单元305但是非常接近于功率单元而单独地安装。当触点315的可移动部分处于旁路位置处时，在相位端子之间创建分流路径，其有效地从输出电路移除功率单元。换句话说，当触点315的可移动部分处于旁路位置处时，在发生故障的功率单元处的驱动器的输出被短路。因此，当功率单元305发生故障时，来自相群中的其他功率单元的电流可以被传送经过连接到发生故障的功率单元305的旁路机构310而不是经过发生故障的功率单元305本身。在于2007年9月19日提交的标题为“Method for bypassing a PowerCell of Power Supply”的第11/857，880号美国专利申请中讨论了包含这样的旁路机构的一个示例性系统，通过引用将其公开的全部内容并入本文。
[0021]图4例示包括用于监视和检验功率单元是否已经被正确地绕开的闭合环路系统的系统。闭合环路包括连接到功率单元405的输出端子Tl和T2的旁路机构410，其中当旁路机构被激活时在功率单元与旁路机构之间建立单向通信链路。典型地，旁路机构410是双刀单投(DPST)接触器，并且包括可移动触点415和线圈420。在该示例中，功率单元405和旁路机构410还包括通信链路，该通信链路包括第一通信接口和第二通信接口。第一通信接口可以是可操作地连接到与线圈420相连接的输入电压的光电二极管425。当控制器确定功率单元405应当被绕开时，线圈420可以由控制器(例如，如图2所示的主控制器295))给予能量，移动可移动触点415并且导致旁路机构410改变状态并绕开功率单