用於切換多個開關電壓電平的變換器電路的製作方法

2023-06-02 21:20:16 1

專利名稱：用於切換多個開關電壓電平的變換器電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力電子領域，具體涉及如獨立權利要求的前序部分中所要求保護的用於切換多個開關電壓電平的變換器電路(converter circuit)。
背景技術：
目前，多種變換器電路被應用於電力電子應用場合。在此情況下，對這種變換器電路的要求一方面是在通常連接於變換器電路的AC電源系統的相中產生儘可能少的諧波，另一方面是以儘可能少的電子部件發送儘可能高的功率電平。DE 692 05 413 T2說明了一種用於切換多個開關電壓電平的適用變換器電路。在該文件中，每相提供有n個第一開關組，其中第n個第一開關組由第一功率半導體開關和第二功率半導體開關形成，而第一個第一開關組到第(n-1)個開關組中的每個開關組由第一功率半導體開關和第二功率半導體開關以及連接到第一和第二功率半導體開關的電容器形成，其中n≥2。n個第一開關組中的每個第一開關組並聯連接到各自相鄰的第一開關組，其中第一個第一開關組中的第一和第二功率半導體開關彼此連接。第一和第二功率半導體開關中的每個都由具有以絕緣形式布置的驅動電極的雙極型電晶體(IGBT，絕緣柵雙極型電晶體)以及與該雙極型電晶體背對背並聯連接的二極體形成。
根據DE 692 05 413 T2的用於切換多個電壓電平的變換器電路存在的一個問題是在工作過程中存儲於變換器電路中的電能很高。由於電能被存儲於變換器電路的n個第一開關組的電容器中，因此，就電容器的耐壓和/或其電容而言，必須針對該電能來設計電容器。但是，這導致了大尺寸、相應地也昂貴的電容器。而且，因為電容器尺寸大，變換器電路需要大量的空間，從而不能得到例如牽引應用等諸多應用所要求的節省空間的設計。此外，大尺寸電容器的使用也造成了高的組裝和維護成本。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種用於切換多個開關電壓電平的變換器電路，該電路在其工作過程中存儲儘可能少的電能，並且可以以節省空間的方式來製造。該目的是通過權利要求1所述的特徵實現的。本發明的有利的改進在從屬權利要求中予以說明。
根據本發明的用於切換多個開關電壓電平的變換器電路具有提供給每相的n個第一開關組，其中第n個第一開關組由第一可驅動雙向功率半導體開關和第二可驅動雙向功率半導體開關形成，而第一個第一開關組到第(n-1)個開關組中的每個開關組由第一可驅動雙向功率半導體開關和第二可驅動功率半導體開關以及連接到第一和第二可驅動雙向功率半導體開關的電容器形成，當存在多個第一開關組時，n個第一開關組中的每個第一開關組以連結形式(linked form)連接到各自相鄰的第一開關組，並且第一個第一開關組中的第一和第二可驅動雙向功率半導體開關彼此連接。根據本發明，n≥1，並且提供有p個第二開關組和p個第三開關組，其每個具有第一可驅動雙向功率半導體開關、第二可驅動雙向功率半導體開關和電容器，其中p≥1。當有多個第二開關組時，第二開關組中的每個第二開關組以連結形式連接到各自相鄰的第三開關組。而且，第一個第二開關組和第一個第三開關組各具有與相應的第二可驅動雙向功率半導體開關背對背串聯連接的第三可驅動雙向功率半導體開關，其中第一個第二開關組連接到第n個第一開關組中的第一可驅動雙向功率半導體開關，並且第一個第三開關組連接到第n個第一開關組中的第二可驅動雙向功率半導體開關。此外，第p個第二開關組中的電容器與第p個第三開關組中的電容器串聯連接。
舉例來說，所提供的p個第二開關組和p個第三開關組以及其如上所述的連接使得在根據本發明的變換器電路的工作期間，p個第二開關組只在正半周期期間涉及到相輸出AC電壓中，而p個第三開關組只在負半周期期間涉及到相輸出AC電壓中。這有利地可以減少存儲於變換器電路、具體為p個第二和第三開關組中的電容器中的電能的量。而且，n個第一開關組僅用於平衡相輸出AC電壓，使得當存在多個第一開關組時，n個第一開關組中的電容器在平衡狀態基本上不承載電流，因此基本上不存儲任何電能。這可以使存儲於變換器電路中的電能總量保持為低，使得就電容器的耐壓和/或其電容而言，變換器電路中的電容器只需針對要存儲的少量電能來設計。小尺寸電容器使得變換器電路需要很小的空間，從而有利地使得諸如牽引應用等諸多應用所要求的節省空間的設計成為可能。而且，小尺寸電容器還有利地可以保持低的組裝和維護成本。
根據隨後對本發明的優選實施例的詳細描述並結合附圖，本發明的這些和更多的目的、優點和特徵將變得清楚。


附圖中圖1示出了根據本發明的變換器電路的第一實施例，圖2示出了根據本發明的變換器電路的第二實施例，以及圖3示出了根據本發明的變換器電路的第三實施例。
附圖中使用的參考標號及其含義在參考標號列表中以簡要形式列出。原則上，圖中相同的部件賦以相同的參考標號。所描述的實施例代表本發明主題的示例，並且不具有限制作用。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明用於切換多個開關電壓電平的變換器電路的一個實施例，具體為單相實施例。在該情況下，變換器電路具有提供給每相R、Y、B的n個第一開關組1.1、...、1.n，其中第n個第一開關組1.n由第一可驅動雙向功率半導體開關2和第二可驅動雙向功率半導體開關3形成，而第一個第一開關組1.1到第(n-1)個開關組(1.(n-1))中的每個開關組由第一可驅動雙向功率半導體開關2和第二可驅動雙向功率半導體開關3以及連接到第一和第二可驅動雙向功率半導體開關2、3的電容器4形成，根據本發明，此處n≥1，並且n個第一開關組1.1、...、1.n中的每個第一開關組以連結形式連接到各自相鄰的第一開關組1.1、...、1.n。從圖1中可以看出，第一個第一開關組1.1中的第一和第二可驅動雙向功率半導體開關2、3彼此連接。如圖1所示，第一個第一開關組1.1中的第一和第二可驅動雙向功率半導體開關2、3的連接點形成相連接，具體為用於相R的相連接。
根據本發明，現提供了p個第二開關組5.1、...、5.p和p個第三開關組6.1、...、6.p，並且其每個具有第一可驅動雙向功率半導體開關7、8，第二可驅動雙向功率半導體開關9、10以及電容器13、14，此處p≥1。如圖1所示，因為p個第二開關組5.1、...、5.p中的每個第二開關組和p個第三開關組6.1、...、6.p中的每個第三開關組都表示四端網絡(four-polenetwork)，所以，基於四端網絡理論，p個第二開關組5.1、...、5.p中的每個第二開關組以連結形式連接到各自相鄰的第二開關組5.1、...、5.p。而且，基於四端網絡理論，p個第三開關組6.1、...、6.p中的每個第三開關組以連結形式連接到各自相鄰的第三開關組6.1、...、6.p。此外，第一個第二開關組和第一個第三開關組5.1、6.1各具有第三可驅動雙向功率半導體開關11、12，它們和相應的第二可驅動雙向功率半導體開關9、10背對背串聯連接，其中第一個第二開關組5.1連接到第n個第一開關組1.n中的第一可驅動雙向功率半導體開關2，並且第一個第三開關組6.1連接到第n個第一開關組1.n中的第二可驅動雙向功率半導體開關3。最後，第p個第二開關組5.p中的電容器13與第p個第三開關組6.p中的電容器14串聯連接。舉例來說，在根據本發明的變換器電路的工作過程中，p個第二開關組5.1、...、5.p僅在正半周期期間涉及到相輸出AC電壓中，而p個第三開關組6.1、...、6.p僅在負半周期期間涉及到相輸出AC電壓中，這是通過所提供的p個第二開關組5.1、...、5.p和p個第三開關組6.1、...、6.p、以及這裡所描述的到彼此的連接、彼此之間的連接和到第n個第一開關組1.n的連接來實現的。這有利地可以減少存儲於變換器電路、具體為p個第二和第三開關組5.1、...、5.p和6.1、...、6.p中的電容器13和14中的電能。而且，n個第一開關組1.1、...、1.n僅僅用於平衡相輸出AC電壓，使得當相輸出AC電壓處於平衡狀態時，n個第一開關組1.1、...、1.n中的電容器4基本上不承載電流，因此也基本上不存儲電能。這可以使根據本發明的變換器電路中存儲的電能總量保持為低，從而就電容器的耐壓和/或其電容而言，變換器電路中的電容器4、13、14隻需針對要存儲的少量電能來設計。小尺寸電容器4，13，14使得變換器電路需要最小的空間，從而有利地允許例如牽引應用等諸多應用所要求的節省空間的設計。此外，小尺寸電容器4、13、14也有利地可以將組裝和維護成本保持為低。
應當注意的是，第二和第三可驅動雙向功率半導體開關9、10、11、12的背對背串聯連接可以理解為使得第二和第三可驅動雙向功率半導體開關9、10、11、12各具有彼此相反的受控主電流方向。
如圖1所示，第n個第一開關單元1.n具有電容器4，該電容器4連接到第n個第一開關組1.n中的第一和第二可驅動雙向功率半導體開關2、3，而第一個第二開關組5.1連接到第n個第一開關組1.n中的電容器4，並且第一個第三開關組6.1連接到第n個第一開關組1.n中的電容器4。有利地，第n個第一開關組1.n中的電容器4使得尤其當期望的相輸出電壓為0V時，可以穩定該相輸出電壓，於是可以獲得該相輸出電壓，而沒有任何問題，沒有幹擾作用。第n個第一開關組1.n中的電容器4僅僅用於限壓和/或穩壓，所以不應當被看作電壓源。
如圖1所示，第一個第二開關組5.1中的第一和第二可驅動雙向功率半導體開關7、9彼此相連，其中，第一個第二開關組5.1中的第一和第二可驅動雙向功率半導體開關7、9的連接點連接到第n個第一開關組1.n中的電容器4和第n個第一開關組1.n中的第一可驅動雙向功率半導體開關2的連接點。而且，第一個第三開關組6.1中的第一和第三可驅動雙向功率半導體開關8、12彼此相連，其中，第一個第三開關組6.1中的第一和第三可驅動雙向功率半導體開關8、12的連接點連接到第n個第一開關組1.n中的電容器4和第n個第一開關組1.n中的第二可驅動雙向功率半導體開關3的連接點。
如圖1所示，對於第一個第二開關組5.1，第一和第三可驅動雙向功率半導體開關7、11連接到第一個第二開關組5.1中的電容器13。而且，對於第一個第三開關組6.1，第一和第二可驅動雙向功率半導體開關8、10連接到第一個第三開關組6.1中的電容器14。而且，對於第二個第二開關組到第p個第二開關組5.2，...、5.p，以及對於第二個第三開關組到第p個第三開關組6.2、...、6.p，第一和第二可驅動雙向功率半導體開關7、9、8、10分別連接到相關聯的開關組5.2，...、5.p和6.2、...、6.p中的電容器13、14。
n個第一開關組1.1、...、1.n的總數對應於p個第二和第三開關組5.1，...、5.p和6.1、...、6.p的總數是可行的。因此總體上通過根據本發明的變換器電路，可以有利地切換(2n+1)個開關電壓電平。
可替選地，n個第一開關組1.1、...、1.n的總數小於p個第二和第三開關組5.1，...、5.p和6.1、...、6.p的總數也是可行的。有利的是，這意味著需要較少的第一開關組1.1、...、1.n，從而需要較少的第一和第二功率半導體開關2、3以及較少的電容器4，於是，總的來說，根據本發明的變換器電路所需的空間可以進一步減小。
另外，n個第一開關組1.1、...、1.n的總數大於p個第二和第三開關組5.1，...、5.p和6.1、...、6.p的總數也是可行的。
一般來說，對於根據本發明的變換器電路，n個第一開關組1.1、...、1.n以及p個第二和第三開關組5.1，...、5.p和6.1、...、6.p中相應的第一、第二和第三可驅動雙向功率半導體開關2、3、7、8、9、10、11、12由在一個方向上承載電流的可驅動功率半導體部件以及與其背對背並聯連接、在一個方向上承載電流的無源非可驅動功率半導體部件形成，所述可驅動功率半導體部件例如可以是具有以絕緣形式布置的驅動電極的雙極型電晶體(IGBT-絕緣柵雙極型電晶體)，所述無源非可驅動功率半導體部件例如可以是二極體。如圖1所示，相應的開關組1.1、...、1.n、5.1，...、5.p和6.1、...、6.p中的第一和第二可驅動雙向功率半導體開關2、3、7、8、9、10以這樣的方式連接，使得它們具有相反的受控主電流方向，也就是說，在一個方向上承載電流的每個可驅動功率半導體部件具有彼此相反的受控主電流方向。而且，對於第一個第二開關組和第一個第三開關組5.1、6.1，如上所述，第三可驅動雙向功率半導體開關11、12和相應的第二可驅動雙向功率半導體開關9、10背對背串聯連接，也就是說，例如如圖1所示，第二和第三可驅動雙向功率半導體開關9、10、11、12中的二極體形式的無源非可驅動功率半導體部件在其正極處彼此相連，而IGBT形式的可驅動功率半導體部件通過其發射極彼此相連。但是，相應的第二可驅動雙向功率半導體開關9、10和第三可驅動雙向功率半導體開關11、12背對背串聯連接也是可行的，在這種方式下，第二和第三可驅動雙向功率半導體開關9、10、11、12中的二極體形式的無源非可驅動功率半導體部件在其負極處彼此相連，並且IGBT形式的可驅動功率半導體部件通過其集電極彼此相連。針對第一個第二開關組5.1中的第二和第三可驅動雙向功率半導體開關9、11，該電路在如圖3所示、根據本發明的變換器電路的第三實施例中示出，該第三實施例將在下文予以詳細描述。該電路相當於交換了針對圖1所示的第一實施例中的相應開關組5.1、6.1中的第二和第三可驅動雙向功率半導體開關9、10、11、12的空間，其操作方法與上述的第二和第三可驅動雙向功率半導體開關9、10、11、12的背對背串聯電路相同。
已經發現，對於n個第一開關組1.1、...、1.n，分別相鄰的第一開關組1.1、...、1.n中的兩個第一可驅動雙向功率半導體開關2集成在一個模塊中是有利的，也就是說，如果有多個第一開關組1.1、...、1.n，則第n個第一開關組1.n中的第一可驅動雙向功率半導體開關2和第(n-1)個第一開關組1.(n-1)中的第一可驅動雙向功率半導體開關2集成在一個模塊中，第(n-1)個第一開關組1.(n-1)中的第一可驅動雙向功率半導體開關2和第(n-2)個第一開關組1.(n-2)中的第一可驅動雙向功率半導體開關2集成在一個模塊中，等等。而且，已經發現，分別相鄰的第一開關組1.1、...、1.n中的兩個第二可驅動雙向功率半導體開關3集成在一個模塊中是有利的，也就是說，當有多個第一開關組1.1、...、1.n時，第n個第一開關組1.n中的第二可驅動雙向功率半導體開關3和第(n-1)個第一開關組1.(n-1)中的第二可驅動雙向功率半導體開關3集成在一個模塊中，第(n-1)個第一開關組1.(n-1)中的第二可驅動雙向功率半導體開關3和第(n-2)個第一開關組1.(n-2)中的第二可驅動雙向功率半導體開關3集成在一個模塊中，等等。上面提到的模塊為傳統的標準半橋模塊，所以設計簡單，可靠性高，並且成本低。
當有多個第一開關組1.1、...、1.n時，n個第一開關組1.1、...、1.n中的每個第一開關組中的第一可驅動雙向功率半導體開關2和第二可驅動雙向功率半導體開關3集成在一個模塊中也是可行的。如上所述，諸如這些的模塊通常為標準半橋模塊，所以設計簡單，可靠性高，並且成本低。
此外，已經發現，如果p個第二開關組5.1，...、5.p中有多個第二開關組5.1，...、5.p，則分別相鄰的第二開關組5.1、...、5.p中的兩個第一可驅動雙向功率半導體開關7集成在一個模塊中是有利的，也就是說，採用如上針對n個第一開關組1.1、...、1.n具體描述的方式。而且，當p個第三開關組6.1、...、6.p中有多個第三開關組6.1、...、6.p時，分別相鄰的第三開關組6.1、...、6.p中的兩個第一可驅動雙向功率半導體開關8集成在一個模塊中，也就是說，採用如上針對n個第一開關組1.1、...、1.n具體描述的方式。
作為其替選方案，當p個第二和第三開關組5.1，...、5.p和6.1、...、6.p中有多個第二和第三開關組5.1，...、5.p和6.1、...、6.p時，第一可驅動雙向功率半導體開關7、8和第二可驅動雙向功率半導體開關9、10可以各集成在一個模塊中。上面提到的模塊通常為標準模塊，所以設計簡單，可靠性高，並且成本低。
而且，第一個第二開關組5.1中的第三可驅動雙向功率半導體開關11和第一個第三開關組6.1中的第三可驅動雙向功率半導體開關12集成在一個模塊中是可行的。同樣，它們是標準模塊，具有上述相應的優點。
在變換器電路需要根據本發明針對多相來實施的情況下，相R、Y、B的第p個第二開關組5.p優選地彼此並聯連接，並且相R、Y、B的第p個第三開關組6.p優選地彼此並聯連接。相應的連接在相應的第p個第二開關組5.p中的電容器13處以及相應的第p個第三開關組6.p中的電容器14處實現。
為了便於節省具有多相的變換器電路的空間，相R，Y，B的第p個第二開關組5.p中的電容器13優選地被結合而形成一個電容器。此外，相R，Y，B的第p個第三開關組6.p中的電容器14優選地同樣被結合而形成一個電容器。
圖2示出了根據本發明的變換器電路的第二實施例，和圖1所示的第一實施例的區別是，一限壓網絡15與第一個第二開關組5.1中的第三可驅動雙向功率半導體開關11並聯連接，並且一限壓網絡15同樣地與第一個第三開關組6.1中的第三可驅動雙向功率半導體開關12並聯連接。限壓網絡15是任選的，其有利地用於相輸出電壓的穩定，尤其是針對0V的期望相輸出電壓。限壓網絡15優選地具有電容器，或者如圖2所示電阻器與電容器的串聯電路。
作為如圖2所示的第二實施例的替選方案，圖3示出了根據本發明的變換器電路的第三實施例。圖3所示的第三實施例與圖2所示的第二實施例的區別是，限壓網絡15被連接於第一個第二開關組5.1中的第二和第三可驅動雙向功率半導體開關9、11的連接點以及第一個第三開關組6.1中的第二和第三可驅動雙向功率半導體開關10、12的連接點。限壓網絡15是任選的，其有利地用於相輸出電壓的穩定，尤其是針對0V的期望相輸出電壓。限壓網絡15優選地具有電容器，或者如圖3所示電阻器與電容器的串聯電路。
因此，總的來說，根據本發明的用於切換多個開關電壓電平的變換器電路所代表的方案的特徵在於其工作期間存儲的少量電能以及節省空間的設計，所以是不複雜的、健壯的並且可靠性非常高的方案。
參考標號列表1.1、...、1.n 第一開關組2 第一開關組中的第一可驅動雙向功率半導體開關3 第一開關組中的第二可驅動雙向功率半導體開關4 第一開關組中的電容器5.1、...、5.p 第二開關組6.1、...、6.p 第三開關組7 第二開關組中的第一可驅動雙向功率半導體開關8 第三開關組中的第一可驅動雙向功率半導體開關9 第二開關組中的第二可驅動雙向功率半導體開關10第三開關組中的第二可驅動雙向功率半導體開關11第二開關組中的第三可驅動雙向功率半導體開關12第三開關組中的第三可驅動雙向功率半導體開關13第二開關組中的電容器14第三開關組中的電容器15限壓網絡。
權利要求
1.一種用於切換多個開關電壓電平的變換器電路，具有提供給每相(R，Y，B)的n個第一開關組(1.1，...，1.n)，其中第n個第一開關組(1.n)由第一可驅動雙向功率半導體開關(2)和第二可驅動雙向功率半導體開關(3)形成，並且第一個第一開關組(1.1)到第n-1個開關組(1.(n-1))中的每個開關組由第一可驅動雙向功率半導體開關(2)和第二可驅動雙向功率半導體開關(3)以及連接到所述第一和第二可驅動雙向功率半導體開關(2，3)的電容器(4)形成，所述n個第一開關組(1.1，...，1.n)中的每個第一開關組以連結形式連接到各自相鄰的第一開關組(1.1，...，1.n)，並且所述第一個第一開關組(1.1)中的所述第一和第二可驅動雙向功率半導體開關(2，3)彼此連接，其特徵在於n≥1，並且提供有p個第二開關組(5.1，...，5.p)和p個第三開關組(6.1，...，6.p)，其每個具有第一可驅動雙向功率半導體開關(7，8)、第二可驅動雙向功率半導體開關(9，10)以及電容器(13，14)，其中p≥1，並且所述p個第二開關組(5.1，...，5.p)中的每個第二開關組以連結形式連接到各自相鄰的第二開關組(5.1，...，5.p)，而所述p個第三開關組(6.1，...，6.p)中的每個第三開關組以連結形式連接到各自相鄰的第三開關組(6.1，...，6.p)；第一個第二開關組和第一個第三開關組(5.1，6.1)各具有與相應的第二可驅動雙向功率半導體開關(9，10)背對背串聯連接的第三可驅動雙向功率半導體開關(11，12)，其中，所述第一個第二開關組(5.1)連接到所述第n個第一開關組(1.n)中的所述第一可驅動雙向功率半導體開關(2)，並且所述第一個第三開關組(6.1)連接到所述第n個第一開關組(1.n)中的所述第二可驅動雙向功率半導體開關(3)，並且第p個第二開關組(5.p)中的所述電容器(13)與第p個第三開關組(6.p)中的所述電容器(14)串聯連接。
2.如權利要求1所述的變換器電路，其特徵在於，所述第n個第一開關組(1.n)具有電容器(4)，所述電容器(4)連接到所述第n個第一開關組(1.n)中的所述第一和第二可驅動雙向功率半導體開關(2，3)，其中，所述第一個第二開關組(5.1)連接於所述第n個第一開關組(1.n)中的所述電容器(4)，並且所述第一個第三開關組(6.1)連接於所述第n個第一開關組(1.n)中的所述電容器(4)。
3.如權利要求2所述的變換器電路，其特徵在於，所述第一個第二開關組(5.1)中的所述第一和第二可驅動雙向功率半導體開關(7，9)彼此相連，其中，所述第一個第二開關組(5.1)中的所述第一和第二可驅動雙向功率半導體開關(7，9)的連接點連接到所述第n個第一開關組(1.n)中的所述電容器(4)和所述第n個第一開關組(1.n)中的所述第一可驅動雙向功率半導體開關(2)的連接點，並且所述第一個第三開關組(6.1)中的所述第一和第三可驅動雙向功率半導體開關(8，12)彼此相連，其中，所述第一個第三開關組(6.1)中的所述第一和第三可驅動雙向功率半導體開關(8，12)的連接點連接到所述第n個第一開關組(1.n)中的所述電容器(4)和所述第n個第一開關組(1.n)中的所述第二可驅動雙向功率半導體開關(3)的連接點。
4.如權利要求1到3之一所述的變換器電路，其特徵在於，在所述第一個第二開關組(5.1)中，所述第一和第三可驅動雙向功率半導體開關(7，11)連接到所述第一個第二開關組(5.1)中的所述電容器(13)，並且在所述第一個第三開關組(6.1)中，所述第一和第二可驅動雙向功率半導體開關(8，10)連接到所述第一個第三開關組(6.1)中的所述電容器(14)。
5.如權利要求1到4之一所述的變換器電路，其特徵在於，在所述第二個第二開關組到第p個第二開關組(5.2，...，5.p)以及所述第二個第三開關組到第p個第三開關組(6.2，...，6.p)中，所述第一和第二可驅動雙向功率半導體開關(7，8，9，10)分別連接到相關聯的開關組(5.2，...，5.p；6.2，...，6.p)中的所述電容器(13，14)。
6.如前述權利要求之一所述的變換器電路，其特徵在於，一限壓網絡(15)與所述第一個第二開關組(5.1)中的所述第三可驅動雙向功率半導體開關(11)並聯連接，並且一限壓網絡(15)與所述第一個第三開關組(6.1)中的所述第三可驅動雙向功率半導體開關(12)並聯連接。
7.如權利要求1到5之一所述的變換器電路，其特徵在於，限壓網絡(15)被連接於所述第一個第二開關組(5.1)中的所述第二和第三可驅動雙向功率半導體開關(9，11)的連接點以及所述第一個第三開關組(6.1)中的所述第二和第三可驅動雙向功率半導體開關(10，12)的連接點。
8.如權利要求6或7所述的變換器電路，其特徵在於，所述限壓網絡(15)具有電容器。
9.如權利要求6或7所述的變換器電路，其特徵在於，所述限壓網絡(15)具有電阻器與電容器的串聯電路。
10.如權利要求1到9之一所述的變換器電路，其特徵在於，所述n個第一開關組(1.1，...，1.n)的總數對應於p個第二和第三開關組(5.1，...，5.p；6.1，...，6.p)的總數。
11.如權利要求1到9之一所述的變換器電路，其特徵在於，所述n個第一開關組(1.1，...，1.n)的總數小於p個第二和第三開關組(5.1，...，5.p；6.1，...，6.p)的總數。
12.如權利要求1到9之一所述的變換器電路，其特徵在於，所述n個第一開關組(1.1，...，1.n)的總數大於p個第二和第三開關組(5.1，...，5.p；6.1，...，6.p)的總數。
13.如前述的權利要求之一所述的變換器電路，其特徵在於，相應的第一、第二和第三可驅動雙向功率半導體開關(2，3，7，8，9，10，11，12)由在一個方向上承載電流的可驅動功率半導體部件以及與其背對背並聯連接並在一個方向上承載電流的無源非可驅動功率半導體部件形成。
14.如前述的權利要求之一所述的變換器電路，其特徵在於，在所述n個第一開關組(1.1，...，1.n)中，分別相鄰的第一開關組(1.1，...，1.n)中的兩個第一可驅動雙向功率半導體開關(2)集成在一個模塊中，並且分別相鄰的第一開關組(1.1，...，1.n)中的兩個第二可驅動雙向功率半導體開關(3)集成在一個模塊中。
15.如權利要求1到13之一所述的變換器電路，其特徵在於，在所述n個第一開關組(1.1，...，1.n)中，每個所述第一可驅動雙向功率半導體開關(2)和所述第二可驅動雙向功率半導體開關(3)集成在一個模塊中。
16.如前述的權利要求之一所述的變換器電路，其特徵在於，在所述p個第二開關組(5.1，...，5.p)中，分別相鄰的第二開關組(5.1，...，5.p)中的兩個第一可驅動雙向功率半導體開關(7)集成在一個模塊中，並且，在所述p個第三開關組(6.1，...，6.p)，分別相鄰的第三開關組(6.1，...，6.p)中的兩個第一可驅動雙向功率半導體開關(8)集成在一個模塊中。
17.如權利要求1到15之一所述的變換器電路，其特徵在於，在所述p個第二和第三開關組(5.1，...，5.p；6.1，...，6.p)中，所述第一可驅動雙向功率半導體開關(7，8)和所述第二可驅動雙向功率半導體開關(9，10)各集成在一個模塊中。
18.如權利要求1到17之一所述的變換器電路，其特徵在於，所述第一個第二開關組(5.1)中的所述第三可驅動雙向功率半導體開關(11)和所述第一個第三開關組(6.1)中的所述第三可驅動雙向功率半導體開關(12)集成在一個模塊中。
19.如前述權利要求之一所述的變換器電路，其特徵在於，當有多相(R，Y，B)時，所述相(R，Y，B)的所述第p個第二開關組(5.p)彼此並聯連接，所述相(R，Y，B)的所述第p個第三開關組(6.p)彼此並聯連接。
20.如權利要求19所述的變換器電路，其特徵在於，所述相(R，Y，B)的所述第p個第二開關組(5.p)中的所述電容器(13)被結合而形成一個電容器，並且，所述相(R，Y，B)的所述第p個第三開關組(6.p)中的電容器(14)被結合而形成一個電容器。
全文摘要
本發明涉及一種用於切換多個開關電壓電平的變換器電路，所述變換器電路包括用於每相(R，S，T)的n個第一開關組(1.1，…，1.n)，第n個第一開關組(1.n)由第一可選擇的雙向功率半導體開關(2)以及第二可選擇的雙向功率半導體開關(3)形成，並且第一個第一開關組(1.1)到第(n－1)個開關組(1.(n－1))中的每個開關組由第一可選擇的雙向功率半導體開關(2)、第二可選擇的雙向功率半導體開關(3)以及連接到所述第一和第二可選擇的雙向功率半導體開關(2，3)的電容器(4)所形成，所述n個第一開關組(1.1，…，1.n)中的每個第一開關組與每個相鄰的第一開關組(1.1，…，1.n)相互連結，並且第一個第一開關組(1.1)的第一和第二可選擇的雙向功率半導體開關(2，3)彼此相連。為了減少變換器電路中存儲的電能，n≥1，並且提供有p個第二開關組(5.1，…，5.p)和p個第三開關組(6.1，…，6.p)，其每個具有第一可選擇的雙向功率半導體開關(7，8)、第二可選擇的雙向功率半導體開關(9，10)以及電容器(13，14)，其中p≥1。所述p個第二開關組(5.1，…，5.p)中的每個第二開關組與每個相鄰的第二開關組(5.1，…，5.p)相互連結，並且所述p個第三開關組(6.1，…，6.p)中的每個第三開關組與每個相鄰的第三開關組(6.1，…，6.p)相互連結。此外，所述第一個第二開關組和第一個第三開關組(5.1，6.1)各具有以反串聯方式連接到相應的第二可選擇雙向功率半導體開關(9，10)的第三可選擇雙向功率半導體開關(11，12)，第一個第二開關組(5.1)連接到第n個第一開關組(1.n)的第一可選擇雙向功率半導體開關(2)，而第一個第三開關組(6.1)連接到第n個第一開關組(1.n)的第二可選擇雙向功率半導體開關(3)，並且第p個第二開關組(5.p)的電容器(13)串聯連接到第p個第三開關組(6.p)的電容器(14)。
文檔編號H02M7/48GK101061629SQ200480044440
公開日2007年10月24日 申請日期2004年11月22日 優先權日2004年11月22日
發明者彼得·斯泰默, 彼得·巴爾博薩, 勒克·邁森奇 申請人:Abb研究有限公司