CN100566106C - 用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路 - Google Patents

用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于连接多个切换电压电平的转换器电路。所述转换器电路包括用于每个相(R，S，T)的n个第一矢量组(1.1，…，1.n)。第n个第一矢量组(1.n)由第一功率半导体开关(2)和第二功率半导体开关(3)形成，而第一个第一矢量组(1.1)到第(n-1)个矢量组(1.n-1))由第一功率半导体开关(2)、第二功率半导体开关(3)以及连接到第一和第二功率半导体开关(2，3)的电容器(4)形成。n个第一矢量组(1.1，…，1.n)的每个并联连接到相应相邻第一矢量组(1.1，…，1.n)，而第一个第一矢量组(1.1)的第一和第二功率半导体开关(2，3)互连。为了降低转换器电路的存储电功率，n大于或等于1，同时提供了p个第二矢量组(5.1，…，5.p)和p个第三矢量组(6.1，…，6.p)，假设p＝1，分别由第一功率半导体开关(2)、第二功率半导体开关(3)以及连接到第一和第二功率半导体开关(2，3)的电容器(4)形成。p个第二矢量组(5.1，…，5.p)的每个并联连接到相应相邻第二矢量组(5.1，…，5.p)，而p个第三矢量组(6.1，…，6.p)的每个并联连接到相应相邻第三矢量组(6.1，…，6.p)。第一个第二矢量组(5.1)连接到第n个第一矢量组(1.n)的第一功率半导体开关(2)，而第一个第三矢量组(6.1)连接到第n个第一矢量组(1.n)的第二功率半导体开关(3)。另外，第p个第二矢量组(5.p)的电容器(4)串联连接到第p个第三矢量组(6.p)的电容器(4)。

Description

用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路
技术领域
本发明涉及功率电子学领域并且基于用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路。
背景技术
如今，转换器电路广泛用于功率电子应用中。在此情形中，对于诸如此种转换器电路的需求首先要在通常连接到转换器电路的电AC电压网络的相上产生尽可能少的谐波，且另一方面要以最小可能数目的电子部件来传输尽可能高的功率电平。在DE 69205413T2中指定了一种用于切换大数目的切换电压电平的适用转换器电路。在此文献中，为每个相提供了n个第一切换组，第n个第一切换组由第一功率半导体开关和第二功率半导体开关来形成，并且第一个第一切换组到第(n-1)个切换组每个由第一功率半导体开关、第二功率半导体开关以及由连接到第一和第二功率半导体开关的电容器形成，这里n≥2。n个第一切换组每个串联连接到相应相邻第一切换组，第一个第一切换组中的第一和第二功率半导体开关彼此连接。第一和第二功率半导体开关在每一情形中由绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及由与该双极晶体管背对背并联连接的二极管形成。
根据DE 69205413T2用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路受制于这样的问题：在操作期间存储在转换器电路中的电能量很高。由于电能存储在转换器电路的n个第一切换组中的电容器中，所以电容器必须针对此电能而设计，也就是说，依照它们的耐受电压和/或它们的电容而设计。然而，这使得相应昂贵的具有大物理尺寸的电容器成为必要。此外，因为电容器的物理尺寸大，所以转换器电路要求大量空间，使得如许多应用诸如牵引应用所要求的节省空间设计是不可能的。此外，物理上大电容器的使用导致大量安装和维护工作。
发明内容
因此，本发明的一个目的是指定一种用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路，该转换器电路在其操作期间存储尽可能少的电能，并且可以以节省空间的方式来生产。
根据本发明用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路具有为每个相提供的n个第一切换组，第n个第一切换组由属于第n个第一切换组的第一功率半导体开关和第二功率半导体开关形成，以及第一个第一切换组到第(n-1)个第一切换组中的每个都由第一功率半导体开关、第二功率半导体开关和电容器形成，其中第一功率半导体开关通过电容器与第二功率半导体开关相连，第一个第一切换组至第n个第一切换组中的第一和第二功率半导体开关中的每一个功率半导体开关都是双向功率半导体开关，n个第一切换组中的每一个第一切换组串联连接到相应相邻第一切换组，并且第一个第一切换组中的第一和第二功率半导体开关彼此连接，特征在于：n≥1，并且提供p个第二切换组和p个第三切换组，其中第二切换组和第三切换组中的每个都由第一功率半导体开关、第二功率半导体开关和电容器形成，第一功率半导体开关通过电容器与第二功率半导体开关相连，其中p≥1，并且p个第二切换组中的每一个第二切换组与相应的相邻第二切换组串联，而p个第三切换组中的每一个第三切换组与相应的相邻第三切换组串联，以及在第一个第二切换组中的第一和第二功率半导体开关连接在一起，第一个第二切换组中的第一和第二功率半导体开关的连接点连接到第n个第一切换组中的第一功率半导体开关，而第一个第三切换组中的第一和第二功率半导体开关连接在一起，第一个第三切换组中的第一和第二功率半导体开关的连接点连接到第n个第一切换组中的第二功率半导体开关，以及第p个第二切换组中的电容器与第p个第三切换组中的电容器串联。
根据本发明用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路具有为每个相提供的n个第一切换组，第一个第一切换组到第n个第一切换组中的每个都由第一功率半导体开关、第二功率半导体开关和电容器形成，其中第一功率半导体开关通过电容器与第二功率半导体开关相连，以及第一个第一切换组至第n个第一切换组中的第一和第二功率半导体开关中的每一个功率半导体开关都是双向功率半导体开关，n个第一切换组中的每一个第一切换组串联连接到相应相邻第一切换组，并且第一个第一切换组中的第一和第二功率半导体开关彼此连接，特征在于：n≥1，并且提供p个第二切换组和p个第三切换组，其中第二切换组和第三切换组中的每个都由第一功率半导体开关、第二功率半导体开关和电容器形成，第一功率半导体开关通过电容器与第二功率半导体开关相连，其中p≥1，并且p个第二切换组中的每一个第二切换组与相应的相邻第二切换组串联，而p个第三切换组中的每一个第三切换组与相应的相邻第三切换组串联，以及第一个第二切换组中的第一和第二功率半导体开关连接在一起，第一个第二切换组中的第一和第二功率半导体开关的连接点连接到第n个第一切换组中的电容器与第n个第一切换组中的第一功率半导体开关的连接点，而第一个第三切换组中的第一和第二功率半导体开关连接在一起，第一个第三切换组中的第一和第二功率半导体开关的连接点连接到第n个第一切换组中的电容器与第n个第一切换组中的第二功率半导体开关的连接点，以及第p个第二切换组中的电容器与第p个第三切换组中的电容器串联。
与如上所述p个第二切换组和p个第三切换组的连接一起提供的p个第二切换组和p个第三切换组意味着：在根据本发明的转换器电路的操作中，例如在关于相输出AC电压的正半周期期间只涉及p个第二切换组，以及在负半周期期间只涉及p个第三切换组。因此，有可能有利地降低转换器电路中存储的电能量，具体是p个第二和第三切换组中的电容器中存储的电能量。此外，n个第一切换组只用于平衡相输出AC电压，使得当有多个第一切换组时，n个第一切换组中的电容器在平衡态中基本上不承载电流，并且因此也基本上不存储任何电能。转换器电路中的存储电能量可由此总体上保持为低，使得转换器电路中的电容器只需要对于将存储的少量电能而设计，也就是依照它们的耐受电压和/或它们的电容而设计。由于电容器的小物理尺寸，转换器电路要求很小空间，因此有利地允许如许多应用例如牵引应用所要求的节省空间设计。此外，小物理尺寸的电容器还有利地使得有可能将安装和维护工作量保持为低。
附图说明
本发明的这些和另外的目的、优点和特征将从下面与附图结合的对本发明的优选实施例的详细描述中变得明显。
在图中：
图1a示出了根据本发明的转换器电路的第一实施例，
图1b示出了根据本发明的转换器电路的第二实施例，
图1c示出了根据本发明的转换器电路的第三实施例，
图2示出了根据本发明的转换器电路的第四实施例，
图3a示出了根据本发明的转换器电路的第五实施例，
图3b示出了根据本发明的转换器电路的第六实施例，
图4示出了根据本发明的转换器电路的第七实施例。
附图中使用的参考符号及其含意在参考符号列表中以摘要形式列出。原则上，图中相同的部件具有相同的参考符号。所述实施例表示了本发明主题的实例，并且不具有限制作用。
具体实施方式
图1a示出了用于切换大数目的切换电压电平的根据本发明的转换器电路的第一实施例(具体是单相)。在此情形中，转换器电路具有为每相R、Y、B提供的n个第一切换组1.1，...，1.n，第n个第一切换组1.n由第一功率半导体开关2和第二功率半导体开关3形成，并且第一个第一切换组1.1到第(n-1)个切换组1.(n-1)在每一情形中由第一功率半导体开关2、第二功率半导体开关3以及由连接到第一和第二功率半导体开关2、3的电容器4形成，在此情形中，根据本发明，n≥1。从图1a可以看出，由于第一切换组1，1.1，...，1.n每个表示四极网络，所以当存在多个第一切换组1.1，...，1.n时，n个第一切换组1.1，...，1.n每个串联连接到相应相邻第一切换组1.1，...，1.n，也就是说第n个第一切换组1.n串联连接到第(n-1)个第一切换组1.(n-1)，并且第(n-1)个第一切换组1.(n-1)串联连接到第(n-2)个第一切换组1.(n-2)等等。从图1a可以看出，第一个第一切换组1.1中的第一和第二功率半导体开关2、3彼此连接。第一个第一切换组1.1中的第一和第二功率半导体开关2、3的接合点形成相连接，具体而言对于相R，如图1a所示。
根据本发明，如图1a所示，现在提供了p个第二切换组5.1，...，5.p和p个第三切换组6.1，...，6.p，并且它们每个由第一功率半导体开关2、第二功率半导体开关3以及由连接到第一和第二功率半导体开关2、3的电容器4形成，这里p≥1。如图2所示，由于p个第二切换组5.1，...，5.p中的每个和p个第三切换组6.1，...，6.p中的每个表示四极网络，所以当存在多个第二切换组5.1，...，5.p时，p个第二切换组5.1，...，5.p中的每个串联连接到相应相邻第二切换组5.1，...，5.p，也就是说第p个第二切换组5.p串联连接到第(p-1)个第二切换组5.(p-1)，并且第(p-1)个第二切换组5.(p-1)串联连接到第(p-2)个第二切换组5.(p-2)等等。此外，如图1a所示，当存在多个第三切换组6.1，...，6.p时，p个第三切换组6.1，...，6.p中的每个串联连接到相应相邻第三切换组6.1，...，6.p，也就是说第p个第三切换组6.p串联连接到第(p-1)个第三切换组6.(p-1)，并且第(p-1)个第三切换组6.(p-1)串联连接到第(p-2)个第三切换组6.(p-2)等等。
此外，第一个第二切换组5.1连接到第n个第一切换组1.n中的第一功率半导体开关2，并且第一个第三切换组6.1连接到第n个第一切换组1.n中的第二功率半导体开关3。最终，第p个第二切换组5.p中的电容器4串联连接到第p个第三切换组6.p中的电容器4。所提供的p个第二切换组5.1，...，5.p和p个第三切换组6.1，...，6.p以及在每一情形中它们彼此之间的、到彼此的和到第n个第一切换组1.n的所述连接意味着：在根据本发明的转换器电路的操作中，例如在关于相输出AC电压的正半周期中只涉及p个第二切换组5.1，...，5.p，以及在关于相输出AC电压的负半周期中只涉及p个第三切换组6.1，...，6.p。可由此有利地降低在转换器电路中存储的电能量，特别是p个第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p中的电容器4中存储的电能量。此外，n个第一切换组1.1，...，1.n只用于平衡相输出AC电压，使得当相输出AC电压处于平衡态时，n个第一切换组1.1，...，1.n中的电容器4基本上不承载电流，并且基本上也没有电能存储在电容器4中。在根据本发明的转换器电路中存储的电能量可由此总体上保持为低，使得转换器电路中的电容器4只需要针对将存储的少量电能而设计，也就是说依照它们的耐受电压和/或它们的电容而设计。由于小物理尺寸的电容器4，转换器电路要求最小量的空间，因此有利地允许如许多应用例如牵引应用所要求的节省空间设计。此外，小物理尺寸的电容器4还有利地使得有可能将安装和维护工作流量保持为低。
如图1a所示，例如，电压限制网络7并联连接到第n个第一切换组1.n中的第一功率半导体开关2，并且电压限制网络7同样地并联连接到第n个第一切换组1.n中的第二功率半导体开关3。电压限制网络7可以任选地选择并且有利地用来稳定相输出电压，特别是在所需相输出电压为0V时。电压限制网络7优选地具有电容器，或如图1a所示由电阻器和电容器形成的串联电路。对本领域的技术人员明显的是，第一切换组1.1，...，1.(n-1)中的所有其它第一和第二功率半导体开关2、3以及第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p也可以具有具体为任何类型的电压限制网络7和/或具体为任何类型的电流限制网络。
图1b示出了用于切换大数目的切换电压电平的根据本发明的转换器电路的第二实施例(具体是单相)。与图1a所示的第一实施例相比，如图1b所示第二实施例中的第n个第一切换组1.n具有连接到第n个第一切换组1.n中的第一和第二功率半导体开关2、3的电容器4，第一个第二切换组5.1连接到第n个第一切换组1.n中的电容器4，并且第一个第三切换组6.1连接到第n个第一切换组1.n中的电容器4。尤其当所需相输出电压为0V时，第n个第一切换组1.n中的电容器4有利地造成此相输出电压稳定，使得这可以没有任何问题和没有任何干扰效应地来实现。如果将如图1a所示的第一实施例与如图1b所示的第二实施例相比较，则第n个第一切换组1.n中的电容器4可以任选地选择并且只用于限制电压或用于稳定电压，因此不可视为电压源。虽然为了清晰而未在图1a中示出，但是也可行的是，提供由电容器4和电阻器形成的串联电路，代替第n个第一切换组1.n中的电容器4。不言而喻，对于所有所述实施例，可以任选地选择第n个第一切换组1.n中的电容器4或由电容器4和电阻器形成的串联电路。
图1c示出了用于切换大数目的切换电压电平的根据本发明的转换器电路的第三实施例(具体是单相)。在此情形中，n个第一切换组1.1，...，1.n的数目小于p个第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p的数目。在图1c中，这些则是n＝1第一切换组1.1和p＝2第二切换组5.1，5.2以及p＝2第三切换组6.1，6.2。这有利地意味着要求更少的第一切换组1.1，...，1.n，由此要求更少的第一和第二功率半导体开关2、3以及更少的电容器4，并且可以由此进一步地降低根据本发明的转换器电路所要求的总空间。如通过图1c中实例所示，当有n＝1第一切换组1.1时，第一和第二功率半导体开关每个优选地由高阻塞能力的双向功率半导体开关形成，也就是由只在一个方向上承载电流的可驱动式高阻塞能力的电子部件(例如由栅关断晶闸管(GTO晶闸管)或具有换向驱动电极的集成晶闸管(IGCT-集成栅换向晶闸管)和由与之背对背并联连接的不可驱动并且只在一个方向上承载电流的无源高阻塞能力的电子部件(例如二极管)形成。
图2示出了用于切换大数目的切换电压电平的根据本发明的转换器电路的第四实施例(具体是单相)。在此情形中，n个第一切换组1.1，...，1.n的数目对应于p个第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p的数目。在图2中，这些则是n＝2第一切换组1.1，1.2和p＝2第二切换组5.1，5.2以及p＝2第三切换组6.1，6.2。如果n个第一切换组1.1，...，1.n的数目对应于p个第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p的数目，则一般而言有利地有可能在根据本发明的转换器电路中切换(2n+1)个切换电压电平，也就是如果如图2所示n＝2，则可以切换五个切换电压电平。
此外，还可行的是，n个第一切换组1.1，...，1.n的数目大于p个第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p的数目。
如图1a和图1c所示，第一个第二切换组5.1中的第一和第二功率半导体开关2、3彼此连接，第一个第二切换组5.1中的第一和第二功率半导体开关2、3的接合点连接到第n个第一切换组1.n中的第一功率半导体开关2。此外，如图1a和图1c所示，第一个第三切换组6.1中的第一和第二功率半导体开关2、3彼此连接，第一个第三切换组6.1中的第一和第二功率半导体开关2、3的接合点连接到第n个第一切换组1.n中的第二功率半导体开关3。
如图1b所示，第一个第二切换组5.1中的第一和第二功率半导体开关2、3彼此连接，第一个第二切换组5.1中的第一和第二功率半导体开关2、3的接合点连接到第n个第一切换组1.n中的电容器4与第n个切换组1.n中的第一功率半导体开关2的接合点。此外，第一个第三切换组6.1中的第一和第二功率半导体开关2、3彼此连接，第一个第三切换组6.1中的第一和第二功率半导体开关2、3的接合点连接到第n个第一切换组1.n中的电容器4与第n个第一切换组1.n中的第二功率半导体开关3的接合点。
每个切换组1.1，...，1.n；5.1，...，5.p；6.1，...，6.p中的第一功率半导体开关2和第二功率半导体开关3每个优选地以双向功率半导体开关的形式，正如图1a、图1b、图1c和图2所示的实施例的情形。
图3a示出了用于切换大数目的切换电压电平的根据本发明的转换器电路的第五实施例(具体是单相)。如图3a所示，每个第一和每个第二切换组1.1，...，1.n；5.1，...，5.p中的第一功率半导体开关2是双向功率半导体开关。此外，每个第一切换组1.1，...，1.n中的和每个第三切换组6.1，...，6.p中的第二功率半导体开关3是双向功率半导体开关。与图1a、图1b、图1c和图2所示的实施例相比较，每个第二切换组5.1，...，5.p中的第二功率半导体开关3和每个第三切换组6.1，...，6.p中的第一功率半导体开关2是单向功率半导体开关。此措施使得有可能进一步简化根据本发明的转换器电路。
图3b示出了用于切换大数目的切换电压电平的根据本发明的转换器电路的第六实施例(具体是单相)。如图3b所示，每个第一和每个第三切换组1.1，...，1.n；6.1，...，6.p中的第一功率半导体开关2是双向功率半导体开关。此外，每个第一和每个第二切换组1.1，...，1.n；5.1，...，5.p中的第二功率半导体开关3是双向功率半导体开关。另外，每个第二切换组5.1，...，5.p中的第一功率半导体开关2和每个第三切换组6.1，...，6.p中的第二功率半导体开关3是单向功率半导体开关。除了对于图3a所示第五实施例已提及的简化转换器电路的优点之外，也可以很容易地将如图3b所示转换器电路第六实施例中的每个第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p中的相应电容器4上的电压例如设置到预定值(具体是借助于调节)。
图4示出了用于切换大数目的切换电压电平的根据本发明的转换器电路的第七实施例(具体是单相)。在此情形中，每个第一切换组1.1，...，1.n中的第一功率半导体开关2和第二功率半导体开关3是双向功率半导体开关。此外，每个第二切换组5.1，...，5.p中的和每个第三切换组6.1，...，6.p中的第一功率半导体开关2和第二功率半导体开关3是单向功率半导体开关。此措施造成了根据本发明的转换器电路成为整流器，它由于只要求最小数目的双向功率半导体开关而以很简单而且节省空间的方式来设计。
如图1a到图4所示根据本发明的转换器电路实施例中的双向功率半导体开关每个优选地由可驱动并且只在一个方向上承载电流的电子部件以及与之背对背并联连接的无源电子部件形成，该电子部件例如是绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者如图1c所示而且已提及的栅可关断晶闸管(GTO)或集成栅换向晶闸管(IGCT)，该无源电子部件不可驱动并且只在一个方向上承载电流，例如二极管。以如图1a、图1b、图1c和图2所示双向功率半导体开关形式下的第一和第二功率半导体开关2、3在相应的切换组1.1，...，1.n；5.1，...，5.p；6.1，...，6.p内连接，其方式是它们具有相对的主受控电流方向，也就是说可驱动并且只在一个方向上承载电流的电子部件具有彼此相对的主受控电流方向。此外，如图1a、图1b、图1c和图2所示第一和第二功率半导体开关2、3中不能驱动并且只在一个方向上承载电流的无源电子部件在相应的切换组1.1，...，1.n；5.1，...，5.p；6.1，...，6.p内连接，其方式是它们具有相互相对的受控电流方向。
此外，基于如图3a、b和图4所示根据本发明的转换器电路实施例的每个单向功率半导体开关优选地由不能驱动并且只在一个方向上承载电流的无源电子部件，例如由二极管形成。如已提及的，根据本发明的和如图3a、b和图4所示的转换器电路可以通过此措施来进一步地简化，因为要求更少的能驱动并且在一个方向上承载电流的电子部件，并且可以由此显著地降低驱动复杂性。如图3a、b和图4所示双向功率半导体开关形式下的第一和第二功率半导体开关2、3在相应的第一切换组1.1，...，1.n内连接，其方式是它们具有相对的受控主电流方向，也就是说能驱动并且只在一个方向上承载电流的电子部件具有相互相对的受控主电流方向。此外，如图3a、b所示，对于相应的第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p，第一和第二功率半导体开关2、3中不能驱动并且只在一个方向上承载电流的无源电子部件以及第一和第二功率半导体开关2、3中能驱动并且只在一个方向上承载电流的电子部件在相应的第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p内连接，其方式是它们具有相互相对的电流方向。最终，如图4所示单向功率半导体开关形式下的第一和第二功率半导体开关2、3在相应的第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p内连接，其方式是它们具有相互相对的电流方向。
此外，已发现在n个第一切换组1.1，...，1.n的情形中很有利的是，将相应相邻第一切换组1.1，...，1.n中的两个第一功率半导体开关2集成在一个模块中，也就是，当有多个第一切换组1.1，...，1.n时，第n个第一切换组1.n中的第一功率半导体开关2和第(n-2)个第一切换组1.(n-1)中的第一功率半导体开关2集成在一个模块中，并且第(n-1)个第一切换组1.(n-1)中的第一功率半导体开关2与第(n-2)个第一切换组1.(n-2)中的第一功率半导体开关2集成在一个模块中，等等。此外，已发现在n个第一切换组1.1，...，1.n的情形中有利的是，将相应相邻第一切换组1.1，...，1.n中的两个第二功率半导体开关3集成在一个模块中，也就是，当有多个第一切换组1.1，...，1.n时，第n个第一切换组1.n中的第二功率半导体开关3和第(n-1)个第一切换组1.(n-1)中的第二功率半导体开关3集成在一个模块中，并且第(n-1)个第一切换组1.(n-1)中的第二功率半导体开关3和第(n-2)个第一切换组1.(n-2)中的第二功率半导体开关3集成在一个模块中，等等。诸如此类的模块通常是标准的半桥模块并且从而具有简单设计，不易受错误影响，因此是有成本效益的。此外，当有多个第二切换组5.1，...，5.p时，已发现有利的是，在p个第二切换组5.1，...，5.p的情形中，将相应相邻第二切换组5.1，...，5.p中的两个第一功率半导体开关2集成在一个模块中，并且将相应相邻第二切换组5.1，...，5.p中的两个第二功率半导体开关3集成在一个模块中，其方式是对于第一切换组1.1，...，1.n在以上具体描述的方式。此外，当有多个第三切换组6.1，...，6.p时，已发现有利的是，在p个第三切换组6.1，...，6.p的情形中，将相应相邻第三切换组6.1，...，6.p中的两个第一功率半导体开关2集成在一个模块中，并且将相应相邻第三切换组6.1，...，6.p中的两个第二功率半导体开关3集成在一个模块中，其方式是对于第一切换组1.1，...，1.n在以上具体描述的方式。不言而喻，将如上面详细解释的相应第一和第二功率半导体开关2、3的集成应用于如图1a到图4所示根据本发明的所有转换器电路实施例。
然而，还可行的是，在n个第一切换组1.1，...，1.n的情形中，在p个第二和第三切换组5.1，...，5.p；6.1，...，6.p的情形中，在每一情形中将第一功率半导体开关2和第二功率半导体开关3集成在一个模块中。如已提及的，诸如此类的模块通常是标准的半桥模块并且从而具有简单设计，不易受错误影响，并且因此是有成本效益的。同样在此情形中，不言而喻，将如上面所详细解释的相应第一和第二功率半导体开关2、3的集成应用于如图1a到图4所示根据本发明的所有转换器电路实施例。
在意图为多相应用而提供的根据本发明的转换器电路情形中，用于相R、Y、B的第p个第二切换组5.p优选地并联连接，并且用于相R、Y、B的第p个第三切换组6.p彼此并联连接。分别进行到相应第p个第二切换组5.p中的电容器4和相应第p个第三切换组6.p中的电容器4的相应连接。
为了在多相转换器电路的情形中有利地允许节省空间，优选地将用于相R、Y、B的第p个第二切换组5.p中的电容器4组合形成一个电容器。此外，同样优选地将用于相R、Y、B的第p个第三切换组6.b中的电容器4组合形成一个电容器。
总体上，用于切换大数目的切换电压电平的根据本发明的转换器电路由此表示一种特征在于在它的操作期间只存储少量电能和它的节省空间设计的解决方案，由此表示一种不复杂、鲁棒且不易受缺陷影响的解决方案。
参考符号列表
1，...，1.n  第一切换组
2            第一功率半导体开关
3            第二功率半导体开关
4            电容器
5.1，...，5.p第二切换组
6.1，...，6.p第三切换组
7            电压限制网络。

Claims (17)

1.一种用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路，具有为每个相提供的n个第一切换组(1.1，...，1.n)，第n个第一切换组(1.n)由属于第n个第一切换组(1.n)的第一功率半导体开关(2)和第二功率半导体开关(3)形成，以及
第一个第一切换组(1.1)到第(n-1)个第一切换组(1.(n-1))中的每个都由第一功率半导体开关(2)、第二功率半导体开关(3)和电容器(4)形成，其中第一功率半导体开关(2)通过电容器(4)与第二功率半导体开关(3)相连，
第一个第一切换组(1.1)至第n个第一切换组(1.n)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)中的每一个功率半导体开关都是双向功率半导体开关，
n个第一切换组(1.1，...，1.n)中的每一个第一切换组串联连接到相应相邻第一切换组(1.1，...，1.n)，并且第一个第一切换组(1.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)彼此连接，特征在于：
n≥1，并且提供p个第二切换组(5.1，...，5.p)和p个第三切换组(6.1，...，6.p)，其中第二切换组和第三切换组中的每个都由第一功率半导体开关(2)、第二功率半导体开关(3)和电容器(4)形成，第一功率半导体开关(2)通过电容器(4)与第二功率半导体开关(3)相连，其中p≥1，并且p个第二切换组(5.1，...，5.p)中的每一个第二切换组与相应的相邻第二切换组(5.1，...，5.p)串联，而p个第三切换组(6.1，...，6.p)中的每一个第三切换组与相应的相邻第三切换组(6.1，...，6.p)串联，以及
在第一个第二切换组(5.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)连接在一起，第一个第二切换组(5.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)的连接点连接到第n个第一切换组(1.n)中的第一功率半导体开关(2)，而第一个第三切换组(6.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)连接在一起，第一个第三切换组(6.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)的连接点连接到第n个第一切换组(1.n)中的第二功率半导体开关(3)，以及
第p个第二切换组(5.p)中的电容器(4)与第p个第三切换组(6.p)中的电容器(4)串联。
2.一种用于切换大数目的切换电压电平的转换器电路，具有为每个相提供的n个第一切换组(1.1，...，1.n)，
第一个第一切换组(1.1)到第n个第一切换组(1.n))中的每个都由第一功率半导体开关(2)、第二功率半导体开关(3)和电容器(4)形成，其中第一功率半导体开关(2)通过电容器(4)与第二功率半导体开关(3)相连，以及
第一个第一切换组(1.1)至第n个第一切换组(1.n)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)中的每一个功率半导体开关都是双向功率半导体开关，
n个第一切换组(1.1，...，1.n)中的每一个第一切换组串联连接到相应相邻第一切换组(1.1，...，1.n)，并且第一个第一切换组(1.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)彼此连接，特征在于：
n≥1，并且提供p个第二切换组(5.1，...，5.p)和p个第三切换组(6.1，...，6.p)，其中第二切换组和第三切换组中的每个都由第一功率半导体开关(2)、第二功率半导体开关(3)和电容器(4)形成，第一功率半导体开关(2)通过电容器(4)与第二功率半导体开关(3)相连，其中p≥1，并且p个第二切换组(5.1，...，5.p)中的每一个第二切换组与相应的相邻第二切换组(5.1，...，5.p)串联，而p个第三切换组(6.1，...，6.p)中的每一个第三切换组与相应的相邻第三切换组(6.1，...，6.p)串联，以及
第一个第二切换组(5.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)连接在一起，第一个第二切换组(5.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)的连接点连接到第n个第一切换组(1.n)中的电容器(4)与第n个第一切换组(1.n)中的第一功率半导体开关(2)的连接点，而第一个第三切换组(6.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)连接在一起，第一个第三切换组(6.1)中的第一和第二功率半导体开关(2，3)的连接点连接到第n个第一切换组(1.n)中的电容器(4)与第n个第一切换组(1.n)中的第二功率半导体开关(3)的连接点，以及
第p个第二切换组(5.p)中的电容器(4)与第p个第三切换组(6.p)中的电容器(4)串联。
3.如权利要求1所述的转换器电路，特征在于：
电压限制网络(7)与第n个第一切换组(1.n)中的第一功率半导体开关(2)并联，以及；
另一电压限制网络(7)与第n个第一切换组(1.n)中的第二功率半导体开关(3)并联。
4.如权利要求3所述的转换器电路，特征在于，每个电压限制网络(7)都具有电容器。
5.如权利要求3所述的转换器电路，特征在于，每个电压限制网络(7)都具有由电阻器和电容器形成的串联电路。
6.如权利要求1至5之一所述的转换器电路，特征在于：n个第一切换组(1.1，...，1.n)的数目等于第二或第三切换组(5.1，...，5.p；6.1，...，6.p)的数目p。
7.如权利要求1至5之一所述的转换器电路，特征在于：n个第一切换组(1.1，...，1.n)的数目小于第二或第三切换组(5.1，...，5.p；6.1，...，6.p)的数目p。
8.如权利要求1至5之一所述的转换器电路，特征在于：n个第一切换组(1.1，...，1.n)的数目大于第二或第三切换组(5.1，...，5.p；6.1，...，6.p)的数目p。
9.如权利要求1或者2所述的转换器电路，特征在于：每个第二和每个第三切换组(5.1，...，5.p；6.1，...，6.p)中的第一功率半导体开关(2)和第二功率半导体开关(3)在每一情形中是双向功率半导体开关形式。
10.如权利要求1或者2所述的转换器电路，特征在于：
每个第二切换组(5.1，...，5.p)中的第一功率半导体开关(2)是双向功率半导体开关；
每个第三切换组(6.1，...，6.p)中的第二功率半导体开关(3)是双向功率半导体开关，以及
每个第二切换组(5.1，...，5.p)中的第二功率半导体开关(3)和每个第三切换组(6.1，...，6.p)中的第一功率半导体开关(2)在每一情形中是单向功率半导体开关形式。
11.如权利要求1或者2所述的转换器电路，特征在于：
每个第三切换组(6.1，...，6.p)中的第一功率半导体开关(2)是双向功率半导体开关，
每个第二切换组(5.1，...，5.p)中的第二功率半导体开关(3)是双向功率半导体开关，以及
每个第二切换组(5.1，...，5.p)中的第一功率半导体开关(2)和每个第三切换组(6.1，...，6.p)中的第二功率半导体开关(3)是单向功率半导体开关。
12.如权利要求1或者2所述的转换器电路，特征在于：
每个第二切换组(5.1，...，5.p)中和每个第三切换组(6.1，...，6.p)中的第一功率半导体开关(2)和第二功率半导体开关(3)在每一情形中是单向功率半导体开关形式。
13.如前述权利要求1或者2所述的转换器电路，特征在于：在n个第一切换组(1.1，...，1.n)的情形中，相应的相邻第一切换组(1.1，...，1.n)中的两个第一功率半导体开关(2)集成在一个模块中，并且相应的相邻第一切换组(1.1，...，1.n)中的两个第二功率半导体开关(3)集成在另一模块中。
14.如权利要求13所述的转换器电路，特征在于：
在p个第二切换组(5.1，...，5.p)的情形中，相应的相邻第二切换组(5.1，...，5.p)中的两个第一功率半导体开关(2)集成在一个模块中，并且相应的相邻第二切换组(5.1，...，5.p)中的两个第二功率半导体开关(3)集成在另一模块中，以及
在p个第三切换组(6.1，...，6.p)的情形中，相应的相邻第三切换组(6.1，...，6.p)中的两个第一功率半导体开关(2)集成在一个模块中，并且相应的相邻第三切换组(6.1，...，6.p)中的两个第二功率半导体开关(3)集成在另一模块中。
15.如权利要求1或者2所述的转换器电路，特征在于：在n个第一切换组(1.1，...，1.n)的情形中以及在p个第二和第三切换组(5.1，...，5.p；6.1，...，6.p)的情形中，第一功率半导体开关(2)和第二功率半导体开关(3)在每一情形中都集成在一个模块中。
16.如前述权利要求1或者2所述的转换器电路，特征在于：如果存在多个相，则第p个第二切换组(5.p)彼此并联，而且第p个第三切换组(6.p)彼此并联。
17.如权利要求16所述的转换器电路，特征在于：第p个第二切换组(5.p)中的电容器(4)组合形成一个电容器，以及第p个第三切换组(6.p)中的电容器(4)组合形成一个电容器。
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