CN103444068B - 具有能反向导通的功率半导体开关的模块化多重变流器 - Google Patents

具有能反向导通的功率半导体开关的模块化多重变流器 Download PDF

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Abstract

为了实现一种用于模块化多级变流器（1）的子模块（13），该子模块具有至少一个单极的储能器（14），第一和第二接线端子（16，17），和功率半导体电路，所述功率半导体电路具有借助控制信号可接通和断开的功率半导体开关（T1,T4,19）以及与对应的功率半导体开关（T1,T4）反并联连接的续流二极管（D1,D2），其中，根据功率半导体开关（T1,T4,19）的控制可以在第一和第二接线端子（16，17）之间产生降落在一个或全部储能器（14）上的电压或零电压，并且其中，功率半导体电路构成桥接支路（18），其位于第一和第二接线端子（16，17）的电势点之间，该子模块在正常运行时具有小的导通损耗并且此外还是便宜的，建议，只有在桥接支路（18）中布置的功率半导体开关才是能够反向导通的功率半导体开关（19）。

Description

具有能反向导通的功率半导体开关的模块化多重变流器
技术领域
本发明涉及一种用于模块化多级变流器的子模块，具有至少一个单极的储能器、第一和第二接线端子和功率半导体电路，所述功率半导体电路具有借助控制信号可接通和断开的功率半导体开关以及与对应的功率半导体开关反并联连接的续流二极管，其中，根据功率半导体开关的控制可以在第一和第二接线端子之间产生降落在一个或全部储能器上的电压或零电压并且其中功率半导体电路构成桥接支路，其位于第一和第二接线端子的电势点之间。
背景技术
这样的子模块例如从DE 101 03 031中已经公知。在那里公开了一种多级变流器，其具有相模块，所述相模块对于待连接的交变电网的相分别具有交变电压接头以及设置用于连接直流中间电路的两个直流电压接头。在交变电压接头和每个直流电压接头之间延伸有相模块支路。相模块的两个相模块支路与其余的相模块支路、例如所谓的“格雷兹桥(Graetzbrücke)”连接。在此，每个相模块支路具有由子模块构成的串联电路，其分别装备有单极的存储电容器。与存储电容器并联连接有由两个可接通和断开的功率半导体开关组成的串联电路，分别有续流二极管与所述功率半导体开关反并联连接。在串联电路中，以相同的导通方向布置所述可控功率半导体开关。预先公知的子模块还具有两个接线端子，其中一个接线端子直接与存储电容器的一个极相连并且另一个接线端子与位于两个可控功率半导体开关之间的电势点相连。根据功率半导体开关的控制由此可以在每个子模块的两个接线端子上施加在存储电容器上降落的电容器电压或零电压。由于串联电路，可以逐步地调整每个相模块支路的总电压，其中步幅通过在存储电容器上降落的电压来确定。
从实践中还公知能够反向导通的、可控的、可接通和断开功率半导体开关。这些功率半导体开关由此不需要反并联连接的续流二极管。能够反向导通的功率半导体开关相对于不能够反向导通的功率半导体开关来说具有优点，即，在正常运行情况下在其上降落更小的导通电压，从而相对于不能够反向导通的功率半导体开关来说损耗减小。然而，能够反向导通的功率半导体开关具有缺陷，即，其比已经在市场上可购买的没有反向导通能力的功率半导体开关更贵。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种开头提到类型的子模块，其具有在正常运行情况下更小的损耗并且此外也是便宜的。
本发明通过如下解决上述技术问题，即，只有在桥接支路中布置的功率半导体开关才是能够反向导通的功率半导体开关。
在本发明的范围中提供一种用于模块化多级变流器的子模块，其具有能够反向导通的功率半导体开关。因为开头提到种类的子模块以及能够反向导通的功率半导体开关都是已知的，所以建议通过能够反向导通的功率半导体开关完全代替迄今为止使用的不能够反向导通的功率半导体开关。这样的子模块于是在任何情况下的特征是比预先已知的子模块更小的导通电压和由此更低的运行损耗。然而按照本发明已经知道，布置在接线端子之间的功率半导体开关比没有布置在接线端子之间的功率半导体开关具有更高负荷。该知识涉及并非本发明内容的复杂计算和仿真。由于该知识，在本发明的范围内，能够反向导通的、可控的、可接通和断开功率半导体开关仅仅布置在位于接线端子的电势点之间的子模块的桥接支路中。这由此是如下功率半导体开关，这些功率半导体开关特别是在能量传输和分布领域中应用的情况下在子模块的正常运行中特别强地负荷。通过采用能够反向导通的可接通和断开功率半导体开关可以降低导通电压。被不太强地加负荷的功率半导体开关在本发明的范围内是其它功率半导体开关，其不具有反向导通能力的并且由此如在现有技术中公知的那样反并联有续流二极管。这些功率半导体开关可以便宜得多地购得。因为便宜的功率半导体开关仅仅在子模块的不太强地被加负荷的位置被采用，所以由于提高的导通电压而形成的损耗是可接受的。
按照本发明的优选构造，设置单极的储能器，由可控的可接通和断开的功率半导体开关以相同的导通方向构成的串联电路与所述储能器并联连接，其中第一接线端子与储能器的第一极相连并且第二接线端子与位于可控的功率半导体开关之间的电势点相连。这样的子模块的电路原则上是公知的，但是其中高负荷的功率半导体按照本发明是能够反向导通的功率半导体开关。该功率半导体开关在运行期间更高地负荷，从而在接线端子之间的桥接支路中采用仅一个能够反向导通的功率半导体开关就足够降低运行损耗。不位于接线端子之间的功率半导体开关如现有技术中那样是不能够反向导通的功率半导体开关，续流二极管与其反并联连接。
与此不同地，按照本发明的另一个变形，设置第一储能器和与第一储能器串联连接的第二储能器并且在桥接支路中以相同的导通方向布置两个能够反向导通的功率半导体开关，其中，在能够反向导通的功率半导体开关之间的电势点与在第一和第二储能器之间的电势点相连，并且其中，桥接支路通过第一功率半导体开关和反向的第一续流二极管与第二储能器的一个极相连并且通过第二功率半导体开关和反向的续流二极管与第一储能器的一个极相连，从而桥接支路在不能够反向导通的功率半导体开关之间连接，并且其中，所有功率半导体开关串联并且以相同的导通方向布置。按照该有利改进方案，提供本身同样是公知的双模块。在所述双模块中，在本发明的范围中仅仅将位于接线端子之间的功率半导体开关选择为能够反向导通的功率半导体开关，因为这些功率半导体开关在多级变流器的运行中比不是位于接线端子之间的功率半导体开关负荷更高。
按照本发明的优选构造，这样实现每个能够反向导通的功率半导体开关，使得在其上降落尽可能小的导通电压。能够反向导通的功率半导体开关，例如能够反向导通的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，可以以不同的方式来优化。在此，在一方面在二极管模式中所谓的“反向恢复电荷”，而另一方面在二极管模式以及在功率半导体开关模式中的导通电压之间存在相互作用。由此低的反向恢复电荷在IGBT以及在二极管模式中都导致更高的导通电压。能够反向导通的IGBT的优化由此可以导致更低的导通损耗或导致更低的开关损耗。按照该有利改进方案，能够反向导通的功率半导体开关对于低的导通电压而优化。
合适地，设置用于控制可控的功率半导体开关的控制单元，其中，这样构造控制单元，使得不能够反向导通的功率半导体开关与所有能够反向导通的可控的功率半导体开关相比被更慢地接通。如果在接线端子之间布置的功率半导体开关向着小的导通电压优化，则当能够反向导通的功率半导体开关作为二极管工作，也就是电流与其可切换的导通方向相反地流动时，得到高的存储电荷。但是，能够反向导通的功率半导体开关的高的存储电荷在串联连接的不能够反向导通的功率半导体开关中导致高的接通损耗，但是高的接通损耗在没有布置在桥接支路中的较不强地负荷的功率半导体开关中是更少干扰的，因为该功率半导体开关，如在本发明的范围中知道的，较不强地负荷。通过更慢的接通，限制了高的接通电流，从而降低了损坏该功率半导体开关的危险。
按照另一个合适的改进方案，如下优化没有在桥接支路中布置的功率半导体开关，即，其具有尽可能小的存储电荷。低的存储电荷又将在桥接支路的串联连接的功率半导体开关中的接通损耗最小化，所述功率半导体开关是能够反向导通并且特别高地负荷的。以这种方式将高负荷的能够反向导通的功率半导体开关的接通损耗最小化。更小负荷的功率半导体开关的更高的导通损耗是更少干扰的。
合适地，设置用于控制可控的功率半导体开关的控制单元，其中这样构造控制单元，使得不能够反向导通的功率半导体开关与能够反向导通的可控的功率半导体开关相比被更慢地接通。这降低了在能够反向导通的功率半导体开关情况下在二极管模式中由于高的存储电荷而形成的损耗，代价是不能够反向导通的功率半导体开关的接通损耗。这是有利的，因为后者被较不强地加载。
本发明还涉及一种子模块的多级变流器。
附图说明
本发明的其它合适的构造和优点是以下结合附图对实施例的描述的内容，其中相同的附图标记表示相同作用的构件，并且其中，
图1示出了按照本发明的多级变流器的实施例，
图2示出了按照现有技术的子模块，
图3示出了作为带有并联连接的反向续流二极管的功率半导体开关的IGBT的衬底，
图4示出了能够反向导通的功率半导体开关的衬底，
图5示出了按照图2的子模块，其仅仅具有能够反向导通的功率半导体开关，
图6示出了按照本发明的子模块的实施例，
图7示出了按照本发明的子模块的另一个实施例，
图8示出了具有桥接开关的按照图7的子模块，和
图9示出了按照本发明的子模块的另一个实施例。
具体实施方式
图1以示意图示出了按照本发明的多级变流器的实施例。可以看出，多级变流器具有三个相模块2、3、和4，其中每个相模块2、3、4都具有交变电压接头5以及两个直流电压接头6和7。每个交变电压接头5与未图形示出的交变电网的相8相连。具有初级绕组10和次级绕组11的变压器9用于在变流器1和交变电压网之间电分离。在交变电压接头5和每个直流电压接头6和7之间，每个相模块2、3、4构成两个相模块支路12。所有相模块2、3、4的相模块支路互相连接成一个桥式电路。在此，每个相模块支路具有由分别装备有一个或多个作为储能器的单极电容器14的子模块13构成的串联电路。
图2示出了按照现有技术的子模块的构造。可以看出，子模块具有单极电容器14，串联电路15与其并联连接，在所述串联电路中，两个借助控制信号可接通和断开的功率半导体开关T1和T2串联连接。所述功率半导体开关T1和T2是不能够反向导通的，从而分别有续流二极管D1或D2与其反并联连接。在可控的功率半导体开关T1和T2之间或者说在续流二极管D1和D2之间的电势点与第二接线端子17相连，其中存储电容器14的一个极与第一接线端子16相连。功率半导体开关T1和T2在示出的例子中是所谓的IGBT，但是其中也可以使用其它可接通和断开的功率半导体开关，诸如GTO、IGCT等。
如果功率半导体开关T1转换为其中电流可以经过T1在示出的导通方向上流动的导通位置，则功率半导体开关T2必须转换为其截止位置，以避免存储电容器14的短路。反过来也相应成立。即如果功率半导体开关T1也切换到其导通位置，则功率半导体开关T2转换为截止位置，从而在接线端子16和17上降落存储电容器14的电容器电压Uc。在反过来的情况下第一接线端子16经过可断开的功率半导体开关T2与第一接线端子相连，从而在接线端子16、17上降落零电压。在图1所示的相模块支路12中，其例如具有串联连接的按照图2的子模块13，由此在整个相模块支路12上降落的电压可以被逐步提高并且降低，其中步幅通过电容器电压Uc的大小来确定。这当然取决于功率半导体开关T1和T2的截止能力。其按照目前的现有技术位于1kV和10kV之间。在高压应用中，由此将数百个子模块12串联连接。替换地，功率半导体开关T1和T2也可以用于功率半导体开关的串联电路，从而开关的截止电压和由此电压步幅得到提高。
从现有技术中还公知能够反向导通的功率半导体开关，其既可以借助控制信号在其导通方向上接通和断开也可以与其可切换的导通方向相反地导通。换言之，当能够反向导通的功率半导体开关转换到其截止状态中时，可以中断在导通方向上的电流流动。经过能够反向导通的功率半导体开关在导通方向上的电流流动于是只有当该功率半导体开关从其截止位置主动地借助控制信号转换到其导通位置时才是可能的。对于在与导通方向相反的方向上流动的电流，能够反向导通的功率半导体开关独立于施加的控制信号地总是保持导通。由此，对于该电流方向，功率半导体如二极管那样工作。通过反向导通能力，反向二极管的并联变得不需要。
图3示出了带有反向连接的续流二极管的不能够反向导通的IGBT的衬底。可以看出，在衬底上对于可接通和断开的IGBT布置了四个半导体芯片，在此对于二极管设置两个芯片。
图4示出了在那里以RC-IGBT表示的能够反向导通的IGBT的衬底。可以看出，在衬底上布置了六个RC-IGBT芯片。在能够反向导通的IGBT中在导通方向以及在相反设置的“二极管”方向上由此使用全部的芯片。在如图3示意性示出的不能够反向导通的IGBT中相反仅仅使用在导通方向上的四个芯片以及在二极管运行方式上的两个芯片。由此在能够反向导通的IGBT情况下，电流流动在两个方向上分布于多个半导体芯片上。出于该原因，能够反向导通的IGBT具有比相应构造的、没有反向导通能力的功率半导体开关更小的导通电压。由此建议，按照图2的子模块仅仅配备有能够反向导通的IGBT，如在图5中所示。
图6示出了按照本发明的实施例。与图2相比可以看出，在接线端子16和17之间延伸的过渡支路18中布置有能够反向导通的功率半导体开关19。但是在过渡支路18外部设置有不能够反向导通的IGBT T1，又有二极管D1与其反并联连接。与图5所示的子模块相比，按照图6的子模块由此便宜得多。通过复杂计算可以得出，特别是在能量传输领域中的应用情况下，在桥接支路18中布置的功率半导体开关T2或19比功率半导体开关T1负荷更强。由此按照本发明完全足够的是，将较贵的能够反向导通的IGBT仅仅在桥接支路18中而不在桥接支路18外部布置。
能够反向导通的IGBT 19现在可以在两个方向上被优化。一方面其可以这样被调整，使得在其上降落更小的导通电压。导通电压是对于两个电流方向在功率半导体开关19上降落的电压。更低的导通电压导致更小的损耗。但是如果如下优化能够反向导通的IGBT，使得其既在IGBT模式也在二极管模式中都具有小的导通电压，则由于物理原因仅仅以高的反向恢复电荷为代价得到这。但是高的反向恢复电荷导致高的接通损耗。
如果在图6中此时电流从第一接线端子16经过在二极管模式中的能够反向导通的IGBT 19流向接线端子17，则由于能够反向导通的IGBT 19的高的反向恢复电荷可以发生：在T1接通的情况下，也就是在不能够反向导通的功率半导体开关T1从其截止位置转换到其导通位置的情况下流过这样高的电流，使得T1被损坏。因此在本发明的实施例的范围内将其与调节单元相连，该调节单元经过T1的栅极接头用于保证比IGBT的断开过程更慢地接通T1。以这种方式防止损坏T1。因为不能够反向导通的功率半导体开关T1比能够反向导通的功率半导体开关19更少地负荷，所以其还具有热储备，从而高的接通损耗以及产生的热产生是可接受的。如果在从接线端子17经过能够反向导通的功率半导体开关19到接线端子16的电流流动情况下功率半导体开关19转换到其截止位置，则虽然发生高的关断损耗，但是鉴于更小的导通损耗来说该关断损耗是可接受的。
图7示出本发明的另一个实施例。可以看出，与图6相比第一接线端子16与单极的存储电容器14的不同的极相连。又在桥接支路18中布置有能够反向导通的IGBT，而对于不位于接线端子16和17之间的功率半导体开关而言，又设置有带有反并联的续流二极管D1的不能够反向导通的IGBT。
图8示出了按照图6的本发明实施例，但是其中子模块13是与晶闸管20以及机械开关21可桥接的。这一点在故障情况下是需要的，以便能够将相模块支路12中的故障子模块桥接，从而变流器的运行能够继续。
图9示出了按照本发明的子模块13的另一个实施例，其也可以称为双模块。与至此介绍的子模块13不同，在图9中示出的子模块13具有由两个存储电容器14和22组成的串联电路。由存储电容器14和22组成的串联电路与由功率半导体开关23构成的串联电路并联连接。桥接支路18集成在该串联电路23中。桥接支路18位于第一接线端子16和第二接线端子17的电势点之间。在桥接支路18中布置了两个借助控制信号可接通和断开的能够反向导通的功率半导体开关19。在所述功率半导体开关19之间的电势点与在存储电容器14和22之间的电势点相连。第一功率半导体开关T1的集电极与第二存储电容器22的自由端子或自由极相连。与该第一不能够反向导通的功率半导体开关T1又反并联有续流二极管D1。此外设置第四功率半导体开关T4，其将桥接支路18与第一存储电容器14的自由极或端子相连。为此，不能够反向导通的功率半导体开关T4的发射极与存储电容器14的所述端子相连。与功率半导体开关T4又反并联有续流二极管。按照该电路此时可以在接线端子16、17上施加在存储电容器14上或在存储电容器22上降落的电压。在接线端子16和17之间也可以产生总电压，即存储电容器14的电压和存储电容器22的电压之和。
串联电路23的第二和第三功率半导体开关19是能够反向导通的功率半导体开关19。二者又对于小的导通损耗构造并且构成比较高的反向恢复电荷。为了避免损坏T1和T4，将其经过未示出的调节单元来与在桥接支路18中的能够反向导通的功率半导体开关19的切换时间相比更慢地接通。此外对按照图6的开关的实施方式在此相应地成立。
特别地，在桥接支路18中布置的开关19比不是在桥接开关中布置的开关T1和T4更高地负荷。

Claims (6)

1.一种用于模块化多级变流器(1)的子模块(13)，具有
-至少一个单极的储能器(14)，
-第一和第二接线端子(16，17)，和
-功率半导体电路，所述功率半导体电路具有借助控制信号可接通和断开的功率半导体开关(T1,T4,19)以及与对应的功率半导体开关(T1,T4)反并联连接的续流二极管(D1,D2)，其中，根据功率半导体开关(T1,T4,19)的控制能够在第一接线端子和第二接线端子(16，17)之间产生降落在一个或全部所述储能器(14)上的电压或零电压，并且其中，所述功率半导体电路构成位于第一接线端子和第二接线端子(16，17)的电势点之间的桥接支路(18)，
其特征在于，
只有在桥接支路(18)中布置的功率半导体开关才是能够反向导通的功率半导体开关(19)，
并且所述子模块(13)具有用于控制可控的功率半导体开关(T1,T4,19)的控制单元，其中，这样构造控制单元，使得不能够反向导通的功率半导体开关(T1,T4)与能够反向导通的可控的功率半导体开关(19)相比被更慢地接通。
2.根据权利要求1所述的子模块(13)，其特征在于，设置单极的储能器(14)，与所述储能器并联连接有由可控的可接通和断开的功率半导体开关以相同的导通方向构成的串联电路(15)，其中，第一接线端子(16)与储能器(14)的极相连并且第二接线端子(17)与位于可控的功率半导体开关(T1,19)之间的电势点相连。
3.根据权利要求1所述的子模块(13)，其特征在于，设置第一储能器(14)以及与第一储能器(14)串联连接的第二储能器(22)，并且在桥接支路(18)中以相同的导通方向布置两个能够反向导通的功率半导体开关(19)，其中，在能够反向导通的功率半导体开关(19)之间的电势点与在第一储能器(14)和第二储能器(22)之间的电势点相连，并且其中，桥接支路(18)通过第一功率半导体开关(T1)和反向的第一续流二极管(D1)与第二储能器(22)相连并且通过第二功率半导体开关(T4)和反向的续流二极管(D4)与第一储能器(14)相连，从而桥接支路(18)在不能够反向导通的功率半导体开关(T1,T4)之间连接，其中，所有功率半导体开关(T1,T4,19)串联并且以相同的导通方向布置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的子模块(13)，其特征在于，每个能够反向导通的功率半导体开关(19)被以使得在其上降落尽可能小的导通电压的方式来实现。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的子模块(13)，其特征在于，未布置在桥接支路(18)中的二极管(D1,D4)具有尽可能小的存储电荷。
6.一种具有按照前述权利要求中任一项所述的子模块(13)的多级变流器(1)。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130322142A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 General Electric Company Multilevel power converter
KR101731477B1 (ko) * 2014-12-29 2017-04-28 주식회사 효성 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈용 전원공급장치
KR101731478B1 (ko) * 2015-06-22 2017-04-28 주식회사 효성 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈용 전원공급장치
CN106329950B (zh) * 2015-07-01 2019-01-08 南京南瑞继保电气有限公司 模块化多电平换流器驱动信号调制方法及故障隔离方法
DE102015008369A1 (de) * 2015-07-31 2017-02-02 Technische Universität Ilmenau Schaltungsanordnung zur bidirektionalen Kopplung eines Gleichspannungssystems mit mehreren Wechselspannungssystemen und Verfahren zur Steuerung einer solchen Schaltungsanordnung
WO2017021169A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-09 Abb Schweiz Ag Hybrid modular multi-level converter
US9991714B2 (en) * 2015-08-20 2018-06-05 General Electric Company Opposing contactors for energy storage device isolation
DE102015226199A1 (de) 2015-12-21 2017-06-22 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung zum Einschalten eines Zweirichtungsschalters eines Konvertermoduls, Konvertermodul für einen Modularen Multi-Level-Umrichter mit der Anordnung sowie Verfahren zur Herstellung der Betriebsbereitschaft eines Konvertermoduls mit einem Zweirichtungsschalter
WO2017137063A1 (de) * 2016-02-08 2017-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Konvertermodul für einen mehrstufenumrichter und verfahren zu dessen betrieb
SE1650845A1 (en) * 2016-06-15 2017-11-07 Abb Schweiz Ag Modular multilevel converter and cell for reducing current conduction losses
US9923482B2 (en) * 2016-07-20 2018-03-20 Infineon Technologies Ag System and method for a power inverter with controllable clamps
US10622916B1 (en) * 2017-01-13 2020-04-14 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and direct-current power transmission system
EP3355456A1 (en) * 2017-01-27 2018-08-01 General Electric Technology GmbH A protection arrangement for an mmc-hvdc sub-module
WO2018184653A1 (en) * 2017-04-03 2018-10-11 Abb Schweiz Ag A switching block for use in the forming of high voltage equipment
EP3547525A1 (en) * 2018-03-27 2019-10-02 General Electric Technology GmbH Voltage source converter apparatus
JP7010794B2 (ja) * 2018-09-19 2022-01-26 株式会社東芝 半導体装置
CN111490693B (zh) * 2019-02-25 2021-10-26 湖南大学 一种mmc子模块新拓扑结构
CN113553668B (zh) * 2020-04-23 2023-06-13 株洲中车时代电气股份有限公司 电气柜体正向设计优化方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5661644A (en) * 1995-06-21 1997-08-26 Abb Research Ltd. Converter circuit, circuitry having at least one switching device and circuit module
CN201075841Y (zh) * 2007-08-14 2008-06-18 保定三伊电力电子有限公司 一种逆导型igbt高压桥臂
CN100590958C (zh) * 2005-09-21 2010-02-17 西门子公司 带有分布储能器的多相变流器的控制方法
EP1917706B1 (de) * 2005-08-26 2013-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichterschaltung mit verteilten energiespeichern

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20122923U1 (de) 2001-01-24 2010-02-25 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern
US6838925B1 (en) * 2003-10-07 2005-01-04 American Power Conversion Corporation Three level inverter
DE102005041087A1 (de) * 2005-08-30 2007-03-01 Siemens Ag Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern
JP5262101B2 (ja) * 2007-12-17 2013-08-14 パナソニック株式会社 電力変換回路
EP2136465B1 (de) * 2008-06-18 2017-08-09 SMA Solar Technology AG Wechselrichter in Brückenschaltung mit langsam und schnell getakteten Schaltern
CN101572503A (zh) * 2009-06-01 2009-11-04 浙江大学 通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路
RU2411628C1 (ru) * 2010-01-11 2011-02-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" Многоуровневый мостовой автономный инвертор напряжения
EP2569858B1 (en) * 2010-05-11 2018-07-11 ABB Research Ltd. AC/DC converter with series connected multicell phase modules each in parallel with a series connection of DC blocking capacitor and AC terminals
EP2628238B1 (en) * 2010-10-15 2018-06-20 ABB Schweiz AG Arrangement for transmitting power between a dc power line and an ac power line
WO2012116738A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-07 Abb Research Ltd Fault current limitation in dc power transmission systems
US20140313797A1 (en) * 2011-11-15 2014-10-23 Alstom Technology Ltd. Power electronic module

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5661644A (en) * 1995-06-21 1997-08-26 Abb Research Ltd. Converter circuit, circuitry having at least one switching device and circuit module
EP1917706B1 (de) * 2005-08-26 2013-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichterschaltung mit verteilten energiespeichern
CN100590958C (zh) * 2005-09-21 2010-02-17 西门子公司 带有分布储能器的多相变流器的控制方法
CN201075841Y (zh) * 2007-08-14 2008-06-18 保定三伊电力电子有限公司 一种逆导型igbt高压桥臂

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
英飞凌推出适用于节能家电的创新功率转换器件-600V RC IGBT驱动系列_;佚名;《电源技术应用》;20100215;第73页第2段 *
采用逆导型IGBT的新型3A/600V DIP-IPM;K Satoh等;《电力电子技术》;20070831;第41卷(第8期);第104-106页 *

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Publication number Publication date
JP2014509828A (ja) 2014-04-21
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