CN104272576B - 电路和其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多电平半桥(MLHB)形式的电路的操作方法以及被构造为执行所述方法的多电平半桥，所述多电平半桥具有两个接头(A1、A2)，在两个接头上施加桥电压(UBr)，并且两个接头经过两个对称的在中间接头(M)处相遇的两个支路(Z1、Z2)连接，其中，在中间接头(M)处相对于接头(A1、A2)中的一个的电势，施加中间电压(UM)。每个支路包括数量n个串联连接并且在使用控制单元的条件下能够被切换到不同的开关状态(Z)的开关元件(T1、…、Tn；Tn+1、…、T2n)，所述开关元件经过适当地连接的电容器(C1、…、Cn‑1)相连。在此，在给定桥电压(UBr)或者中间电压(UM)的情况下，给定要从具体给定的电压水平中选择的期望的中间电压或者桥电压。只要未给定另一个中间电压或者桥电压，则电路在调节工作模式下工作，在该工作模式下，首先将所有电容器(Ci)充电到特定电压，并且在该工作模式下，各个开关元件上的电压不超过给定值。在此，通过按照分组到开关周期中的开关顺序实现各个开关状态，来保持给定中间电压或者桥电压，在开关周期中，在半桥上的负载恒定的情况下，每个开关状态有效的持续时间相同并且次数相同，从而在每个开关周期中以相同的时间和相同的次数对每个电容器进行充电和放电，其中，在两个相邻的电压水平之间交换的情况下，每个支路(Z1、Z2)分别仅一个开关元件(T1、…、Tn；Tn+1、…、T2n)进行转换。

Description

电路和其操作方法
技术领域
本发明涉及一种多电平半桥形式的电路的操作方法以及被构造为执行所述方法的电路。
背景技术
目前多电平半桥被理解为两个接头经过在中间接头相遇的两个支路相连的电路，在两个接头之间施加桥电压，其中，在中间接头处，相对于前述接头中的一个的电势施加中间电压，并且其中，与中间接头对称地构造的支路分别具有给定的数量n个串联连接的开关元件。在此，第一支路的每两个相邻开关元件之间的连接点，分别经过电容器连接到与中间接头对称地布置的、第二支路的每两个开关元件之间的连接点。多电平半桥的开关元件在使用控制单元的条件下能够被切换到不同的开关状态。
从现有技术基本上公知经常也称为“飞跨电容器(Flying Capacitor)多电平变流器”或者“飞跨电容器多电平变换器/逆变器”的这样的多电平半桥，其中，这里对多电平半桥的(外部)接头施加(外部)桥电压，由此中间接头用于引出中间电压作为输出电压。
相应的电路和其操作方法例如由以下公开文献已知：
-“Modified Phase-Shifted PWM Control for Flying Capacitor MultilevelConverters”；Feng,C；Liang,J；Agelidis V.G.；IEEE Transactions on PowerElectronics,Vol.22,No.1,January 2007,第178–185页，以及
-“Modelling and Control of a Flying-Capacitor Inverter”；Watkins,S.J.；Zhang,L；School of Electronic and Electrical Engeneering,University of Leeds,UK,EPE 2001,Graz
之所以称为“飞跨电容”，是因为电容各自的电势(取决于单个开关元件的具体开关状态)相对于对多电平半桥的接头施加的参考电势持续偏移。在此有利的是，通过单个开关元件进行切换的电压可以降低到总的待切换的电压的一部分，由此对设计的要求降低。此外，已知在给定的桥电压的情况下，对于每个(在不同的电压水平下可给定的)中间电压，只要其不是0或者对应于桥电压，则依据选择的电容器的充电水平，存在多个不同的开关状态，其以冗余的方式分别提供相同的中间电压，然而重新使用电路的不同的电容器，这取决于开关元件的具体开关状态。然而，这样的半桥的操作经证明(即使在半桥的中间输出端处的主要是恒定的负载的情况下)是非常复杂的，因为开关元件的不同的开关状态对单个电容器的充电状态有不同的影响，并且因为(在电容器中的一个的充电太高或者太低的情况下)一个或更多个开关元件或者电容器可能损坏。
目前，只要开头提及的形式的多电平半桥通常来说投入实际使用，其主要用于切换大功率范围内的电压。然而，这样的多电平半桥的复杂的构造和操作使得其在中低功率范围内的使用呈现很低的吸引力。
根据惯常的现有技术，电压或者电流变流器在中小功率范围直至几百千瓦功率的数量级内，通常以普通降压转换器/降压变换器、升压转换器/升压调节器(Hochsetzsteller)/升压变换器、反转转换器/降压-升压变换器、SEPIC转换器、Cuk转换器/Cuk变换器、双重逆变器、Zeta转换器、流量转换器或者反向转换器(Sperrwandler)的形式，作为双点转换器来实现。
在所有所提及的拓扑中，在两个电压水平之间切换所连接的电压。因此，这些拓扑也被称为双点转换器拓扑。这里产生谐波，开关脉冲越陡，EMV干扰、寄生电容上的再充电损耗、电感中的磁滞损耗以及传导电流的部件上的欧姆损耗越大，其由于谐波和与谐波一起的高频还会进一步增大(集肤效应(Skin-Effekt))。
因此在能源技术中，用于大功率的电压或电流变流器使用一般位于兆瓦范围内的有时所称的多电平变流器。这里，通常使用具有分离的直流中间电路的模块化或可级联多电平变流器或者级联多点逆变器，其中，在功率侧作为两极工作的几个模块与自己的直流中间电路和电荷存储器串联连接在一起，并且与半桥连接在一起。这些变流器良好地适用于大功率，并且以模块性、良好的规模可缩放性、减少的谐波、良好的EMV特性和高效率而闻名。为此，构造和控制开销相对大，因此这些系统暂时对于小功率等级不适合。
此外，存在开头已经提及的形式的多电平半桥形式的飞跨电容器多电平变流器以及所谓的二极管箝位多电平变流器。
如这针对飞跨电容器多电平变流器已经提到的，这些不像前述其它模块化多电平变流器一样，能灵活并且模块化地构造，因此实际上在能源技术中不被使用。此外，这些变流器需要对存储电容器相对高开销地控制和电压监视，因此迄今为止特别是在较小或者中等功率的情况下实际上不使用或者几乎不使用这些变流器。
发明内容
基于上面说明的现有技术的背景，本发明要解决的技术问题是，提供开头描述的多电平半桥(“多电平飞跨电容器变流器”)形式的电路的操作方法以及相应地被构造为执行所述方法的多电平半桥，其被构造为提供一种简化的切换方案，用于多电平半桥的尽可能简单地实现和稳定的操作。
上述技术问题通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求17所述的多电平半桥形式的电路来解决。
本发明的其他有利方面由从属权利要求得出，除了对根据本发明的系统构造的进一步改进之外，从属权利要求特别地还涉及不同的系统构造，其中，可以使用至少一个根据本发明的多电平半桥。
附图说明
为了更清楚起见，下面借助在附图中示出的实施例进一步说明本发明和其优选扩展方案。其中，
图1示出了具有总共2n个开关元件和(n-1)个电容器的根据本发明的多电平半桥的实施例，
图2示出了包含在本发明的实施例的范围内针对中间输出端处的不同的电压水平优选要选择的开关状态的、包括了其他信息的表，
图3示出了具有合适地布置的电流测量设备的本发明的另一实施例，
图4示出了具有平衡电阻R1至R2n的根据本发明的多电平半桥的实施例，
图5示出了作为降压转换器使用的根据本发明的形式的多电平半桥的实施例，
图6示出了作为升压转换器使用的根据本发明的形式的多电平半桥的实施例，
图7示出了作为逆变器使用的根据本发明的形式的多电平半桥的实施例，
图8示出了具有作为升压转换器和降压转换器使用的两个根据本发明的形式的多电平半桥的系统的实施例，
图9示出了具有并联连接并且以移相的方式操作的多个根据本发明的形式的多电平半桥的系统的实施例，
图10示出了具有使用简单半桥与一个全桥连接的根据本发明的形式的多电平半桥的系统的实施例，
图11示出了其中多个根据本发明的形式的多电平半桥并联连接并且使用简单半桥与一个全桥连接的系统的实施例，
图12示出了其中两个根据本发明的半桥与一个全桥连接的系统的实施例，
图13示出了由两个(子)系统组成的系统的实施例，所述(子)系统分别由连接成一个全桥的多个根据图9的根据本发明的多电平半桥组成，
图14示出了由三个根据本发明的多电平半桥连接在一起组成的多电平三相电桥的实施例，
图15示出了另一个多电平三相电桥的实施例，其中，合适地连接了三个根据图9的系统，以及
图16示出了由多个根据本发明的合适地连接的多电平半桥组成的多电平DC/AC转换器系统。
具体实施方式
图1示出了多电平半桥MLHB形式的根据本发明的电路的实施例。所述电路具有施加了桥电压UBr的接头A1、A2经过在中间接头M处相遇的两个支路Z1、Z2的连接，其中，在中间接头M处相对于接头A1、A2中的一个(在根据图1的当前情况下相对于下面的接头A2)的电势，施加或者可截取中间电压UM。因此在本发明的范围内，多电平半桥的外部接头A1、A2可以用作用于供应(外部、也就是给定的)桥电压UBr的输入侧，或者中间接头可以用作用于供应相对于接头A1或A2的(外部、也就是给定的)中间电压UM的输入侧。对称于中间接头M构造的支路Z1、Z2分别具有数量n(例如2、3、4、5、6或更多)个串联连接的开关元件T1、…、Tn；Tn+1、…、T2n，其中，在第一支路Z1的每两个相邻的开关元件Ti、Ti+1之间的连接点(Vi；i∈{1、…、n-1})分别经过电容器Ci，与对称于中间接头M布置的、在第二支路的每两个开关元件Tn+i、Tn+i+1之间的连接点Vn+i相连。如从图1可直接看到的那样，这可以如下理解为第一支路Z1的每个连接点Vi正好经过电容器Ci连接到与其对称地布置的、第二支路Z2的连接点Vn+i，其中，在每个支路中，存在n-1个这样的连接点V1、…、Vn-1；Vn+1、…、V2n-1。
开关元件T1、…、T2n使用在图1中示出的控制单元可切换到不同的开关状态Zi。因此在此，开关状态Zi对应于包含了所有开关元件T1、…、T2n的各个开关状态的2n个元组(Tupel)(对于断开、即无效为0；对于闭合、即有效为1)。根据本发明的多电平半桥MLHB和其控制单元被构造用于执行下面进一步说明的根据本发明的方法。
根据本发明的前面说明的(飞跨电容器)多电平半桥形式的电路的操作方法的特征在于下面的步骤：
A)在给定桥电压UBr的情况下，给定所期望的中间电压UM，其从与所述桥电压的n分之一的p倍值相对应的n+1个不同的电压水平N中被唯一地选择(UM＝p/n×UBr)，其中，p是整数，并且0<＝p<＝n，或者
在给定中间电压UM的情况下，其中，UM≠0，给定所期望的桥电压UBr，其从与所述中间电压的p分之一的n倍值相对应的n个不同的电压水平中唯一地被选择(UBr＝n/p×UM)，其中，p是整数，并且1<＝p<＝n，
B)只要未根据步骤A)从所述电压水平中选择了新的中间电压UM或者新的桥电压UBr，则在调节操作中操作所述电路，其中，在所述调节操作中，
-首先，将全部电容器Ci充电到桥电压UBr的n分之一的整数倍，使得每个电容器Ci上的电压UCi取值UCi＝i/n×UBr，
-使处于断开状态的每个开关元件T1、…、T2n分别承受桥电压UBr的n分之一，以及
-除了在UM＝0或者UM＝UBr的情况下之外，通过实现开关元件T1、…、T2n的分别提供所期望的中间电压UM的不同的开关状态Zi的、按照开关周期分组的顺序，保持所期望的中间电压UM或者所期望的桥电压UBr，其中，每个开关周期包括给定的数量的不同的开关状态Zi，其在多电平半桥MLHB上的负载恒定的情况下，分别在完整的开关周期上有效的时间相同并且次数相同，并且被选择为在每个开关周期中以相同的时间和相同的次数对每个电容器C1、…、Cn-1进行充电和放电。
在此，在通过适当地供应输入电压，给定桥电压UBr或者中间电压UM时，根据本发明的方法特别地由两种可能的场景得出。为此，很明显，不必强制地直接在半桥的外部接头A1、A2之间或者在中间接头M处相对于接头A1、A2供应输入电压。相反，桥电压或者中间电压还可以通过在需要时扩展的开关拓扑的另一个位置处供电来间接给定。
于是据此，根据步骤(A)(从有限数量的给定的电压水平中)可以给定所期望的中间电压(在中间接头M和外部接头A1、A2中的一个之间)或者所期望的桥电压(在外部接头A1、A2之间)。之后，根据步骤(B)(有利地通过实现适当地选择开关元件T1、…、T2n的开关状态Zi的开关顺序)，首先将电容器C1、…、Cn-1充电到特定给定的电压水平，然后使多电平半桥MLHB(在需要时经过调节的操作模式下)通过适当的开关周期保持在各自期望的(输出)电压水平，直到针对其给定了新的值。在此，在半桥的负载恒定的情况下，电容器始终保持相等地被充电，其中，很明显多电平半桥MLHB的负载应当被理解为在输出处、也就是特别是在中间接头M处或者在外部接头A1、A2处施加的负载。
因此，在本发明的范围内，以通用的方式针对前面说明的形式的具有任意给定的数量的开关元件的多电平半桥，提供了一种可通过非常简单的硬件和/或软件技术实现的操作方案，其在调节操作中在(基本上)负载恒定的情况下，始终负责将各个电容器(在每个开关周期结束之后)根据相关预给定参数再次充电到其初始电压。为此利用了，每个根据步骤(A)从有限数量的可给定的电压水平中“选择”的中间电压或者桥电压可以通过多个不同的开关状态Zi来调节，在所述不同的开关状态Zi下对存在的电容器进行充电或放电，其中，涉及的开关状态在根据本发明的意义上在调节操作中在负载恒定的情况下被选择并且分别在相同长度的时间间隔内被激活，使得在每个开关周期结束之后，对在该开关周期期间由充电或放电过程所涉及的电容器中的每一个进行相同时间的充电和放电。
因此特别地，本发明的内容是简化控制和电压调节以及(在下面进一步讨论的本发明的扩展方案中)通过使用为此优化的开关顺序将开关元件切换时的开关损耗和电容器的再充电损耗最小化、实现对存储电容器的特别简单的电压监视、执行通过无电压或者无电流导通和关断来进一步降低切换开关元件时的开关损耗的方法和用于电压或电流变流器的飞跨电容器多电平半桥的新型开关技术使用，由此这些(特别是由于可以简单地实现的开关顺序)也可以在中小功率范围内使用。
总的来说，相对于迄今为止在中低功率范围内使用的传统形式的变流器，在以下方面获得明显改善的性能：
-各个开关元件T1、…、Tn上的减小的开关电压(在调节操作中Max(UTi)＝1/n×UBr)，由此使得能够使用较小的开关元件(和电感(参见下面))，
-开关电流/电压的减小的谐波分量，
-减小的集肤效应，
-更低的无功电流分量，
-更小的电流脉动性，
-更好的EMV性能，
-欧姆损耗的降低，
-更好的效率，以及
-由于高的通用件比例而获得的良好的规模可缩放性等。
通过在根据本发明的方法的范围内实现的简化和优化，使得能够有利地针对多个电力电子应用使用根据本发明的形式的多电平半桥(以及下面将进一步详细地描述的形式的包含这些多电平半桥的电路拓扑)。这涉及例如针对三相电机、步进电机或者直流电机的电机控制、例如在光伏发电、风力发电和/或水力发电应用中使用的变流器和逆变器以及其在电网段中、在DC/DC变换设备中和在充电应用(例如在充电设备中)的使用。
特别地，根据本发明的简化通过电压水平(在半桥的中间输出端处以及外部接头处和在各个电容器处)的给定的选择或者说规定、开关顺序的选择以及下面描述的形式的进一步优化来实现。此外，通过根据本发明进行的开关顺序的优化，可以实现电容器再充电和再充电损耗的最小化以及所需的开关频率和开关损耗的最小化。与此相关联的还有所使用的部件的更长的寿命以及由于与现有技术相比减小的功率损耗而简化的冷却装置，其中，使功率损耗分布在多个单一部件上还阻止了热点的产生，并且再次简化了冷却装置。
根据本发明的多电平半桥的开关元件有利地是晶体管(需要时具有以合适的方向与其并联连接或者集成在开关元件中的二极管、也称为反向二极管)或者可关断晶闸管。特别地，在本发明的范围内，也可以使用具有优选小的RDS-on(在闭合/激活状态下“漏极”和“源极”之间的电阻)的MOSFET、特别地基于SiC的JFET、IGBT、IGCT和GTO作为开关元件。
控制单元可以通过微控制器、DSP(数字信号处理器，“digitalerSignalprozessor”)、FPGA(现场可编程门阵列，“field programmable gate array”)、CPLD(复杂可编程逻辑器件，“complex programmable logic device”)或者ASIC(专用集成电路，“application-specific integrated circuit”)来实现，其中，使用FPGA、CPLD或者ASIC用于开关元件的控制特别有利，因为由此可以实现特别快的信号处理和在时间上特别快并且准确的对开关元件的控制。附加地为了控制开关元件，通常还使用功率驱动器(Leistungstreiber)。
在图2中的表中给出了在本发明的范围内在每个开关周期中要选择并且在那里按照开关顺序依次要调节的开关状态的示例。
在此，针对始终与根据表的最后一列的特定中间电压UM或者桥电压UBr相关联的每个电压水平N(参见表的第一列)，总共给出了n个开关状态Z1至Zn，其中(除了与第零个电压水平和第n个电压水平相对应的UM＝0和UM＝UBr以外)，通过晶体管的不同的开关状态Zi，能够以冗余的方式分别产生中间接头处的相等的中间电压(在给定桥电压的情况下)或者相等的桥电压(在给定中间电压的情况下)。
虽然如在上面所说明的，作为2n元组的每个开关状态Zi实质上可以通过所有2n个开关元件的状态的规定来确定特征，但是因此在当前根据表2针对每个电压水平选择的开关状态Zi的情况下，通过第一支路Z1的n个开关元件T1、…、Tn的状态的规定，已经可以进行开关状态Zi的唯一特征确定，因为在当前方案中(根据表的最后一行)，通过将第二支路Z2的每个开关元件Tn+i的状态正好以与(与其对称地布置的)开关元件Ti的状态相反地选择，由此唯一地得出其它开关元件Tn+1、…、T2n的状态。
图2中的表还示出了对于每个电压水平N的每个开关状态Zi，在各自的开关状态Zi下对电容器Ci中的哪一个进行充电或者放电。在表的相关单元格中没有条目的电容器在相关联的开关状态Zi下既不充电，也不放电。
由此在本发明的范围内，在多电平半桥的调节操作、也就是说根据本发明的调节操作中，在负载恒定的情况下，为了保持根据步骤(A)选择的在中间接头处的中间电压，每个开关周期可以由不同开关状态的开关顺序组成，按照该开关顺序，全部(与相关电压水平相关联的)开关状态Z1至Zn(基本上按照任意顺序)分别在分别相等的时间段内被激活一次。之后，只要应当保持相关电压水平，则前面描述的形式的其他开关周期连续衔接。在此，只要半桥的负载(基本)保持恒定，则如从该表可以直观地看到的，使得在时间上平均地不对电容器再充电，从而确保多电平半桥的稳定的工作状态。
在根据本发明的方法的第一优选扩展方案中被设置为，在步骤B)中，对于期望的中间电压UM或者期望的桥电压UBr的每个给定的电压水平N，除了针对UM＝0和UM＝UBr之外，每个开关周期正好包括n个开关状态，选择所述开关状态，使得在负载恒定的情况下在每个开关周期中，每个电容器C1、…、Cn-1正好充电一次并且放电一次，并且在开关周期的每个开关状态中，分别同时对最多两个电容器充电和/或放电。例如通过在图2中的表中给出的状态保持的、在每个开关周期期间要保持的开关状态Zi的这种特定选择，保证非常少的数量的电容器再充电，由此特别是在开关周期期间进行的对各个电容器的再充电和由此在根据本发明的多电平半桥的输出信号中产生的最小电压波动(“电压波纹”)减少。因此电容器上的欧姆损耗也减小到最小量。
根据本发明的另一优选扩展方案，选择一个开关周期内的开关状态Zi的顺序，使得在一个电压水平的两个连续的开关状态Zi之间交换时，分别总是每个支路Z1、Z2的仅最多两个开关元件T1、…、Tn；Tn+1、…、T2n导通和/或关断，也就是说特别地每个支路Z1、Z2正好一个开关元件导通，并且正好一个开关元件关断。这例如通过在图2中的表中针对每个电压水平给出开关状态Zi可实现，当这些开关状态Zi(周期性地)按照其编号的顺序或者按照与其相反地顺序被激活时。在此可以看到，使得多电平半桥的操作需要的各个开关元件上的开关过程的数量减少或者减少到最少，这也使开关损耗减小到最小。
此外在本发明的范围内，为了优化开关顺序，在中间电压UM或者桥电压UBr的两个相邻的电压水平之间交换时，依据此前针对另一电压水平调节的开关状态Zj，选择针对新的电压水平要调节的第一开关状态Zi，使得在所述开关状态之间交换时，每个支路Z1、Z2分别仅一个开关元件T1、…、T2n被切换，其中，再次优选在两个相邻的电压水平之间重复交换时，对于每个支路Z1、Z2，分别与在先前的交换时不同的开关元件T1、…、T2n被切换。
再次有利的是，为此在步骤B)中，在针对特定电压水平给定的每个开关周期中，按顺序使用根据图2中的表的取决于所选择的中间电压UM或者所选择的桥电压UBr的开关状态Z1、…、Zn，由此也满足根据上述实现变形方案的规定。在此，就“按顺序”使用所述开关状态而言，如上面已经提到的，很明显这可以按照其编号的顺序或者按照相反的顺序进行。
在此，当在交换到下一个较高的电压水平的情况下保持所述开关状态Zi，并且在交换到下一个较低的电压水平的情况下开关状态提高一个水平到开关状态Zi+1(其中在周期性顺序的意义上定义为Zn+1到Z1)时，或者当在交换到下一个较高的电压水平的情况下开关状态Zi降低一个水平到开关状态Zi-1(其中定义为Z0到Zn)，并且在交换到下一个较低的电压水平的情况下保持开关状态Zi时，每两个相邻的电压水平之间的交换可以以优选方式进行，使得每个支路Z1、Z2分别仅一个开关元件T1、…、T2n进行转换。
就前面在电压水平之间进行交换时保持开关状态Zi而言，在给定情境下这意味着为了交换电压水平，调节(下一个较高或者下一个较低的)电压水平N的具有相同标记Zi的开关状态，该开关状态关于每个支路的一个开关元件的状态，明显不同于先前激活的电压水平的相同标记的开关状态(就这点而言，参见图2中的表中的不同电压水平的相同标记的开关状态)。在要求提高/降低所述开关状态的情况下相同的方面适用。
此外在本发明的范围内优选地，在步骤B)中，在一个电压周期的不同开关状态Zi期间，分别测量准确的桥电压UBr和准确的中间电压UM，并且由此在遍历n-1个不同的开关状态Zi之后，通过线性方程组计算所有电容器电压UCi，这特别地通过软件技术在合适的控制单元中可以实现。由此可以对所有电容器电压进行非常有效的确定和连续的监视，而不必对其进行单独测量。
以此特别是可以确定是否以及何时出现(例如在开关周期期间显著波动的负载的情况下)不期望的电容器的再充电。
基于上述原理构造的计算变形方案在进一步减少计算开销的意义上可以是有利的，因为在每个电压水平L，在开关状态Z1和Zn+1-L的情况下，根据图2中的表始终在中间输出端处正好施加单个电容器的电压，因此可以直接进行测量，并且在所有其他开关状态Z2至Zn(没有开关状态Zn+1-L)的情况下，可以从所述(在相关开关状态期间)测量的桥电压和中间电压以及先前测量和计算的电容器电压UCi，按顺序通过简单的加法和减法，分别确定另一个电容器电压，直到知道所有电容器电压为止。这清楚地示出了简化形式的对前面提到的线性方程组的求解。
用于对各个电容器进行充电监视的另一优选变形方案提供了，借助在中间接头处的电流测量装置M3或者布置在两个半桥支路Z1、Z2的引导到接头A1、A2的端部的每个电流测量装置M1、M2测量流过半桥的电流，并且由此通过离散积分(ΔU＝I/C×Δt)计算一个开关周期期间的电容器再充电，特别是在改良地影响开关顺序以及开关状态的长度的情况下，这意味着进一步提高的精度。
图3针对根据本发明的多电平半桥示出了前述电流测量所需的电流测量装置M1、M2、M3的布置(适当的结构形式)，其中，电流测量装置M3或者两个电流测量装置M1和M2可以替换地使用。
在本发明的范围内，特别是在不同于额定值(UCi＝i/n×UBr)的情况下，将根据上述变形方案计算的电容器电压UCi的值和/或计算的电容器再充电的值，有利地用于开关状态Zi的顺序和/或长度的自适应改变，由此提供总的来说非常容易实现的用于有效地抑制或者校正不期望的电容器再充电的机制。
通过与开关元件T1、…、T2n并联地布置的平衡电阻(R1、…、R2n)、变阻器或者有源电路部件，如例如在图4中所示出的，在开关元件T1、…、T2n断开的情况下，可以以有利的方式实现对电容器C1、…、Cn-1基本均匀的充电和对各个开关元件T1、…、T2n施加的反向电压的分配。
此外，依据是否供应桥电压UBr和/或中间电压UM，可以附加地使用起动电路A和/或起动电路B，通过其使得多电平半桥缓慢或者逐步达到工作电压，以避免超过开关元件、特别是外部开关元件Tn和T2n上的允许的反向电压。优选通过在半桥的外部接头A1和供应的桥电压UBr之间布置具有并联连接的充电电阻RL的另一个开关元件TBr以及与由开关元件T1至T2n形成的半桥并联地布置桥电容器CBr，来实现起动电路A，其中，在起动阶段期间，为了对电容器充电，开关元件TBr断开，并且充电电流经过充电电阻RL流动，并且在半桥工作时开关元件TBr闭合。优选通过在半桥的中间接头M和供应的中间电压UM之间布置具有并联连接的充电电阻RL的另一个开关元件TBr以及与由开关元件T1至T2n形成的半桥并联地布置桥电容器CBr，来实现起动电路B，其中，在起动阶段期间，为了对电容器充电，开关元件TM断开，并且充电电流经过充电电阻RL并且部分经过开关元件T1至Tn中的反向二极管流动(反向二极管通常已经集成在开关元件中，并且在需要时通过与开关元件并联的附加外部二极管来说明)，并且为了使半桥工作，开关元件TBr闭合。通过将各自的开关元件TBr在起动阶段期间缓慢或者逐步闭合(并且为此被合适地构造)，两个起动电路A、B还可以弃用充电电阻RL。替代地在两个起动电路A、B中，各自的充电电阻RL也可以作为变阻器或者作为有源部件(例如晶体管)来实现。这样的起动电路特别地对于根据图4的具有平衡电阻的开关拓扑是有利是，然而有利地也可以设置在根据本发明的多电平半桥的其它可能的构造以及由此构造的开关拓扑中。
此外，当在本发明的再一个扩展方案的范围内，通过特别地使用与连接到中间接头(M)的电感和/或寄生漏感连接的寄生电容和/或有针对性地引入的电容，以如下方式来实现各个开关元件T1、…、T2n的零电压切换(无电压导通)和/或零电流切换(无电流关断)时，能够以优选方式(通过每两个开关状态之间的转换过程的适当的构造)使开关元件上的电容导通损耗和/或欧姆关断损耗减小或最小，所述方式为：
-选择用于闭合开关元件T1、…、T2n的开关时间点，使得在该时间点要闭合的开关元件上的电压为零或者接近零，由此避免电容导通损耗，和/或
-在谐振操作或断续操作(lückender Betrieb)中或者在断续操作的边界处选择用于断开开关元件T1、…、T2n的开关时间点，使得在该时间点在要断开的开关元件上的电流接近零，由此避免欧姆关断损耗。
在此，特别是可以通过以下方式来实现零电压切换：在断开先前闭合的开关元件T1、…、T2n时，以在时间上足够高的分辨率测量中间电压UM的走向，将其与要激活的电压水平的计算的预期的电压进行比较，由此确定在开关顺序的范围内要闭合的开关元件T1、…、T2n的开关延迟以及开关时间点，使得在该开关时间点，要闭合的开关元件T1、…、T2n上的电压为零或者接近零。特别是可以通过以下方式来实现零电流切换：借助在中间接头处的电流测量装置M3或者布置在引导到接头A1、A2的、两个半桥支路Z1、Z2的端部的电流测量装置M1、M2以高分辨率测量流过半桥的电流，使得由此知道通过传导电流的开关元件(T1、…、T2n)的电流走向，其中，从该电流走向确定在谐振操作或断续操作中或者在断续操作的边界处，要断开的开关元件T1、…、T2n的开关延迟和开关时间点，使得在该开关时间点，在要断开的开关元件T1、…、T2n上的电流为零或者接近零。
此外可以有利地设置为，由在特定时间栅格中测量的电压和/或电流值通过插值、求平均值和/或(快速)傅立叶变换通过计算，确定接近真实值的电压和/或电流走向，并且将其用于确定要进行开关的开关元件T1、…、T2n的开关延迟和(为了进行零电流和/或零电压转换)相应地校正后的开关时间点。此外可以优选地设置为，在考虑已知的在需要的情况下的寄生电感值和/或电容值和已知的电压水平的情况下计算要进行开关的开关元件T1、…、T2n上的电压和/或电流走向，并且将其用于确定要进行开关的开关元件T1、…、T2n的开关延迟和相应地校正后的开关时间点，其中，任选地在计算上考虑温度和/或电压对有效电感值和/或电容值的影响。能够以合适的方式在电路中固定地给定要进行开关的开关元件T1、…、T2n为零电压转换和/或零电流转换所需的开关延迟，也就是说通过电路技术在电路中，或者通过存储在集成在电路中或与电路连接的存储元件中，其中，任选地考虑桥电压、单个或多个电容器电压、半桥的接头上的电流和/或相关部件的温度的影响，借助数值表来给定开关延迟，在所述数值表中存储了用于控制要断开和/或闭合的开关元件T1、…、T2n的开关延迟的取决于这些影响参数的值。
根据本发明的方法所涉及的全部方面和优选扩展方案很明显以相同的方式适用于根据本发明的被构造用于执行前面说明的方法中的一个的多电平半桥形式的电路。
这样的多电平半桥可以使用连接到其中间接头M的电感L，以特别优选的方式用于作为降压转换器(参见图5)、作为升压转换器(参见图6)或者作为逆变器(参见图7)使用。在此得出了如下优点：所使用的电感(与传统的降压/升压转换器以及逆变器相比)以明显更低的电压上升控制，由此尺寸可以更小并且产生更低的损耗。此外，桥接使得能够以相对小的电感和低损耗实现相对大的电压差。此外，根据图7的作为逆变器使用的多电平半桥能够在根据本发明的意义上工作，因为这里桥电压UBr作为输入电压UE和(期望的)输出电压UA之间的差得出。
图8示出了本发明的另一个优选构造，其中，提供了由两个多电平半桥MLHB1、MLHB2构成的系统，在该系统中，两个多电平半桥MLHB1、MLHB2经过其各自的中间接头M与共同的电感L相连，其中，两个多电平半桥MLHB1、MLHB2都可作为升压或降压转换器工作，从而该系统可用作用于将可变输入电压(U1；U2)变换为可变输出电压(U2；U1)的双向升压和降压转换器。
此外，在本发明的范围内，还可以实现在图9中示出的由多个多电平半桥MLHB1、MLHB2、…、MLHBm构成的系统，在该系统中，多电平半桥MLHB1、MLHB2、…、MLHBm以如下方式并联连接：对其各自的接头A1、A2施加共同的桥电压UBr，并且其各自的中间接头M分别经过一个电感L与共同的中间接头MG相连，其中，各个多电平半桥MLHB1、MLHB2、…、MLHBm可以被有利地构造为进行移相操作，在所述移相操作中，每两个连续的多电平半桥MLHB1、MLHB2、…、MLHBm之间的相位偏移优选分别是360°/m，其中，m是多电平半桥MLHB1、MLHB2、…、MLHBm的数量(m>＝2)。因此，在总共两个多电平半桥的情况下，实现180°的相位偏移，在三个半桥的情况下，实现分别120°的相位偏移等等。在这样的系统中，在负载电路的范围内，不仅在输入侧而且在输出侧可以实现与现有技术相比明显更均匀的电流流动和更均匀的能量输送。为了在低的功率下降的情况下提高效率，可以在低的功率下降的情况下在这样的系统中任选地设置为，使得为了降低功率损耗，各个多电平半桥失效或者不工作，由此几乎无电流。
为了以不同的电压水平对电流源和/或电流宿(Stromsenke)、特别是不同的用电器具、例如变压器或电机进行双极控制，在本发明的又一个优选扩展方案中提出了在图10中示出的系统，在该系统中，根据本发明的多电平半桥MLHB和一个简单的半桥HB(由两个开关元件构成并且其之间存在中间输出端)连接成一个全桥。
此外，在图11中的图示的意义上，在图9中示出的由多个根据本发明的多电平半桥构成的系统也可以与一个简单的半桥连接成一个全桥，由此(与在图10中示出的全桥相比)可以保证进一步更均匀的电流流动和更均匀的能量输送。
此外，图12中的电路拓扑被证明是有利的，在该电路拓扑中，两个施加了共同的桥电压的多电平半桥MLHB1、MLHB)连接成一个全桥，并且被构造为以相反的相位工作，从而在两个中间接头M1、M2上平均总是施加桥电压UBr的一半，特别是因为这样的全桥相对于图10中的全桥具有带有显著更低的干扰发射的更好的EMV性能，并且可以用于以不同的电压水平对电流源和/或电流宿、特别是不同的用电器具、例如变压器或电机进行双极(关于桥电压UBr)对称控制。
图13中的多个根据本发明的多电平半桥连接成全桥的系统被证明相对来说在更大的功率的情况下更出色。在此在全桥的两侧多个多电平半桥MLHBAi、MLHBBi分别以如下方式并联连接：所有多电平半桥MLHBAi、MLHBBi连接到共同的桥电压U1，其中，布置在全桥的每一侧的多电平半桥MLHBAi、MLHBBi的中间接头MAi、MBi分别经过电感连接到共同的中间接头MA、MB，从而在全桥的两侧的中间接头MA、MB之间施加电压U2。在此各个多电平半桥MLHBAi、MLHBBi被构造用于进行移相操作，在所述移相操作中，全桥的每一侧的每两个连续的多电平半桥MLHBAi、MLHBBi之间的相位偏移优选分别是360°/m，其中，m是全桥的每一侧的多电平半桥MLHBAi、MLHBBi的各自的数量。在此于是被设置为，布置在全桥的不同侧的多电平半桥MLHBAi、MLHBBi被构造为以相反的相位工作，从而在两个中间接头MA、MB上平均总是施加桥电压U1的一半。这里还可以有利地设置为，多电平半桥中的一个任选地不工作，以例如在低的功率下降的情况下减少系统的功率损耗。
基于本发明构造的另一个电路拓扑涉及在图14中示出的系统，在该系统中，三个多电平半桥MLHB1、MLHB2、MLHB3连接成一个多电平三相电桥，并且该系统的特征在于，三个多电平半桥MLHB1、MLHB2、MLHB3以如下方式并联连接：所有多电平半桥MLHB1、MLHB2、MLHB3连接到共同的桥电压UBr，其中，三个多电平半桥MLHB1、MLHB2、MLHB3以分别120°的相位偏移工作，并且其中，多电平半桥MLHB1、MLHB2、MLHB3的中间接头M分别控制三个交流接头D1、D2、D3中的一个。由此可以对三相交流接头进行控制，其由此可以双向地(也就是作为源或者作为宿)并且具有无功功率地(blindleistungsbehaftet)工作。
关于电流流动和能量输送的可获得的均匀性，相对来说对于较大的功率以进一步改进的方式在图15中的电路草图的等同物中，也可以通过将三个(每个包括多个根据本发明的多电平半桥)根据图9的系统MLHBS1、MLHBS2、MLHBS3并联连接，使得所有系统MLHBS1、MLHBS2、MLHBS3连接到共同的桥电压UBr，并且通过三个系统MLHBS1、MLHBS2、MLHBS3相对于彼此以分别120°的相位偏移工作，而将三个系统MLHBS1、MLHBS2、MLHBS3连接成一个多电平三相电桥，其中，三个系统MLHBS1、MLHBS2、MLHBS3的中间接头M分别控制三个交流接头D1、D2、D3中的一个。
最后，使用根据本发明的多电平半桥还可以实现在多个方面改善的DC/AC变换器系统，如在图16中所示。该系统的特征在于，在直流侧(DC)一个或更多个作为升压转换器工作的多电平半桥MLHBG1、…、MLHBGX与分别处于直流电压电势UDC的中间接头M并联连接，并且在使用多个直流侧多电平半桥的情况下，直流侧多电平半桥MLHBG1、…、MLHBGX在前面已经说明的意义上被构造用于进行移相操作。在交流侧(AC)连接了一个或更多个作为降压转换器工作的多电平半桥MLHBW1、…、MLHBWX。在其接头A1、A2上分别施加相同的中间电路电压UZK，而其中间接头M处于交流电压电势Uph1、Uph2、Uph3。中间电路电压UZK对应于直流侧多电平半桥MLHBG1、…、MLHBGX的桥电压，并且在使用多个交流侧多电平半桥MLHBW1、…、MLHBWX的情况下，可以将其作为多电平三相电桥连接，并且被构造用于进行相应的移相操作。在图16中的右下角示出的电容器CN用于DC/AC变换所需的零点偏移。
该系统的特别的优点是最大直到中间电路电压的高直流电压范围(UDC)、从直流侧(UDC)到交流侧(Uph1-Uph3)的双向能量传输的可能性、装置的高的通用件使用和模块化的可能性和由此得到的作为分别具有宽的双向电压范围、无功功率补偿和高效率的PV变流器、充电变流器、不中断电流源(USV)的良好能力。

Claims (28)

1.一种多电平半桥(MLHB)形式的电路的操作方法，
其中，所述电路具有两个接头(A1，A2)经过在中间接头(M)处相遇的两个支路(Z1，Z2)的连接，在所述两个接头上施加桥电压(UBr)，
其中，在中间接头(M)处相对于接头(A1，A2)中的一个的电势，施加中间电压(UM)，
其中，对称于中间接头(M)构造的支路(Z1，Z2)分别具有数量n个串联连接的开关元件(T1，…，Tn；Tn+1，…，T2n)，
其中，第一支路(Z1)的每两个相邻的开关元件(Ti，Ti+1)之间的连接点(Vi；i∈{1，…，n-1})分别经过电容器(Ci)，与对称于中间接头(M)布置的、第二支路的每两个开关元件(Tn+i，Tn+i+1)之间的连接点(Vn+i)相连，以及
其中，开关元件(T1，…，T2n)在使用控制单元的条件下能够被切换到不同的开关状态(Zi)，
其特征在于下面的步骤：
A)在给定桥电压(UBr)的情况下，给定所期望的中间电压(UM)，其从与所述桥电压的n分之一的p倍值相对应的n+1个不同的电压水平N中唯一地被选择(UM＝p/n×UBr)，其中，p是整数，并且0<＝p<＝n，或者
在给定中间电压(UM)的情况下，其中UM≠0，给定所期望的桥电压(UBr)，其从与所述中间电压的p分之一的n倍值相对应的n个不同的电压水平中唯一地被选择(UBr＝n/p×UM)，其中，p是整数，并且1<＝p<＝n，
B)只要未根据步骤A)从所述电压水平中选择了新的中间电压(UM)或者新的桥电压(UBr)，则在调节操作中操作所述电路，其中，在所述调节操作中，
-首先，将全部电容器(Ci)充电到桥电压(UBr)的n分之一的整数倍，使得每个电容器(Ci)上的电压UCi取值UCi＝i/n×UBr，
-使处于断开状态的每个开关元件(T1，…，T2n)分别承受桥电压(UBr)的n分之一，以及
-除了在UM＝0或者UM＝UBr的情况下之外，通过实现开关元件(T1，…，T2n)的分别提供所期望的中间电压(UM)或者所期望的桥电压(UBr)的不同的开关状态(Zi)的、按照开关周期分组的顺序，来保持所期望的中间电压(UM)或者所期望的桥电压(UBr)，
其中，每个开关周期包括给定的数量的不同的开关状态(Zi)，其在多电平半桥(MLHB)上的负载恒定的情况下，分别在完整的开关周期上有效的时间相同并且次数相同，并且被选择为在每个开关周期中以相同的时间和相同的次数对每个电容器(C1，…，Cn-1)进行充电和放电，
其中，在中间电压(UM)或者桥电压(UBr)的两个相邻的电压水平之间交换时，依据此前针对另一电压水平调节的开关状态(Zj)，选择针对新的电压水平要调节的第一开关状态(Zi)，使得在所述开关状态之间交换时，每个支路(Z1，Z2)分别仅一个开关元件(T1，…，Tn；Tn+1，…，T2n)进行转换。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在步骤B)中，对于中间电压(UM)或者桥电压(UBr)的每个给定的电压水平，除了针对UM＝0和UM＝UBr之外，每个开关周期正好包括n个开关状态，选择所述开关状态，
使得在中间输出端处的负载恒定的情况下，在每个开关周期中，每个电容器(C1，…，Cn-1)正好充电一次并且放电一次，并且在开关周期的每个开关状态中，分别同时对最多两个电容器充电和/或放电。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
选择一个开关周期内的开关状态(Zi)的顺序，使得在一个电压水平的两个连续的开关状态(Zi)之间交换时，分别总是每个支路(Z1，Z2)的仅最多两个开关元件(T1，…，Tn；Tn+1，…，T2n)导通和/或关断。
4.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在两个相邻的电压水平之间重复交换时，对于每个支路(Z1，Z2)，分别与在先前的交换时不同的开关元件(T1，…，T2n)被转换。
5.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在步骤B)中，在针对特定电压水平N给定的每个开关周期中，按顺序使用取决于所选择的中间电压(UM)或者所选择的桥电压(UBr)的开关状态(Z1，…，Zn)，
其中在开关状态(Zi)中在电压水平N＝L以及UM/UBr＝L/n的情况下，各个开关元件(Tt)的状态如下定义：
-对于t＝1,…,n，当(t>＝i并且t<L+i)或(t<L+i-n)时，开关元件Tt闭合，否则开关元件Tt断开
-对于开关元件Tn+1，…，T2n成立：
当Ti断开时，Tn+i闭合，
当Ti闭合时，Tn+i断开。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
为了在每两个相邻的电压水平之间交换，每个支路(Z1，Z2)分别仅一个开关元件(T1，…，T2n)进行转换，其中，
-在交换到下一个较高的电压水平的情况下保持所述开关状态Zi，并且在交换到下一个较低的电压水平的情况下开关状态提高一个水平到开关状态Zi+1，其中，定义为Zn+1到Z1，
-或者在交换到下一个较高的电压水平的情况下开关状态Zi降低一个水平到开关状态Zi-1，其中，定义为Z0到Zn，并且在交换到下一个较低的电压水平的情况下保持开关状态Zi。
7.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在步骤B)中，在一个电压周期的不同开关状态(Zi)期间，分别测量准确的桥电压(UBr)和准确的中间电压(UM)，并且由此在遍历n-1个不同的开关状态(Zi)之后，通过线性方程组计算所有电容器电压(UCi)。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
借助在中间接头处的电流测量装置(M3)或者布置在引导到接头(A1，A2)的、两个半桥支路(Z1，Z2)的端部的每个电流测量装置(M1；M2)测量流过半桥的电流，并且
由此通过离散积分(ΔU＝I/C×Δt)计算在一个开关周期期间的电容器再充电。
9.根据权利要求7或8所述的方法，
其特征在于，
在不同于额定值(UCi＝i/n×UBr)的情况下，将计算的电容器电压(UCi)的值和/或计算的电容器再充电的值，用于开关状态(Zi)的顺序和/或长度的自适应改变。
10.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，
其特征在于，
与开关元件(T1，…，T2n)并联地布置平衡电阻(R1，…，R2n)、变阻器或者有源电路部件，使得在开关元件(T1，…，T2n)断开的情况下，实现对电容器(C1，…，Cn-1)均匀的充电和对各个开关元件(T1，…，T2n)施加的反向电压的分配，
其中，在供应给定桥电压(UBr)的情况下，在由开关元件(T1，…，T2n)形成的半桥和所述给定桥电压(UBr)之间布置起动电路A，和/或在供应给定中间接头电压(UM)的情况下，在半桥的中间接头(M)和所述给定的中间电压(UM)之间布置起动电路B，通过其使得多电平半桥缓慢或者逐步达到工作电压，以避免超过外部开关元件Tn和T2n上的允许的反向电压。
11.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，
其特征在于，
通过使用与连接到中间接头(M)的电感和/或寄生漏感连接的寄生电容和/或有针对性地引入的电容，以如下方式来实现开关元件(T1，…，T2n)的零电压切换和/或零电流切换：
-选择用于闭合开关元件(T1，…，T2n)的开关时间点，使得在该时间点，在要闭合的开关元件上的电压为零，由此避免电容导通损耗，和/或
-选择在谐振操作或断续操作中或者在断续操作的边界处用于断开开关元件(T1，…，T2n)的开关时间点，使得在该时间点，在要断开的开关元件上的电流接近零，由此避免欧姆关断损耗。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
在断开先前闭合的开关元件(T1，…，T2n)时，以在时间上足够高的分辨率测量中间电压(UM)的走向，将其与要激活的电压水平的计算的预期的电压进行比较，由此确定要闭合的开关元件(T1，…，T2n)的开关延迟以及开关时间点，使得在该开关时间点，在要闭合的开关元件(T1，…，T2n)上的电压为零或者接近零。
13.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
借助在中间接头处的电流测量装置(M3)或者布置在引导到接头(A1，A2)的、两个半桥支路(Z1，Z2)的端部的每个电流测量装置(M1，M2)以高分辨率测量流过半桥的电流，使得由此知道通过每个开关元件(T1，…，T2n)的电流走向，其中，从该电流走向确定在谐振操作或断续操作中或者在断续操作的边界处，要断开的开关元件(T1，…，T2n)的开关延迟和开关时间点，使得在该开关时间点，在要断开的开关元件(T1，…，T2n)上的电流为零。
14.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
由在特定时间栅格中测量的电压和/或电流值通过插值、求平均值和/或快速傅立叶变换，通过计算确定与真实值近似的电压和/或电流走向，
并且将其用于确定要进行开关的开关元件(T1，…，T2n)的开关延迟和开关时间点。
15.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
考虑已知的电感值和/或电容值并且在已知电压水平下计算在要进行切换的开关元件(T1，…，T2n)上的电压和/或电流走向，并且将其用于确定要进行切换的开关元件(T1，…，T2n)的开关延迟和开关时间点，
其中，在计算上考虑温度和/或电压对有效电感值和/或电容值的影响。
16.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
在电路中固定地给定要进行切换的开关元件(T1，…，T2n)进行零电压切换和/或零电流切换所需的开关延迟，
并且具体地，所述开关延迟在电路中给定、或者通过在集成于电路中或与电路连接的存储元件中的存储来给定，
其中，考虑桥电压、单个或多个电容器电压、半桥的接头上的电流和/或相关部件的温度的影响，借助数值表来给定开关延迟，在所述数值表中存储了用于控制要断开和/或闭合的开关元件(T1，…，T2n)的开关延迟的取决于这些影响参数的值。
17.一种多电平半桥(MLHB)形式的电路，
其中，所述电路具有两个接头(A1，A2)经过在中间接头(M)处相遇的两个支路(Z1，Z2)的连接，在所述两个接头上施加桥电压(UBr)，
其中，在中间接头(M)处相对于接头中的一个(A2)的电势，施加中间电压(UM)
其中，对称于中间接头(M)构造的支路(Z1，Z2)分别具有数量n个串联连接的开关元件(T1，…，Tn；Tn+1，…，T2n)，
其中，第一支路(Z1)的每两个相邻的开关元件(Ti，Ti+1)之间的连接点(Vi；i∈{1，…，n-1})分别经过电容器(Ci)，与对称于中间接头(M)布置的、第二支路的每两个开关元件(Tn+i，Tn+i+1)之间的连接点(Vn+i)相连，以及
其中，开关元件(T1，…，T2n)在使用控制单元的条件下能够被切换到不同的开关状态Zi，
其特征在于，
所述电路的控制单元被构造为执行根据权利要求1-16任一项所述方法。
18.根据权利要求17所述的多电平半桥(MLHB)形式的电路，其中，
-通过在半桥的外部接头(A1，A2)上供应输入电压作为桥电压(UBr)，并且在电感的未与半桥连接的第二接头上引出更小的输出电压(UA)，该布置作为降压转换器工作，或者
-通过在电感的未与半桥连接的第二接头上供应输入电压(UE)，并且在半桥的外部接头(A1，A2)上引出更大的输出电压(UBr)，该布置作为升压转换器工作，或者
-通过在半桥的两个外部接头(A1，A2)中的一个上引出输入电压(UE)，并且在外部接头(A1，A2)中的另一个上引出与输入电压的极性相反的输出电压(UA)，该布置作为逆变器工作。
19.一种由两个根据权利要求17所述的多电平半桥(MLHB1，MLHB2)形式的电路构成的系统，
其特征在于，
两个多电平半桥(MLHB1，MLHB2)经过其各自的中间接头(M)与共同的电感(L)相连，其中，两个多电平半桥(MLHB1，MLHB2)都能够作为升压或降压转换器工作，从而该系统能够用作用于将可变输入电压(U1；U2)变换为可变输出电压(U2；U1)的双向升压和降压转换器。
20.一种由多个根据权利要求17所述的多电平半桥(MLHB)形式的电路构成的系统，
其特征在于，
多电平半桥(MLHB1，MLHB2，…，MLHBm)以如下方式并联连接：对其各自的接头(A1，A2)施加共同的桥电压(UBr，)并且其各自的中间接头(M)分别经过一个电感(L)与共同的中间接头(MG)相连，
并且各个多电平半桥(MLHB1，MLHB2，…，MLHBm)被构造为进行移相操作，在所述移相操作中，每两个连续的多电平半桥(MLHB1，MLHB2，…，MLHBm)之间的相位偏移分别是360°/m，其中，m是多电平半桥(MLHB1，MLHB2，…，MLHBm)的数量。
21.一种由根据权利要求17所述的多电平半桥(MLHB)形式的电路和包括两个开关元件的简单半桥(HB)构成的系统，
其特征在于，
所述多电平半桥(MLHB)和所述简单半桥(HB)连接成一个全桥。
22.一种由多个根据权利要求17所述的多电平半桥(MLHB)形式的电路和包括两个开关元件的简单半桥(HB)构成的系统，
其特征在于，
所述多电平半桥(MLHB1，…，MLHBm)形成根据权利要求20所述的系统，该根据权利要求20所述的系统与所述简单半桥(HB)连接成一个全桥。
23.一种由两个根据权利要求17所述的多电平半桥(MLHB1，MLHB2)形式的电路构成的系统，
其特征在于，
所述两个多电平半桥(MLHB1，MLHB2)连接成一个全桥，并且被构造为以相反的相位工作，从而在两个中间接头(M1，M2)上平均总是施加桥电压(UBr)的一半。
24.一种由多个连接成全桥的根据权利要求17所述的多电平半桥形式的电路构成的系统，
其特征在于，
在全桥的两侧多个多电平半桥(MLHBAi；MLHBBi)分别以如下方式并联连接：所有多电平半桥(MLHBAi；MLHBBi)连接到共同的桥电压(U1)，其中，布置在全桥的每一侧的多电平半桥(MLHBAi；MLHBBi)的中间接头(MAi；MBi)分别经过电感连接到共同的中间接头(MA；MB)，从而在全桥的两侧的中间接头(MA；MB)之间施加电压(U2)，
其中，各个多电平半桥(MLHBAi；MLHBBi)被构造用于进行移相操作，在所述移相操作中，全桥的每一侧的每两个连续的多电平半桥(MLHBAi；MLHBBi)之间的相位偏移分别是360°/m，其中，m是多电平半桥(MLHBAi；MLHBBi)的各自的数量，并且
其中，布置在全桥的不同侧的多电平半桥(MLHBAi；MLHBBi)被构造为以相反的相位工作，从而在两个中间接头(MA；MB)上平均总是施加桥电压(U1)的一半。
25.一种由三个连接成一个多电平三相电桥的根据权利要求17所述的多电平半桥(MLHB1，MLHB2，MLHB3)形式的电路构成的系统，
其特征在于，
三个多电平半桥(MLHB1，MLHB2，MLHB3)以如下方式并联连接：所有多电平半桥(MLHB1，MLHB2，MLHB3)连接到共同的桥电压(UBr)，其中，三个多电平半桥(MLHB1，MLHB2，MLHB3)以分别120°的相位偏移工作，并且其中，多电平半桥(MLHB1，MLHB2，MLHB3)的中间接头(M)分别控制三个交流接头(D1，D2，D3)中的一个。
26.一种由三个连接成一个多电平三相电桥的根据权利要求20所述的系统(MLHBS1；MLHBS2；MLHBS3)构成的系统，所述根据权利要求20所述的系统分别由多个根据权利要求17所述的多电平半桥(MLHB)形式的电路构成，
其特征在于，
三个系统(MLHBS1；MLHBS2；MLHBS3)以如下方式并联连接：所有系统(MLHBS1；MLHBS2；MLHBS3)连接到共同的桥电压(UBr)，其中，三个系统(MLHBS1；MLHBS2；MLHBS3)相对于彼此以分别120°的相位偏移工作，并且其中，三个系统(MLHBS1；MLHBS2；MLHBS3)的中间接头(M)分别控制三个交流接头(D1，D2，D3)中的一个。
27.一种多电平DC/AC变换器系统，
其特征在于，
在直流侧(DC)一个或更多个作为升压转换器工作的根据权利要求18所述的多电平半桥(MLHBG1，…，MLHBGX)形式的电路与分别处于直流电压电势(UDC)的中间接头(M)并联连接，其中，在使用多个直流侧多电平半桥的情况下，直流侧多电平半桥(MLHBG1，…，MLHBGX)被构造用于进行移相操作，在所述移相操作中，每两个连续的多电平半桥(MLHB1，MLHB2，…，MLHBm)之间的相位偏移分别是360°/m，其中，m是多电平半桥(MLHB1，MLHB2，…，MLHBm)的数量，并且
在交流侧(AC)一个或更多个作为降压转换器工作的根据权利要求18所述的多电平半桥(MLHBW1，…，MLHBWX)形式的电路以如下方式连接：在其接头(A1，A2)上分别施加相同的中间电路电压(UZK)，并且其中间接头(M)处于交流电压电势(UPh1，UPh2，UPh3)，其中，中间电路电压(UZK)对应于直流侧多电平半桥(MLHBG1，…，MLHBGX)的桥电压，其中，在使用多个交流侧多电平半桥(MLHBW1，…，MLHBWX)的情况下，将其作为多电平三相电桥连接，并且被构造用于进行相应的移相操作，并且其中在需要的情况下，交流电压电势(Uph1，Uph2，Uph3)的交流侧零点(N)通过两个处于中间电路电压(UZK)的电容器的串联电路和与这两个电容器的连接点的连接来产生。
28.根据权利要求17所述的多电平半桥(MLHB)形式的电路在电机控制、整流器或逆变器、电网段、DC/DC变换器中或者在充电应用中的使用。
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