CN113812078A - 电转换器 - Google Patents

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Abstract

一种用于在三相AC信号与DC信号之间进行转换的电转换器(10)，包括：三个相端子(A，B，C)；第一DC端子和第二DC端子(P，N)；相选择器(11)，该相选择器用于将该三个相端子连接到第一中间节点、第二中间节点和第三中间节点(x，y，z)；第一降压电路，该第一降压电路包括连接到该第一DC端子的第一开关节点端子(p)；以及第二降压电路，该第二降压电路包括连接到该第二DC端子的第二开关节点端子(n)，所述第一降压电路和所述第二降压电路将在该第一中间节点、该第二中间节点和该第三中间节点处的电压转换成该第一DC端子与该第二DC端子之间的电压，所述第一降压电路和所述第二降压电路串联连接在该第一中间节点与该第二中间节点之间并且包括至少一个可主动切换设备，该至少一个可主动切换设备连接在该公共节点(m)与该第三中间节点之间。该第一降压电路允许将该第一开关节点端子(p)连接到该第一中间节点(x)、该第三中间节点(z)和该公共节点(m)中的任一个。该第二降压电路允许将该第二开关节点端子(n)连接到该第二中间节点(y)、该第三中间节点(z)和该公共节点(m)中的任一个。

Description

电转换器
技术领域
本发明涉及电力转换领域。具体地，本发明涉及一种电转换器和一种用于转换电力的方法。
背景技术
例如，当电动车辆的电池充电时，来自电网的AC电压通过电转换器被转换成DC电压，该DC电压然后被提供给正在充电的电池。例如，电转换器可以将三相AC电压转换成DC总线的端子之间的DC电压，车辆的高压(例如，200V至400V)电池可以连接到该DC总线。同样，用于电动汽车的无线充电系统、电动马达驱动器或用于磁共振成像(MRI)扫描仪的梯度放大器通常也需要这种三相AC到DC转换，以创建可以从中汲取电力的高压DC总线。
通常，例如当负载从电转换器的DC输出汲取电力时，电转换器从三相电网的每个相汲取的电流需要基本上是正弦的并且基本上与该特定相的正弦电压同相，从而导致功率因数基本上等于一。因此，三相AC到DC转换有利地需要三相功率因数校正(PFC)AC到DC电转换器。对于这种PFC转换器，通常还要求从电网汲取的电流的低失真，例如低总谐波失真(THD)。
传统上，当DC总线端子之间的电压低于全波整流AC电压时，使用电转换器，这些电转换器包括具有例如700V至900V DC输出的升压型PFC级，该升压型PFC级与DC-DC降压转换器串联连接以生成期望的DC总线电压，例如范围在200V至400V内。替代性地，已引入基于3阶谐波有源滤波器原理的降压型PFC转换器作为取代这些传统的二级转换器的单极替代方案，从而减少转换级数，以便实现更高的整体能量转换效率和更高的功率容积比(即，较高功率密度)。
例如，参考文件T.Soeiro,T.Friedli,J.W.Kolar,“SWISS Rectifier-A NovelThree-Phase Buck-Type PFC Topology for Electric Vehicle Battery Charging[SWISS整流器——一种用于电动车辆电池充电的新型三相降压型PFC拓扑]”,Proceedingsof the 27th Applied Power Electronics Conference and Exposition(APEC 2012)[第27届应用电力电子会议暨展览会(APEC 2012)论文集],美国佛罗里达州奥兰多市,2012年2月5日至9日(进一步称为‘【参考文件1】’)介绍了一种电转换器，该电转换器使用3阶谐波有源滤波器原理，并且适于进行DC总线电压电平低于全波整流AC电压(例如，范围在200V至400V内)的单级降压型三相PFC AC到DC转换。该电转换器包括相选择器以用于将三相AC输入电压转换成上部中间节点、下部中间节点和中部中间节点处的中间电压。具有两个DC-DC降压电路的输出级将中间电压转换成DC输出电压。在这样的现有实施例中，中部中间节点连接到两个DC-DC降压电路的公共节点。
如‘【参考文件1】’的图1中所提出的基于3阶谐波有源滤波器原理的单级降压型PFC转换器的缺点在于，在需要通常包含耦合电容性中点的共模(L-C)输出滤波器以降低到负载和/或保护接地(PE)的漏电流的实际实现中，半导体开关的准无损零电压切换(ZVS)无法在不增加这两个DC-DC降压电路的电感器的成本、尺寸和复杂度的情况下实现(例如，由于对这些电感器的磁耦合的需要)。当使用几个并联输出级以增加转换器的额定功率时，并且尤其当这些并联输出级以交错方式操作以减小PFC转换器的输入滤波器和输出滤波器的尺寸时，情况尤其如此。
发明内容
本发明的实施例的目的在于提供改进的用于在三相AC信号与DC信号之间进行转换的电转换器和方法、并且特别是用于将三相AC输入转换成DC输出和/或将DC输入转换成三相AC输出的电转换器和方法，并且更具体地提供了用于进行三相降压型PFC AC到DC转换的低成本电转换器。优选地，电转换器的实施例具有以下优点中的一个或多个：转换器可以在零电压切换(ZVS)条件下操作切换设备以便减少转换器的切换损失并提高效率和功率密度，即使存在具有耦合的电容性中点的共模(L-C)输出滤波器和/或利用几个并联输出级的交错来提高转换器的额定功率和/或减小输入滤波器和输出滤波器尺寸也是如此；该转换器易于设计；易于将硬件设计扩展到任意数量的交错级；该转换器具有高功率容积比(功率密度)，这是由电转换器中很少的磁能存储来实现的；该转换器在三个相端子产生低电流失真；该转换器能够在三个相端子处以基本上等于一的功率因数汲取基本上正弦的电流。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种电转换器，该电转换器包括：三个相端子、第一DC端子和第二DC端子、相选择器、第一降压电路和第二降压电路。该相选择器被配置为将该三个相端子连接到该电转换器的第一中间节点、第二中间节点和第三中间节点。该第一降压电路包括可操作地连接到该第一DC端子的第一开关节点端子，并且该第二降压电路包括可操作地连接到该第二DC端子的第二开关节点端子。该第一降压电路和该第二降压电路连接以将在该第一中间节点、该第二中间节点和该第三中间节点处的电压转换成该第一DC端子与该第二DC端子之间的电压。该第一降压电路和该第二降压电路串联连接在该第一中间节点与该第二中间节点之间，使得该第一降压电路和第二降压电路具有公共节点。该第一降压电路和该第二降压电路包括至少一个可主动切换设备，该至少一个可主动切换设备连接在该公共节点与该第三中间节点之间。
该电转换器的特征在于相选择器，该相选择器用于当转换是从AC到DC时将具有在电转换器的三个相端子处提供的三个AC电压的三相AC信号转换成具有在第一中间节点(通常为上部中间节点)、第二中间节点(通常为下部中间节点)、和第三中间节点(通常为中部中间节点)之间提供的三个DC电压的中间信号，或者当转换是从DC到AC时逆向操作。该电转换器进一步包括功率级，该功率级包括第一降压电路和第二降压电路。通过使得第一降压电路和第二降压电路与连接在公共节点与第三中间节点之间的至少一个可主动切换设备串联连接，如上文定义的，使得可以具有未直接连接到第一降压电路和第二降压电路的公共节点的第三中间节点(通常为中部中间节点)。
与现有技术相比，连接在公共节点与第三中间节点之间的至少一个可主动切换设备为定制并优化在串联连接的第一降压电路和第二降压电路的电感器中流动的电流的形状提供了额外的可控制性和灵活性，使得例如可以在转换器的整个操作范围实现降压电路的半导体开关的零电压切换(ZVS)，即，不增加所提及电感器的成本、尺寸和复杂性(例如由于在现有技术解决方案对这些电感器的磁耦合的需要)，即使存在具有耦合的电容性中点的共模(L-C)输出滤波器和/或利用几个并联输出级的交错来提高转换器的额定功率和/或减小输入滤波器和输出滤波器的尺寸也是如此。转换器在其整个操作范围内均在零电压切换条件下操作的能力引起转换效率提高和/或系统尺寸降低。后者由于可以使用的较高切换频率，从而引起无源滤波器元件(电感器和电容器)的尺寸减小而不增大半导体切换损失。
根据一方面，该第一降压电路被配置为允许将该第一开关节点端子连接到该第一中间节点、该第三中间节点和该公共节点中的任一个；并且该第二降压电路被配置为允许将该第二开关节点端子连接到该第二中间节点、该第三中间节点和该公共节点中的任一个。这可以使用合适的控制信号、通常是脉宽调制信号来实现，这些控制信号用于控制第一降压电路和第二降压电路的可主动切换设备。换句话说，取决于控制信号，第一开关节点端子将连接到第一中间节点或第三中间节点或公共节点；并且第二开关节点端子将连接到第二中间节点或第三中间节点或公共节点。
在示例性实施例中，该电转换器可以被配置为进行AC到DC转换，并且三相AC信号可以是三相AC输入电压，而DC信号可以是DC输出电压，该DC输出电压的电压水平低于全波整流的AC输入电压，例如，在200V至400V的范围内。
优选地，该第一降压电路包括：第一设备，该第一设备连接以用于中断该第一开关节点端子与该第三中间节点之间的电流；第二设备，该第二设备连接以用于中断该第一开关节点端子与该第一中间节点之间的电流；以及第三设备，该第三设备连接以用于中断该第一开关节点端子与该公共节点之间的电流，其中，该第一降压电路的所述第一设备、所述第二设备和所述第三设备中的至少两个是可主动切换的。而且，优选地，该第二降压电路包括：第四设备，该第四设备连接以用于中断该第二开关节点端子与该第三中间节点之间的电流；第五设备，该第五设备连接以用于中断该第二开关节点端子与该第二中间节点之间的电流；以及第六设备，该第六设备连接以用于中断该第二开关节点端子与该公共节点之间的电流，其中,该第二降压电路的所述第四设备、所述第五设备和所述第六设备中的至少两个是可主动切换的。
更优选地，该第一设备和该第四设备是可主动切换的，并且上文提及的连接在该公共节点与该第三中间节点之间的该至少一个可主动切换设备包括该第一设备和该第四设备。当转换器用于将三相AC输入转换成DC输出时，优选地，至少该第二设备和该第五设备是可主动切换的。当转换器用于将DC输入转换成三相AC输出时，优选地，该第三设备和该第六设备是可主动切换的。在这种情况下，上文提及的连接在该公共节点与该第三中间节点之间的该至少一个可主动切换设备包括该第三设备和该第六设备。当期望要在两个方向上进行转换时，优选地，该第一设备、该第二设备、该第三设备、该第四设备、该第五设备和该第六设备是可主动切换的，并且该相选择器的设备也是可主动切换的，参见下文。在这种情况下，上文提及的连接在该公共节点与该第三中间节点之间的该至少一个可主动切换设备包括该第一设备、该第三设备、该第四设备和该第六设备。进一步地，通过使用可主动切换的设备，可以实现准无损零电压切换。这允许在低切换损失以及因此更高的能量效率下进行电力转换。而且，可以使用较高切换频率以便增大功率密度(减小尺寸)并降低电转换器的成本。
优选地，该相选择器通常包括可主动切换以选择性地将该第三中间节点连接到该三个相端子的半导体设备。更具体地，该相选择器可以被配置为将该第一中间节点与具有三相AC电压的最高电压的相端子连接，将该第二中间节点与具有三相AC电压的最低电压的相端子连接，并且将该第三中间节点与具有介于所述最高电压与所述最低电压间的电压的相端子连接。
根据示例性实施例，该电转换器包括控制器，该控制器被配置为控制相选择器、第一降压转换器和第二降压转换器中的至少一个。优选地，该相选择器和该控制器被配置为使得根据切换模式控制该相选择器的设备的切换，在该切换模式中：具有最高电压的相端子连接到该第一中间节点，具有最低电压的相端子连接到该第二中间节点，并且具有介于该最高电压与该最低电压之间的中间电压的相端子连接到该第三中间节点。优选地，该控制器被配置为控制该第一降压电路和该第二降压电路，使得在该第一DC端子与该第二DC端子之间获得期望的DC输出。更具体地，该控制器可以被配置为控制用于控制该第一降压电路和该第二降压电路的控制信号的占空比和/或切换频率和/或导通序列中的至少一个。切换频率通常是三相AC信号频率的至少10倍。优选地，该控制器被配置为改变用于控制该第一可主动切换设备的控制信号的占空比，当介于三相AC电压的该第三中间节点与中点之间的电压为正时，该占空比基本上与该第三中间节点的电压同步，并且被配置为改变用于控制该第四可主动切换设备的控制信号的占空比，当介于三相AC电压的该第三中间节点与中点之间的电压为负时，该占空比基本上与该第三中间节点的电压同步；和/或被配置为分别改变(例如，增大或减小)用于控制该第二可主动切换设备和该第五可主动切换设备的控制信号的占空比，该占空比基本上与第一中间节点和第二中间节点的电压同步。
上述可切换设备优选地是半导体设备。注意术语“半导体设备”可以指代单个半导体部件或(反向)并联和/或(反向)串联连接的多个半导体部件。例如，可主动切换的半导体设备可以包括与二极管反向并联连接的晶体管。
在优选实施例中，该第一降压电路和该第二降压电路进一步分别包括第一滤波电感器和第二滤波电感器，该第一滤波电感器连接在该第一开关节点端子与该第一DC端子之间，该第二滤波电感器连接在该第二开关节点端子与该第二DC端子之间。进一步地，可以提供至少一个滤波电容器、优选地至少两个滤波电容器的串联连接，其连接在该第一DC端子与该第二DC端子之间。该第一滤波电感器和该第二滤波电感器和/或该一个或多个滤波电容器可以形成具有中点的滤波器。在这种情况下，公共节点可以连接到中点。
在优选实施例中，该电转换器包括滤波器，这些滤波器包括优选地以星形或三角形连接的形式将中间第一节点、第二节点和第三节点互连的电容器。当电容器以星形连接互连时，公共节点可以连接到该星形连接的星点。附加地或替代性地，可以提供包括优选地以星形或三角形(delta)连接的形式将相端子互连的电容器的滤波器。
在优选实施例中，该电转换器包括测量装置，这些测量装置用于测量该DC信号、影响该DC信号的电信号、受该DC信号影响的电信号中的至少一个。电信号可以是电流或电压。该控制器包括控制回路，该控制回路被配置为调整控制信号的占空比、切换频率和导通序列中的至少一个，以便基于由这些测量装置执行的测量来控制该第一降压电路和该第二降压电路中的至少一个。通常，该控制器包括控制回路，该控制回路被配置为调整(adapt)至少一个脉宽调制控制信号，以便基于由该测量装置执行的测量来控制该第一降压电路和该第二降压电路中的至少一个。优选地，这些测量装置包括以下各项中的一项或多项：用于测量该第一开关节点端子与该第一DC端子之间的电流和该第二开关节点端子与该第二DC端子之间的电流中的至少一个的电流测量装置，用于测量该三个相端子处的电压的电压测量装置，测量该第二DC端子与该第一DC端子之间的电压的电压测量装置，用于测量该相选择器与该第一中间节点、该第三中间节点和该第二中间节点中的一个或每一个之间的电流的电流测量装置，用于测量该公共节点的电压的电压测量装置。优选地，该控制回路被配置为调整用于控制第一降压电路的第一脉宽调制控制信号和用于控制第二降压电路的第二脉宽调制控制信号。在有利实施例中，该控制器可以被配置为将第一脉宽调制控制信号与第二脉宽调制控制信号交错。
根据优选实施例，该相选择器包括三个选择器臂(selector leg)，该三个选择器臂用于将该三个相端子之一连接到该第一中间节点、该第二中间节点和该第三中间节点，其中，该三个选择器臂中的每一个包括半桥，该半桥包括半导体开关。该相选择器可以包括具有多个二极管、通常为六个二极管的半桥配置。可选地，可以用具有双向电流能力的可控制半导体设备取代二极管。这将允许使用电转换器来将三相AC输入转换成DC输出和将DC输出转换成三相AC输入。换句话说，这种实施例允许通过转换器进行双向电力流动。
根据优选实施例，例如当需要较高电力时，可以按比例调整(scaled)第一降压电路和第二降压电路。这可以易于通过提供并联连接的多个第一降压电路臂或多个第一降压电路并通过提供并联连接的多个第二降压电路臂或多个第二降压电路来实现。当多个第一降压电路并联连接时，可以通过交错方式控制这种第一降压电路。这同样适用于多个并联连接的第二降压电路。
根据本发明的进一步方面，提供了一种电池充电系统，特别是用于给电动车辆的电池充电，该充电系统包括电源单元，该电源单元包括如上所述的实施例中任一个所述的电转换器。
根据本发明的另一方面，提供了一种无线充电系统，特别是用于给电动车辆的电池充电，该无线充电系统包括电源单元，该电源单元包括如上所述的实施例中任一个所述的电转换器。
根据本发明的又一方面，提供了一种电动马达驱动系统，该电动马达驱动系统包括电源单元，该电源单元包括如上所述的实施例中任一个所述的电转换器。
根据本发明的又另一方面，提供了一种梯度放大器，该梯度放大器包括如上所述的实施例中任一个所述的电转换器。而且，提供了一种包括该梯度放大器的磁共振成像装置。
根据本发明的再另一方面，提供了一种用于在三相AC信号与DC信号之间进行转换的方法。该方法包括以下步骤：在该三相AC信号与中间信号之间进行转换的步骤，其中，在第一中间节点、第二中间节点和第三中间节点之间施加该中间信号，其中，将该三相AC信号的电压选择性施加到该第一中间节点、该第二中间节点和该第三中间节点；使用第一降压电路和第二降压电路在这些中间信号与该DC信号之间进行转换的步骤，其中，该第一降压电路和该第二降压电路串联连接在该第一中间节点与该第二中间节点之间，使得该第一降压电路和该第二降压电路具有公共节点，其中，所述转换包括使用该公共节点与该第三中间节点之间的至少一个可主动切换设备在第一时间间隔期间将该第三中间节点连接到该第一降压电路的第一开关节点端子，并在第二时间间隔期间将该第三中间节点连接到该第二降压电路的第二开关节点端子。优选地，在所述第一时间间隔和所述第二时间间隔期间，使用至少一个脉宽调制信号来控制公共节点与第三中间节点之间的第一降压电路和第二降压电路的至少一个可主动切换设备。
根据一方面，该使用第一降压电路和第二降压电路在这些中间信号与该DC信号之间进行转换包括将该第一开关节点端子连接到该第一中间节点、该第三中间节点和该公共节点中的任一个；并且将该第二开关节点端子连接到该第二中间节点、该第三中间节点和该公共节点中的任一个。优选地，可以控制第一降压电路以用于在第一时间间隔期间将该第一开关节点端子交替地连接到该第一中间节点、该第三中间节点和该公共节点，并在第二时间间隔期间将该第一开关节点端子交替地连接到该第一中间节点和该公共节点；并且可以控制第二降压电路以用于在第二时间间隔期间将该第二开关节点端子交替地连接到该第二中间节点、该第三中间节点和该公共节点，并在第一时间间隔期间将第二开关节点端子交替地连接到第该二中间节点和该公共节点。
根据优选实施例，具有最高电压的三相AC信号的电压被施加到该第一中间节点，具有最低电压的三相AC信号的电压被施加到该第二中间节点，并且具有介于该最高电压与该最低电压间的中间电压的三相AC信号的电压被施加到该第三中间节点。
根据优选实施例，该使用第一降压电路和第二降压电路在该中间信号与该DC信号之间进行转换包括：主动地控制连接在该第三中间节点与该第一开关节点端子之间的第一可切换设备、以及在该第三中间节点与该第二开关节点端子之间的第四可切换设备；主动地控制连接在该第一中间节点与该第一开关节点端子之间的第二可切换设备和连接在该公共节点与该第一开关节点端子(p)之间的第三可切换设备中的至少一个；主动地控制在该第二中间节点与该第二开关节点端子之间的第五可切换设备和在该公共节点(m)与该第二开关节点端子之间的第六可切换设备中的至少一个。
优选地，该使用第一降压电路和第二降压电路在该中间信号与该DC信号之间进行转换包括：控制用于控制该第一降压电路和该第二降压电路的控制信号的占空比、切换频率、导通序列中的至少一个。更优选地，利用在第一时间间隔期间占空比与该第三中间节点的电压基本上同步变化的脉宽调制信号来控制该第一可切换设备，并利用在第二时间间隔期间占空比基本上与该第三中间节点的电压同步变化的脉宽调制信号来控制该第四可切换设备；和/或分别利用占空比基本上与该第一中间节点和该第二中间节点的电压的同步变化的脉宽调制信号来控制该第二可切换设备和该第五可切换设备。
优选地，该使用第一降压电路和第二降压电路在该中间信号与该DC信号之间进行转换包括分别使用连接在该第一开关节点端子与该第一DC端子之间的第一滤波电感器和连接在该第二开关节点端子与该第二DC端子之间的第二滤波电感器；和/或使用至少一个滤波电容器、优选地至少两个滤波电容器的串联连接，其连接在该第一DC端子与该第二DC端子之间。
优选地，在该中间信号与该DC信号之间进行的转换是通过测量DC信号、影响该DC信号的电信号、受该DC信号影响的电信号中的至少一个并通过基于测量信号调整用于控制该第一降压电路和/或该第二降压电路的至少一个脉宽调制控制信号来控制的。该测量可以包括测量以下各项中的一项或多项：该第一开关节点端子与该第一DC端子之间和/或该第二开关节点端子与该第二DC端子(N)之间的电流，三相AC信号，该第一DC端子与该第二DC端子之间的电压，该第一中间节点、该第三中间节点和第二中间节点中的一个或每一个与公共节点之间的电流。该调整可以包括调整用于控制第一降压电路的第一脉宽调制控制信号和用于控制第二降压电路的第二脉宽调制控制信号，以及可选地将该第一脉宽调制控制信号与第二脉宽调制控制信号交错。
电转换器的实施例的优选特征和技术优点加以必要的修改后适用于本方法的实施例。
附图说明
附图用于展示本发明的设备的目前优选的非限制性示例性实施例。结合附图阅读以下详细描述，本发明的特征和目的上述和其他优点将变得更加显而易见，并且本发明将更好地得到理解，在附图中：
图1是电转换器的示例性实施例的电路图；
图2A至图2K展示了针对图1的示例性实施例的绘制作为ωt(°)的函数的各种电压、电流和控制信号的各个图；
图3展示了绘制当ωt＝40°时(参见图2A至图2K中的附图标记III)作为时间(微秒)的函数的各种控制信号、电压、电流和控制信号的各种图；
图4展示了绘制当ωt＝60°时(参见图2A至图2K中的附图标记IV)作为时间(微秒)的函数的各种控制信号、电压、电流和控制信号的各种图；
图5展示了绘制当ωt＝80°时(参见图2A至图2K中的附图标记V)作为时间(微秒)的函数的各种控制信号、电压、电流和控制信号的各个图；
图6A至图6E展示了针对图1的示例性实施例的绘制作为ωt(°)的函数的各种电流各个图；
图7是电转换器的示例性实施例的另一个电路图；
图8A至图8E展示了针对图7的示例性实施例的绘制与图6相同的作为ωt(°)的函数的各种电流各个图；
图9、图10和图11示出了电转换器的进一步示例性实施例的电路图；
图12A和图12B示出了图1的相选择器的变体的电路图；
图13示意性地展示了控制单元的示例性实施例；
图14是电转换器的输出级的又另一示例性实施例的电路图，该电转换器具有两个并联连接的上部降压电路和两个并联连接的下部降压电路。
具体实施方式
图1示出了被称为PRODRIVE-选择整流器(‘PRODRIVE-SELECT RECTIFIER’)的电转换器10，该电转换器包括呈三相有源相选择器11和输出功率级12形式的两个功率级11、12。电转换器10进一步包括置于相选择器11与输出功率级12之间的输入滤波器13，以及输出滤波器14。替代性地或附加地，可以将输入滤波器(未示出)布置在相选择器上游。
电转换器10是AC到DC转换器，其具有连接到三相AC电网20的三相电压的三个相端子A、B、C，并且具有第一输出DC端子P和第二输出DC端子N，在此是上部输出端子P和下部输出端子N，这两个输出端子例如可以连接到DC负载21，该负载比如是电动汽车的高压(例如200V至400V)电池。相选择器11包括与三个相输入端A、B、C和三个输出端x、y、z连接的三个相接头a、b、c。这些输出端可以被视为第一中间节点x(在此是上部中间电压节点x)、第二中间节点y(在此是下部中间电压节点y)以及第三中间节点z(在此是中部中间电压节点z)。
相选择器11包括三个桥臂(bridge leg)15、16、17和三个可主动切换半导体设备(在此称为选择器开关Saza、Sbzb和Sczc)、或由其构成，每个桥臂包括以半桥配置形式连接的两个无源半导体设备(二极管Dax和Dya用于臂15，Dbx和Dyb用于臂16，Dcx和Dyc用于臂17)。在所展示的实施例中，每个选择器开关包括两个反向串联连接的可主动切换半导体部件。有利地，每个这样的可切换半导体部件包括反向并联二极管或与其形成互补。在该示例中，金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)用于可主动切换半导体部件，其各自包括内部反向并联体二极管。在其他实施例中，可以提供外部反向并联体二极管。
输出功率级12包括第一堆叠降压电路和第二堆叠降压电路的两个堆叠的(即，串联连接的)降压桥臂18、19或由其组成。第一上部降压桥臂18包括第一半导体设备1p、第二半导体设备2p和第三半导体设备3p。第二下部降压桥臂19包括第四半导体设备1n、第五半导体设备2n和第六半导体设备3n。第二半导体设备2p和第五半导体设备2n是降压开关(Sxp用于上部降压桥臂18，而Sny用于下部降压桥臂19)。降压桥臂18、19的开关Sxp和Sny是可主动切换半导体设备，例如MOSFET。第三半导体设备3p和第六半导体设备3n是降压二极管(Dmp用于上部降压桥臂18，而Dnm用于下部降压桥臂19)。第二半导体设备2p和第三半导体设备3p以及第五半导体设备2n和第六半导体设备3n以半桥配置连接。上部降压桥臂18的切换中间节点形成经由第一降压电感器(在此称为上部降压电感器Lp)连接到输出P的上部切换节点端子p，而下部降压桥臂19的切换中间节点形成经由第二降压电感器(在此称为下部降压电感器Ln)连接到输出N的下部开关节点端子。
堆叠降压桥臂18、19两者的公共节点m连接到输出滤波器14的中点，该输出滤波器包括串联连接在上输出节点P与下输出节点N之间的两个输出滤波电容器CPm、CmN。
第一桥臂18和第二降压桥臂19的第一导体设备1p和第四半导体设备1n是具有双向电压阻断能力的互连开关SzpDzp和DnzSnz，该互连开关允许将相应桥的切换中间节点(即，用于上部降压桥臂18的上部开关节点端子p和用于下部降压桥臂19的下部开关节点端子n)与中部中间电压节点z连接。上部降压桥臂18的互连开关SzpDzp包括与二极管Dzp反向串联连接的可主动切换半导体部件Szp(例如MOSFET)，从而创建电压双向互连开关。下部降压桥臂19的互连开关DnzSnz包括与二极管Dnz反向串联连接的可主动切换半导体部件Snz(例如MOSFET)，从而创建电压双向互连开关。
上部降压桥臂18连接在上部中间电压节点x与公共节点m之间，并且被布置成使得当开关Sxp闭合(导通、接通状态)时，电流可以从上部中间电压节点x经由开关Sxp流动到上部输出端子P，当开关Szp闭合(导通、接通状态)而开关Sxp断开(不导通、关断状态)时，电流可以从中部中间电压节点z经由互连开关SzpDzp流动到上部输出端子P，以及当开关Sxp和Szp断开(不导通、关断状态)时，电流可以从公共节点m经由二极管Dmp流动到上部输出端子P。
下部降压桥臂19连接在公共节点m与下部中间电压节点y之间，并且被布置成使得当开关Sny闭合(导通、接通状态)时，电流以从下部输出端子N经由开关Sny流动到下部中间电压节点y，当开关Snz闭合(导通、接通状态)而开关Sny断开(不导通、关断状态)时，电流可以从下部输出端子N经由互连开关DnzSnz流动到中部中间电压节点z，以及当开关Sny和Snz断开(不导通、关断状态)时，电流可以从下部输出端子N经由二极管Dnm流动到公共节点m。
有利地，作为输入滤波器13的一部分的三个高频(HF)滤波电容器Cx、Cy、Cz以星形连接的形式使中间电压节点x、y、z互连。通常，有利的是，三个电容器Cx、Cy、Cz具有基本上相等的值以便对称地加载AC电网。有利地，三个高频(HF)滤波电容器Cx、Cy、Cz的星点连接到降压桥臂18、19两者的公共节点m、并且连接到输出滤波器14的中点。
与具有三相AC输入电压中的最高电压的相输入端子A、B或C连接的相选择器11的桥臂以对应相输入端子A、B或C连接到上部中间电压节点x的方式进行切换。为了实现这一点，桥臂经由桥臂的上部二极管Dax、Dbx、Dcx将对应相接头a、b或c与节点x连接，而桥臂的对应选择器开关Saza、Sbzb、Sczc断开(不导通、关断状态)。与具有三相AC输入电压中的最低电压的相输入端子A、B或C连接的相选择器11的桥臂以对应相输入端子A、B或C连接到下部中间电压节点y的方式进行切换。为了实现这一点，桥臂经由桥臂的下部二极管Dya、Dyb、Dyc将对应相接头(phase connection)a、b或c与节点y连接，而桥臂的对应选择器开关Saza、Sbzb、Sczc断开(不导通、关断状态)。与具有三相AC输入电压的最高电压与最低电压之间的电压的相输入端子A、B或C连接的相选择器11的桥臂以对应相输入端子A、B或C连接到中部中间电压节点z的方式进行切换。为了实现这一点，桥臂经由闭合的(导通、接通状态)选择器开关Saza、Sbzb、Scic将对应相接头a、b或c与节点z连接。
在具有基本上均衡的相电压va、vb、vc的三相AC电网中，例如，如图2A所示，三相AC输入电压(市电电压)被转换成三个中间DC电压vxz、vzy、vxy，该三个中间DC电压在图2B中示出并且在上部中间电压节点x、下部中间电压节点y和中部中间电压节点z之间提供。这些DC电压因此以分段正弦形状示出。如以上所解释的，三相AC输入电压到三个中间DC电压的转换是相选择器11的操作结果。选择器开关Saza、Sbzb、Sczc的切换状态(接通→S＝1、关断→S＝0)在图2C中示出。可以看出，开关在AC市电电压的周期(360°；对应于50Hz电网频率下的20ms时间周期；也称为线循环)内的整个特定60°扇区期间(例如，从30°至90°、从90°至150°等)内连续地‘接通’或‘关断’。同样，相选择器的二极管在AC市电电压的周期(360°)内的整个特定扇区期间‘导通’或‘不导通’。参考图2A：
-二极管Dax在30°≤ωt<150°内导通，
-二极管Dbx在150°≤ωt<270°内导通，
-二极管Dcx在270°≤ωt<360°和0°≤ωt<30°内导通，
-二极管Dya在210°≤ωt<330°内导通，
-二极管Dyb在330°≤ωt<360°和0°≤ωt<90°内导通，
-二极管Dyc在90°≤ωt<210°内导通，
-开关Saza在0°≤ωt<30°和150°≤ωt<210°和330°≤ωt<360°内导通，
-开关Sbzb在90°≤ωt<150°和270°≤ωt<330°内导通，
-开关Sczc在30°≤ωt<90°和210°≤ωt<270°内导通。
开关和二极管的状态组合(导通/不导通)对于三相AC输入电压的每个60°扇区都是唯一的并且取决于相输入端A、B、C的电压值。开关和二极管的6种唯一状态的序列会在AC市电电压的每个周期(360°)内重复其自身。
从中间电压节点x、y、z朝向输出端子P、N的视角来看，可以识别出DC-DC降压电路(上部降压电路)，该DC-DC降压电路具有三个输入端口x、z、m以及两个输出端口P、m，并且包括上部降压桥臂18、上部降压电感器Lp和上部输出电容器CPm。该上部降压电路的输入端口x和m之间的电压是跨电容器Cx两端的电压vCx＝vx-vm(vx和vm在图2D中示出)，该上部降压电路的输入端口z和m之间的电压是跨电容器Cz两端的电压vCz＝vz-vm(vz和vm在图2D中示出)，并且该上部降压电路的输出端口P和m之间的电压是跨电容器CPm两端的电压VPm＝vP-vm(vP和vm在图2D中示出)。VPm具有基本上等于总DC总线电压的一半的电压值(VPm≈VDC/2)。
从中间电压节点x、y、z朝向输出端子P、N的视角来看，可以识别出‘反向的’(负输入电压和负输出电压)DC-DC降压电路(下部降压电路)，该DC-DC降压电路具有三个输入端口y、z、m以及两个输出端口n、m，并且包括下部降压桥臂19、下部降压电感器Ln和下部输出电容器CmN。该下部降压电路的输入端口y和m之间的电压是跨电容器Cy两端的电压vCy＝vy-vm(vy和vm在图2D中示出)，该下部降压电路的输入端口z和m之间的电压是跨电容器Cz两端的电压vCz＝vz-vm(vz和vm在图2D中示出)，并且该下部降压电路的输出端口N和m之间的电压是跨电容器CmN两端的电压VNm＝vN-vm(vN和vm在图2D中示出)。VNm具有基本上等于总DC总线电压的负一半的电压值(VNm≈-VDC/2)。
通过在指定的可能可变切换频率fs下对上部降压电路的开关Sxp和Szp的控制信号进行PWM调制(脉宽调制)，可以将上部降压桥臂18的上部开关节点端子p交替连接到上部中间电压节点x、中部中间电压z、或公共节点m。这在节点p与m之间产生切换电压vpm，该切换电压vpm因此可以具有三个电压水平。开关Sxp和Szp的经PWM调制的控制信号的占空比(即，切换周期Ts＝1/fs内的相对接通时间)定义了切换周期内的电压vpm的平均值<vpm>。对这些占空比的控制以及对切换循环平均值<vpm>的控制允许例如使用闭合回路PI(比例-积分)控制结构来控制在上部降压电感器Lp中的电流iLp的开关循环平均值<iLp>。另外，这些占空比的控制允许通过引导电感器电流iLp流过Sxp(＝ix)持续特定时间(即，在Sxp的接通时间间隔期间)和流过SzpDzp(＝izp)持续特定时间(即，在＝ix的接通时间间隔期间)，控制上部降压桥臂18的输入电流ix和izp的开关循环平均值<ix>和/或<izp>。
通过在指定的可能可变切换频率fs下对下部降压电路的开关Sny和Snz的控制信号进行PWM调制(脉宽调制)，可以将下部降压桥臂19的下部开关节点端子n交替连接到下部中间电压节点y、中部中间电压z、或公共节点m。这在节点m与n之间产生切换电压vmn，该切换电压vmn因此可以具有三个电压水平。开关Sny和Snz的经PWM调制的控制信号的占空比(即，切换周期Ｔs＝1/fs内的相对接通时间)定义了切换周期内的电压vnm的平均值<vnm>。对这些占空比的控制以及对开关循环平均值<vnm>的控制允许例如使用闭合回路PI(比例-积分)控制结构来控制在下部降压电感器LN中的电流iLn的开关循环平均值<iLn>。另外，这些占空比的控制允许通过引导电感器电流iLn流过Sny(＝iy)持续特定时间(即，在Sny的接通时间间隔期间)和流过DnzSnz(＝izn)持续特定时间(即，在Snz的接通时间间隔期间)，控制下部降压桥臂19的输入电流iy和izn的切换循环平均值<iy>和/或<izn>。
电流iz等于上部降压电路输入电流izp与下部降压电路输入电流izn之和(iz＝izp+izn)，这对这些电流的切换循环平均值也成立(<iz>＝<izp>+<izn>)。
通常，可以认为输出功率级12的输入处的电流ix、iy、iz的HF分量被HF滤波电容器Cx、Cy、Cz大幅滤除。结果，相选择器11的输出处的电流i′x、i′y、i′z大致等于电流ix、iy、iz的切换循环平均值<ix>、<iy>、<iz>、即，i′x≈<ix>、i′y≈<iy>、i′z≈<iz>。
开关Sxp和Szp的PWM控制信号的占空比使得切换循环平均值<vpm>基本上等于总DC总线电压的一半(<vpm>＝VPm≈VDC/2；参见图2D)，而开关Sny和Snz的PWM控制信号的占空比使得切换循环平均值<vnm>基本上等于总DC总线电压的负一半(<vnm>＝VNm≈-VDC/2；参见图2D)。这意味着上部降压电感器Lp和下部降压电感器Ln两者的切换循环平均电压(即，伏特-秒乘积)基本上等于零。
电感器Lp、Ln中的电流iLp、iLn的切换循环平均值<iLp>、<iLn>的示例在图2E中示出。如图可见，可以控制电流iLp以使其具有等于所请求的DC输出电流的切换循环电流平均值(<iLp>＝IDC)，并且可以控制电流iLn以使其具有等于负的所请求的输出电流的开关电流平均值(<iLn>＝-IDC)。
图2E还示出了电流ix、iy、iz<iz>的切换循环平均值<ix>、<iy>、<iz>的示例。如图所见，可以控制这些电流以使其具有分段正弦形状。相选择器11的输出处的电流i′x＝<ix>、i′y＝<iy>、i′z＝<iz>因此具有相同的分段正弦形状并且被变换(即，由于相选择器11的操作而被变换)成三个正弦AC相电流ia、ib、ic，该三个正弦AC相电流在图2F中示出，从而实现电转换器10的功率因数校正(PFC)操作。
图2G示出了上部降压桥臂18的开关和二极管(Sxp、Szp、Dzp、Dmp)的占空比的示例(其中，占空比Dut:0≤Dut≤1，其中Dut＝0是指在切换周期Ts内的连续‘关断’，而Dut＝1是指在切换周期Ts内的连续‘接通’)，并且图2H示出了下部降压桥臂19的开关和二极管(Sny、Snz、Dnz、Dnm)的占空比。这些占空比对应于图2A至图2F的示例。
从图2H可以看出，在电源电压(mains voltage)的线循环内的某些时间间隔期间，开关Snz的控制信号的占空比为零，即，在这些时间间隔中，开关Snz连续断开(不导通)。依据图2B，vzy>vxn的时间间隔是这种情况。这意味着电流izn(及其切换循环平均值<izn>)在这些时间间隔期间为零，从而导致在这些时间间隔期间i′z＝<iz>＝<izp>(>0)，如也可以从图2I和图2E中看出的。类似地，从图2G可以看出，在电源电压(mains voltage)的线循环内的某些时间间隔期间，开关Szp的控制信号的占空比为零，即，在这些时间间隔中，开关Szp连续断开(不导通)。依据图2B，vzy<vxz的时间间隔是这种情况。这意味着电流izp(及其切换循环平均值<izp>)在这些时间间隔期间为零，从而导致在这些时间间隔期间i′z＝<iz>＝<izn>(<0)，这也可以从图2I、图2E中看出。如图2G和图2H所示，由上部降压电路和下部降压电路执行的逐步降低步骤包括交替地(即，使用PWM信号)在第一时间间隔T1期间(其中vzy>vxz)将中部中间节点z连接到上部降压电路的上部开关节点端子p，并在第二时间间隔T2期间(其中vzy<vxz)将中部中间节点z连接到下部降压电路的下部开关节点端子n。在第一时间间隔T1期间，开关Szp以一定的切换频率和第一变化的占空比连续地接通和关断，而开关Snz关断。在第二时间间隔T2期间，开关Szp关断，而开关Snz以一定的切换频率和第二变化的占空比连续地接通和关断。
图2J示出了在电源电压的线循环内上部降压桥臂18的开关Sxp和Szp的状态，并且图2K示出了在电源电压的线循环内下部降压桥臂19的开关Sny和Snz的状态。开关Sxp、Szp、Sny、Snz全部是以大幅高于电源频率(例如，50Hz)的频率(即，切换频率fs；例如，100kHz)进行PWM调制，如从黑色条可见，其指示对应开关的PWM调制。如上所述，在电源电压的线循环内vzy>vxz的时间间隔期间，开关Snz连续断开(不导通)，而在电源电压的线循环内vzy<vxz的时间间隔期间，开关Szp连续断开(不导通)。
图3至图5示出了在微秒时间轴上(即，关于电转换器10的输出功率级12的桥臂的三个相继开关循环)的电流、电压和开关信号的图。每个开关循环的切换周期Ts等于1/fs，其中fs是切换频率。图3对应于市电电压的线循环内ωt＝40°附近的时间间隔(参见图2A至图2K中的附图标记III)，图4对应于市电电压的线循环内ωt＝60°附近的时间间隔(参见图2A至图2K中的附图标记IV)，并且图5对应于市电电压的线循环内ωt＝80°附近的时间间隔(参见图2A至图2K中的附图标记V)。对于全部图3至图5，相选择器11的选择器开关和二极管处于以下开关状态，也参见图2C：
-开关Saza＝0(关断)，二极管Dax＝1(导通)，二极管Dya＝0(阻断)；相接头a与节点x连接；
-开关Sbzb＝0(关断)，二极管Dbx＝0(阻断)，二极管Dyb＝1(导通)；相接头b与节点y连接；
-开关Sczc＝1(接通)，二极管Dcx＝0(阻断)，二极管Dyc＝0(阻断)；相接头c与节点z连接。
图3至5的左列(“上部降压电路”)对应于上部降压电路的操作，而图3至图5的右列(“下部降压电路”)对应于下部降压电路的操作。图3至图5中的每个图示出了：
-经PWM调制的上部降压桥臂18的开关和二极管Sxp、Szp、Dzp、Dmp的控制信号以及经PWM调制的下部降压桥臂19的开关和二极管Sny、Snz、Dzz、Dnm的控制信号；‘1’是指‘接通’和导通，而‘0’是指‘关断’和不导通；参见图3至图5的第一行，
-跨上部降压电感器Lp两端的电压vLp和跨下部降压电感器Ln两端的电压vLn；参见图3至图5的第二行，
-上部降压电感器Lp中的电流iLp(和该电流的切换循环平均值<iLp>＝IDC)以及下部降压电感器Ln中的电流iLn(和该电流的切换循环平均值<iLn>＝-IDC)；参见图3至图5的第三行，
-上部降压桥臂18中的输入电流ix(和该电流的切换循环平均值<ix>)以及下部降压桥臂19中的输入电流iy(和该电流的切换循环平均值<iy>)；参见图3至图5的第四行，
-上部降压桥臂18中的输入电流izp(和该电流的切换循环平均值<izp>)以及下部降压桥臂19中的输入电流inz(和该电流的切换循环平均值<inz>)；参见图3至图5的第五行。
在图3的相关时间间隔中，即，在电源电压的线循环内ωt＝40°附近(参见图2A至2K中附图标记III)，vzy>vxz，i′z＝<iz>＝<izp>，并且<izn>＝0，即，开关Snz的控制信号的占空比等于零(开关Snz连续断开；不导通)。
在图4的相关时间间隔中，即，在电源电压的线循环内ωt＝60°附近(参见图2A至2K中附图标记IV)，vzy＝vxz，<izp>＝0，<izn>＝0，并且i′z＝<iz>＝<izp>+<inz>＝0，即，开关Szp和Snz的控制信号的占空比等于零(开关Szp和Snz连续断开；不导通)。
在图5的相关时间间隔中，即，在电源电压的线循环内ωt＝80°附近(参见图2A至2K中附图标记V)，vzy<vxz，<izp>＝0，并且i′z＝<iz>＝<inz>，即，开关Szp的控制信号的占空比等于零(开关Szp连续断开；不导通)。
在图3至图5中，输出功率级12的降压桥臂18、19的半导体设备(开关和二极管)依次导通。例如，在图3中，在切换周期Ts(＝1/fs)内，经PWM调制的上部降压桥臂18的开关和二极管的导通序列如下：
-时间间隔1(int1；参见图3左上方的插图)：Sxm导通，而SzpDzp和Dmp不导通；
-时间间隔2(int2；参见图3左上方的插图)：SzpDzp导通，而Sxp和Dmp不导通，
-时间间隔3(int3；参见图3左上方的插图)：Dmp导通，而Sxp和SzpDzp不导通。
在时间间隔1、2和3期间，切换Sny使得它在SzpDzp或Dmp导通时(即，在Dmp关断时)接通，并且因此Dnm与Dmp同时切换(参见图3右上方的插图)。在之后的切换周期中，该序列重复自身。注意这仅是示例，并且上部降压电路和下部降压电路可以彼此独立操作。例如，第一降压电路和第二降压电路的操作可以交错，从而导致Dmp和Dnm的接通时间重叠。也可以将可能包括更多时间间隔的不同导通序列用于降压桥臂。例如，在图3中，在切换周期Ts(＝1/fs)内，可以将第四导通时间间隔添加到经PWM调制的上部降压桥臂18的开关和二极管的导通序列，这可以使得：
-时间间隔1(int1’)：Sxp导通，而SzpDzp和Dpm不导通，
-时间间隔2(int2’)：SzpSzp导通，而Sxp和Dpm不导通，
-时间间隔3(int3’)：Dpm导通，而Sxp和SzpDzp不导通，
-时间间隔4(int4’)：SzpDzp导通，而Sxp和Dpm不导通。
如在图2G和图2H中可见，Sxp的占空比(DutSxp)可以随电压vx同步增加和减小，Sny的占空比(DutSny)可以随电压-vy同步增加和减小，当vzy>vxz时Szp的占空比(DutSzp)可以随电压vz同步增加和减小，并且当vzy<vxz时，Snz的占空比(DutSnz)可以随电压vz同步增加和减小。
图6A至图6E分别示出了电源电压的整个线循环(360°)内的电流iLp、iLn、ix、iy、iz。还示出了这些电流的切换循环平均值<iLp>、<iLn>、<ix>、<iy>、<iz>，这些电流对应于2E所示电流。
为了使电转换器的AC输入电流的总谐波失真(THD)最小化，有利地，使相电流ia、ib、ic的高频纹波最小化，这是由输入滤波器13负责的。
与其中第一降压电路和第二降压电路并联连接在上部中间节点与下部中间节点之间的实施例相比，本发明的实施例的优点在于电流可以更小。实际上，如果两个降压电路并联连接在上部中间节点与下部中间节点之间，其中一个降压电路连接到正节点，而另一个连接到负节点，则一个降压电路会看到另一降压电路的反向电流，因而产生较大的电流。在如本发明的实施例中的两个降压电路串联连接在上部中间节点与下部中间节点之间时不存在该缺点。
在图7中示出了电转换器200，其与转换器10的不同之处在于第三半导体设备3p和第六半导体设备3n不同：图1所示的转换器的输出功率级12的二极管Dnp、Dnm被输出功率级212中的可控制半导体开关Spm、Smn(在这种情况下是MOSFET)取代。这允许电感器电流<iLp>在Spm的导通时间间隔内也变为负，并且允许电感器电流<iLn>在Smn的导通时间间隔内也变为正，这在利用二极管(Dmp、Dnm)实施输出功率级12的情况下是不可能的。结果，可以实现对输出功率级212的所有半导体开关(Sxp、Szp、Spm、Sny、Snz、Smn)的准无损零电压切换(ZVS)。这允许以较低切换损失以及因此较高的能量效率进行电力转换。而且，可以使用较高切换频率以便增大功率密度(减小尺寸)并降低电转换器的200成本。图8A至图8E分别示出了在输出功率级212的ZVS操作的情况下电源电压的整个线循环(360°)内的电流iLp、iLn、ix、iy、iz。还示出了这些电流的切换循环平均值<iLp>、<iLn>、<ix>、<iy>、<iz>，这些电流对应于2E所示电流。
电转换器10(图1中示出)和200(图7中示出)是单向的，因为相选择器11和输出功率级12、212包含二极管，从而仅允许从AC电网20中汲取电力并将该电力在输出端处提供给负载21。另一方面，图9示出了双向电转换器300。电转换器300与转换器10、200的不同之处在于，相选择器11的二极管Dax、Dbx、Dcx、Dya、Dyb、Dyc和输出功率级12、212的二极管Dzp、Dmp、Dnz、Dnm分别由相选择器311中的可控制半导体开关Sxa、Sxb、Sxc、Say、Sby、Scy和输出功率级312中的可控制半导体开关Spz、Spm、Szn、Smn取代。注意，电转换器300可以用作DC到AC转换器，其中，A、B、C是输出端子，而P、N是输入端子，如本领域技术人员将清楚的。这在例如采用太阳能电池的应用中可能有用。
在图10中，示出了另一电转换器400，其与转换器10的不同之处在于，输出功率级412的堆叠降压桥臂18、19是使用提供相同功能性的第一半导体设备1p、第二半导体设备2p、第三半导体设备3p、第四半导体设备1n、第五半导体设备2n和、第六半导体设备3n的不同配置来实施的。而且，在电转换器400中，将中间电压节点x、y、z互连的HF电容器Cxy、Cxz、Czy以三角形构型而非星形构型连接。
在电转换器10、200和400中的任一个中，二极管可以由可主动切换半导体设备取代以允许电转换器的双向电力流(如在图9的实施例中)。
在电转换器10、200、300、和400中的任一个中，HF电容器Cx、Cy、Cz、Cxy、Cxz、Czy可以置于相输入端子A、B、C与相选择器11、311之间，并且以星形构型或三角形构型(deltaconfiguration)的形式将相输入端子A、B、C互连。也可以使用以星形构型或三角形构型或其组合的形式将中间电压节点x、y、z互连的一组HF电容器(如电转换器10、200、300、400)与将相输入端子A、B、C互连的一组HF电容器的组合。
在电转换器10、200和300中的任一个中，HF电容Cx、Cy、Cz以星形构型连接。替代性地，在这些电转换器中的任一个中可以使用这些电容器的三角形构型。
在电转换器400中，HF电容Cxy、Cxz、Czy以三角形构型连接。替代性地，可以使用这些电容器的星形构型。
在图11中，示出了另一电转换器500，其与转换器200的不同之处在于，输出滤波器14被包括升压级的有源输出滤波器514取代。有源输出滤波器可以用在图1、图7、图9、图10的电转换器中。
图12A、图12B示出了三相相选择器11的不同变体，这些变体可以用在图1、图7、图9、图10、图11中的任一个图的电转换器中。在图12A的示例性实施例中，每个可主动切换半导体设备Saza、Sbzb、和Sczc包括四个二极管以及具有一个反向并联二极管的一个晶体管。在图12B的示例性实施例中，每个可主动切换半导体设备Saza、Sbzb、和Sczc包括四个二极管以及具有一个反向并联二极管的一个晶体管，并且半导体设备Saza、Sbzb、和Sczc分别包括在臂15、16、17中。注意，当半导体设备Saza、Sbzb、和Sczc的晶体管关断(即，不导通)时，臂15、16、17中的电流仍可以流过半导体设备Saza、Sbzb、和Sczc的二极管。
如图1所示，为了实现中间电流i′x、i′y、i′z的分段正弦形状(这导致三个正弦AC相电流ia、ib、ic)，可以使用中央控制单元40，该中央控制单元控制电转换器10的所有可控制半导体设备(开关)，经由通信接口50向每个开关发送控制信号。具体地，半导体设备Saza、Sbzb、Sczc、Sxp、Sny、Szp、Snz由控制器40控制。此外，控制单元具有：测量输入端口42、43、44、45、46，用于接收以下各项的测量结果：
·42：AC电网相电压va、vb、vc；
·43：中间电流i′x、i′y、i′z；
·44：电感器电流iLp、iLn；
·45：DC总线电压VDC；
·46：DC总线中点电压VmN，
以及用于接收设定值的输入端口41，该设定值可以是所请求的DC输出电压
Figure BDA0003349365730000191
图13示出了在图1中以示意性方式示出的中央控制单元40的有利实施方式的框图。电转换器10在图13中表示为‘单线’等效电路，其中元件的注释对应于图1中给出的注释。信号线中的3条斜线指示多个信号的捆绑(bundling)，并且可以表示到向量表示的过渡。
控制单元40的目标是将输出电压VDC控制为经由输入端口41从外部单元接收到的所请求的设定值
Figure BDA0003349365730000192
以及均衡跨两个输出电容器CPm和CmN两端的电压，例如通过将跨下部输出电容器CmN两端的电压控制为基本上等于DC总线电压的一半来均衡。另外，从相输入(a、b、c)汲取的电流需要基本上呈正弦形状，并且与对应相电压基本上同相控制。如先前所解释的，这也可以通过控制中间电流i′x、i′y、i′z(即，代替直接控制相电流ia、ib、ic)以具有分段正弦形状来实现。
使用级联控制结构有利地完成对输出电压VDC的控制，该级联控制结构包括外部电压控制回路60和内部电流控制回路70。输出电压的设定值经由输入端口41输入到比较器61，并且与从测量装置95(例如，包括低通滤波器)获得的测量输出电压进行比较。比较器61的输出是输出电压的控制误差信号，该控制误差信号进一步输入到控制元件62(例如，包括比例积分控制块)，该控制元件输出与相电流有关的瞬时设定值和/或与电感器电流的DC分量有关的设定值。这些设定值被输入到乘法器63，并且与从输出相电压的归一化瞬时值的计算元件64获得的信号相乘。计算元件64的输入是从测量装置93(例如，包括低通滤波器)获得的测量相电压va、vb、vc。乘法器63的输出是(例如经低通滤波的)瞬时相电流ia、ib、ic和电感器电流iLp、iLn的(例如经低通滤波的)瞬时DC分量的设定值
Figure BDA0003349365730000193
设定值
Figure BDA0003349365730000194
基本上呈正弦形状并且与对应相电压基本上同相定位。设定值
Figure BDA0003349365730000195
基本上恒定，并且如上文所解释的，可以将到达附载21的DC输出电流表示为
Figure BDA0003349365730000196
和
Figure BDA0003349365730000197
在通过加法元件67和选择元件81之后，将设定值
Figure BDA0003349365730000198
输入到电流控制器70，该加法元件和选择元件的功能在下文中进一步详细描述。
电流控制器70分为五个单独的电流控制器71、72、73、74、75，其中：
·单独的电流控制器71用于控制中部中间电流i′z。这种控制是通过对输出功率级12的可控制开关的PWM调制来实现的。由于相选择器11的操作，于是，控制器71控制相输入A、B、C的电流，该输入具有介于三相AC电压的最高电压与最低电压之间的电压；
·单独的电流控制器72用于控制上部中间电流i′x。这种控制是通过对输出功率级12的可控制开关的PWM调制来实现的。通常，只有PWM控制信号的占空比以受控方式改变，但是可选地，开关的切换频率和/或导通序列也可以改变。例如，可以基于转换器的操作的测量结果从可能的导通序列的列表选择导通序列。而且，例如，可以选择切换频率以改善或优化转换器的操作，并且更具体地确保零电压切换。由于相选择器11的操作，于是，控制器72控制相输入A、B、C的电流，该输入具有三相AC电压的最高电压；
·单个独的流控制器73于控制下部中间电流i′y。这种控制是通过对输出功率级12的可控制开关的PWM调制来实现的。由于相选择器11的操作，于是，控制器73控制相输入A、B、C的电流，该输入具有三相AC电压的最低电压。
·单独的电流控制器74用于控制连接到上部降压桥臂18的输出滤波器14的上部电感器Lp中的电流。这种控制是通过对输出功率级12的可控制开关的PWM调制来实现的。
·单独的电流控制器75用于控制连接到下部降压桥臂19的输出滤波器14的下部电感器Ln中的电流。这种控制是通过对输出功率级12的可控制开关的PWM调制来实现的。
·电流控制器74和75联合地控制供应给负载21的电流。
选择器元件81用于根据相输入A、B、C的电压值将瞬时相电流的和电感器电流的设定值
Figure BDA0003349365730000201
发送到正确的单独电流控制器71、72、73、74、75，从而为每个单独电流控制器产生中间电流设定值
Figure BDA0003349365730000202
和电感器电流设定值
Figure BDA0003349365730000203
其中：
·将具有三相AC电压中的最高电压的相输入A、B、C的相电流的设定值发送到单独的电流控制器72，从而产生设定值
Figure BDA0003349365730000204
·将具有三相AC电压中的最低电压的相输入A、B、C的相电流的设定值发送到单独的电流控制器73，从而产生设定值
Figure BDA0003349365730000205
·将具有介于三相AC电压的最高电压与最低电压之间的电压的相输入A、B、C的相电流的设定值发送到单独的电流控制器71，从而产生设定值
Figure BDA0003349365730000206
·将输出滤波器14的上部电感器Lp的电感器电流的设定值发送到单独的电流控制器74，从而产生设定值
Figure BDA0003349365730000211
·将输出滤波器14的下部电感器Ln的电感器电流的设定值发送到单独的电流控制器75，从而产生设定值
Figure BDA0003349365730000212
在每个单独的电流控制器中，将接收到的瞬时电流的设定值
Figure BDA0003349365730000213
Figure BDA0003349365730000214
输入到比较器，例如单独的电流控制器71的比较器76，并且将该设定值与从测量装置94(例如，包括低通滤波器)和从测量装置97获得的测量电流i′x,测量、i′y,测量、i′z,测量、iLp,测量、iLn,测量进行比较。比较器的输出是电流的控制误差信号，该控制误差信号进一步输入到控制元件，例如单独的电流控制器71(例如，比例-积分控制器)的控制元件77。电流控制器70的输出(其是例如单独的电流控制器71、72、73、74、75的输出的捆绑组合)被输入到PWM生成元件，例如PWM生成元件54。PWM生成元件生成经PWM调制的控制信号以用于受PWM控制的桥臂(即，上部降压电路的上部降压桥臂18和下部降压电路的下部降压桥臂19)的可控半导体开关。这些经PWM调制的控制信号经由通信接口50发送到适当的桥臂。
取决于相输入A、B、C的电压值，在三相AC输入电压的每个60°扇区期间，相选择器11的选择器开关‘接通’或‘关断’，如上文结合图2C解释的。用于选择器开关的控制信号是由开关信号发生器51、52、53基于从测量装置93获得的测量相电压而生成的。
通过由加法元件67将偏移值与由乘法器63输出的(例如，经低通滤波的)瞬时相电流
Figure BDA0003349365730000215
ia、ib、和/或(例如，经低通滤波的)瞬时电感器电流ic的设定值iLp、iLn相加来完成DC总线中点均衡。通过使用比较器65将从测量装置96(例如，包括低通滤波器)获得的测量DC总线中点电压与设定值(例如，VDC/2)进行比较并将误差信号(比较器65的输出)馈送到控制元件66中来获得偏移值。
通过使用这样的控制单元40和在上文中详细描述的控制方法控制电转换器10来获得图2F中示出的相电流ia、ib、ic。如上文所解释的，相电流ia、ib、ic是间接控制的，即，这些相电流是控制中间电流i′x、i′y、i′z(图2E中示出)和/或电感器电流iLp、iLn和相选择器11的操作的结果。中间电流
Figure BDA0003349365730000216
的设定点是由选择器元件81基于测量的相电压从设定值
Figure BDA0003349365730000217
得到的。
在图14中，示出了另一种输出级12，在该输出级中，以上部桥臂718的第一并联连接和下部桥臂719的第二并联连接取代图1的堆叠串联连接的降压桥臂18、19，其中，上部桥臂718的第一并联连接与下部桥臂719的第二并联连接进行串联连接。上部桥臂718的第一并联连接包括两个第一半导体设备、两个第二半导体设备和两个第三半导体设备。下部桥臂719的第二并联连接包括两个第四半导体设备、两个第五半导体设备和两个第六半导体设备。第二半导体设备和第五半导体设备每个都是降压开关(Sxp1和Sxp2用于上部降压桥臂718，而Sny1和Sny2用于下部降压桥臂719)。第三半导体设备和第六半导体设备每个都是降压二极管(Dmp1和Dmp2用于上部降压桥臂718，而Dnm1和Dnm2用于下部降压桥臂719)。上部降压臂718的第二半导体设备和第三半导体设备以及下部降压臂719的第五半导体设备和第六半导体设备以半桥配置连接。上部降压桥臂718的切换中间节点形成上部开关节点端子p1、p2，这些上部开关节点端子经由相应的第一降压电感器(在此是上部降压电感器Lp1、Lp2)连接到输出P，而下部降压桥臂719的切换中间节点形成下部开关节点端子n1、n2，这些下部开关节点端子经由相应的第二降压电感器(在此是下部降压电感器Ln1、Ln2)连接到输出N。与在图1的实施例中一样，堆叠降压桥臂718、719的公共节点m连接到输出滤波器14的中点，该输出滤波器包括串联连接在上部输出节点P与下部输出节点N之间的两个输出滤波电容器CPm、CmN。降压桥臂718、719的第一导体设备和第四半导体设备每个都是具有双向电压阻断能力的互连开关Szp1Dzp1、Dnz1Snz1、Snp2Dzp2和Dnz2Snz2，该互连开关允许将相应桥的切换中间节点(即，用于上部降压桥臂718的上部开关节点端子p1、p2和用于下部降压桥臂719的下部开关节点端子n1、n2)与中部中间电压节点z连接。图14展示了可以通过提供多个并联的第一上部降压电路和多个并联的第二下部降压电路来调整输出级。这可以例如在需要更高功率时有用。当多个第一降压电路和第二降压电路如图14一样并联连接时，可以通过交错方式控制这样的相应第一降压电路和第二降压电路。
标记为“控制器”的功能块的功能可以通过使用专用硬件以及与适当软件相关联的能够执行软件的硬件提供。当由处理器提供时，功能可以由单一专用处理器、由单一共享处理器或由其中一些可以共享的多个单独的处理器提供。此外，术语“控制器”的明确使用不应被解释为排他性地指代能够执行软件的硬件，而可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及非易失性存储装置。常规的和/或定制的其他硬件也可以包括在内。
在以下编号条目中阐述了如本文描述的本披露的各方面。
1.一种用于在三相AC信号与DC信号之间进行转换的电转换器(10)，包括：
三个相端子(A，B，C)，
第一DC端子(P)和第二DC端子(N)，
相选择器(11)，该相选择器用于将该三个相端子连接到该电转换器的第一中间节点(x)、第二中间节点(y)和第三中间节点(z)；
第一降压电路，该第一降压电路包括可操作地连接到该第一DC端子(P)的第一开关节点端子(p)；以及第二降压电路，该第二降压电路包括可操作地连接到该第二DC端子(N)的第二开关节点端子(n)，其中该第一降压电路和该第二降压电路连接以将在该第一中间节点(x)、该第二中间节点(y)和该第三中间节点(z)处的电压转换成该第一DC端子与该第二DC端子(P，N)之间的电压，
其中，该第一降压电路和该第二降压电路串联连接在该第一中间节点(x)与该第二中间节点(y)之间，使得该第一降压电路和第二降压电路具有公共节点(z)；其中，该第一降压电路和该第二降压电路包括至少一个可主动切换设备，该至少一个可主动切换设备连接在该公共节点与该第三中间节点之间。
2.如条目1所述的电转换器，其中，该第一降压电路包括：
第一设备(1p)，该第一设备连接以用于中断该第一开关节点端子(p)与该第三中间节点(z)之间的电流，
第二设备(2p)，该第二设备连接以用于中断该第一开关节点端子(p)与该第一中间节点(x)之间的电流；
第三设备(3p)，该第三设备连接以用于中断该第一开关节点端子(p)与该公共节点之间的电流；
其中，该第一降压电路的所述第一设备、所述第二设备和所述第三设备中的至少两个是可主动切换的；以及
其中，该第二降压电路包括：
第四设备(1n)，该第四设备连接以用于中断该第二开关节点端子(n)与该第三中间节点(z)之间的电流，
第五设备(2n)，该第五设备连接以用于中断该第二开关节点端子(n)与该第二中间节点(y)之间的电流，以及
第六设备(3n)，该第六设备连接以用于中断该第二开关节点端子(n)与该公共节点(m)之间的电流；其中，该第二降压电路的所述第四设备、所述第五设备和所述第六设备中的至少两个是可主动切换的。
3.如前一条目所述的电转换器，其中，该第一设备和该第四设备是可主动切换的，并且该至少一个可主动切换设备包括该第一设备和该第四设备。
4.如条目2或3所述的电转换器，其中，该第二设备和该第三设备中的至少一个以及该第五设备和该第六设备中的至少一个是可主动切换的。
5.如前述条目中任一项所述的电转换器，其中，该第一降压电路被配置为允许将该第一开关节点端子(p)连接到该第一中间节点(x)、该第三中间节点(z)、和该公共节点(m)中的任一个；并且其中，该第二降压电路被配置为允许将该第二开关节点端子(n)连接到该第二中间节点(y)、该第三中间节点(z)和该公共节点(m)中的任一个。
6.如前述条目中任一项所述的电转换器，其中，该相选择器包括可主动切换以选择性地将该第三中间节点连接到该三个相端子的设备(Saza、Sbzb、Sczc)。
7.如前述条目中任一项所述的电转换器，进一步包括控制器(40)，该控制器被配置为控制该相选择器、该第一降压电路和该第二降压电路中的至少一个。
8.如前一条目所述的电转换器，其中，该相选择器(11)和该控制器(40)被配置为使得根据切换模式控制该相选择器的设备的切换，在该切换模式中：
具有最高电压的相端子连接到该第一中间节点，
具有最低电压的相端子连接到该第二中间节点，并且
具有介于该最高电压与该最低电压之间的中间电压的相端子连接到该第三中间节点。
9.如条目7或8所述的电转换器，其中，该控制器被配置为控制用于控制该第一降压电路和该第二降压电路的控制信号的占空比、切换频率和导通序列中的至少一个。
10.如前述条目中任一项所述的电转换器，其中，该第一降压电路和该第二降压电路进一步分别包括第一滤波电感器(Lp)和第二滤波电感器(Ln)，该第一滤波电感器连接在该第一开关节点端子(p)与该第一DC端子(P)之间，该第二滤波电感器连接在该第二开关节点端子(n)与该第二DC端子(N)之间。
11.如前述条目中任一项所述的电转换器，进一步包括至少一个滤波电容器、优选地至少两个滤波电容器(CPm，CmN)的串联连接，其连接在该第一DC端子与该第二DC端子(P，N)之间。
12.如前一条目所述的电转换器，其中，该公共节点(m)连接到该至少两个滤波电容器的串联连接的中点。
13.如前述条目中任一项所述的电转换器，包括滤波器(13)，该滤波器包括电容器(Cx，Cy，Cz；Cxy，Cxz，Czy)，这些电容器优选地以星形或三角形连接的形式将这些中间节点(x，y，z)互连。
14.如前一条目所述的电转换器，其中，这些电容器(Cx，Cy，Cz)以星形连接互连，并且其中，该公共节点(m)连接到该星形连接的星点。
15.如条目7、可选地结合前述条目中任一项所述的电转换器，包括测量装置(93，94，95，96，97)，该测量装置被配置为测量该DC信号、影响该DC信号的电信号、受该DC信号影响的电信号中的至少一个，并且其中，该控制器(40)包括控制回路(71至75)，该控制回路被配置为调整控制信号的占空比、切换频率和导通序列中的至少一个，以便基于这些测量装置的测量结果控制该第一降压电路和该第二降压电路中的至少一个。
16.如前一条目所述的电转换器，其中，这些测量装置包括以下各项中的至少一项：用于测量该第一开关节点端子(p)与该第一DC端子(P)之间的电流和该第二开关节点端子(n)与该第二DC端子(N)之间的电流中的至少一个的电流测量装置(97)，用于测量该三个相端子处的电压的电压测量装置(93)，测量该第二DC端子与该第一DC端子之间的电压的电压测量装置(95)，用于测量该相选择器与该第一中间节点、该第三中间节点和该第二中间节点之一之间的电流的电流测量装置(94)，用于测量该公共节点的电压的电压测量装置(96)。
17.如前述条目中任一项所述的电转换器，其中，该相选择器包括三个选择器臂(16，17，18)，该三个选择器臂用于将该三个相端子之一连接到该第一中间节点(x)、该第二中间节点(y)和该第三中间节点(z)，其中，该三个选择器臂中的每一个包括半桥，该半桥包括开关(Dax、Dbx、Dcx、Dya、Dyb、Dyc、Sxa、Sxb、Sxc、Say、Sby、Scy)。
18.一种电池充电系统，特别是用于给电动车辆的电池充电，该电池充电系统包括电源单元，该电源单元包括如前述条目中任一项所述的电转换器。
19.一种电动马达驱动系统，该电动马达驱动系统包括电源单元，该电源单元包括如条目1至17中任一项所述的电转换器。
20.一种梯度放大器，该梯度放大器包括如条目1至17中任一项所述的电转换器。
21.一种用于在三相AC信号与DC信号之间转换的方法，包括：
在该三相AC信号与中间信号之间进行转换，其中，在第一中间节点(x)、第二中间节点(y)和第三中间节点(z)之间施加该中间信号，其中，将该三相AC信号的电压选择性施加到该第一中间节点(x)、该第二中间节点(y)和该第三中间节点(z)，
使用第一降压电路和第二降压电路在这些中间信号与该DC信号之间进行转换，其中，该第一降压电路和该第二降压电路串联连接在该第一中间节点(x)与该第二中间节点(y)之间，使得该第一降压电路和该第二降压电路具有公共节点(m)，其中，所述转换包括使用该公共节点与该第三中间节点之间的至少一个可主动切换设备在第一时间间隔(T1)期间将该第三中间节点(z)连接到该第一降压电路的第一开关节点端子(p)，并在第二时间间隔(T2)期间将该第三中间节点连接到该第二降压电路的第二开关节点端子(n)。
22.如前一条目所述的方法，其中，具有最高电压的三相AC信号的电压被施加到该第一中间节点(x)，具有最低电压的三相AC信号的电压被施加到该第二中间节点(y)，并且具有介于该最高电压与该最低电压间的中间电压的三相AC信号的电压被施加到该第三中间节点(z)。
23.如前一条目所述的方法，其中，该使用第一降压电路和第二降压电路在该中间信号与该DC信号之间进行转换包括：
主动地控制连接在该第三中间节点(z)与该第一开关节点端子(p)之间的第一可切换设备(1p)、以及在该第三中间节点(z)与该第二开关节点端子(n)之间的第四可切换设备(1n)；
主动地控制连接在该第一中间节点(x)与该第一开关节点端子(p)之间的第二可切换设备(2p)和连接在该公共节点(m)与该第一开关节点端子(p)之间的第三可切换设备(3p)中的至少一个；
主动地控制在该第二中间节点(y)与该第二开关节点端子(n)之间的第五可切换设备(2n)和在该公共节点(m)与该第二开关节点端子(n)之间的第六可切换设备(3n)中的至少一个。
24.如条目21至23中任一项所述的方法，其中，该使用第一降压电路和第二降压电路在该中间信号与该DC信号之间进行转换包括：控制用于控制该第一降压电路和该第二降压电路的控制信号的占空比、切换频率、导通序列中的至少一个。
25.如条目21至24中任一项所述的方法，其中，该使用第一降压电路和第二降压电路在这些中间信号与该DC信号之间进行转换包括将该第一开关节点端子(p)连接到该第一中间节点(x)、该第三中间节点(z)和该公共节点(m)中的任一个；并且将该第二开关节点端子(n)连接到该第二中间节点(y)、该第三中间节点(z)和该公共节点(m)中的任一个。
以上虽然已结合特定实施例阐述了本发明的原理，但是应当理解，该描述仅通过示例做出并且不作为对保护范围的限制，保护范围由所附权利要求来确定。

Claims (23)

1.一种用于在三相AC信号与DC信号之间转换的电转换器(10)，包括：
三个相端子(A，B，C)，
第一DC端子(P)和第二DC端子(N)，
相选择器(11)，该相选择器用于将该三个相端子连接到该电转换器的第一中间节点(x)、第二中间节点(y)和第三中间节点(z)；
第一降压电路，该第一降压电路包括可操作地连接到该第一DC端子(P)的第一开关节点端子(p)；以及第二降压电路，该第二降压电路包括可操作地连接到该第二DC端子(N)的第二开关节点端子(n)，其中该第一降压电路和该第二降压电路连接以将在该第一中间节点(x)、该第二中间节点(y)和该第三中间节点(z)处的电压转换成该第一DC端子与该第二DC端子(P，N)之间的电压，
其中，该第一降压电路和该第二降压电路串联连接在该第一中间节点(x)与该第二中间节点(y)之间，使得该第一降压电路和该第二降压电路具有公共节点(m)，其中，该第一降压电路和该第二降压电路包括至少一个可主动切换设备，该至少一个可主动切换设备连接在该公共节点(m)与该第三中间节点之间，
其中，该第一降压电路被配置为允许将该第一开关节点端子(p)连接到该第一中间节点(x)、该第三中间节点(z)和该公共节点(m)中的任一个，并且其中，该第二降压电路被配置为允许将该第二开关节点端子(n)连接到该第二中间节点(y)、该第三中间节点(z)和该公共节点(m)中的任一个。
2.如权利要求1所述的电转换器，其中，该第一降压电路包括：
第一设备(1p)，该第一设备连接以用于中断该第一开关节点端子(p)与该第三中间节点(z)之间的电流，
第二设备(2p)，该第二设备连接以用于中断该第一开关节点端子(p)与该第一中间节点(x)之间的电流；
第三设备(3p)，该第三设备连接以用于中断该第一开关节点端子(p)与该公共节点之间的电流；
其中，该第一降压电路的所述第一设备、所述第二设备和所述第三设备中的至少两个是可主动切换的；并且
其中，该第二降压电路包括：
第四设备(1n)，该第四设备连接以用于中断该第二开关节点端子(n)与该第三中间节点(z)之间的电流，
第五设备(2n)，该第五设备连接以用于中断该第二开关节点端子(n)与该第二中间节点(y)之间的电流，以及
第六设备(3n)，该第六设备连接以用于中断该第二开关节点端子(n)与该公共节点(m)之间的电流；其中，该第二降压电路的所述第四设备、所述第五设备和所述第六设备中的至少两个是可主动切换的。
3.如前一权利要求所述的电转换器，其中，该第一设备和该第四设备是可主动切换的，并且该至少一个可主动切换设备包括该第一设备和该第四设备。
4.如权利要求2或3所述的电转换器，其中，该第二设备和该第三设备中的至少一个以及该第五设备和该第六设备中的至少一个是可主动切换的。
5.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，其中，该相选择器包括可主动切换以选择性地将该第三中间节点连接到该三个相端子的设备(Saza、Sbzb、Sczc)。
6.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，进一步包括控制器(40)，该控制器被配置为控制该相选择器、该第一降压电路和该第二降压电路中的至少一个。
7.如前一权利要求所述的电转换器，其中，该相选择器(11)和该控制器(40)被配置为使得根据切换模式控制该相选择器的设备的切换，在该切换模式中：
具有最高电压的相端子连接到该第一中间节点，
具有最低电压的相端子连接到该第二中间节点，并且
具有介于该最高电压与该最低电压之间的中间电压的相端子连接到该第三中间节点。
8.如权利要求6或7所述的电转换器，其中，该控制器被配置为控制用于控制该第一降压电路和该第二降压电路的控制信号的占空比、切换频率和导通序列中的至少一个。
9.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，其中，该第一降压电路和该第二降压电路进一步分别包括第一滤波电感器(Lp)和第二滤波电感器(Ln)，该第一滤波电感器连接在该第一开关节点端子(p)与该第一DC端子(P)之间，该第二滤波电感器连接在该第二开关节点端子(n)与该第二DC端子(N)之间。
10.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，进一步包括至少一个滤波电容器、优选地至少两个滤波电容器(CPm，CmN)的串联连接，其连接在该第一DC端子与该第二DC端子(P，N)之间。
11.如前一权利要求所述的电转换器，其中，该公共节点(m)连接到该至少两个滤波电容器的串联连接的中点。
12.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，包括滤波器(13)，该滤波器包括电容器(Cx、Cy、Cz；Cxy、Cxz、Czy)，这些电容器优选地以星形或三角形连接的形式将这些中间节点(x、y、z)互连。
13.如前一权利要求所述的电转换器，其中，这些电容器(Cx、Cy、Cz)以星形连接互连，并且其中，该公共节点(m)连接到该星形连接的星点。
14.如权利要求6、可选地结合前述权利要求中任一项所述的电转换器，包括测量装置(93，94，95，96，97)，该测量装置被配置为测量该DC信号、影响该DC信号的电信号、受该DC信号影响的电信号中的至少一个，并且其中，该控制器(40)包括控制回路(71至75)，该控制回路被配置为调整控制信号的占空比、切换频率和导通序列中的至少一个，以便基于这些测量装置的测量结果控制该第一降压电路和该第二降压电路中的至少一个。
15.如前一权利要求所述的电转换器，其中，这些测量装置包括以下各项中的至少一项：用于测量该第一开关节点端子(p)与该第一DC端子(P)之间的电流和该第二开关节点端子(n)与该第二DC端子(N)之间的电流中的至少一个的电流测量装置(97)，用于测量该三个相端子处的电压的电压测量装置(93)，测量该第二DC端子与该第一DC端子之间的电压的电压测量装置(95)，用于测量该相选择器与该第一中间节点、该第三中间节点和该第二中间节点之一之间的电流的电流测量装置(94)，用于测量该公共节点的电压的电压测量装置(96)。
16.如前述权利要求中任一项所述的电转换器，其中，该相选择器包括三个选择器臂(16，17，18)，该三个选择器臂用于将该三个相端子之一连接到该第一中间节点(x)、该第二中间节点(y)和该第三中间节点(z)，其中，该三个选择器臂中的每一个包括半桥，该半桥包括开关(Dax、Dbx、Dcx、Dya、Dyb、Dyc、Sxa、Sxb、Sxc、Say、Sby、Scy)。
17.一种电池充电系统，特别是用于给电动车辆的电池充电，该电池充电系统包括电源单元，该电源单元包括如前述权利要求中任一项所述的电转换器。
18.一种电动马达驱动系统，该电动马达驱动系统包括电源单元，该电源单元包括如权利要求1至16中任一项所述的电转换器。
19.一种梯度放大器，该梯度放大器包括如权利要求1至16中任一项所述的电转换器。
20.一种用于在三相AC信号与DC信号之间转换的方法，包括：
在该三相AC信号与中间信号之间进行转换，其中，在第一中间节点(x)、第二中间节点(y)和第三中间节点(z)之间施加该中间信号，其中，将该三相AC信号的电压选择性施加到该第一中间节点(x)、该第二中间节点(y)和该第三中间节点(z)，
使用第一降压电路和第二降压电路在这些中间信号与该DC信号之间进行转换，其中，该第一降压电路和该第二降压电路串联连接在该第一中间节点(x)与该第二中间节点(y)之间，使得该第一降压电路和该第二降压电路具有公共节点(m)，其中，所述转换包括使用该公共节点与该第三中间节点之间的至少一个可主动切换设备在第一时间间隔(T1)期间将该第三中间节点(z)连接到该第一降压电路的第一开关节点端子(p)，并在第二时间间隔(T2)期间将该第三中间节点连接到该第二降压电路的第二开关节点端子(n)，
其中，使用第一降压电路和第二降压电路在这些中间信号与该DC信号之间进行转换包括：将该第一开关节点端子(p)连接到该第一中间节点(x)、该第三中间节点(z)和该公共节点(m)中的任一个，并且将该第二开关节点端子(n)连接到该第二中间节点(y)、该第三中间节点(z)和该公共节点(m)中的任一个。
21.如前一权利要求所述的方法，其中，具有最高电压的三相AC信号的电压被施加到该第一中间节点(x)，具有最低电压的三相AC信号的电压被施加到该第二中间节点(y)，并且具有介于该最高电压与该最低电压间的中间电压的三相AC信号的电压被施加到该第三中间节点(z)。
22.如前一权利要求所述的方法，其中，使用第一降压电路和第二降压电路在该中间信号与该DC信号之间进行转换包括：
主动地控制连接在该第三中间节点(z)与该第一开关节点端子(p)之间的第一可切换设备(1p)、以及在该第三中间节点(z)与该第二开关节点端子(n)之间的第四可切换设备(1n)；
主动地控制连接在该第一中间节点(x)与该第一开关节点端子(p)之间的第二可切换设备(2p)和连接在该公共节点(m)与该第一开关节点端子(p)之间的第三可切换设备(3p)中的至少一个；
主动地控制在该第二中间节点(y)与该第二开关节点端子(n)之间的第五可切换设备(2n)和在该公共节点(m)与该第二开关节点端子(n)之间的第六可切换设备(3n)中的至少一个。
23.如权利要求20至22中任一项所述的方法，其中，使用第一降压电路和第二降压电路在该中间信号与该DC信号之间进行转换包括：控制用于控制该第一降压电路和该第二降压电路的控制信号的占空比、切换频率、导通序列中的至少一个。
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