CN1173068A - 开关模块、功率转换器及采用开关模块组成的功率转换器 - Google Patents

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Abstract

开关组件,包括第一自断路器件、与前者串联的第二自断路器件、与第一自断路器件逆并联的第一二极管、与第二自断路器件逆并联的第二二极管、及阴极连接第一与第二自断路器件连接点的第三二极管。还包括连接第一自断路器件正侧端子的第一外部端子、连接第二自断路器件负侧端子的第二外部端子、连接第三二极管阳极的第三外部端子、连接第一自断路器件控制信号端的第一外部控制端子、及连接第二自断路器件控制信号端的第二外部控制端子。

Description

开关模块、功率转换器及采用 开关模块组成的功率转换器
本发明涉及开关模块、功率转换器及采用开关模块组成的功率转换器，而更具体地涉及由多个串联的自断路器件组成的开关模块、带有低损耗缓冲电路的功率转换器及带有用开关模块组成的低损耗缓冲电路的功率转换器。
图25中示出了到目前为止所采用的由单个自断路器件组成的开关模块SM0。这一开关模块SM0是由诸如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等单个自断路器件S1及与自断路器件S1逆并联的单个续流二极管D1组成的。自断路器件S1的集电极引线(正侧端子)作为第一外部端子1引出，及自断路器件S1的发射极引线(负侧端子)作为第二外部端子2引出，并进一步将用于自断路器件S1的接通/断开控制的门信号引线30引出开关模块SM0。
图26中示出了采用这种开关模块SM0组成的传统的单相中点箝位功率转换器(此后称作“NPC倒相器”)的配置的实例。此外，图27中示出了图26中所示的NPC倒相器的电路配置图。
图26与27中所示的NPC倒相器由四个分别用单个自断路器件S1、S2、S3与S4及与它们逆并联的单个续流二极管D1、D2、D3与D4组成的串联开关模块SM01-SM04组成。开关模块SM01-SM04是通过将正侧开关模块的外部端子2连接到负侧开关模块的外部端子1上而串联的。再者，各自断路器件S1、S2、S3与S4与一个缓冲电路并联。各缓冲电路由一个缓冲二极管Ds、一个与缓冲二极管Ds串联的缓冲电容器Cs及一个与缓冲二极管并联的缓冲电阻器Rs组成。后缀到器件上的数字码1-4表示对应的模块SM01-SM04。在开关模块SM01与SM02的连接点与开关模块SM03与SM04的连接点之间，在与自断路器件S1-S4的极性相反的方向上串联箝位二极管DC1与DC2。从由带有电压Vd1与Vd2的电容器Cp1与Cp2组成的DC电压源(电压Vd＝Vd1+Vd2)，引出正侧端子10、零电压端子11及负侧端子12。通过线路电感L1、L3将串联的四个开关模块SM01-SM04连接在正与负侧端子10与12之间。再者，将箝位二极管DC1、DC2的连接点连接到零电压端子11上，并且在此还示出线路电感L2。从两个开关模块SM02与SM03的连接点上引出NPC倒相器的输出端20。
下面描述图26与27中所示的NPC倒相器的工作。
下面示出自断路器件S1-S4的开关操作与电压电平的关系。当自断路器件S1与S2接通时这一NPC倒相器输出电压Vd1，当自断路器件S2与S3接通时输出零电压，而当自断路器件S3与S4接通时输出电压-Vd2。为了简化说明，假设Vd1＝Vd2＝Vd/2。
在NPC倒相器中，例如，如果同时接通自断路器件S1-S3，便在自断路器件S1-S2-S3及箝位二极管DC2的通路中形成DC电压Vd1的短路，而过量的短路电流流经短路中的器件。为了防止这一短路电流，自断路器S1与S3相反地操作(当其中之一接通时另一个断开)并且自断路器件S2与S4也相反地操作。
下面描述图26与27中所示的缓冲电路的操作。各缓冲电路配置在靠近各自的自断路器件S1-S4以减少线路电感的影响。如果在电流正在流经线路电感L1及自断路器件S1与S2的状态中断开自断路器件S1，线路电感L1的剩余能量通过二极管Ds1充电缓冲电容器Cs1，如图28中所示。电容器Cs1的电压成为DC电压Vd1与线路电感L1的剩余能量的电压之和。当下一次接通自断路器件S1时缓冲电容器Cs1中的电荷通过通路从缓冲电容器Cs1→缓冲电阻器Rs1→自断路器件S1放电，而缓冲电容器Cs1中的电荷降低到接近零。这也适用于图29中所示的其它自断路器件S2-S4。
在图25中所示的开关模块SM0中，自断路器件S1及与之逆并联的续流二极管D1之间的接线长度变短而能减少它们之间的线路电感。但不能减少开关模块SM0与其它器件之间所需的线的电感。再者，在图27中所示的电路配置的缓冲电路的情况中，缓冲电阻器Rs1-Rs4消耗全部缓冲能量而因此其效率更差。
在解决这一缺点的努力中，提出了用于NPC倒相器的一种低损耗缓冲电路(日本电气工程师协会1995年全国会议，报告NO.5，320页，1178：“三电平倒相器的箝位缓冲器”)。这一建议的缓冲电路示出在图30中。
图30示出采用这种低损耗缓冲电路的NPC倒相器的单相主电路配置的一个实例。再者，对于图30中所示的电路，图31中示出了应用图25中所示的传统开关模块SM0的NPC倒相器的单相主电路配置的实例。
在图30与31中，作为图26与27中所示的NPC倒相器的放电缓冲电路的缓冲电路元件增加了缓冲二极管Ds1-Ds4、Ds22与Ds32、缓冲电容器Cs1-Cs4及缓冲电阻器Rs1-Rs4。
下面描述采用图30与31中所示的低损耗缓冲电路的NPC倒相器的操作。当在电流正在流经线路电感L1及自断路器件S1与S2的状态中断开自断路器件S1时，自断路器件S1的电压被线路电感L1的剩余能量升高。当自断路器件S1的电压超过缓冲电容器CS1的电压时，便将一个正向电压作用到缓冲二极管Ds1上而缓冲二极管Ds1成为接通状态。结果，线路电感L1的剩余能量流入缓冲电容器Cs1中。此时，如果缓冲电容器Cs1的电压升高到高于DC电压Vd1，超过的电压被缓冲电阻器Rs1放电，从而使缓冲电容器Cs1的电压等于电压Vd1。
这些状态示出于图32与图33中。将缓冲电容器Cs1的电压作用在自断路器件S1上，然后将DC电压Vd1平稳地作用在其上。当接通自断路器件S1时，电容器Cs1并不放电而是保持箝位在DC电压Vd1上。因此，只在断开时通过缓冲电阻器Rs1释放过量的电压，并从而能得到低损耗缓冲电路。
下面描述断开自断路器件S2时的操作。当自断路器件S2在接通状态中并且电流正在流经线路电感L2、箝位二极管Dc1及自断路器件S2的状态中断开自断路器件S2时，自断路器件S2的电压被线路电感L2的剩余能量升高。如果自断路器件S2的终端电压超过了缓冲电容器Cs2的电压，缓冲二极管Ds2成为接通状态，而线路电感L2的剩余能量流入缓冲电容器Cs2中。结果，缓冲电容器Cs2的电压升高，而缓冲电容器Cs2保持充电，因为即使缓冲电容器Cs2的电压成为高于DC电压Vd2，电荷也无处可去。图34中示出了这一状态中的电路图。
图35示出释放缓冲电容器Cs2的过度充电电荷的通路。在下一次接通自断路器件S2时，按照上述开关控制，自断路器件S3也在接通状态中。放电通路的次序为缓冲电容器Cs2→自断路器件S2→自断路器件S3→箝位二极管Dc2→DC电压源Cp2→缓冲二极管Ds22→缓冲电阻器Rs2。缓冲电容器Cs2的电压箝位在电压Vd2上并且只有超过电压Vd2的电压通过缓冲阻器Rs2释放。在自断路器件S3与S4的缓冲电路中也一样。
对于图30与31中所示的传统低损耗缓冲电路，缓冲二极管Ds22与Ds32成为新需要的。下面描述这些二极管Ds22与Ds32的操作。例如，当自断路器件S1与S2在接通状态中时，自断路器件S2的正侧端子上，即在缓冲电容器Cs2的一端上的电位变成等于在DC电压源的正侧端子10上的电位。假定没有缓冲二极管Ds22时，缓冲电容器Cs2的另一端上的电位变成等于DC电压源的负侧端子12上的电位。这便是，需要缓冲二极管Ds22来防止将DC电压源的全部电压作用在缓冲电容器Cs2上的状态，即将DC电压源的全部电压作用在自断路器件S2上。以相同方式，缓冲二极管Ds22防止将DC电源的全部电压作用在自断路器件S3上。
在采用图30与31中所示的传统低损耗缓冲电路的NPC倒相器的电路配置中，存在着这样的问题，接通/断开开关中的自断路器件的组合必须是自断路器件S2与S2，自断路器件S2与S3以及自断路器件S3与S4。这里有一个在日本专利公开(Kokai)号Hei4-295279中提出的其它开关控制系统的实例。
按照这一控制系统，通过取决于输出电流方向的要求只接通自断路器件，便有可能以消除无用的开关操作而减少损耗。这便是，当输出电流为正时，接通自断路器件S1与S2而输出电压电平为Vd1(Vd/2)；
当输出电流为正时，自断路器件S2接通而电压电平为0伏；
当输出电流为负时，自断路器件S3接通而电压电平为0伏；以及
当输出电流为负时，自断路器件S3与S4接通而电压电平为-Vd2(＝-Vd/2)。
换言之，当输出电流为正时，自断路器件S3与S4保持断开，从而不进行无用的开关。再者，当输出电流为负时，自断路器件S1与S2保持断开而不进行其无用的开关。这样便能降低开关损耗。
然而，当试图将这一控制系统应用在采用图30与31中所示的传统低损耗缓冲电路的NPC倒相器上时，便会产生下述问题。
这便是例如当输出电流为正时，有可能需要接通/断开自断路器件S2，同时自断路器件S3与S4保持在断开状态中。在这一情况中，即使在自断路器件S2接通时，由于自断路器件S3保持在断开状态中而不释放缓冲电容器Cs2的过剩电压。因此，每一次断开自断路器件S2时，缓冲电容器Cs2的电压都升高，而最终将缓冲电容器Cs2充电到DC电压源的总电压(Vd＝Vd1+Vd2)。结果，自断路器件S2的电压成为过电压。因此，难于将上述控制系统应用在具有图30与31中所示的低损耗缓冲电路的NPC倒相器上。上述传统开关模块与传统功率转换器具有下述问题：
1.当采用传统的开关模块组成功率转换器时，外部接线变长，线路电感增加，结果导致电路操作中的麻烦。
2.为了减少电路电感的影响，必须将缓冲电路布置得尽可能靠近开关模块，因此，缓冲电路配置受到限制。
3.靠近开关模块安装的传统缓冲电路具有大的损耗而使功率转换器的效率变得更坏。与之相关，不可避免地会加大冷却装置的尺寸。
4.装备传统的低损耗缓冲电路的中点箝位功率转换器具有开关控制的限制并且自断路器件取决于控制系统可能遭到过量电压的作用。
从而，本发明的一个目的为提供一种能降低功率转换器的主电路中的线路电感，能达到减少功率转换器的整个系统的尺寸并能方便低损耗缓冲电路的组成的开关模块。
本发明的另一个目的为提供装有低损耗缓冲电路的高效功率转换器。
本发明的又一目的为提供一种具有装备了不易遭受自断路器件的开关控制的限制的主电路的低损耗缓冲电路的功率转换器。
本发明的另一目的为提供采用开关模块组成的装有低损耗缓冲电路的高效功率转换器。
本发明的这些与其它目的能够通过提供一种开关模块达到，该开关模块包括第一自断路器件、与第一自断路器件串联的第二自断路器件、与第一自断路器件逆并联的第一二极管、与第二自断路器件逆并联的第二二极管及以其阴极连接在第一与第二自断路器件的连接点上的第三二极管。该开关模块还包括连接在第一自断路器件的正侧端子上的第一外部端子、连接在第二自断路器件的负侧端子上的第二外部端子、连接在第三二极管的阳极上的第三外部端子、连接在第一自断路器件的控制信号端上的第一外部控制端子及连接在第二自断路器件的控制信号端上的第二外部控制端子。
按照本发明的一个方面，提供了一种开关模块，它包括第一自断路器件、与第一自断路器件串联的第二自断路器件、与第一自断路器件逆并联的第一二极管、与第二自断路器件逆并联的第二二极管及以其阳极连接在第一与第二自断路器件的连接点上的第三二极管。该开关模块还包括连接在第一自断路器件的正侧端子上的第一外部端子、连接在第二自断路器件的负侧端子上的第二外部端子、连接在第三二极管的阴极上的第三外部端子、连接在第一自断路器件的控制信号端上的第一外部控制端子及连接在第二自断路器件的控制信号端上的第二外部控制端子。
按照本发明另一方面，提供了一种中点箝位功率转换器，它包括一个带有正侧端子、零电压端子与负侧端子的DC电压源、由上述开关模块组成的第一开关模块、由上述开关模块组成的第二开关模块、以及连接在第一开关模块的第二外部端子与第二开关模块的第一外部端子上的中点箝位功率转换器的输出端。第一开关模块的第一外部端子连接在DC电压源的正侧端子上。第一开关模快的第三外部端子与第二开关模块的第三外部端子连接在DC电压源的零电压端子上，并且第二开关模块的第二外部端子连接在DC电压源的负侧端子上。该中点箝位功率转换器还包括以其阴极连接在第一开关模块的第三外部端子上的第一缓冲二极管、连接在第一缓冲二极管的阳极与第一开关模块的第一外部端子之间的第一缓冲电容器、与第一缓冲电容器并联的第一缓冲电阻器、以其阴极连接在第一开关模块的第二外部端子上的第二缓冲二极管、连接在第二缓冲二极管的阳极与第一开关模块的第三外部端子之间的第二缓冲电容器、连接在第二缓冲二极管的阳极与DC电压源的负侧端子之间的第二缓冲电阻器、以其阳极连接在第二开关模块的第一外部端子上的第三缓冲二极管、连接在第三缓冲二极管与第二开关模块的第三外部端子之间的第三缓冲电容器、连接在第三缓冲二极管的阴极与DC电压源的正侧端子之间的第三缓冲电阻器、以其阳极连接在第二开关模块的第三外部端子上的第四缓冲二极管、连接在第四缓冲二极管的阴极与第二开关模块的第二外部端子之间的第四缓冲电容器以及与第四缓冲电容器并联的第四缓冲电阻器。
按照本发明的另一方面，提供了一种中点箝位功率转换器，它包括一个带有正侧端子、零电压端子与负侧端子的DC电压源、第一自断路器件、第二自断路器件、第三自断路器件与第四自断路器件的一串联电路、与第一自断路器件逆并联的第一二极管、与第二自断路器件逆并联的第二二极管、与第三自断路器件逆并联的第三二极管、与第四自断路器件逆并联的第四二极管、以及连接在第二与第三自断路器件的连接点上的中点箝位功率转换器的输出端子。第一自断路器件的正侧端子连接在DC电压源的正侧端子上，而第四自断路器件的负侧端子则连接在DC电压源的负侧端子上。该中点箝位功率转换器还包括以其阴极连接在第一与第二自断路器件的连接点上及其阳极连接在DC电压源的零电压端子上的第五二极管、以其阳极连接在第三与第四自断路器件的连接点上及其阴极连接在DC电压源的零电压端子上的第六二极管、以其阴极连接在第二与第三自断路器件的连接点上的第七二极管、以其阳极连接在第二与第三自断路器件的连接点上的第八二极管、以其阴极连接在第五二极管的阳极上的第九二极管、以及以其阳极连接在第六二极管的阴极上的第十二极管。该中点箝位功率转换器还包括连接在第九二极管的阳极与第一自断路器件的正侧端子之间的第一电容器、与第九二极管并联的第一电阻器、连接在第五二极管的阳极与第七二极管的阳极之间的第二电容器、连接在第七二极管的阳极与DC电压源的负侧端子之间的第二电阻器、连接在第八二极管的阴极与DC电压源的正侧端子之间的第三电阻器、连接在第六二极管的阴极与第八二极管的阴极之间第三电容器、连接在第十二极管的阴极与第四自断路器件的负侧端子之间的第四电容器、以及与第十二极管并联的第四电阻器。
随着参照附图考虑下面的详细描述而更好地理解本发明，将会容易地得出本发明的更全面的理解及其伴随的许多优点，附图中：
图1为展示按照本发明的第一实施例的开关模块的配置的图；
图2为展示图1中所示的开关模块的结构的图，其中(a)示出其平面图，及(b)示出其正面图；
图3为展示按照本发明的第二实施例的开关模块的配置的图；
图4为展示图3中所示的开关模块的结构的图，其中(a)示出其平面图，及(b)示出其正面图；
图5为展示按照本发明的第三实施例的开关模块的配置的图；
图5A为图5中所示的开关模块的分解透视图；
图6为展示图5中所示的开关模块的结构的图，其中(a)示出其平面图，(b)示出其正面图；
图7为展示按照本发明的第四实施例的开关模块的配置的图；
图8为展示图7中所示的开关模块的结构的图，其中(a)示出其平面图，及(b)示出其正面图；
图9为展示按照本发明的第五实施例的开关模块的配置的图；
图10为展示图9中所示的开关模块的结构的图，其中(a)示出其平面图，及(b)示出其正面图；
图11为展示照本发明的第六实施例的开关模块的配置的图；
图12为展示11中所示的开关模块的结构的图，其中(a)示出其平面图，及(b)示出其正面图；
图13为展示按照本发明的第七实施例的开关模块的配置的图；
图14为展示图13中所示的开关模块的结构的图，其中(a)示出其平面图，及(b)示出其正面图；
图15为展示按照本发明的第八实施例的开关模块的配置的图；
图16为展示图15中所示的开关模块的结构的图，其中(a)示出其平面图，及(b)示出其正面图；
图17为展示按照本发明的第九实施例的，装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器的电路图；
图18为展示按照本发明的第十实施例的，装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器的电路图；
图19为说明图18所示的NPC倒相器中的缓冲电容器的充电操作的图；
图20为说明图18中所示的NPC倒相器中的缓冲电容器与缓冲电阻器的放电操作的图；
图21为展示按照本发明的第十一实施例的，装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器的电路图；
图22为展示按照本发明的第十二实施例的，装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器的电路图；
图23为说明图22中所示的NPC倒相器中的缓冲电容器的充电操作的图；
图24为说明图22中所示的NPC倒相器中的缓冲电容器与缓冲电阻器的放电操作的图；
图25为展示传统的开关模块的一个实例的配置的图；
图26为展示采用图25中所示的开关模块组成的传统NPC倒相器的一个实例的电路图；
图27为图26中所示的NPC倒相器的电路图；
图28为说明图27中所示的NPC倒相器中的缓冲电容器的充电操作的图；
图29为说明图27中所示的NPC倒相器中的缓冲电容器的放电操作的图；
图30为展示装有低损耗缓冲电路的传统的NPC倒相器的一个实例的电路图；
图31为展示具有图30中所示的电路构成的，采用图25中所示的开关组件组成的传统NPC倒相器的电路图；
图32为说明图30中所示的NPC倒相器中的缓冲电容器的充电操作的图；
图33为说明图30中所示的NPC倒相器中的缓冲电容器的放电操作的图；
图34为说明图30中所示的NPC倒相器中的缓冲电容器的充电操作的图；以及
图35为说明图30中所示的NPC倒相器中的缓冲电容器的放电操作的图。
参见附图，其中相同的参照数字表示全体视图中的相同的或对应的部件，下面描述本发明的实施例。
图1示出按照本发明的第一实施例的开关模块SM1的配置。这一开关模块SM1由下述器件组成：两个串联的自断路器件S1与S2(它们分别由诸如IGBT构成)、与自断路器件S1与S2逆并联的续流二极管D1与D2、以及其阴极连接在两个自断路器件S1与S2的连接点上的箝位二极管Dc1。在开关模块SM1中，作为第一外部端子1引出自断路器件S1的集电极，即正侧端子，作为第二外部端子2引出自断路器件S2的发射极，即负侧端子，作为第三外部端子3引出箝位二极管Dc1的阳极，以及进一步将各自断路器件S1与S2的门信号端子31与32引出到外面。
图2示出图1中所示的开关模块SM1的配置的实例。图2中，(a)示出其平面图，及(b)示出其正面图。图2中，在开关模块SM1顶部中央以接近等间隔形成第一至第三外部端子1、2与3，并在开关模块SM1的较低层两端上形成门信号端子31与32。
再者，通过将其连接到DC电压源的正侧面在中点箝位功率转换器中使用设有箝位二极管Dc1的开关模块SM1。
通过固结两个自断路器件S1、S2及三个二极管D1、D2、Dc1将功率转换器组合成单一的开关模块SM1，便有可能减少功率转换器的主电路中的线路电感。通过使得起箝位二极管作用的二极管Dc1与两个自断路器件S1、S2之间的连接点之间的接线极小，便有可能使开关模块容易构成低损耗缓冲电路，并从而整个电路的大小得以减小。
图3示出按照本发明的第二实施例的开关模块SM2的配置。与图1和2中所示的开关模块SM1相比，这里所示的开关模块SM2的特征是两个自断路器件S1、S2之间的连接点，即新拉出二极管Dc1的阴极作为第四外部端子4。开关模块SM2的其它部分与开关模块SM1相同。
图4示出开关模块SM2的配置的实例。在开关模块SM2顶部中央接近等间隔处形成第一至第四外部端子1-4，并在开关模块SM2顶部两端形成门信号端子31与32。
第二实施例具有下述动作与效果，即在组成功率转换器时，通过固结两个自断路器件S1、S2及三个二极管D1、D2、Dc1形成单个开关模块SM2及尤其是通过提供第四外部端子4，除了第一实施例的动作与效果之外，不仅能容易地组成三级功率转换器还能组成二级功率转换器。在这一情况中，第四外部端子4成为二级功率转换器的输出端子。
图5示出按照本发明的第三实施例的开关模块SM3的配置。与图1和2中所示的开关模块SM1相比，这一开关模块SM3的特征在于附加提供了其阳极连接在正侧端子即自断路器件S1的集电极上的第四二极管Ds1，及其阴极连接在负侧端子，即自断路器件S2的发射极上的第五二极管Ds2。再者，拉出二极管Ds1的阴极作为第四外部端子4并拉出二极管Ds1的阳极作为第五外部端子5。
图6示出开关模块SM3的配置的实例。在开关模块SM3顶部中央接近等间隔上形成第一至第五外部端子1-5，并在开关模块SM3顶部两端上形成门信号端子31与32。
通过固结两个自断路器件S1、S2、及五个二极管D1、D2、Dc1、Ds1与Ds2而将功率转换器组成单个开关模块SM3，便有可能减少电路中的线路电感。特别是有可能使起箝位二极管作用的第三二极管Dc1、起缓冲二级管作用的第四与第五二管Ds1、Ds2、及两个自断路器件S1、S2的连接点之间的接线极度地小，由此减小整个电路的尺寸，及进一步构成一个低损耗缓冲电路。
图7示出按照本发第四实施例的开关模块SM4的配置。与图5和6中所示的开关模块SM3相比，这一开关模块SM4的特征在于拉出自断路器件S1、S2的连接点，即二极管Dc1的阴极，作为第六外部端子6。开关模块SM4的所有其余部分与开关模块SM3相同。
图8示出开关模块SM4的配置的实例。在开关模块SM4顶部中央接近等间隔上形成第一至第六外部端子1-6，并在开关模块SM4顶部两端形成门信号端了31与32。
与图5和6中所示的开关模块SM3相比，开关模块SM4专门设置了外部端子6，并在采用开关模块SM4组成功率转换器时，不仅能容易地组成三级功率转换器，还能组成二级功率转换器。
图9示出按照本发明的第五实施例的开关模块SM5的配置。这一开关模块SM5等价于图1与2中所示的开关模块SM1，它在与二极管Dc1的极性相反的方向上装有二极管Dc2来替代二极管Dc1。即开关模块SM5由两个串联的自断路器件S3、S4、分别与自断路器件S3、S4逆并联的续流二极管D3、D4、以及其阳极连接在自断路器件S3与S4的连接点上的箝位二极管Dc2组成。在这一开关模块SM5中，将自断路器件S3的集电极，即正侧端子拉出到外面作为第一外部端子1，将自断路器件S4的发射极，即负侧端子拉出作为第二外部端子2，拉出箝位二极管Dc2的阴极作为第三外部端子3。并进一步将各自断路器件S3与S4的门信号端子31与32拉出到外面。
图10示出开关模块SM5的配置的实例。在开关模块SM5顶部中央接近等间隔上形成第一至第三外部端子1-3，并在开关模块SM5的较低层两端形成门信号端子31与32。
再者，通过将其连接在中点箝位功率转换器中的DC电压源的负侧上而使用装有箝位二极管Dc2的开关模块SM5。
本实施例的动作与效果与图1及2中所示的第一实施例的相同。
图11示出按照本发明的第六实施例的开关模块SM6的配置。与图9及10中所示的开关模块SM5相比，这里所示的开关模块的特征在于两个自断路器件S3与S4的连接点，即新拉出二极管Dc2的阳极作为第四外部端子4。开关模块SM6的所有其它部分与开关模块SM5的相同。
图12示出开关模块SM6的配置的实例。在开关模块SM6顶部中央接近等间隔上形成第一至第四外部端子1-4，并在开关模块SM6顶部两侧形成门信号端子31与32。
本实施例的动作与效果与图3及4中所示的第二实施例的相同。
图13示出按照本发明的第七实施例的开关模块SM7的配置。与图9及10中所示的开关模块SM5相比，这一开关模块SM7的特征在于附加设置了以其阳极连接在正侧端子，即自断路器件S3的集电极上的第四二极管Ds3，以及以其阴极连接在负侧端子，即自断路器件S4的发射极上的第五二极管Ds4。此外，拉出二极管Ds3的阴极作为第四外部端子4并拉出二极管Ds4的阳极作为第五外部端子5。
图14示出开关模块SM7的配置的实例。在开关模块SM7顶部中央接近等间隔上形成第一至第五外部端子1-5，并在开关模块SM7顶部两端形成门信号端子31与32。
本实施例的动作与效果与图5及6中所示的第三实施例的相同。
图15示出按照本发明的第八实施例的开关模块SM8的配置。与图13及14中所示的开关模块SM7相比，这一开关模块SM8的特征在于自断路器件S3、S4的连接点，即拉出二极管Dc2的阳极作为第六外部端子6。开关组件SM8的所有其它部分与开关模块SM7相同。
图16示出开关模块SM8的配置的实例。在开关模块SM8顶部中央接近等间隔上形成第一至第六外部端子1-6，并在开关模块SM8顶部两端形成门信号端子31与32。
本实施例的动作与效果与图7及8中所示的第四实施例相同。
下面，以开关模块SM3作为例子描述制造开关模块SM1-SM8的方法。
图5A为开关模块SM3的分解透视图。用裸芯片安装法将自断路器件S1、自断路器件S2(未示出)、续流二极管、续流二极管D2(未示出)、缓冲二极管Ds1、缓冲二极管Ds2(未示出)及箝位二极管Dc1的芯片安装在基板上并加以接线以构成开关模块SM3，裸芯片安装法也用于制造传统的开关组件SM0。
其它开关模块SM1、SM2、SM4-SM8也用裸芯片安装法分别用开关模块SM1、SM2、SM4-SM8的电路所需要的芯片制成。因而省略制造它们的细节描述。
图17示出按照本发明的第九实施例的装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器。图17示出单相(U相位)NPC倒相器的主电路，在三相输出倒相器的情况中，为V相位与W相位构成的主电路与U相位的相同。
图17中所示的功率转换器(NPC倒相器)PC1采用图1、2中所示的开关模块SM1与图9、图10中所示的开关模块SM5串联组成。分别将缓冲电路连接在并关模块SM1与SM5上。缓冲电路由缓冲电容器Cs1-Cs4、缓冲二极管Ds1-Ds4及缓冲电阻器Rs1-Rs4构成。在DC电压源(电压Vd)中设置正侧端子10、零电压端子11及负侧端子12。DC电压源(电压Vd＝Vd1+Vd2)示出为带有正侧端子10与零电压端子11以及零电压端子11与负侧端子12之间的电压Vd1与Vd2的电容器Cp1与Cp2。正与负侧端子10、12分别连接在串联的两个开关模块的SM1与SM5的两端上，即开关模块SM1的外部端子1及开关模块SM5的外部端子2上。开关模块SM1的外部端子2及开关模块SM5的外部端子1连接在输出端子20上。此外，两个开关模块SM1与SM5的外部端子3分别连接在零电压端子11上。到DC电源的线路电感分别用L1-L3示出。
第一缓冲二极管Ds1的阴极连接开关模块SM1的第三外部端子3上，而第一缓冲电容器Cs1连接在第一缓冲二极管Ds1的阳极与开关模块SM1的第一外部端子1之间。第一缓冲电阻器Rs1与第一缓冲二极管Ds1并联。第二缓冲二极管Ds2的阴极连接在开关模块SM1的第二外部端子2上，而第二缓冲电容器Cs2连接在开关模块SM1的第三外部端子3与第二缓冲二极管Ds2的阳极之间。第二缓冲电阻器Rs2连接在第二缓冲二极管Ds2的阳极与DC电压源的负侧端子12之间。第三缓冲二极管Ds3的阳极连接在开关模块的SM5的第一外部端子1上，而第三缓冲电容器Cs3连接在第三缓冲二极管Ds3的阴极与开关模块SM5的第三外部端子3之间。第三缓冲电阻器Rs3连接在第三缓二极管Ds3的阴极与DC电压源的正侧端子10之间。第四缓冲二极管Ds4的阳极连接在开关模块SM5的第三外部端子3上，而第四缓冲电容器Cs4连接在第四缓冲二极管Ds4的阴极与开关模块SM5的第二外部端子2之间。此外，第四缓冲电阻器Rs4与第四缓冲二极管Ds4并联。
应指出，图17中所示的NPC倒相器PC1中的开关模块SM1中的箝位二极管Dc1与开关模块SM5中箝位二极管Dc2的连接点与图30所示的传统NPC倒相器的箝位二极管Dc1与Dc2的连接点不同。
图17中，开关模块SM1中的箝位二极管Dc1连接在自断路器件S1与S2的连接点与开关模块SM1的第三外部端子3，即DC电压源(通过线路电感L2)的零电压端子11之间。图30中，箝位二极管Dc1连接在缓冲二极管Ds1与缓冲电容器Cs2的连接点与DC电压源(通过线路电感L2)的零电压端子11之间。
此外在图17中，开关模块SM5中的箝位二极管Dc2连接在自断路器件S3与S4的连接点与开关模块SM5的第三外部端子3，即DC电压源(通过线路电感L2的零电压端子)11之间。图30中，箝位二极管Dc2连接在缓冲二极管Ds4与缓冲电容器Cs3连接点与DC电压源(通过线路电感L2)的零电压端子11之间。
本实施例的动作与下面描述(图18)的第十实施例的相同，后者不受开关模块的限制组成，并将在第十实施例的部分中描述。
按照图17中所示的实施例，有可能提供装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器，其线路电感随着能使NPC倒相器的主电路的接线长度的缩短而减少。再者，按照本发明的NPC倒相器PC1具有这样的优点，即与装有低损耗缓冲电路的传统NPC倒相器相比，自断路器件的开关控制不受限制。此外，它具有在本实施例中不需要传统低损耗缓冲电路中必不可少的外部缓冲二极管Ds22与Ds32(图30与31)的优点，从而能够减少二极管的数目。
图18示出按照本发明的第十实施例的、装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器PC2。图18示出单相(U相位)NPC倒相器的主电路，在三相输出倒相器的情况中，V相位与W相位的主电路的组成与V相位的方式相同。
本实施例中与图17中所述的实施例的不同之处在于电路是由单个部件而不是用开关模块组成的。即在图18中所示的NPC倒相器PC2中，用单个的自断路器件S1、S2、续流二极管D1、D2及箝位二极管Dc1取代开关模块SM1。类似地，用单个的自断路器件S3、S4、续流二极管D3、D4及箝位二极管Dc2取代开关模块SM5。因此，图18中所示的电路配置基本上与图17中所示的电路等效。
下面示出NPC倒相器PC2中的自断路器件S1-S4的开关操作与电压电平之间的关系。接通自断路器件S1与S2时输出电压Vd1，接通自断路器件S2与S3时输出零电压，而接通自断器件S3与S4时输出电压-Vd2。为了使说明简单，这里假设电压为Vd1＝Vd2＝Vd/2。
在NPC倒相器中，在同时接通自断路器件S1-S3时，DC电压Vd1在通路自断路器件S1→S2→S3→箝位二极管Dc2中短路，结果，过量的短路电流流到自断路器件S1、S2与S3。为了防止这一短路电流，分别相反地操作自断路器件S1与S3、以及自断路器件S3与S4。
在假定电流正在流经线路电感L1及自断路器件S1与S2的状态中，缓冲电容器Cs1的电压为Vd1而且缓冲电容器Cs1在已充电状态中，此时，当断开自断路器件S1时，自断路器件S1的电压由线路电感L1的剩余能量提高，当这一电压超过缓冲电容器Cs1的电压时，正向电压作用在缓冲二极管Ds1上，而将其置于接通状态中。结果，线路电感L1的剩余能量流入并被缓冲电容器Cs1所吸收，如图19中所示。
即使缓冲电容器Cs1的电压升高，它仍将保存箝位在DC电压Vd1上，并因此过量电压被缓冲电阻器Rs1所释放，从而缓冲电容器Cs1的电压成为等于电压Vd1。放电电流的通路为Cs1→L1→Cp1→L2→Rs1→Cs1，如图20中所示。因为自断路器件S1的电压保持箝位在缓冲电容器Cs1的电压上，自断路器件S1的电压能保持接近电压Vd1。即使再度接通自断路器件S1，缓冲电容器Cs1并不放电而保持电压Vd1。缓冲电阻器Rs1所消耗的损耗只是缓冲电容器Cs1中充电的过量电压。从而，在本实施例中，损耗能比传统的放电型缓冲电路更剧烈地减少。
自断路器件S2的操作及其缓冲电路的动作与自断路器件S1的相同。当假定电流正在流经线路电感L2、箝位二极管Dc1及自断路器件S2与S3的状态中，缓冲电容器Cs2的电压为Vd2且缓冲电容器Cs2已在充电状态中。当断开自断路器件S2时，自断路器件S2的电压被线路电感L2所升高。当自断路器件S2的电压超过缓冲电容器Cs2的电压时，正向电压作用在缓冲二极管Ds2上，然后将其置于接通状态中。结果，线路电感L2的剩余能量流入并被缓冲电容器Cs2所吸收。此时，缓冲电容器Cs2的电压升高，但它保持箝在电压-Vd2上，因此过量电压被缓冲电阻器Rs2释放，从而缓冲电容器Cs2的电压成为等于电压-Vd2。即使在再度接通自断路器件S2时，缓冲电容器Cs2并不放电而保持电压-Vd2。因此，缓冲电阻器Rs2消耗的损耗只是充电在缓冲电容器Cs2中的过量电压，而电压损耗能比传统的放电型缓冲电路更剧烈地减少。此外，与传统的低损耗缓冲电路相比，在传统的低损耗缓冲电路中，为了释放充电在缓冲电容器Cs2的过量电压，必须再度接通自断路器件S2并且自断路器件S3也必须在接通状态中。然而，按照本发明的NPC倒相器PC2的低损耗冲电路中，不论自断路器件S2的操作状态如何，缓冲电容器Cs2及自断路器件S2的电压成为稳定地等于DC的电压-Vd2。
自断路器件S3、S4的缓冲电路的动作也与自断路器件S1、S2的相同。
按照本实施例，例如，公开在日本专利公开(Kokai)号Hei4-295279中的控制系统也适用于本实施例。按照该控制系统，有可能通过只根据输出电流的方向的要求接通自断器件而消除无用的开关操作来减少损耗。例如，当输出电流为正时，将自断路器件S3与S4固定在断开状态上。再者，当输出电流为负时，将自断路器件S1的S2保持在断开状态中。从而，消除无用的开关及减少开关损耗成为可能。
现在，将应用该控制系统的按照本发明的NPC倒相器与应用该控制系统的装有传统的低损耗缓冲电路的NPC倒相器作一比较。假定在输出电流为正且自断路器件S3与S4在断开状态的状态中接通/断开自断路器件S2。为了释放充电在传统的低损耗缓冲电路中的缓冲电容器Cs2中的过量的电压，除非再度接通自断路器件S2且自断路器件S3也在接通状态中，不会释放过量电压。反之，在按照本发明的NPC倒相器中的低损耗缓冲电路中，不论自断路器件S2的操作状态如何，有可能释放缓冲电容器Cs2的过量电压，并从而将缓冲电容器Cs2及自断路器件S2的电压稳定地保持在等于DC电压-Vd2的电平上。
传统的低损耗缓冲电路(图30与31)中需要的缓冲二极管Ds22与Ds32在按照本发明的NPC倒相器PC2的低损耗缓冲电路中不再需要。
假定例如自断路器件S1与S2在接通状态中。
在图30所示的电路中，当自断路器件S1与S2在接通状态中时，由于自断路器件S1在接通状态中，缓冲电容器Cs2的正侧端子上的电位成为等于DC电压源的正侧端子10上的电位。当假定没有缓冲二极管Ds22时，电流流经DC电压源的正侧端子10、缓冲电容器Cs2、缓冲电阻器Rs2及DC电压源的负侧端子12的串联电路。结果，电流继续流经缓冲电阻器Rs2而被缓冲电阻器Rs2增加损耗。为了防止这一状态，将缓冲二极管Ds22连接成如图30中所示，以防止这一电流流经缓冲电阻器Rs2。
在图18中所示的电路中，当自断路器件S1与S2在接通状态中时，缓冲电容器Cs2的正侧端子上的电位成为等于DC电压源的零电压端子11上的电位，且缓冲电容器Cs2的负侧端子上的电位成为接近等于DC电压源的负侧端子12上的电位。这便是，即使自断路器件S1在接通状态中时，箝位二极管Dc1在图18中所示方向上连接在自断路器件S1的负侧端子与缓冲电容器Cs2的正侧端子之间，而电流并不流经缓冲电容器Cs2。结果，不会出现将DC电压源的总电压Vd作用在缓冲电容器Cs2上的情况。
对于上述动作，在按照本发明的NPC倒相器的低损耗缓冲电路中，不会出现将DC电压源的总电压作用在缓冲电容器Cs2或Cs3上的情况，这在传统的低损耗缓冲电路中是一个问题。
按照图18中所示的实施例，有可能提供装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器。再者，与装有传统的低损耗缓冲电路的NPC倒相器相比，按照本发明的NPC倒相器具有自断路器件的开关控制不受限制的优点。此外，按照本发明的NPC倒相器具有另一优点，即不需要传统低损耗缓冲电路中所需要的外部缓冲二极管Ds22与Ds32，从而二极管的数目得以减少。
图21示出按照本发明的第十一实施例的装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器。图21示出单相(U相位)NPC倒相器的主电路，而在三相输出倒相器的情况中，V相位与W相位的主电路也以相同的方式组成。
图21中所示的NPC倒相器PC3由串联的图5与6中所示的开关模块SM3及图13与14中所示的开关模块SM7组成。与图17中所示的不同的缓冲电路连接在开关模块SM3与SM7上。外部缓冲电路由缓冲电容器Cs1-Cs4及缓冲电阻器Rs1-Rs4组成。这里缓冲二极管Ds1-Ds4内装在开关模块SM3、SM7中，而在开关模块SM3、SM7外部不使用缓冲二极管。在DC电压源(电压Vd)设有正侧端子10、零电压端子11及负侧端子12。电容器Cp1与Cp2分别连接在正侧端子10与零电压端子11之间，及零电压端子11与负侧端子12之间，以及电容器Cp1与Cp2的电压分别示出为Vd1与Vd2。正与负侧端子10与12分别连接在串联的二个开关模块SM3与SM7的两端上。开关模块SM3的外部端子2及开关模块SM7的外部端子1连接在输出端子20上。再者，两个开关模块SM3与SM7的外部端子3分别连接在零电压端子11上。到DC电压源的线路电感分别用L1-L3示出。
第一缓冲电阻器Rs1连接在开关模块SM3的第一与第四处部端子1与4之间。第一缓冲电容器Cs1连接在第三与第四外部端子与3与4之间，第二缓冲电容器Cs2连接在第三与第五外部端子3与5之间。第二缓冲电阻器Rs2连接在开关模块SM3的第五外部端子5与DC电压源的负侧端了12之间。类似地，第三缓冲电阻器Rs3连接在开关模块SM7的第四外部端子4与DC电压源的正侧端子10之间，及第三缓冲电容器Cs3连接在开关模块SM7的第三与第四外部端子与3与4之间。第四缓冲电容器Cs4连接在开关模块SM7的第三与第五外部端子3与5之间，及第四缓冲电阻器Rs4连接在第二与第五外部端子2与5之间。
应指出，图21中所示的NPC倒相器PC3中的开关模块SM3中的箝位二极管Dc1与开关模块SM7中的箝位二极管Dc2的连接点与图30所示的传统NPC倒相器箝位二极管Dc1与Dc2的连接点不同。
图21中，箝位二极管Dc1与Dc2连接在与图17中所示的NPC倒相器PC1中基本上相同的位置上，即开关模块SM3中的箝位二极管Dc1连接在自断路器件S1与S2的连接点与开关模块SM3的第三外部端子3，即DC电压源(通过线路电感L2)的零电压端子11之间。此外，开关模块SM7中的箝位二极管Dc2连接在自断路器件S3与S4的连接点与开关模块SM7的第三外部端子3，即DC电压源(通过线路电感L2)的零电压端子11之间。
本实施例的动作与稍后的描述的第十二实施例(图22)的相同，后者由不受限制的开关模块组成，并将在第十二实施例的部分中描述。
按照图21中所示的实施例，有可能提供装设有通过使NPC倒相器的主电路的接线长度缩短而减少的线路电感的低损耗缓冲电路的NPC倒相器。再者，与装有传统的低损耗缓冲电路的NPC倒相器相比，按照本发明的NPC倒相器具有自断路器件的开关控制不受限制的优点，此外还具有在本实施例中不需要传统的低损耗缓冲电路中所需的外缓冲二极管Ds22与Ds32的另一优点，从而二极管的数目得以减少。
图22示出按照本发明的第十二实施例的、装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器PC4。图22示出单相(U相位)NPC倒相器的主电路，在三相输出倒相器的情况中，V相位与W相位的主电路以与U相位相同的方式组成。
本实施例与图21中所示的实施例的不同之处在于电路是由单个部件而不采用开关模块组成的。这便是，在图22中所示的NPC倒相器PC4中，用单个的自断路器件S1、S2、续流二极管D1、D2、箝位二极管Dc1及缓冲二极管Ds1、Ds2取代了图21中所示的开关模块SM3。类似地，用单个的自断路器件S3、S4、续流二极管D3、D4、箝位二极管Dc2及缓冲二极管Ds3、Ds4取代了模块SM5。因此，图22中的电路配置与21中所示的电路基本上等效。
下面为图22中所示的NPC倒相器PC4中的自断路器件的开关操作与电压电平之间的关系的一个实倒。在自断路器件S1与S2接通时，输出电压Vd1，当自断路器件S2与S3接通时，输出零电压，而当自断路器件S3与S4接通时，输出电压-Vd2。为使描述简单，假定电压Vd1＝Vd2＝Vd/2。
在NPC倒相器中，例如，当同时接通自断路器件S1-S3时，如上所述DC电压Vd1在通路自断路器件S1→S2→S3→箝位二极管Dc2中短路，结果过量短路电流流经自断路器件S1、S2、与S3。为了防止这一过量短路电流，自断路器S1与S3相反地操作，而自断路器件S2与S4也相反地操作。
假定在电流正在流经线路电感L1及自断路器件S1、S2的状态中。此时，缓冲电容器Cs1的电压为Vd1且缓冲电容器Cs1已在充电状态中。在断开自断路器件S1时，自断路器件S1的电压被线路电感L1的剩余能量所提高。当电压超过缓冲电容器Cs1的电压时，正向电压作用在缓冲二极管Ds1上，后者成为按通状态。结果，线路电感L1的剩余能量流入并被缓冲电容器Cs1吸收。这一状态示出在图23中。此时，缓冲电容器Cs1的电压升高但保持箝位在DC电压Vd1上，因此，过量电流在图24中所示的通路缓冲电容器Cs1→缓冲电阻器Rs1中被缓冲电阻器Rs1释放，从而缓冲电容器Cs1的电压成为等于电压Vd1。由于自断路器件S1的电压保持箝位在缓冲电容器Cs1的电压上，自断路器件S1的电压便能保持在接近电压Vd1上。
即使在再度接通自断路器件S1时，缓冲电容器Cs1并不放电并保持电压Vd1。从而，缓冲电阻器Rs1消耗的损耗只是充电在缓冲电容器Cs1中的过量电压。从而，在本实施例中，能比传统的放电型缓冲电路更剧烈地减少损耗。
下面描述自断路器件S2及其缓冲电路的操作。假定在电流正在流经线路电感L2、箝位二极管Dc1及自断路器件S2、S3的状态中。此时，缓冲电容器Cs2的电压为Vd2且缓冲电容器Cs2在已充电状态中。当断开自断路器件S2时，自断路器件S2的电压由线路电感L2的剩余能量提高。自断路器件S2的电压超过缓冲电容器Cs2的电压时，正向电压作用在缓冲二极管Ds2上，它便成为接通状态。结果，线路电感L2的剩余能量流入并被缓冲电容器Cs2所吸收。此是，缓冲电容器Cs2的电压升高，但由于它保持箝位在电压Vd2上，过量电压被缓冲电阻器Rs2释放，从而缓冲电容器Cs2的电压成为等于电压Vd2。即使在再度接通自断路器件S2时，缓冲电容器Cs2也不放电且缓冲电容器Cs2的电压保持在Vd2上。因此，缓冲电阻器Rs2消耗的损耗只是充电在缓冲电容器Cs2中的过量电压，而电压损耗能比传统的放电型缓冲电路更剧烈地减小。此外，与传统的低损耗缓冲电路相比，为了释放充电在缓冲电容器Cs2中的过量电压，在传统的低损耗缓冲电路中，必须再度接通自断路器件S2并且自断路器件S3也必须在接通状态中。而在按照本发明的NPC倒相器PC4的低损耗缓冲电路中，缓冲电容器Cs2及自断路器件S2的电压成为稳定地等于DC电压Vd2，而与自断路器件S2的操作状态无关。
自断路器件S2与S4的缓冲电路的动作也与上述自断路器件S1与S2的相同。按照本实施例，例如，公开在日本专利公开(Kokai)号Hei-295279中的控制系统也适用于本实施例。按照这一控制系统，通过只接通根据输出电流的方向所需要的自断路器件而消除无用的开关操作，便能减少损耗。例如，当输出电流为正时，自断路器件S3与S4保持在断开状态中。再者，当输出电压为负时，自断路器件S1与S2保持在断开状态中。从而，使消除无用的开关及减小开关损耗成为可能。
按照本发明的应用这一控制系统的NPC倒相器与装有传统的低损耗缓冲电路的应用这一控制系统的NPC倒相器比较，假定输出电流为正且自断路器件S3与S4在断开状态中接通/断开自断路器件S2。为了在传统的低损耗缓冲电路中释放充电在缓冲电容Cs2中的过量电压，除非再次接通自断路器件S2且自断路器件S3也在接通状态中，充电在缓冲电容Cs2中的过量电压是不会释放的。反之，在按照本发明的NPC倒相器PC4的低损耗缓冲电路中，不论自断路器件S2的操作状态如何，都有可能释放缓冲电容器Cs2的过量电压，从而使缓冲电容器Cs2与自断路器件S2的电压稳定地等于DC电压Vd2。
按照本发明的NPC倒相器PC4的低损耗缓冲电路中不再需要传统的低损耗缓冲电路(图30与31)中所需的缓冲二极管Ds22与Ds32。假定例如自断路器件S1与S2在接通状态中。
在图30中所示的电路中，当自断路器件S1与S2在接通状态时，缓冲电容器Cs2正侧端子上的电位变为等于DC电压源的正侧端子10上的电位，因为自断路器件S1在接通状态中。当假定没有缓冲二极管Ds22时，电流流经DC电压源的正侧端子10、缓冲电容器Cs2、缓冲电阻器Rs2及DC电压源的负侧端子12的串联电路。结果，电流继续流过缓冲电阻器Rs2，从而被缓冲电阻器Rs2增加损耗。为了防止这种状态，如图30中所示连接了缓冲二极管Ds22来防止这一电流流经缓冲电阻器Rs2。
在图22所示的电路中，当自断路器件S1与S2在接通状态中时，缓冲电容器Cs2的正侧端子上的电位成为等于DC电压源的零电压端子11上的电位，而缓冲电容器Cs2的负侧端子上的电位成为接近等于DC电压源的负侧端子12上的电位。这便是，即使自断路器件S1在接通状态中时，箝位二极管Dc1在图22中所示的方向上连接在自断路器件S1的负侧端子与缓冲电容器Cs2的正侧端子之间，电流并不流过缓冲电容器Cs2。结果，不会出现DC电压源的总电压Vd作用在缓冲电容器Cs2上的情况。
对于上述动作，在按照本发明的NPC倒相器的低损耗缓冲电路中，不会出现DC电压源的总电压作用在缓冲电容器Cs2或Cs3上的情况，这在传统低损耗缓冲电路中是一个问题。
按照图22中所示的实施例，有可能提供装有低损耗缓冲电路的NPC倒相器。再者，与装有传统的低损耗缓冲电路的NPC倒相器相比，本发明的NPC倒相器具有自断路器件的开关控制不受限制并且不需要传统低损耗缓冲电路中所的外部缓冲二极管Ds22、Ds32的优点，从而二极管的数目得以减少。
从上面的描述中可以看到，按照本发明能得到下述效果。
1、按照本发明的开关模块，有可能使外部接线最短，降低功率转换器的主电路中的线路电感并减小功率转换器整个系统的大小。具体地，通过使箝位二极管与自断路器件之间的接线长度最短，有可能提供便于组成中点箝位倒相器中的低损耗缓冲电路的开关模块。此外，有可能提供二极倒相器与三级倒相器(中点箝位倒相器)公用的并且适应标准化的开关模块。
2、有可能提供装有本发明的能减少部件数目的低损耗缓冲电路的中点箝位的倒相器。此外，有可能提供装有低损耗缓冲电路的、在缓冲电容器的开关操作中不依赖于开关控制系统的高效功率转换器。
3、还有可能提供采用装有低损耗缓冲电路的开关模块组成的高效功率转换器。
显而易见，根据以上讲述，本发明的各种修正改变都是可能的。因此应理解：在所附的权利要求书的范围内，本发明可以用与这里具体描述的不同的方式来实践。

Claims (12)

1、一种开关组件，包括：
第一自断路器件；
与所述第一自断路器件串联的第二自断路器件；
与所述第一自断路器件逆并联的第一二极管；
与所述第二自断路器件逆并联的第二二极管；
以其阴极连接在所述第一与第二自断路器件的连接点上的第三二极管；
连接在所述第一自断路器件的正侧端子的第一外部端子；
连在所述第二自断路器件的负侧端子上的第二外部端子；
连接在所述第三二极管的阳极上的第三外部端子；
连接在所述第一自断路器件的控制信号端上的第一外部控制端子；以及
连在所述第二自断路器件的控制信号端上的第二外部控制端子。
2、按照权利要求1的开关组件，还包括：
连接在所述第一与第二自断路器件的所述连接点的第四外部端子。
3、按照权利要求1的开关组件，还包括：
以其阳极连接在所述第一自断路器件的所述的正侧端子上的第四二极管；
以其阴极连在所述第二自断路器件的所述负侧端子上的第五二极管；
连接在所述的第四二极管的阴极上的第四外部端子；及
连接在所述第五二极管的阳极上的第五外部端子。
4、按照权利要求3的开关组件，还包括：
连接在所述第一与第二自断路器件的所述连接点上的第六外部端子。
5、一种开关组件，包括：
第一自断路器件；
与所述第一自断路器件串联的第二自断路器件；
与所述第一自断路器件逆并联的第一二极管；
与所述第二自断路器件逆并联的第二二极管；
以其阳极连接在所述第一与第二自断路器件的连接点上的第三二极管；
连接在所述第一自断路器件的正侧端子上的第一外部端子；
连接在所述第二自断路器件的负侧端子上的第二外部端子；
连接在所述第三二极管的阴极上的第三外部端子；
连接在所述第一自断路器件的控制信号端上的第一外部控制端子；以及
连接在所述第二自断路器件的控制信号端上的第二外部控制端子。
6、按照权利要求5的开关组件，还包括：
连接在所述第一与第二自断路器件的所述连接点上的第四外部端子。
7、按照权利要求5的开关组件，还包括；
以其阳极连接在所述第一自断路器件的所述正侧端子上的第四二极管；
以其阴极连接在所述第二自断路器件的所述负侧端子上的第五二极管；
连接在所述第四二极管的阴极上的第四外部端子；及
连接在所述第五二极管的阳极上的第五外部端子。
8、按照权利要求7的开关组件，还包括：
连接在所述第一与第二自断路器件的所述连接点上的第六外部端子。
9、一种中点箝位功率转换器，包括；
带有正侧端子、零电压端子及负侧端子的DC电压源；
由按照权利要求1的所述开关组件组成的第一开关组件；
由按照权利要求5的所述开关组件组成的第二开关组件；
连在所述第一开关组件的所述第二外部端子及所述第二开关组件的所述第二外部端子的所述中点箝位功率转换器的输出端；
连接在所述DC电压源的所述正侧端子上的所述第一开关组件的所述第一外部端子；
与所述第二开关组件的所述第三外部端子连接在所述DC电压源的所述零电压端子上的所述第一开关组件的所述第三外部端子；
连接在所述DC电压源的所述负侧端子上的所述第二开关组件的所述第二外部端子；
以其阴极连接在所述第一开关组件的所述的第三外部端子上的第一缓冲二极管；
连接在所述第一缓冲二极管的阳极与所述第一开关组件的第一外部端子之间的第一缓冲电容器；
与所述第一缓冲电容器并联的第一缓冲电阻器；
以其阴极连接在所述第一开关组件的所述第二外部端子上的第二缓冲二极管；
连接在所述第二缓冲二极管的阳极与所述第一开关组件的所述第三外部端子之间的第二缓冲电容器；
连接在所述第二缓冲二极管的所述阳极与所述DC电压源的所述负侧端子之间的第二缓冲电阻器；
以其阳极连接在所述第二开关组件的所述第一外部端子上的第三缓冲二极管；
连接在所述第三缓冲二极管的阴极与所述第二开关组件的所述第三外部端子之间的第三缓冲电容器；
连接在所述第三缓冲二极管的所述阴极与所述DC电压源的所述正侧端子之间的第三缓冲电阻器；
以其阳极连接在所述第二开关组件的所述第三外部端子上的第四缓冲二极管；
连接所述第四缓冲二极管的阴极与所述第二开关组件的所述第二外部端子之间的第四缓冲电容器；以及
与所述第四缓冲电容器并联的第四缓冲电阻器。
10、一种中点箝位功率转换器，包括：
带有正侧端子、零电压端子及负侧端子的DC电压源；
第一自断路器件、第二自断路器件、第三自断路器件与第四自断路器件的串联电路；
与所述第一自断路器件逆并联的第一二极管；
与所述第二自断路器件逆并联的第二二极管；
与所述第三自断路器件逆并联的第三二极管；
与所述第四自断路器件逆并联的第四二极管；
连接在所述第二与第三自断路器件的连接点上的所述中点箝位功率转换器的输出端；
连接在所述DC电压源的所述正侧端子上的所述第一自断路器件的所述正侧端子；
连接在所述DC电压源的所述负侧端子上的所述第四自断路器件的所述负侧端子；
以其阴极连接在所述第一与第二自断路器件的连接点上及其阳极连接在所述DC电压源的所述零电压端子上的第五二极管；
以其阳极连接在所述第三与第四自断路器件的连接点上及其阴极连接在所述DC电压源的所述零电压端子上的第六二极管；
以其阴极连接在所述第二与第三自断路器件的所述连接点上的第七二极管；
以其阳极连在所述第二与第三自断路器件的所述连接点上的第八二极管；
以其阴极连在所述第五二极管的所述阳极上的第九二极管；
以其阳极连接在所述第六二极管的所述阴极上的第十二极管；
连接在所述第九二极管的阳极与所述第一自断路器件的所述正侧端子之间的第一电容器；
与所述第九二极管并联的第一电阻器；
连接在所述第五二极管的所述阳极与所述第七二极管的阳极之间的第二电容器；
连接在所述第七二极管的所述的阳极与所述DC电压源的所述负侧端子之间的第二电阻器；
连接在所述第八二极管的阴极与所述DC电压源的所述正侧端子之间的第三电阻器；
连接在所述第六二极管的所述阴极与所述第八二极管的所述阴极之间的第三电容器；
连接在所述第十二极管的阴极与所述第四自断路器件的所述负侧端子之间的第四电容器；以及
与所述第十二极管并联的第四电阻器。
11、一种中点箝位功率转换器，包括：
带有正侧端子、零电压端子及负侧端子的DC电压源；
由按照权利要求3的所述开关组件组成的第一开关组件；
由按照权利要求7的所述开关组件组成的第二开关组件；
连接在所述第一开关组件的所述第二外部端子及所述第二开关组件的所述第一外部端子上的所述中点箝位功率转换器的输出端；
连接在所述DC电压源的所述正侧端子上的所述第一开关组件的所述第一外部端子；
与所述第二开关组件的所述第三外部端子连接在所述DC电压源的所述零电压端子上的所述第一开关组件的所述第三外部端子；
连接在所述DC电压源的所述负侧端子上的所述第二开关组件的所述第二外部端子；
连接在所述第一开关组件的所述第一与第四外部端子之间的第一缓冲电阻器；
连接在所述第一开关组件的所述第三与第四外部端子之间的第一缓冲电容器；
连接在所述第一开关组件的所述第三与第五外部端子之间的第二缓冲电容器；
连接在所述第一开关组件的所述第五外部端子与所述DC电压源的所述负侧端子之间的第二缓冲电阻器；
连接在所述第二开关组件的所述第二与第五外部端子之间的第三缓冲电阻器；
连接在所述第二开关组件的所述第三与第五外部端子之间的第三缓冲电容器；
连接在所述第二开关组件的所述第三与第四外部端子之间的第四缓冲电容器；以及
连接在所述第二开关组件的所述第四端子与所述DC电压源的所述正侧端子之间的第四缓冲电阻器。
12、一种中点箝位功率转换器，包括：
带有正侧端子、零电压端子及负侧端子的DC电压源；
第一自断路器件、第二自断路器件、第三自断路器件及第四自断路器件的串联电路；
与所述第一自断路器件逆并联的第一二极管；
与所述第二自断路器件逆并联的第二二极管；
与所述第三自断路器件逆并联的第三二极管；
与所述第四自断路器件逆并联的第四二极管；
连接在所述第二与第三自断路器件的连接点上的所述中点箝位功率转换器的输出端子；
连接在所述DC电压源的所述正侧端子上的所述第一自断路器件的所述正侧端子；
连接在所述DC电压源的所述负侧端子上的所述第四自断路器件的所述负侧端子；
以其阳极连在所述第一自断路器件的所述正侧端子上的第五二极管；
以其阴极连接在所述第一与第二自断路器件的连接点上及其阳极连接在所述的DC电压源的所述零电压端子上的第六二极管；
以其阴极连接在所述第二与第三自断路器件的所述连接点上的第七二极管；
以其阳极连接在所述第二与第三自断路器件的所述连接点上的第八二极管；
以其阳极连接在所述第三与第四自断路器件的连接点上及其阴极连接在所述DC电压源的所述零电压端子上的第九二极管；
以其阴极连接在所述第四自断路器件的所述负侧端上的第十二极管；
连接在所述第五二极管的阴极与所述第六二极管的所述阳极之间的第一电容器；
与所述第五二极管并联的第一电阻器；
连接在所述第六二极管的所述阳极与所述第七二极管的阳极之间的第二电容器；
连接在所述第七二极管的所述阳极与所述DC电压源的所述负侧端子之间的第二电阻器；
连接在所述第八二极管的阴极与所述第九二极管的所述阴极之间的第三电容器；
连接在所述第八二极管的所述阴极与所述DC电压源的所述正侧端子之间的第三电阻器；
连接在所述第九二极管的所述阴极与所述第十二极管的阳极之间的第四电容器，以及
与所述第十二极管并联的第四电阻器。
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