CN117616680A - 一种用于两个dc链路电容器的串联连接的平衡器电路、用于控制平衡器电路的方法及转换器装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于两个DC链路电容器的串联连接的平衡器电路。所述平衡器电路包括：第一端子和第二端子，用于分别连接至所述电容器的所述串联连接的第一端子和第二端子；第三端子，用于连接至所述电容器之间的节点。所述平衡器电路包括：第一电感器、第二电感器和电容器装置，串联连接在所述平衡器电路的所述第一端子与所述第二端子之间，所述电容器装置连接在所述第一电感器与所述第二电感器之间。所述平衡器电路包括：第一开关装置，连接在所述第三端子与节点之间，所述节点在所述第一电感器与所述电容器装置之间；第二开关装置，连接在所述第三端子与节点之间，所述节点在所述第二电感器与所述电容器装置之间。所述第一开关装置和所述第二开关装置各自包括串联连接的一个半导体开关或两个半导体开关。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于两个DC链路电容器的串联连接的平衡器电路及其控制方法。此外，本发明还涉及一种包括一个或多个此类平衡器电路的转换器装置。
背景技术
本发明涉及转换器领域，例如DC-AC转换器或AC-DC转换器。具体地，本发明涉及平衡至少两个DC链路电容器的串联连接两端的电压，该至少两个DC链路电容器向转换器的DC侧提供DC电源或从转换器的DC侧接收DC电源。例如，该至少两个DC链路电容器的串联连接可以向DC-AC转换器的DC侧提供DC电源，或者可以从AC-DC转换器的DC侧接收DC电源。术语“功率转换器”可以用作术语“转换器”的同义词；因此，DC-AC转换器可以称为DC-AC功率转换器，AC-DC转换器可以称为AC-DC功率转换器。DC-AC转换器用于将DC电压或DC电源转换为AC电压或AC电源。换句话说，DC-AC转换器用于根据DC电压或DC电源产生AC电压或AC电源。术语“DC-AC逆变器”(简称“逆变器”)可以用作术语“DC-AC转换器”的同义词。术语“交流电压”可以用作术语“AC电压”的同义词。术语“直流电压”可以用作术语“DC电压”的同义词。AC-DC转换器用于将AC电压或AC电源转换为DC电压或DC电源。换句话说，AC-DC转换器用于根据AC电压或AC电源产生DC电压或DC电源。术语“AC-DC整流器”可以用作术语“AC-DC转换器”的同义词。DC-DC转换器用于将第一DC电压或电源转换为第二DC电压或电源。
发明内容
发明人做出以下考虑：
包括具有多电平电路拓扑(例如，至少三个输入端子)的DC-AC转换器(例如，三相DC-AC转换器)的转换器装置可以包括至少两个DC链路电容器，用于向所述DC-AC转换器提供DC电压。对于这种类型的DC-AC功率转换器，提供给所述DC-AC功率转换器的所述DC电压是若干DC链路电压的总和，即所述至少两个DC链路电容器两端的DC链路电压的总和。例如，在两个DC链路电容器的串联连接的情况下，所述两个DC链路电容器之间的中间点或节点的电位可能会经历一些变化(例如，周期性振荡)，这取决于所述DC-AC转换器的电路、调制类型和运行条件。这相应地适用于三个或更多个DC链路电容器的串联连接的两个相邻DC链路电容器之间的相应中间点或节点。此类电压振荡是不希望的，因为它们会增加所述DC链路电容器上的应力，并且在这些电压振荡变得很大的情况下，它们可能会对所述DC-AC转换器的转换器运行引入扰动或干扰。上述内容可以相应地适用于包括AC-DC转换器(例如，三相AC-DC转换器)的转换器装置，其中所述转换器装置包括至少两个DC链路电容器，用于从所述AC-DC转换器接收DC电压。关于DC-AC转换器的描述如下，这可以相应地适用于AC-DC转换器。
在一些情况下，所述DC链路电容器配置在分离电路中。图1示出了在串联电连接的两个DC链路电容器的情况下的分离DC链路电容器配置的示例。在本文中，“电连接”可以缩写为术语“连接”。如图1示例性示出，DC-AC转换器101包括三个输入端子，所述两个DC链路电容器的串联连接的分离电路拓扑与所述三个输入端子电连接。在这种配置中，所述两个DC链路电容器中的每一个被分成两个电容器，其中顶部DC链路电容器被分成电容器102a和102a’，底部DC链路电容器被分成电容器102b和102b’。电容器102a’经由小电感103a电连接至电容器102a，电容器102b’经由小电感103b电连接至电容器102b。在图1的DC链路电容器的示例性配置中，在DC-AC转换器101的运行期间，直接连接至DC-AC转换器101的电容器102a和102b的部分主要以高频电流分量循环。也就是说，在DC链路电容器102a和102b之间的中点或节点处存在振荡。此类振荡可以称为部分DC链路电压振荡(简称为DC链路电压振荡)。在DC-AC转换器101的运行期间，由于电感103a和103b的平滑效应，连接至小电感103a和103b的电容器102a’和102b’的电容器部分由低频分量循环。所述高频分量由DC-AC功率转换器101的换向产生，而所述低频分量与所述部分DC链路电压振荡相关。
限制所述DC链路电压振荡的一种简单方法是增加连接至所述DC-AC转换器的所述DC链路电容器的电容。然而，这对所述转换器的成本和功率密度产生负面影响。减少中点振荡(即，所述DC链路电压振荡)的其它可能的方案可以是基于软件的方案，也可以是基于硬件的方案。基于软件的方法大多使用适当的调制方案来运行所述DC-AC转换器，或修改所述调制方案以便减少所述DC链路电压振荡。基于硬件的方法使用连接至所述DC链路电容器(简称为DC链路)的附加电路。该附加电路可以充当本地功率转换器，所述本地功率转换器在所述DC链路电容器之间传输电能，以便减少或最小化本地电压振荡。
基于修改所述DC-AC转换器的调制方案以便平衡所述DC链路部分之间的电压并因此对抗所述DC链路电压振荡的方法(即，基于软件的方法)总是需要在所述DC-AC转换器的性能参数(例如，功率损耗、谐波失真、共模电压、中点平衡等)之间进行权衡。不可能实现所有参数的最佳性能。此外，在使用特定调制方案的情况下，自由度可能会降低，并且在中点平衡方面等实现良好性能的可能性可能会变得有限。当不连续脉宽调制(discontinuouspulse width modulation，DPWM)方案用于所述DC-AC转换器的运行时，情况尤其如此。这些类型的方案仅涉及所述DC-AC转换器的半导体开关损耗的一小部分，但同时会导致所述DC链路电容器两端的电压(即，部分DC链路电压)出现很大的不平衡。
基于硬件的方案基于电连接至所述DC链路电容器的附加功率转换器。此类附加功率转换器(例如，DC-DC转换器)的工作原理是通过在所述DC链路电容器部分的不同部分之间传输瞬时功率。这种功率传输反映在所述DC链路电容器中存储的电能(即，电容器电荷，其反映在电容器电压上)中。通过在所述DC链路电容器部分之间适当地转移电荷，可以仅实现中间点(例如，图1的电容器102a和102b之间的节点)的小振荡，即减少所述DC链路电压振荡，并因此实现良好的中点平衡。术语“中点”和“中间点”可以用作同义词。
已经提出了若干用于中点平衡(也称为中性点平衡器(neutral point balancer，NPB))的功率转换器电路，即平衡串联电连接的所述DC链路电容器两端的电压。例如，在图1的示例中，存在串联电连接的两个DC链路电容器(每一个被分成两个电容器)，其中示出了平衡情况，即一半DC电压(Vdc/2)存在于顶部DC链路电容器(即，电容器102a和102a’)两端和底部DC链路电容器(即，电容器102b和102b’)两端。虽然图1示例性地示出了分离配置，但是上述内容相应地适用于没有此类分离配置的DC链路电容器(即，不存在电容器102a’和102b’以及电感103a和103b)。
上述转换器电路(例如，DC-DC转换器)可以在所述DC链路电容器的串联连接的两个相邻DC链路电容器(例如，电容器102a和102b)之间运行。如果DC-AC功率转换器的DC链路(即，所述DC链路电容器的串联连接)具有两个以上DC链路电容器(图1中未示出)，则可以使用更多个平衡器电路。
图2示出了DC链路电容器的平衡器电路(中性点平衡器)的三个示例。图2(A)的拓扑示出了包括相位桥臂和电感器的双向降压-升压电路。在此类平衡器电路拓扑中，所述电感器用于存储磁场中的电能，并在DC链路电容器102a和102b之间传输所述电能，以平衡它们之间的电压。所述电感器的充放电在每个开关周期完成。因此，平衡作用与所述电感器的尺寸直接相关。因此，所述降压-升压电路需要大电感器来实现显著的平衡效应。
图2(A)电路的替代方案可以是图2(C)中所示的双向降压-升压电路。在该替代方案中，每个降压-升压电路可以仅在一个方向上引导所述电能，因此，图2(C)的电路拓扑需要两个单独的电感器。
平衡器电路的第三电路拓扑如图2(B)所示，包括谐振开关电容器。该电路的工作原理是在两个DC链路电容器102a和102b之间产生非常低的阻抗路径，使得电流可以自由循环，并平衡电容器102a和102b上的电荷及其电压。电流作为AC电流以谐振频率循环，电路工作时几乎没有开关损耗。然而，电流值可能会变得很大，并且很难调节电压平衡/不平衡量。
因此，上述硬件方法使用功率转换器来平衡多电平AC-DC转换器的中性点，并因此平衡DC链路电容器的串联连接(如图2示例性示出)，需要使用尺寸/重量可能相当大的附加硬件；此外，它们会引入电流并产生额外损耗。术语“基于转换器的平衡器电路”和“基于功率转换器的平衡器电路”可以用于指使用功率转换器来平衡串联电连接的DC链路电容器的部分DC链路电压的硬件方法。
鉴于上述情况，使用功率转换器(例如，图2的任何一个电路)来平衡DC链路电容器两端的电压的硬件方法是不利的，因为需要附加器件，尤其是对整个系统的功率密度产生负面影响的笨重无源器件。此外，在功率转换器电路的功率半导体，以及对包括所述基于功率转换器的平衡器电路、所述DC链路电容器和所述DC-AC转换器的转换器装置的整体效率产生负面影响的无源器件中存在功率损耗耗散。这些损耗应保持在最低限度，使得对系统级的影响有限。由于用于平衡(即，中性点平衡)的所述DC-DC转换器的开关动作，存在额外的电流循环，这可能会给所述DC链路电容器带来额外的电流应力，并且需要使用更多的电容器单元。所述基于功率转换器的平衡器电路开关会在所述DC链路电容器的所述串联连接中引入额外的扰动或干扰。这些额外的扰动会产生高频电流分量的循环，并增加共模电压的电平。
鉴于上述情况，本发明旨在改进一种用于两个DC链路电容器的串联连接的平衡器电路。具体地，本发明的目的可以是提供一种用于两个DC链路电容器的串联连接的平衡器电路，当用于转换器装置时，所述平衡器电路可以在系统性能或效率方面得到改进。
所述目的通过所附独立权利要求的主题来实现。有利的实现方式在从属权利要求中进一步定义。
本发明的第一方面提供了一种用于两个DC链路电容器的串联连接的平衡器电路。所述平衡器电路包括：第一端子，用于电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的第一端子；第二端子，用于电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的第二端子；第三端子，用于电连接至所述两个DC链路电容器之间的节点。进一步地，所述平衡器电路包括：第一电感器、电容器装置和第二电感器，串联电连接在所述平衡器电路的所述第一端子与所述第二端子之间，其中所述电容器装置电连接在所述第一电感器与所述第二电感器之间。所述平衡器电路包括：第一开关装置，电连接在所述第三端子与节点之间，所述节点在所述第一电感器与所述电容器装置之间；第二开关装置，电连接在所述第三端子与节点之间，所述节点在所述第二电感器与所述电容器装置之间。所述第一开关装置和所述第二开关装置各自包括串联电连接的一个半导体开关或两个半导体开关。
换句话说，所述第一方面提出了一种用于两个DC链路电容器的串联连接的平衡器电路，所述平衡器电路不基于功率转换器(例如，DC-DC转换器)，并且因此在上述基于功率转换器的平衡器电路的缺点方面得到改进。同时，所述平衡器电路可以通过或经由所述电容器装置从所述DC链路电容器(当它们连接至所述平衡器电路时)转移电荷。此类电荷转移改变了所述DC链路电容器处的所述电压及其存储的电能。所述第一开关装置和所述第二开关装置可以控制所述DC链路电容器的电荷变化和电压变化，以便补偿由DC-AC转换器(当所述DC-AC转换器连接至所述DC链路电容器时，如图1示例性示出)或AC-DC转换器(当所述AC-DC转换器与所述DC链路电容器连接时)等转换器产生的振荡。因此，与上述基于功率转换器的平衡器电路相比，所述平衡器电路可以平衡所述两个DC链路电容器两端的电压，以便减少电压振荡，同时最大限度地减小在循环电流或额外的功率损耗方面的影响。
根据所述第一方面所述的平衡器电路使得能够在两个方向上传输电能(例如，以电荷的形式)，例如从所述两个DC链路电容器中的一个DC链路电容器传输到另一个DC链路电容器，反之亦然。因此，所述平衡器电路可以平衡所述两个DC链路电容器两端的电压，这可以称为部分DC链路电压。
所述平衡器电路的所述第一端子和所述第二端子可以分别称为第一输出端子和第二输出端子。所述平衡器电路的所述第三端子可以称为第三输出端子。
所述平衡器电路的所述第一端子和所述第二端子可以分别电连接至所述平衡器电路的第一输入端子和第二输入端子。可选地，所述第一端子和所述第二端子分别经由另一电气器件等间接电连接至所述第一输入端子和所述第二输入端子。所述平衡器电路的所述第一输入端子和所述第二输入端子可以用于电连接至DC电压电源，或者可以是DC电压电源的一部分。所述平衡器电路可以用于电连接在所述DC电压电源与所述两个DC链路电容器的所述串联连接之间，使得所述平衡器电路的所述第一输入端子连接至所述DC电压电源的第一端子，所述平衡器电路的所述第二输入端子连接至所述DC电压电源的第二端子。
在所述平衡器电路电连接在所述DC电压电源与所述两个DC链路电容器的所述串联连接之间的情况下，所述平衡器电路的所述第一端子、所述第二端子和所述第三端子电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接。例如，所述第一端子连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的所述第一端子，所述第二端子连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的所述第二端子，所述第三端子连接至所述两个DC链路电容器之间的所述节点。
所述DC电压电源的所述第一端子处的电位或电压电平可以大于所述DC电压电源的所述第二端子处的电位或电压电平。换句话说，与所述平衡器电路的所述第二输入端子相比，所述平衡器电路的所述第一输入端子可以用于电连接至更大的电位或DC电压。因此，所述平衡器电路的所述第一输入端子可以称为高电位输入端子或高输入端子。所述平衡器电路的所述第二输入端子可以称为低电位输入端子或低输入端子。因此，所述平衡器电路的所述第一端子可以称为高电位端子或高端子，所述平衡器电路的所述第二端子可以称为低电位端子或低端子。
所述第一电感器可以电连接在所述平衡器电路的所述第一端子与所述电容器装置之间，所述第二电感器可以电连接在所述平衡器电路的所述第二端子与所述电容器装置之间。可选地，所述第一电感器和所述第二电感器中的至少一个可以由两个或更多个电感子元件实现。
所述两个DC链路电容器之间的所述节点可以称为中性点(neutral point，NP)、中点或中间点。因此，所述平衡器电路的所述第三端子可以称为中性点(neutral point，NP)端子或中点端子。所述平衡器电路可以称为中点平衡器电路或中性点平衡器电路(neutralpoint balancer circuit，NPB)。术语“平衡器电路”可以缩写为术语“平衡器”。
可选地，所述平衡器电路的所述半导体开关中的至少一个可以由两个或更多个子元件实现，例如由两个或更多个晶体管实现。此类晶体管可以是一个或多个金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、一个或多个绝缘栅极双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)和/或一个或多个双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)。所述平衡器电路的所述半导体开关可以称为功率半导体开关。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述电容器装置包括电容器；所述第一开关装置和所述第二开关装置各自包括所述半导体开关。
所述电容器装置可以包括或可以是电容器。所述第一开关装置和所述第二半导体装置各自可以包括或可以是半导体开关。
这可以使用较少数量的电气器件来实现所述平衡器电路，并因此可以实现较小尺寸和体积的所述平衡器电路。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述电容器装置包括串联电连接的两个电容器；所述第一开关装置和所述第二开关装置各自包括所述两个半导体开关。
这可以使用与所述第一开关装置和所述第二开关装置各自包括所述半导体开关(即，一个半导体开关)的情况相比具有较低电压阻断额定值的半导体开关。与单个半导体开关相比具有较低电压阻断额定值的两个半导体开关可能比所述单个半导体开关更便宜且尺寸更小。因此，这在所述平衡器电路的成本和尺寸方面是有利的，具体取决于所述平衡器电路的元件或器件的成本和尺寸。所述电容器装置的所述两个电容器可以具有相等的电容和电压额定值。术语“电压阻断容量”可以用作术语“电压阻断额定值”的同义词。
所述电容器装置可以包括或可以是串联电连接的两个电容器。所述第一开关装置和所述第二半导体装置各自可以包括或可以是所述两个半导体开关。
所述电容器装置的所述两个电容器可以串联电连接在所述第一电感器与所述第二电感器之间。所述第一开关装置的所述两个半导体开关可以电连接在所述第三端子与所述节点之间，所述节点在所述第一电感器与所述电容器装置之间。所述第二开关装置的所述两个半导体开关可以电连接在所述第三端子与所述节点之间，所述节点在所述第二电感器与所述电容器装置之间。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述两个电容器之间的节点经由第一二极管电连接至所述第一开关装置的所述两个半导体开关之间的节点。所述两个电容器之间的所述节点可以经由第二二极管电连接至所述第二开关装置的所述两个半导体开关之间的节点。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述电容器装置包括电容器。所述第一开关装置和所述第二开关装置各自可以包括所述两个半导体开关。第二电容器可以电连接在所述第一开关装置的所述两个开关之间的节点和所述第二开关装置的所述两个半导体开关之间的节点之间。
所述电容器装置可以包括或可以是电容器。所述第一开关装置和所述第二半导体装置各自可以包括或可以是所述两个半导体开关。所述平衡器电路可以包括所述第二电容器。所述第一开关装置的所述两个半导体开关可以电连接在所述第三端子与所述节点之间，所述节点在所述第一电感器与所述电容器装置之间。所述第二开关装置的所述两个半导体开关可以电连接在所述第三端子与所述节点之间，所述节点在所述第二电感器与所述电容器装置之间。所述第二电容器可以称为飞跨电容器。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述第一电感器和所述第二电感器彼此磁耦合。所述第一电感器与所述第二电感器之间的所述磁耦合可以实现更高的功率密度。耦合程度越大或越高，可以实现的功率密度越大或越高。所述第一电感器与所述第二电感器之间耦合的主要影响是所述第一电感器和所述第二电感器的尺寸(或体积)和重量。与没有耦合的情况相比，所述耦合可以显著减小所述第一电感器和所述第二电感器的重量和尺寸(或体积)。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述第一开关装置和所述第二开关装置中的每一个的所述一个或两个半导体开关是一个或两个绝缘栅极双极型晶体管(insulatedgate bipolar transistor，IGBT)，其中二极管反并联电连接至每个IGBT。附加地或替代地，所述第一开关装置和所述第二开关装置中的每一个的所述一个或两个半导体开关可以是一个或两个金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor，MOSFET)。附加地或替代地，所述第一开关装置和所述第二开关装置中的每一个的所述一个或两个半导体开关可以是一个或多个双极型晶体管(bipolar junctiontransistor，BJT)，其中二极管反并联电连接至每个BJT。
所述平衡器电路的所述半导体开关可以由控制单元控制。所述平衡器电路的所述半导体开关可以称为可控半导体开关。所述平衡器电路的所述半导体开关可以是晶体管，例如一个或多个IGBT、一个或多个MOSFET和/或一个或多个BJT。例如，所述平衡器电路的所述半导体开关可以是功率晶体管。二极管可以反并联电连接至每个IGBT。二极管可以反并联电连接至每个BJT。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述第一开关装置和所述第二开关装置以开关频率可控，使得
-所述第一开关装置的所述半导体开关或所述两个半导体开关分别在第一时间段导通并且在所述第一时间段之后的第二时间段不导通，其中所述第一时间段和所述第二时间段的总和等于所述开关频率的倒数；
-所述第二开关装置的所述半导体开关或所述两个半导体开关分别在所述第一时间段和所述第二时间段内不导通。
当所述平衡器电路电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接时，上述内容可以将电荷从所述两个DC链路电容器中的第一DC链路电容器转移到所述两个DC链路电容器中的第二DC链路电容器。所述第一DC链路电容器电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的所述第一端子。因此，当所述平衡器电路与所述两个DC链路电容器的所述串联连接彼此电连接时，所述第一DC链路电容器电连接至所述平衡器电路的所述第一端子。所述两个DC链路电容器中的所述第二DC链路电容器电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的所述第二端子。因此，当所述平衡器电路与所述两个DC链路电容器的所述串联连接彼此电连接时，所述第二DC链路电容器电连接至所述平衡器电路的所述第二端子。
所述第一DC链路电容器可以称为上DC链路电容器或顶部DC链路电容器，所述第二DC链路电容器可以称为下DC链路电容器或底部DC链路电容器。
因此，在所述第一DC链路电容器的电荷和电压大于所述第二DC链路电容器的电荷和电压的情况下，可以通过将电荷从所述第一DC链路电容器转移到所述第二DC链路电容器来实现所述DC链路电容器两端的所述电压的平衡。由于可以电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的DC-AC转换器(例如，其输入)的运行，可能会发生所述两个DC链路电容器的不平衡(即，电荷分布不均匀)。由于可以电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的AC-DC转换器(例如，其输出)的运行，可能会发生所述两个DC链路电容器的不平衡(即，电荷分布不均匀)。换句话说，由于可以电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的转换器(例如，其DC侧)的运行，可能会发生所述两个DC链路电容器的不平衡(即，电荷分布不均匀)。
所述第一开关装置和所述第二开关装置可以由控制单元控制。也就是说，所述控制单元可以用于控制所述第一开关装置和所述第二开关装置。所述控制单元可以控制如上所述和如下进一步概述的所述第一开关装置和所述第二装置。为此，所述控制单元可以用于向所述第一开关装置和所述第二开关装置的所述半导体开关提供控制信号。所述控制单元可以是外部控制单元(即，不是所述平衡器电路的一部分)。或者，所述控制单元可以是所述平衡器电路的一部分。也就是说，所述平衡器电路可以包括所述控制单元。例如，所述控制单元可以是控制器、微控制器、处理器、微处理器、专用集成电路(application specificintegrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或其任意组合。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述第一开关装置和所述第二开关装置以开关频率可控，使得
-所述第二开关装置的所述半导体开关或所述两个半导体开关分别在第三时间段导通并且在所述第三时间段之后的第四时间段不导通，其中所述第三时间段和所述第四时间段的总和等于所述开关频率的倒数；
-所述第一开关装置的所述半导体开关或所述两个半导体开关分别在所述第三时间段和所述第四时间段内不导通。
当所述平衡器电路电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接时，上述内容可以将电荷从所述两个DC链路电容器中的所述第二DC链路电容器转移到所述两个DC链路电容器中的所述第一DC链路电容器。
因此，在所述第二DC链路电容器的电荷和电压大于所述第一DC链路电容器的电荷和电压的情况下，可以通过将电荷从所述第二DC链路电容器转移到所述第一DC链路电容器来实现所述DC链路电容器两端的所述电压的平衡。由于可以电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的DC-AC转换器(例如，其输入)的运行，可能会发生所述两个DC链路电容器的不平衡(即，电荷分布不均匀)。由于可以电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的AC-DC转换器(例如，其输出)的运行，可能会发生所述两个DC链路电容器的不平衡(即，电荷分布不均匀)。换句话说，由于可以电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的转换器(例如，其DC侧)的运行，可能会发生所述两个DC链路电容器的不平衡(即，电荷分布不均匀)。
根据所述第一方面所述的平衡器电路使得能够在两个方向上传输电能(例如，以电荷的形式)。可以将电荷和电能从所述第一DC链路电容器(上DC链路电容器)转移到所述第二DC链路电容器(下DC链路电容器)，反之亦然。
可选地，所述第三时间段可以等于所述第一时间段，所述第四时间段可以等于所述第二时间段。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述第一开关装置包括所述两个半导体开关；所述第一开关装置可控地从导通切换到不导通，使得在所述第一开关装置的所述两个半导体开关中的一个半导体开关从导通切换到不导通之后，所述第一开关装置的所述两个半导体开关中电连接至所述第三端子的另一个半导体开关从导通切换到不导通。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述第一开关装置包括所述两个半导体开关；所述第一开关装置可控地从不导通切换到导通，使得在所述第一开关装置的所述两个半导体开关中的一个半导体开关从不导通切换到导通之前，所述第一开关装置的所述两个半导体开关中电连接至所述第三端子的另一个半导体开关从不导通切换到导通。
换句话说，所述第一开关装置的一个半导体开关和电连接至所述第三端子的另一个半导体开关可以时间差(小时间差)切换。该时间差可以防止所述第一开关装置的所述两个半导体开关中的任何一个必须单独处理所述两个DC链路电容器的所述串联连接的总DC电压(可以称为DC链路或DC链路电压)。因此，上述内容允许使用具有较低电压阻断额定值(与所述总DC电压所需的电压阻断额定值相比)的半导体开关。因此，这可以降低所述平衡器电路的成本和尺寸。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述第二开关装置包括所述两个半导体开关；所述第二开关装置可控地从导通切换到不导通，使得在所述第二开关装置的所述两个半导体开关中的一个半导体开关从导通切换到不导通之前，所述第二开关装置的所述两个半导体开关中电连接至所述第三端子的另一个半导体开关从导通切换到不导通。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述第二开关装置包括所述两个半导体开关；所述第二开关装置可控地从不导通切换到导通，使得在所述第二开关装置的所述两个半导体开关中的一个半导体开关从不导通切换到导通之后，所述第二开关装置的所述两个半导体开关中电连接至所述第三端子的另一个半导体开关从不导通切换到导通。
换句话说，所述第二开关装置的一个半导体开关和电连接至所述第三端子的另一个半导体开关可以时间差(小时间差)切换。该时间差可以防止所述第二开关装置的所述两个半导体开关中的任何一个必须单独处理所述两个DC链路电容器的所述串联连接的所述总DC电压。因此，上述内容允许使用具有较低电压阻断额定值(与所述总DC电压所需的电压阻断额定值相比)的半导体开关。因此，这可以降低所述平衡器电路的成本和尺寸。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述第一开关装置和所述第二开关装置在连续导通模式(continuous conduction mode，CCM)或在不连续导通模式(discontinuousconduction mode，DCM)下可控。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述平衡器电路可以是用于可再生能源设备(例如，光伏或风能设备)的平衡器电路。所述平衡器电路可以是用于电驱动器、电源(例如，不间断电源(uninterruptable power supply，UPS))、充电设备(例如，电动汽车(electrical vehicle，EV)充电设备)等的平衡器电路。
为了实现根据本发明的所述第一方面所述的平衡器电路，上述第一方面的部分或全部所述实现方式和可选特征可以相互结合。
本发明的第二方面提供了一种用于在根据上述第一方面所述的平衡器电路电连接至两个DC链路电容器的串联连接时控制所述平衡器电路的方法。为了平衡所述两个DC链路电容器中电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的第一端子的第一DC链路电容器两端的电压，以及所述两个DC链路电容器中电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的第二端子的第二DC链路电容器两端的电压，所述方法包括：在导通与不导通之间切换所述平衡器电路的所述第一开关装置或所述第二开关装置，而相应的其它开关装置是不导通的。
当所述平衡器电路电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接时，则所述平衡器电路的所述第一端子可以电连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的所述第一端子，所述平衡器电路的所述第二端子可以连接至所述两个DC链路电容器的所述串联连接的所述第二端子，所述平衡器电路的所述第三端子可以连接至所述两个DC链路电容器之间的所述节点。
在所述第二方面的一种实现方式中，为了将电荷从所述第一DC链路电容器转移到所述第二DC链路电容器，所述方法包括：在导通与不导通之间以开关频率切换所述第一开关装置，使得所述第一开关装置的所述半导体开关或所述两个半导体开关分别在第一时间段导通并且在所述第一时间段之后的第二时间段不导通，其中所述第一时间段和所述第二时间段的总和等于所述开关频率的倒数。所述第二开关装置的所述半导体开关或所述两个半导体开关分别在所述第一时间段和所述第二时间段内不导通。
在所述第二方面的一种实现方式中，为了将电荷从所述第二DC链路电容器转移到所述第一DC链路电容器，所述方法包括：在导通与不导通之间以开关频率切换所述第二开关装置，使得所述第二开关装置的所述半导体开关或所述两个半导体开关分别在第三时间段导通并且在所述第三时间段之后的第四时间段不导通，其中所述第三时间段和所述第四时间段的总和等于所述开关频率的倒数。所述第一开关装置的所述半导体开关或所述两个半导体开关分别在所述第三时间段和所述第四时间段内不导通。
在所述第二方面的一种实现方式中，所述第一开关装置包括所述两个半导体开关。为了将所述第一开关装置从导通切换到不导通，所述方法可以包括：在所述第一开关装置的所述两个半导体开关中的一个半导体开关从导通切换到不导通之后，将所述第一开关装置的所述两个半导体开关中电连接至所述第三端子的另一个半导体开关从导通切换到不导通。附加地或替代地，为了将所述第一开关装置从不导通切换到导通，所述方法可以包括：在所述第一开关装置的所述两个半导体开关中的一个半导体开关从不导通切换到导通之前，将所述第一开关装置的所述两个半导体开关中电连接至所述第三端子的另一个半导体开关从不导通切换到导通。
在所述第二方面的一种实现方式中，所述第二开关装置包括所述两个半导体开关。为了将所述第二开关装置从导通切换到不导通，所述方法可以包括：在所述第二开关装置的所述两个半导体开关中的一个半导体开关从导通切换到不导通之前，将所述第二开关装置的所述两个半导体开关中电连接至所述第三端子的另一个半导体开关从导通切换到不导通。附加地或替代地，为了将所述第二开关装置从不导通切换到导通，所述方法可以包括：在所述第二开关装置的所述两个半导体开关中的一个半导体开关从不导通切换到导通之后，将所述第二开关装置的所述两个半导体开关中电连接至所述第三端子的另一个半导体开关从不导通切换到导通。
根据所述第一方面所述的平衡器电路的以上描述相应地适用于根据所述第二方面所述的方法。
根据所述第二方面及其实现方式和可选特征所述的方法与根据所述第一方面及其相应实现方式和相应可选特征所述的平衡器电路具有相同的优点。
为了实现根据本发明的所述第二方面所述的方法，上述第二方面的部分或全部所述实现方式和可选特征可以相互结合。
本发明的第三方面提供了一种转换器装置，包括：
转换器；与所述转换器电连接的两个或更多个DC链路电容器的串联连接；根据上述第一方面所述的一个或多个平衡器电路，其电连接至所述两个或更多个DC链路电容器的所述串联连接。
所述两个或更多个DC链路电容器的所述串联连接可以与所述转换器的DC侧电连接。例如，所述转换器可以是DC-AC转换器，所述两个或更多个DC链路电容器的所述串联连接可以与所述DC-AC转换器的DC侧电连接。所述两个或更多个DC链路电容器的所述串联连接可以与所述DC-AC转换器的输入电连接。可选地，所述转换器可以是DC-DC转换器，所述两个或更多个DC链路电容器的所述串联连接可以电连接至所述DC-DC转换器的DC侧。所述两个或更多个DC链路电容器的所述串联连接可以与所述DC-DC转换器的输入或输出电连接。可选地，所述转换器可以是AC-DC转换器，所述两个或更多个DC链路电容器的所述串联连接可以电连接至所述AC-DC转换器的DC侧。所述两个或更多个DC链路电容器的所述串联连接可以电连接至所述AC-DC转换器的输出。
可选地，所述转换器装置可以包括一种或多种不同的转换器类型。例如，所述转换器装置可以包括一个或多个转换器(具有一种或多种不同的类型)，其中所述两个或更多个DC链路电容器的相应串联连接可以与所述一个或多个转换器中的至少一个电连接，根据上述第一方面所述的一个或多个平衡器电路可以电连接至所述两个或更多个DC链路电容器的所述相应串联连接。
在所述第三方面的一种实现方式中，所述DC链路电容器的数量比所述平衡器电路的数量大1。所述一个或多个平衡器电路的相应平衡器电路可以电连接至所述两个或更多个DC链路电容器中的每对相邻DC链路电容器，使得所述相应平衡器电路的所述第三端子电连接至所述一对相邻DC链路电容器中的所述相邻DC链路电容器之间的节点。
所述转换器可以是三相转换器。例如，所述转换器可以是三相DC-AC转换器或三相AC-DC转换器。所述转换器(例如，DC-AC-转换器或AC-DC转换器)可以具有多电平电路拓扑。换句话说，所述转换器可以包括三个或更多个输入端子和/或三个或更多个输出端子。所述转换器装置可以是可再生能源设备(例如，光伏或风能设备)。可选地，所述转换器装置可以是可再生能源设备(例如，光伏或风能设备)的一部分。所述转换器装置可以是电驱动器、电源(例如，不间断电源(uninterruptable power supply，UPS))、充电设备(例如，电动汽车(electrical vehicle，EV)充电设备)等。可选地，所述转换器装置可以是电驱动器、电源(例如，不间断电源(uninterruptable power supply，UPS))、充电设备(例如，电动汽车(electrical vehicle，EV)充电设备)等的一部分。
所述转换器装置可以包括用于控制所述一个或多个平衡器电路的切换的控制单元。所述控制单元可以用于或实现为上述关于根据所述第一方面所述的平衡器电路的所述控制单元。
所述控制单元可以用于执行根据上述第二方面所述的方法。例如，所述控制单元可以用于执行根据所述第二方面所述的方法，用于控制所述一个或多个平衡器电路中的每一个。
根据所述第一方面所述的平衡器电路的描述相应地适用于根据所述第三方面所述的转换器装置。
根据所述第三方面及其实现方式和可选特征所述的转换器装置与根据所述第一方面及其相应实现方式和相应可选特征所述的平衡器电路具有相同的优点。
为了实现根据本发明的所述第三方面所述的转换器装置，上述第三方面的部分或全部所述实现方式和可选特征可以相互结合。
本发明的第四方面提供了一种包括程序代码的计算机程序，所述程序代码在处理器上实现时，用于执行根据所述第二方面或其任何实现方式所述的方法。
本发明的第五方面提供了一种包括程序代码的计算机程序，所述程序代码用于执行根据所述第二方面或其任何实现方式所述的方法。
本发明的第六方面提供了一种包括存储器和处理器的计算机，所述存储器和所述处理器用于存储和执行程序代码，以执行根据所述第二方面或其任何实现方式所述的方法。
本发明的第七方面提供了一种存储可执行程序代码的非瞬时性存储介质，所述可执行程序代码在由处理器执行时，使得执行根据所述第二方面或其任何实现方式所述的方法。
本发明的第八方面提供了一种存储可执行程序代码的计算机可读存储介质，所述可执行程序代码在由处理器执行时，使得执行根据所述第二方面或其任何实现方式所述的方法。
根据所述第四方面所述的计算机程序、根据所述第五方面所述的计算机程序、根据所述第六方面所述的计算机、根据所述第七方面所述的非瞬时性存储介质和根据所述第八方面所述的计算机可读存储介质各自具有与根据所述第一方面及其相应实现方式和相应可选特征所述的控制器相同的优点。
需要注意的是，本申请中描述的所有设备、元件、单元和方法可以软件或硬件元件或其任意组合来实现。本申请中描述的各种实体所执行的所有步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均意在指相应实体用于执行相应步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体要执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应硬件或软件元件或其任意组合实现。
附图说明
结合所附附图，下面具体实施例的描述阐述上述本发明的各方面及实现方式，其中：
图1示出了具有分离DC链路电容器配置的DC-AC转换器的示例；
图2(A)至图2(C)示出了用于DC链路电容器的平衡器电路的三个示例；
图3示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例，其是本发明实施例提供的转换器装置的示例的一部分；
图4(A)和图4(B)各自示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例；
图5(A)至图5(C)示出了切换本发明实施例提供的平衡器电路的示例；
图6(A)示出了当在不连续导通模式(discontinuous conduction mode，DCM)下控制本发明实施例提供的平衡器电路时，所述平衡器电路的电气参数随时间变化的示例；
图6(B)示出了当在连续导通模式(continuous conduction mode，CCM)下控制本发明实施例提供的平衡器电路时，所述平衡器电路的电气参数随时间变化的示例；
图7(A)至图7(C)示出了切换本发明实施例提供的平衡器电路的示例；
图8示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例；
图9示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例；
图10(A)和图10(B)示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例与基于转换器的平衡器电路之间的功能比较。
在附图中，相应的元件标有相同的附图标记。
具体实施方式
图3示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例，其是本发明实施例提供的转换器装置的示例的一部分。图3的平衡器电路1是根据本发明的所述第一方面所述的平衡器电路的示例。因此，关于根据所述第一方面所述的平衡器电路的描述相应地适用于图3的平衡器电路1。
如图3所示，平衡器电路1是用于两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2的平衡器电路。图3示例性地示出了完全平衡状态，即第一DC链路电容器C21(顶部电容器)两端的电压与第二DC链路电容器C22(底部电容器)两端的电压等于DC链路电压Vdc的一半。换句话说，两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2的部分DC链路电压彼此相等。
平衡器电路1包括：第一端子T1，用于电连接至两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2的第一端子T21；第二端子T2，用于电连接至两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2的第二端子T22；第三端子T3，用于电连接至两个DC链路电容器C21、C22之间的节点N1。节点N1可以称为中点、中间点或中性点(neutral point，NP)。进一步地，平衡器电路1包括：第一电感器L1、电容器装置3和第二电感器L2，串联电连接在平衡器电路1的第一端子T1与第二端子T2之间，其中电容器装置3电连接在第一电感器L1与第二电感器L2之间。平衡器电路1包括：第一开关装置4，电连接在第三端子T3与节点N2之间，节点N2在第一电感器L1与电容器装置3之间；第二开关装置5，电连接在第三端子T3与节点N3之间，节点N3在第二电感器L2与电容器装置3之间。第一开关装置4和第二开关装置5各自包括串联电连接的一个半导体开关或两个半导体开关(图3中未示出)。
平衡器电路1用于运行，使得它通过电容器装置3在两个DC链路电容器C21、C22之间转移电荷，即从这两个DC链路电容器中的一个转移到另一个。该电荷转移改变了DC链路电容器C21、C22处的所述电压及其存储的电能。因此，平衡器电路1用于运行，使得两个DC链路电容器C21、C22之间的电荷转移以及因此这些DC链路电容器两端的DC电压变化能够补偿在两个DC链路电容器C21、C22之间的节点N1处可能发生的电压振荡。该电压振荡可以通过DC-AC转换器6的运行产生，该DC-AC转换器6可以电连接至两个DC链路电容器C21、C22的所述串联连接，如图3所示。
在三相系统(即，DC-AC转换器是三相转换器)中，DC链路中点(即，在所述两个DC链路电容器之间的节点N1处)的电压振荡在DC-AC转换器6的线频的三倍(例如，对于50Hz DC-AC转换器为150Hz)处发生。DC-AC转换器6使用的调制类型影响中点振荡的幅度。在使用不连续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation，DPWM)的情况下，振荡可能会变得相当大。
为了提高平衡器电路1可以实现的平衡益处，可以根据DC-AC转换器6的控制动作(例如，根据用于控制DC-AC转换器6的调制器的控制动作)来控制所述平衡器电路的功率/电能转换方向。基于此，可以设置流经平衡器电路1的电能的方向，使得当DC-AC转换器6的运行产生DC链路不平衡时，其中上DC链路电容器C21(所述第一DC链路电容器)两端的上DC链路电压下降或减小，而下DC链路电容器C22(所述第二DC链路电容器)两端的下DC链路电压上述或增加，电能从下DC链路电容器C22流向上DC链路电容器C21。在由于DC-AC转换器的运行而使下DC链路电压下降或减小且上DC链路电压上升或增加的情况下，平衡器电路1用于将电能从上DC链路电容器C21引导到下DC链路电容器C22，以补偿不平衡。可以使用DPWM来控制DC-AC转换器6的运行。可以大约为1的功率因数来运行DC-AC转换器6。
如果DC-AC转换器6的输出电压钳位至两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2的第一端子T21(例如，正DC电位)，则上DC链路电容器C21两端的上DC链路电压可能会迅速下降。因此，平衡器电路1可以用于通过将电能从下DC链路电容器C22引导到上DC链路电容器C21来运行以应对这种情况。在DC-AC转换器6的输出电压钳位至两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2的第二端子T22(例如，负DC电位)的时间段内，可能会发生相反的情况。
下面结合图4(A)和图4(B)、图8和图9描述图3的平衡器电路1的实现方式的示例。
如图3所示，平衡器电路1可以是转换器装置7的一部分。转换器装置7是根据本发明的所述第三方面所述的转换器装置的示例。因此，关于根据所述第三方面所述的转换器装置的描述相应地适用于图3的转换器装置7。
如图3所示，转换器装置7可以包括DC-AC转换器6，两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2可以与DC-AC转换器6的输入电连接，平衡器电路1可以电连接至两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2。根据另一个示例(图3中未示出)，转换器装置7可以包括AC-DC转换器，其中两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2可以与AC-DC转换器的输出电连接，平衡器电路1可以电连接至两个DC链路电容器C21、C22的串联连接2。换句话说，本发明不限于DC-AC转换器6，如图3所示。例如，转换器装置7的转换器可以是AC-DC转换器(图3中未示出)。关于所述转换器是DC-AC转换器的示例的描述可以相应地适用于关于所述转换器是另一种转换器类型(例如，AC-DC转换器)的描述。转换器装置7可以包括一种或多种不同类型的转换器。
如图3所示，两个DC链路电容器C21、C22的数量为两个，这仅作为示例，并不对本发明进行限定。因此，转换器装置7可以包括与DC-AC转换器6的输入电连接的两个或更多个DC链路电容器的串联连接2，以及电连接至所述两个或更多个DC链路电容器的所述串联连接的一个或多个平衡器电路1。如上结合图3所示的平衡器电路1描述一个或多个平衡器电路1中的每一个。也就是说，如图3所示，平衡器电路1的数量为一个，这仅作为示例，并不对本发明进行限定。
关于转换器装置7，DC链路电容器的数量可以比平衡器电路1的数量大1。一个或多个平衡器电路1的相应平衡器电路可以电连接至所述两个或更多个DC链路电容器中的每对相邻DC链路电容器，使得所述相应平衡器电路的所述第三端子电连接至所述一对相邻DC链路电容器中的所述相邻DC链路电容器之间的节点。图3所示的两个DC链路电容器C21、C22是一对相邻DC链路电容器的示例。上面和下面关于平衡器电路1以及两个DC链路电容器C21、C22的描述相应地适用于每对相邻DC链路电容器和所述相应平衡器电路。
第一开关装置4和第二开关装置5可以由控制单元控制(图3中未示出)。所述控制单元可以是外部控制单元(即，不是所述平衡器电路的一部分)。或者，所述控制单元可以是平衡器电路1的一部分。也就是说，平衡器电路1可以包括所述控制单元。可选地，DC-AC装置7或包括DC-AC装置7的设备可以包括所述控制单元。例如，所述控制单元可以是控制器、微控制器、处理器、微处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或其任意组合。所述控制单元可以用于控制第一开关装置4和第二开关装置5，并因此控制如上所述和如下概述的平衡器电路1。也就是说，所述控制单元用于执行结合图3至图10描述的控制方法或控制过程。所述控制单元可以用于执行根据上述第二方面所述的方法。
平衡器电路1可以用于或应用于任何DC-AC转换器(例如，DC-AC转换器6)和其它多电平转换器(例如，DC-DC转换器或AC-DC转换器)，所述多电平转换器可能会在其多个DC链路处遭受电压不平衡。
关于图3的平衡器电路1和转换器装置7的进一步信息，请参考关于根据本发明的所述第一方面所述的平衡器电路和根据本发明的所述第三方面所述的转换器装置的描述。
图4(A)和图4(B)各自示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例。图4(A)的平衡器电路1和图4(B)的平衡器电路1分别是图3的平衡器电路1的实现方式的示例。因此，结合图3的描述相应地适用于图4(A)和图(B)的平衡器电路1。
根据图4(A)的示例，电容器装置3包括电容器C1；第一开关装置4和第二开关装置5分别包括半导体开关S41和S51。在图4(A)中，所述平衡器电路的半导体开关S41和S51是绝缘栅极双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)，其中二极管反并联连接至每个IGBT。这仅作为示例，并不对本发明进行限定。换句话说，半导体开关S41和S51中的一个或多个(可选地，每一个)可以由不同类型的晶体管来实现，例如金属氧化物半导体场效应管(field-effect transistor，FET)或双极型晶体管(bipolar junctiontransistor，BJT)。
图4(B)的平衡器电路1与图4(A)的平衡器1的不同之处仅在于，根据图4(B)的示例，第一电感器L1和第二电感器L2彼此磁耦合。可选地，第一电感器L1和第二电感器L2可以是具有两个电感器支路L1、L2的双绕组耦合电感器。图4(A)的描述适用于图4(B)的平衡器电路1。
与图4(A)的平衡器电路1相比，图4(B)的平衡器电路1的第一电感器L1与第二电感器L2之间的磁耦合可以实现更高的功率密度。耦合程度越大或越高，可以实现的功率密度越大或越高。第一电感器L1与第二电感器L2之间耦合的主要影响是第一电感器L1和第二电感器L2的尺寸(或体积)和重量。与没有耦合的情况相比，所述耦合可以显著减小第一电感器L1和第二电感器L2的重量和尺寸(或体积)。
耦合电感器L1和L2可以呈现不同程度的耦合。在电气方面，这可以表示如下：
其中
L12＝L21＝Lm (2)
L11-22＝Lm+Llk1-2 (3)
在上述等式中，i1、i2和v1、v2分别表示电感器L1和L2各自的电流和电压。L11和L22分别表示电感器L1和L2的自感。L12、L21和Lm表示互感器件。为了运行平衡器电路1，所述耦合不需要达到高值，即使没有耦合也是可能的，就像图4(A)的示例中的情况一样。如上所述，平衡器电路1的电感器L1和L2之间的耦合程度与电感器L1和L2所需的总尺寸有关。由于电感器L1与L2之间更高程度的耦合可以实现更高的功率密度，因此所述更高程度的耦合是有益的。
图3、图4(A)和图4(B)的平衡器电路1用于在两个DC链路电容器C21、C22之间传输电能。此外，平衡器电路1用于在两个方向上传输电能。也就是说，平衡器电路1用于将电能从两个DC链路电容器C21、C22中的第一DC链路电容器C21(即，上半DC链路)传输到两个DC链路电容器C21、C22中的第二DC链路电容器C22(即，下半DC链路)，反之亦然。通过使用图4(B)的平衡器电路1，图5(A)至图5(C)示例性地示出了用于将电能从第一DC链路电容器C21传输到第二DC链路电容器C22的平衡器电路1的运行序列。根据图5(A)至图5(C)，关于用于将电能从第一DC链路电容器C21传输到第二DC链路电容器C22的平衡器电路1的运行序列的描述相应地适用于所述平衡器电路(例如，图4(A)、图8和图9的平衡器电路)的不同实现方式。因此，图5(A)至图5(C)示出了切换本发明实施例提供的平衡器电路的示例。
在图5(A)所示的第一控制步骤中，在第一时间段将第一开关装置4以及因此半导体开关S41切换到导通状态(即，打开或接通)，而第二开关装置5以及因此半导体开关S51是不导通的(即，处于不导通状态)。因此，在所述第一时间段内，第一DC链路电容器C21通过第一电感器L1和第一开关装置4(即，半导体开关S41)放电，使得流经第一电感器L1的电流iL1上升或增加。同时，电容器装置3以及因此电容器C1通过第一开关装置4(即，半导体开关S41)和第二DC链路电容器C22放电，从而产生流经第二电感器L2的电流iL2。电流iL2与参考电位(例如，地)相反，即随着绝对值上升或增加而为负数。在所述第一时间段内，将电荷从电容器装置3(即，电容器C1)转移到第二DC链路电容器C22。
在图5(B)所示的第二控制步骤中，在第二时间段将第一开关装置4(即，半导体开关S41)切换到不导通状态(即，关闭或关断)。因此，第一电感器L1的电流iL1迫使电容器装置3(即，电容器C1)中的电流方向改变。电容器装置3(即，电容器C1)处电压的较大值使第一电感器L1的电流iL1减小。然而，第一电感器L1的电流iL1继续对第一DC链路电容器C21放电，并将第一DC链路电容器C21的电荷转移到电容器装置3(即，电容器C1)。同时(即，在所述第二时间段内)，流入第二电感器L2的电流iL2和电容器装置3的电流iC(即，电容器C1)迫使反并联连接至第二开关装置5的半导体开关S51的二极管导通。该二极管的所述导通使第二DC链路电容器C22充电，这会减小第二电感器L2的电流iL2的幅度。在所述第一控制步骤和所述第二控制步骤期间，第一DC链路电容器C21放电，而第二DC链路电容器C22充电。
图5(C)示出在所述第二时间内，所述第一电感器的电流iL1和所述第二电感器的电流iL2可以达到零安培(zero Ampere，0A)，反并联连接至第二开关装置S51的开关S51的所述二极管停止导通。存储在电容器装置3(即，电容器C1)中的电荷使其电压端子近似等于两个DC链路电容器C21、C22处的电压总和。
图5(A)所示的第一时间段和图5(B)以及可选地图5(C)所示的第二时间段可以等于用于切换第一开关装置4和第二开关装置5的开关频率的倒数。
如上所述，第一开关装置4和第二开关装置5可以开关频率可控，使得第一开关装置4的半导体开关S41在第一时间段导通并且在所述第一时间段之后的第二时间段不导通(其中，所述第一时间段和所述第二时间段的总和等于所述开关频率的倒数)，而第二开关装置5的半导体开关S51在所述第一时间段和所述第二时间段内不导通。
所述平衡器电路可以在连续导通模式(continuous conduction mode，CCM)或不连续导通模式(discontinuous conduction mode，DCM)下运行。在所述DCM下，第一电感器L1的电流iL1和第二电感器L2的电流iL2达到零安培(zero Ampere，0A)的电流电平，如图5(C)所示。在所述CCM下，第一电感器L1的电流iL1和第二电感器L2的电流iL2没有达到零安培的电流电平，因此，图5(C)的步骤不会发生。
图6(A)示出了当在不连续导通模式(discontinuous conduction mode，DCM)下控制本发明实施例提供的平衡器电路时，所述平衡器电路的电气参数随时间变化的示例。具体地，图6(A)示出了与图5(A)至图5(C)所示的运行序列对应的波形，分别用于第一电感器L1和第二电感器L2的电感器电流iL1、iL2，以及用于所述DCM运行模式的电容器装置3以及因此电容器C1的电压vC和电流iC。图6(B)示出了当在连续导通模式(continuous conductionmode，CCM)下控制本发明实施例提供的平衡器电路时，所述平衡器电路的电气参数随时间变化的示例。具体地，图6(A)示出了与图5(A)和图5(B)所示的运行序列对应的波形，分别用于第一电感器L1和第二电感器L2的电感器电流iL1、iL2，以及用于所述CCM运行模式的电容器装置3以及因此电容器C1的电压vC和电流iC。
在图6(A)和图6(B)中，所述第一时间段用“T1”表示，所述第二时间段用“T2”表示。
通过使用图4(B)的平衡器电路1，图7(A)至图7(C)示例性地示出了用于将电能从第二DC链路电容器C22传输到第一DC链路电容器C21的平衡器电路1的运行序列。根据图7(A)至图7(C)，关于用于将电能从第二DC链路电容器C21传输到第一DC链路电容器C21的平衡器电路1的运行序列的描述相应地适用于所述平衡器电路(例如，图4(A)、图8和图9的平衡器电路)的不同实现方式。因此，图7(A)至图7(C)示出了切换本发明实施例提供的平衡器电路的示例。
在图7(A)所示的第一控制步骤中，在第三时间段将第二开关装置5以及因此半导体开关S51切换到导通状态，而第一开关装置4以及因此半导体开关S41是不导通的。在图7(B)所示的第二控制步骤中，在第四时间段将第二开关装置5(即，半导体开关S51)切换到不导通状态。在所述第四时间段内，反并联连接至第一开关装置4的半导体开关S41的所述二极管导通。因此，为了将电荷从第二DC链路电容器C22转移到第一DC链路电容器C21，第二开关装置5的开关S51和反并联连接至第一开关装置4的开关S41的所述二极管是导通器件。在这种情况下，电气参数的运行波形类似于图6(A)和图6(B)所示的波形，但是分别与第一电感器L1、第二电感器L2和电容器装置3(即，电容器C1)的电流iL1、iL2和iC的方向相反。电容器电压vC遵循类似的波形。
所述第三时间段和所述第四时间段可以等于所述第一时间段和所述第二时间段。在图7(A)的所述第一控制步骤和图7(B)的所述第二控制步骤期间，第二DC链路电容器C22放电，而第一DC链路电容器C21充电。
图7(C)示出了在DCM运行的情况下载所述第四时间段内发生的情况。因此，在CCM运行的情况下，图7(C)的所述步骤不会发生。
图7(A)所示的第三时间段和图7(B)以及可选地图7(C)所示的第四时间段可以等于用于切换第一开关装置4和第二开关装置5的开关频率的倒数。
如上所述，第一开关装置4和第二开关装置5可以开关频率可控，使得第二开关装置5的半导体开关S51在第三时间段导通并且在所述第三时间段之后的第四时间段不导通(其中，所述第三时间段和所述第四时间段的总和等于所述开关频率的倒数)，而第一开关装置4的半导体开关S41在所述第三时间段和所述第四时间段内不导通。
所述DCM运行具有不存在半导体接通功率损耗的优点。然而，对于所述平衡器电路传输的相同量的电能，与CCM运行相比，电流峰值和RMS值更大，从而对所述平衡器电路的无源器件(即，第一电感器L1、第二电感器L2和电容器装置3)的尺寸产生负面影响。此外，与所述CCM运行相比，在所述DCM运行中的关断功率损耗更大或更高。
图8示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例。图8的平衡器电路1是图3的平衡器电路1的实现方式的示例。因此，结合图3的描述相应地适用于图8的平衡器电路1。
根据图8的示例，电容器装置3包括串联电连接的两个电容器C11、C12。第一开关装置4和第二开关装置5各自包括串联电连接的两个半导体开关S41、S42和S51、S52。两个电容器C11、C12之间的节点N4经由第一二极管D1电连接至第一开关装置4的两个半导体开关S41、S42之间的节点N5。两个电容器C11、C12之间的节点N4经由第二二极管D2电连接至第二开关装置5的两个半导体开关S51、S52之间的节点N6。
与图4(A)和图4(B)的平衡器电路相比，图8的平衡器电路的优点在于，与图4(A)和图4(B)的平衡器电路的相应开关装置4和5的单个半导体开关S41或S51相比，相应开关装置4和5的两个半导体开关S41、S42或S51、S51可以具有更低的电压阻断(Vbk)额定值。电容器装置3的串联连接的两个电容器C11、C12可以具有相等的电容和电压额定值。
为了平衡DC链路电容器C21、C22两端的DC链路电压，对于图4(B)的平衡器电路的第一开关装置4的开关S41和第二开关装置5的开关S51，可以如上结合图5、图6和图7所述来控制第一开关装置4的两个开关S41、S42以及第二开关装置5的两个开关S51、S52。当切换图8的平衡器电路1的第一开关装置4和第二开关装置5的所述开关时，开关S41和S52相对于开关S42和S51延迟或以时间差(小时间差)运行或切换。开关S42和S52各自是电连接至平衡器电路1的第三端子T3的开关。该时间差或延迟用于控制第一开关装置4和第二开关装置5的所述开关，以便保证这些开关中没有一个开关(其电压阻断额定值低于总DC链路电压的电压阻断额定值)会遭受或处理所述总DC链路电压并因此受损。所述总DC链路电压(可以称为全DC链路电压)等于所述第一DC链路电容器两端的所述DC链路电压和所述第二DC链路电容器两端的所述DC链路电压的总和。在完全平衡的状态下，这两个DC链路电压等于所述总DC链路电压的一半。
因此，第一开关装置4可以可控地从不导通切换到导通，使得在开关S42从不导通切换到导通之后，开关S41从不导通切换到导通。此外，第一开关装置4可控地从导通切换到不导通，使得在开关S42从导通切换到不导通之前，开关S41从导通切换到不导通。第二开关装置5可控地从不导通切换到导通，使得在开关S51从不导通切换到导通之后，开关S52从不导通切换到导通。此外，第二开关装置5可控地从导通切换到不导通，使得在开关S51从导通切换到不导通之前，开关S52从导通切换到不导通。
上述时间差或延迟可以具有与消隐时间类似的大小，对平衡器电路1的运行以及因此对第一电感器L1和第二电感器L2的电流波形或电容器C11和C12的电压的影响最小。因此，上述时间差或延迟对平衡器电路1的影响可以忽略不计。
图9示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例。图9的平衡器电路1是图3的平衡器电路1的实现方式的示例。因此，结合图3的描述相应地适用于图9的平衡器电路1。
图9示出了图3的平衡器电路1的实现方式的另一个示例，其使得能够使用具有较低电压阻断额定值的半导体开关。如图9所示，电容器装置1包括电容器C1(第一电容器)。第一开关装置4和第二开关装置5各自可以包括串联电连接的两个半导体开关S41、S42和S51、S52。平衡器电路1还包括第二电容器C2，该第二电容器C2电连接在第一开关装置4的两个开关S41、S42之间的节点N5和第二开关装置5的两个半导体开关S51、S52之间的节点N6之间。在平衡器电路1的运行期间，电容器C1可以第一DC链路电容器21的所述DC链路电压和第二DC链路电容器22的所述DC链路电压的总和或接近该总和(即，近似于该总和)充电，而第二电容器C2可以上述DC链路电压总和的一半或接近上述DC链路电压总和的一半(即，近似于该总和的一半)充电。
可选地，图9的包括第二电容器C2(可以称为飞跨电容器)的平衡器电路1可以根据以下两个运行示例(但不限于此)执行：例如，图9的平衡器电路1可以作为全三电平DC-DC转换器电路运行。在这种情况下，所述运行可以对应于飞跨电容器相位桥臂，其中第二电容器C2(飞跨电容器)的电压被控制。根据另一个示例，图9的平衡器电路1可以在准飞跨电容器模式下运行。在这种情况下，第二电容器C2(飞跨电容器)的导通时间很短，仅在从一个半导体支路到另一个半导体支路(即，从一个开关装置到另一个开关装置)的换向期间导通，其中第二电容器C2的电压被控制。
可选地，在图8和图9的实现方式中，可以实现平衡器电路1的第一电感器L1与第二电感器L2之间的磁耦合。在这种情况下，上述关于磁耦合的描述(例如，结合图4(B)的描述)相应地适用。
图10(A)和图10(B)示出了本发明实施例提供的平衡器电路的示例与基于转换器的平衡器电路之间的功能比较。
当与用于平衡部分DC链路电压(即，串联电连接的DC链路电容器两端的电压)的结合图2所述的基于转换器的平衡器电路相比时，本发明的平衡器电路(例如，图3至图9的平衡器电路)具有以下优点。本发明的平衡器电路具有显著较低的无源器件额定值。在使用第一电感器L1与第二电感器L2之间的磁耦合的情况下，可以实现占所有磁性元件总和相当小的尺寸(体积)和重量(例如，30％～40％)。在运行期间，将较低的电流注入所述DC链路电容器，尤其是在峰值电流方面。此外，注入所述DC链路电容器的电流失真要低得多。例如，对于本发明的平衡器电路1，没有高di/dt的电流分量在所述平衡器电路与所述DC链路电容器之间循环。低失真简化了本发明的平衡器电路的控制，并且可以更自由地选择控制类型(例如，PWM)和开关频率。在中性点平衡作用相同有效性的基础上，即在相同电能传输能力的基础上，比较上述优点。可以在图10中看到图4(A)的平衡器电路(作为本发明的平衡器电路的示例)和图2(A)的基于转换器的平衡器电路的示意图和电流波形。也就是说，图10(A)的平衡器电路1是图4(A)的平衡器电路，图10(B)的平衡器电路8是图2(A)的基于转换器的平衡器电路。
对于图10(A)和图10(B)的平衡器电路，半导体开关中的额定值和功率损耗大致相同。虽然在图10(A)的平衡器电路1中，使用两个电感器L1、L2代替图10(B)的平衡器电路8中使用的一个电感器L3，但是与图10(B)的平衡器电路8相比，图10(A)的平衡器电路1的磁性元件(两个电感器L1、L2)的总尺寸和重量更小。如图10(A)所示，与图10(B)的基于转换器的平衡器电路8相比，本发明的平衡器电路1注入更小、更平滑的电流意味着对逆变器DC链路电容器C21、C22的影响最小。这避免了由于更高的RMS额定值要求而需要增加DC链路电容器尺寸。
关于图4(A)或图10(A)的平衡器电路1示例性描述的上述优点相应地适用于本发明的平衡器电路的其它实现方式，例如图3、图4(B)、图8和图9的平衡器电路1，并且因此相应地适用于根据所述第一方面所述的平衡器电路。
此外，当与基于非硬件的方案(例如，基于调制模式修改的软件方案)相比时，本发明的平衡器电路可以更小的总半导体功率损耗耗散实现良好的电压平衡，从而实现更高的功率转换效率。在这种情况下，所述总功率损耗是指所述平衡器电路的所述半导体开关和可电连接至所述DC链路电容器的转换器(例如，DC-AC转换器或AC-DC转换器)中的功率损耗。
本发明已结合各种实施例作为示例以及实现方式进行描述。然而，本领域技术人员通过实践请求保护的主题，研究附图、本发明以及独立权利要求，能够理解并实现其它变体。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足权利要求书中描述的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有效地使用。
Claims (21)
1.一种用于两个DC链路电容器(C21、C22)的串联连接(2)的平衡器电路(1)，其特征在于，所述平衡器电路(1)包括：
-第一端子(T1)，用于电连接至所述两个DC链路电容器(C21、C22)的所述串联连接(2)的第一端子(T21)；
-第二端子(T2)，用于电连接至所述两个DC链路电容器(C21、C22)的所述串联连接(2)的第二端子(T22)；
-第三端子(T3)，用于电连接至所述两个DC链路电容器(C21、C22)之间的节点(N1)；
-第一电感器(L1)、电容器装置(3)和第二电感器(L3)，串联电连接在所述平衡器电路(2)的所述第一端子(T1)与所述第二端子(T2)之间，其中所述电容器装置(3)电连接在所述第一电感器(L1)与所述第二电感器(L2)之间；
-第一开关装置(4)，电连接在所述第三端子(T3)与节点(N2)之间，所述节点(N2)在所述第一电感器(L1)与所述电容器装置(3)之间；
-第二开关装置(5)，电连接在所述第三端子(T3)与节点(N3)之间，所述节点(N3)在所述第二电感器(L2)与所述电容器装置(3)之间；其中
-所述第一开关装置(4)和所述第二开关装置(5)各自包括串联电连接的一个半导体开关(S41；S51)或两个半导体开关(S41、S42；S51、S52)。
2.根据权利要求1所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述电容器装置(3)包括电容器(C1)；
-所述第一开关装置(4)和所述第二开关装置(5)各自包括所述半导体开关(S41；
S51)。
3.根据权利要求1所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述电容器装置(3)包括串联电连接的两个电容器(C11、C12)；
-所述第一开关装置(4)和所述第二开关装置(5)各自包括所述两个半导体开关(S41、S42；S51、S52)。
4.根据权利要求3所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述两个电容器(C11、C12)之间的节点(N4)经由第一二极管(D1)电连接至所述第一开关装置(4)的所述两个半导体开关(S41、S42)之间的节点(N5)；
-所述两个电容器(C11、C12)之间的所述节点(N4)经由第二二极管(D2)电连接至所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)之间的节点(N6)。
5.根据权利要求1所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述电容器装置(3)包括电容器(C1)；
-所述第一开关装置(4)和所述第二开关装置(5)各自包括所述两个半导体开关(S41、S42；S51、S52)；
-第二电容器(C2)电连接在所述第一开关装置(4)的所述两个开关(S41、S42)之间的节点(N5)和所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)之间的节点(N6)之间。
6.根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述第一电感器(L1)和所述第二电感器(L2)彼此磁耦合。
7.根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路，其特征在于，
-所述第一开关装置(4)和所述第二开关装置(5)中的每一个的所述一个或两个半导体开关是：
-一个或两个绝缘栅极双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)，其中二极管反并联电连接至每个IGBT；
-一个或两个金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)；和/或
-一个或多个双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)，其中二极管反并联电连接至每个BJT。
8.根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述第一开关装置(4)和所述第二开关装置(5)以开关频率可控，使得
-所述第一开关装置(4)的所述半导体开关(S41)或所述两个半导体开关(S41、S42)分别在第一时间段导通并且在所述第一时间段之后的第二时间段不导通，其中所述第一时间段和所述第二时间段的总和等于所述开关频率的倒数；
-所述第二开关装置(5)的所述半导体开关(S51)或所述两个半导体开关(S51、S52)分别在所述第一时间段和所述第二时间段内不导通。
9.根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述第一开关装置(4)和所述第二开关装置(5)以开关频率可控，使得
-所述第二开关装置(5)的所述半导体开关(S51)或所述两个半导体开关(S51、S52)分别在第三时间段导通并且在所述第三时间段之后的第四时间段不导通，其中所述第三时间段和所述第四时间段的总和等于所述开关频率的倒数；
-所述第一开关装置(4)的所述半导体开关(S41)或所述两个半导体开关(S41、S42)分别在所述第三时间段和所述第四时间段内不导通。
10.根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述第一开关装置(4)包括所述两个半导体开关(S41、S42)；
-所述第一开关装置(4)可控地从导通切换到不导通，使得在所述第一开关装置(4)的所述两个半导体开关(S41、S42)中的一个半导体开关(S41)从导通切换到不导通之后，所述第一开关装置(4)的所述两个半导体开关(S41、S42)中电连接至所述第三端子(T3)的另一个半导体开关(S42)从导通切换到不导通。
11.根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述第一开关装置(4)包括所述两个半导体开关(S41、S42)；
-所述第一开关装置(4)可控地从不导通切换到导通，使得在所述第一开关装置(4)的所述两个半导体开关(S41、S42)中的一个半导体开关(S41)从不导通切换到导通之前，所述第一开关装置(4)的所述两个半导体开关(S41、S42)中电连接至所述第三端子(T3)的另一个半导体开关(S42)从不导通切换到导通。
12.根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述第二开关装置(5)包括所述两个半导体开关(S51、S52)；
-所述第二开关装置(5)可控地从导通切换到不导通，使得在所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)中的一个半导体开关(S51)从导通切换到不导通之前，所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)中电连接至所述第三端子(T3)的另一个半导体开关(S52)从导通切换到不导通。
13.根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述第二开关装置(5)包括所述两个半导体开关(S51、S52)；
-所述第二开关装置(5)可控地从不导通切换到导通，使得在所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)中的一个半导体开关(S51)从不导通切换到导通之后，所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)中电连接至所述第三端子(T3)的另一个半导体开关(S52)从不导通切换到导通。
14.根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路(1)，其特征在于，
-所述第一开关装置(4)和所述第二开关装置(5)在连续导通模式(continuousconduction mode，CCM)或在不连续导通模式(discontinuous conductionmode，
DCM)下可控。
15.一种用于在根据上述权利要求中任一项所述的平衡器电路(1)电连接至两个DC链路电容器(C21、C22)的串联连接(2)时控制所述平衡器电路(1)的方法，其特征在于，
-为了平衡所述两个DC链路电容器(C21、C22)中电连接至所述两个DC链路电容器(C21、C22)的所述串联连接(2)的第一端子(T21)的第一DC链路电容器(C21)两端的电压，以及所述两个DC链路电容器(C21、C22)中电连接至所述两个DC链路电容器(C21、C22)的所述串联连接(2)的第二端子(T22)的第二DC链路电容器(C22)两端的电压，所述方法包括：
-在导通与不导通之间切换所述平衡器电路(1)的所述第一开关装置(4)或所述第二开关装置(5)，而相应的其它开关装置是不导通的。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，为了将电荷从所述第一DC链路电容器(C21)转移到所述第二DC链路电容器(C22)，所述方法包括：
-在导通与不导通之间以开关频率切换所述第一开关装置(4)，使得
所述第一开关装置(4)的所述半导体开关(S41)或所述两个半导体开关(S41、
S42)分别在第一时间段导通并且在所述第一时间段之后的第二时间段不导通，其中，所述第一时间段和所述第二时间段的总和等于所述开关频率的倒数；其中
-所述第二开关装置(5)的所述半导体开关(S51)或所述两个半导体开关(S51、
S52)分别在所述第一时间段和所述第二时间段内不导通。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，为了将电荷从所述第二DC链路电容器(C22)转移到所述第一DC链路电容器(C21)，所述方法包括：
-在导通与不导通之间以开关频率切换所述第二开关装置(5)，使得
所述第二开关装置(5)的所述半导体开关(S51)或所述两个半导体开关(S51、
S52)分别在第三时间段导通并且在所述第三时间段之后的第四时间段不导通，其中，所述第三时间段和所述第四时间段的总和等于所述开关频率的倒数；其中
-所述第一开关装置(4)的所述半导体开关(S41)或所述两个半导体开关(S41、
S42)分别在所述第三时间段和所述第四时间段内不导通。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，所述第一开关装置(4)包括所述两个半导体开关(S41、S42)，其特征在于，
-为了将所述第一开关装置(4)从导通切换到不导通，所述方法包括：
-在所述第一开关装置(4)的所述两个半导体开关(S41、S42)中的一个半导体开关(S41)从导通切换到不导通之后，将所述第一开关装置(4)的所述两个半导体开关(S41、S42)中电连接至所述第三端子(T3)的另一个半导体开关(S42)从导通切换到不导通；和/或
-为了将所述第一开关装置(4)从不导通切换到导通，所述方法包括：
-在所述第一开关装置(4)的所述两个半导体开关(S41、S42)中的一个半导体开关(S41)从不导通切换到导通之前，将所述第一开关装置(4)的所述两个半导体开关(S41、S42)中电连接至所述第三端子(T3)的另一个半导体开关(S42)从不导通切换到导通。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，所述第二开关装置(5)包括所述两个半导体开关(S51、S52)，其特征在于，
-为了将所述第二开关装置(5)从导通切换到不导通，所述方法包括：
-在所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)中的一个半导体开关(S51)从导通切换到不导通之前，将所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)中电连接至所述第三端子(T3)的另一个半导体开关(S52)从导通切换到不导通；和/或
-为了将所述第二开关装置(5)从不导通切换到导通，所述方法包括：
-在所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)中的一个半导体开关(S51)从不导通切换到导通之后，将所述第二开关装置(5)的所述两个半导体开关(S51、S52)中电连接至所述第三端子(T3)的另一个半导体开关(S52)从不导通切换到导通。
20.一种转换器装置(7)，其特征在于，包括：
-转换器(6)；
-与所述转换器(6)电连接的两个或更多个DC链路电容器(C21、C22)的串联连接(2)；
-根据权利要求1至14中任一项所述的一个或多个平衡器电路(1)，其电连接至所述两个或更多个DC链路电容器(C21、C22)的所述串联连接(2)。
21.根据权利要求20所述的转换器装置(7)，其特征在于，
-所述DC链路电容器(C21、C22)的数量比所述平衡器电路(1)的数量大1；
-所述一个或多个平衡器电路(1)的相应平衡器电路(1)电连接至所述两个或更多个DC链路电容器(C21、C22)中的每对相邻DC链路电容器(C21、C22)，使得所述相应平衡器电路(1)的所述第三端子(T3)电连接至所述一对相邻DC链路电容器(C21、C22)中的所述相邻DC链路电容器(C21、C22)之间的节点(N1)。
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