CN1826722A - 整流器电路 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于至少一相(R，S，T)的具有第一矢量组系统(1)的转换器电路，该第一矢量组系统(1)被提供给每个相(R，S，T)，具有第一主矢量组(4)，该第一主矢量组(4)由功率半导体开关(2)和连接到所述功率半导体开关(2)的电容器(3)形成，并且具有至少一个中间组(7)，该中间组(7)由两个串联连接的受控功率半导体开关(5)和一电容器(6)形成；一个或多个所述中间组(7)连接到所述第一主矢量组(4)。所述第一矢量组系统还具有由功率半导体开关(8)形成的第二主矢量组(9)，其中所述中间组(7)或者一中间组(7)连接到该第二主矢量组(9)。根据本发明，所述整流器电路可得到简化，并且故障率得到减小，其中所述第一主矢量组(4)中的功率半导体开关(2)和所述第二主矢量组(9)中的功率半导体开关(8)各由一个具有单向电流流动方向的不受控电子元件(11)形成。当有几个相(R，S，T)时，为了增加电能的存储，相(R，S，T)的第一矢量组系统(1)相互并联连接。

Description

整流器电路

技术领域

本发明涉及功率电子设备领域，并更具体地涉及如独立权利要求中的前叙部分所述的转换器电路。

背景技术

现今，转换器电路广泛地用于功率电子应用。如在此情况下，对转换器电路的要求，首先是在以正常方式连接到转换器电路的相的AC电压网络中产生尽可能低的谐波电平，并且，在另一方面，以尽可能小的电子元件的数目，传送尽可能高的功率水平。在WO 01/93412 A2中说明了一种适合的转换器电路。在此文件中，为每相提供第一开关组系统，并且其具有第一主开关组，该第一主开关组是由功率半导体开关和连接到该功率半导体开关的电容器形成的。所述第一主开关组中的功率半导体开关由带有绝缘驱动电极的双极晶体管(IGBT-绝缘栅双极晶体管)，和与该双极晶体管反并联连接的二极管形成。因而，第一主开关组中的功率半导体开关由可驱动的有源电子元件，具体地，所述双极晶体管，以及此外由二极管形成，使得以此方式形成的功率半导体开关允许双向电流流动方向。此外，第一开关组系统具有至少一个中间开关组，其由两个可驱动的串联连接的功率半导体开关和一电容器形成，其中所述中间开关组或一中间开关组连接到第一主开关组。中间开关组中的每个可驱动的功率半导体开关同样由带有隔离驱动电极的双极晶体管和与该双极晶体管反并联连接的二极管形成。此外，第一开关组系统具有由功率半导体开关形成的第二主开关组，其中所述或一中间开关组连接到该第二主开关组。第二主开关组中的功率半导体开关也由带有隔离驱动电极的双极晶体管和与该双极晶体管反并联连接的二极管形成。因而，第二主开关组中的功率半导体开关也由可驱动的有源电子元件，具体地，带有隔离驱动电极的双极晶体管，以及此外由二极管形成，在此情况下，以此方式形成的功率半导体开关同样允许已提及的双向电流流动方向。

根据WO 01/93412 A2的转换器电路具有的问题是，在第一主开关组和第二主开关组中的功率半导体开关具有大数量的电子元件，即功率半导体开关由带有隔离驱动电极的双极晶体管以及此外由二极管形成。电子元件的大数量使转换器电路的设计变得复杂，引起转换器电路的高成本和由于电子元件自身和由其接线导致的对大空间的要求。在第一和在第二主开关组中使用带有隔离驱动电极的双极晶体管还使得有必要提供相应驱动电路，因而，需要高的驱动复杂性水平，且进一步增加接线的复杂性并需要另外的空间，因此，进一步提高了根据WO 01/93412 A2的转换器电路的成本。带有大数量电子元件的转换器的复杂设计，高的驱动复杂性水平，和高的接线复杂性水平意味着根据WO 01/93412 A2的转换器电路易于有缺陷，因此该转换器电路的总的可用性是差的。此外，带有隔离驱动电极的双极晶体管是由于其设计而易于有缺陷的昂贵电子元件，从而使转换器电路的可用性进一步下降。

此外，在大量的转换器电路的应用中，例如，在二象限应用的情况中，根据WO 01/93412 A2的转换器电路的工作是不经济的，因为在第一和在第二主开关组中的功率半导体开关中的带有隔离驱动电极的双极晶体管是虽然确实被驱动，然而就电流电平而言，它根本没有负载，或只有轻微的负载。

US 2003/0128563 A1公开了用于至少一相的替选的转换器电路，该转换器电路具有开关组系统，该开关组系统提供用于这些相中的单个相，并具有第一主开关组，该第一主开关组由功率半导体开关和由连接到所述功率半导体开关的关联电容器形成，其中所述第一主开关组中的功率半导体开关由无源电子元件形成，该无源电子元件不可驱动且具有单向电流流动方向。此外，所述开关组系统具有中间开关组，该中间开关组由两个串联连接的可驱动的功率半导体开关和一电容器形成，其中所述中间开关组连接到所述第一主开关组。此外，所述开关组系统具有由功率半导体开关形成的第二主开关组，其中该第二主开关组中的功率半导体开关由无源电子元件形成，该无源电子元件不可驱动且具有单向电流流动方向，且其中所述中间开关组或多个所述中间开关组连接到所述第二主开关组。

US 2003/0128563 A1中公开的转换器电路具有的问题是，在第一主开关组中的电容器和在中间开关组7中的电容器意味着整个转换器电路只可存储极有限的量的电能。这意味着在两个电容器上发生不理想的电压振荡和电流振荡，其可由例如动态电负载引起，且由于小的电容器存储能力，这些电压振荡和电流振荡不能得到阻尼。这意味着在该转换器电路的相上发生谐波，其在正常连接到所述相的AC电压网络中是极不理想的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于至少一相的转换器电路，其中，可以尽可能多地存储电能。此目的是通过权利要求1和权利要求2的特征而实现的。在从属权利要求中说明了对本发明的有利的展开。

根据本发明的用于至少一相的转换器电路具有用于每相的第一开关组系统，该第一开关组系统具有第一主开关组，该第一主开关组由功率半导体开关和由连接到所述功率半导体开关的电容器形成，其中所述所述第一主开关组中的功率半导体开关由无源电子元件形成，该无源电子元件不可驱动且具有单向电流流动方向。此外，所述第一开关组系统具有至少一个中间开关组，该中间开关组由两个串联连接的可驱动的功率半导体开关和一电容器形成，其中所述中间开关组或者一中间开关组连接到所述第一主开关组。

所述第一开关组系统还具有由功率半导体开关形成的第二主开关组，其中该第二主开关组中的功率半导体开关由无源电子元件形成，该无源电子元件不可驱动且具有单向电流流动方向，且所述中间开关组或者一中间开关组连接到所述第二主开关组。根据本发明，如果有多个相，则所述相的第一开关组系统彼此并联连接。作为对此的替选，根据本发明，为每相提供n个另外的开关组系统，其中n＞1，并且其中在所述n个另外的开关组系统的每个中，与所述第一主开关组相邻的中间开关组中的串联连接到所述第一主开关组，并且与所述第二主开关组相邻的中间开关组与所述第二主开关组串联连接。在所述第一开关组系统中的所述第一主开关组和在所述n个另外的开关组系统中的所述第一主开关组彼此串联连接，其中，在所述第一开关组系统中的第二主开关组和在所述n个另外的开关组系统中的第二主开关组彼此串联连接。如果有多个相，则用于所述相的第n另外开关组系统彼此并联连接。用于所述相的所述第一开关组系统的和用于所述相的第n另外开关组系统的并联连接，即，所述第一开关组系统和第n另外开关组系统的所述第一主开关组中的电容器的并联连接，以及所述第一开关组系统和第n另外开关组系统中的所述中间开关组中的电容器的并联连接，有利地使得有可能增加可由总体转换器电路存储的电能的量，尤其因为并联连接的电容器的电容值是相加的。此外，在所述第一主开关组中的电容器的及在所述中间开关组中的电容器的并联连接使得有可能阻尼所述第一主开关组中的并联连接的电容器上和所述中间开关组中的并联连接的电容器上的电压和电流的不理想的振荡，并因而有利地使的有可能实际上避免这种振荡。于是在很大程度上，在所述转换器电路的诸相上不发生此种不理想的振荡，从而最终，在正常连接到所述相的AC电压网络中实际上也不发生此种振荡。

由于所述第一主开关组中的功率半导体开关和所述第二主开关组中的功率半导体开关的每个仅由一个不可驱动并具有单向电流流动方向的无源电子元件形成，并因而在每种情况下无需任何可驱动的有源电子元件，亦如现有技术中所知，例如，带有隔离驱动电极的双极晶体管，因此这导致仅需要很小数目的电子元件并因而很简单且不复杂的转换器电路。此外，因为电子元件数目小，根据本发明的所述转换器电路也可低成本地制造和操作，同时具有很低的驱动和接线复杂性水平，因此其需要小的空间并显著地具有高可靠性，并因而具有高的可用性。

此外，根据本发明的转换器电路可以很经济地操作，因为处于不可驱动并具有单向电流流动方向的无源电子元件的形式的所述第一和第二主开关组中的功率半导体开关，在转换器电路工作期间参与载运电流，并因而在很大程度上将负载从其去除。

结合附图，将详细说明本发明的优选实施例，从而使本发明的这些以及另外的目的，优点和特征更为清晰。

附图说明

附图中：

图1示出根据本发明的转换器电路的第一实施例，

图2示出根据本发明的转换器电路的第二实施例，

图3示出根据本发明的转换器电路的第三实施例，

图4示出根据本发明的转换器电路的第四实施例，

图5示出根据本发明的转换器电路的第五实施例，

图6示出根据本发明的转换器电路的第六实施例，

图7示出根据本发明的转换器电路的第七实施例，

图8示出根据本发明的转换器电路的第八实施例，

图9示出根据本发明的转换器电路的第九实施例，并且

图10示出如图4所示的根据本发明的转换器电路的第四实施例的实例的图示。

在参考符号列表中，以汇总的形式列出了附图中使用的参考符号及其含义。原则上，图中相同部分具有相同的参考符号。所说明的实施例表示本发明主题的实例，而不具限制作用。

具体实施方式

图1示出根据本发明的转换器电路的第一实施例，具体为单相实施例。在此情况下，对于至少一相R，Y，B，所述转换器电路包括第一开关组系统1，其被提供给每相R，Y，B，并且具有第一主开关组4，该第一主开关组4由功率半导体开关2和由连接到所述功率半导体开关2的电容器3形成。所述第一开关组系统1还具有至少一个中间开关组7，该中间开关组7由两个可驱动的串联连接的功率半导体开关5和一电容器6形成，其中所述中间开关组7或者一中间开关组7连接到所述第一主开关组4。所述中间开关组7中的可驱动的所述两个串联连接的功率半导体开关5，如图1所示，每个的形式为反并联连接的带有隔离驱动电极的双极晶体管和二极管。此外，所述第一开关组系统1具有由功率半导体开关8形成的第二主开关组9，其中所述中间开关组7或者一中间开关组7连接到该第二主开关组9。所述第一主开关组4中的功率半导体开关2由无源电子元件11形成，该无源电子元件11不可驱动，且具有单向电流流动方向，并且所述第二主开关组9中的功率半导体开关8同样由无源电子元件11形成，该无源电子元件11不可驱动，且具有单向电流流动方向。

从而，对于第一和第二主开关组4，9，根据本发明的转换器电路不需要公知的可驱动的电子元件，例如，带有隔离驱动电极的双极晶体管，因为所述第一主开关组4中的功率半导体开关2和所述第二主开关组8中的功率半导体开关8的每个仅由一个无源电子元件11形成，该无源电子元件11不可驱动，且具有单向电流流动方向。该措施导致需要很小数目的电子元件并因而很简单且不复杂的转换器电路。此外，因为电子元件数目小，根据本发明的所述转换器电路可低成本制造和操作，具有很低的驱动和接线复杂性水平，并因此仅需要小量的空间并显著地具有高可靠性，并因而有高的可用性。

此外，根据本发明的转换器电路可以很经济地操作，因为处于不可驱动并具有单向电流流动方向的无源电子元件11的形式的所述第一和第二主开关组4，9中的功率半导体开关2，8在转换器电路工作期间参与载运电流，并因而在很大程度上降低负载。

对于二象限操作，例如，对于功率因数校正，可将根据本发明的转换器电路使用和操作为整流器和相移器。优选地，将根据本发明的转换器电路用于在相一侧的三相低成本标准变压器，而不是带有复杂的特殊变压器的12脉冲，18脉冲或24脉冲整流器电路。

图2示出根据本发明的转换器电路的第二实施例，其中，对于所述第一开关组系统1，所述第一主开关组4中的功率半导体开关2具有另外的无源电子元件11，该无源电子元件11不可驱动且具有单向电流流动方向，其中该另外的电子元件11与已存在的电子元件11串联连接。此外，如图2所示，对于所述第一开关组系统1，所述第二主开关组9中的功率半导体开关8同样具有另外的无源电子元件11，该无源电子元件11不可驱动且具有单向电流流动方向，其中该另外的电子元件11与已存在的电子元件11串联连接。分别如图1和图2所示，不可驱动的所述已存在的无源电子元件11和所述另外的无源电子元件11在每种情况下优选为二极管的形式。图1中，所述二极管的形式是高阻塞能力二极管，即，具有高反向电压的二极管。如图2所示，在所述第一和第二主开关组4，9中的、由所述已存在的不可驱动且具有单向电流流动方向的无源电子元件11和所述另外的不可驱动且具有单向电流流动方向的无源电子元件11形成的串联电路还导致电压在所述两个电子元件11之间分离，因而，使得有可能以根据本发明的转换器电路实现较高的总阻塞能力，因而，可通过根据本发明的转换器电路传送较多的功率。

在如图1和图2所示的根据本发明的转换器电路的实施例中，对于所述第一开关组系统1，每个中间开关组7中的可驱动的所述功率半导体开关5之一连接到同一中间开关组7中的电容器6。此外，与所述第一主开关组4相邻的所述中间开关组7与所述第一主开关组4并联连接；以及与所述第二主开关组9相邻的所述中间开关组7与所述第二主开关组9并联连接。与如图1和图2所示的根据本发明的转换器电路的实施例相对比，对于如图3所示的根据本发明转换器电路的第三实施例，将所述第一开关组系统1中的每个中间开关组7中的可驱动的两个功率半导体开关5之间的接合点连接到同一中间开关组7中的电容器6，其中与所述第一主开关组4相邻的所述中间开关组7中可驱动的所述两个功率半导体开关5之一连接到所述第一主开关组4中的所述两个电子元件11之间的接合点。此外，如图3所示，对于所述第一开关组系统1，与所述第二主开关组9相邻的所述中间开关组7中可驱动的所述两个功率半导体开关5的另一个连接到所述第二主开关组9中的所述两个电子元件11之间的接合点。

图4示出根据本发明的转换器电路的第四实施例，其中，当有多个相R，Y，B时，尤其当有如图4所示的三相R，Y，B时，用于所述相R，Y，B的所述第一开关组系统1彼此并联连接，即用于所述相R，Y，B的所述第一开关组系统1中的第一主开关组4中的电容器3彼此并联连接，并且用于所述相R，Y，B的所述第一开关组系统1中的中间开关组7中的电容器6彼此并联连接。如图4所示，所述第一开关组系统1中的第二主开关组9也相互连接。为便于理解，图10示出具有如图1所示的第一开关组系统的如图4所示的根据本发明的转换器电路的第四实施例的示例。借助于用于相R，Y，B的所述第一开关组系统1的并联连接，即所述第一主开关组4中的电容器3和所述中间开关组7中的电容器6的并联连接，有利地增加了可存储于总体转换器电路中的电能的量。此外，所述第一主开关组4中的电容器3和所述中间开关组7中的电容器6的并联连接阻尼了在所述第一主开关组4中的并联连接的电容器3上和所述中间开关组7中的并联连接的电容器6上的不理想的电压和电流的振荡，因而有利地在很大程度上避免了这种振荡。于是在所述转换器电路的所述相R，Y，B上在很大程度上不发生此种不理想的振荡，从而最终，在正常连接到所述相的AC电压网络中实际上也不发生此种振荡。此外，如果电装置，例如充电装置，连接到所述第一主开关组4中的电容器3中的一个电容器或所述中间开关组7中的电容器6中的一个电容器，使得所述第一主开关组4中的所有电容器3和所述中间开关组7中的所有电容器6连接到该电装置，则这意味着不需要所述电装置到所述第一主开关组4中的每个电容器和所述中间开关组7中的每个电容器6的单个连接。

如上所述，对于根据本发明的转换器电路中的所述第一开关组系统1，提供至少一个中间开关组7，即一个或多个中间开关组7。根据将在下文中详细说明的、在图5、图6和图9示出的、根据本发明的转换器的实施例，当在所述第一开关组系统1提供多个中间开关组7时，分别相邻的中间开关组7相互连接成链，其中所述中间开关组7根据图1或图2示出的实施例设计。图1或图2示出的中间开关组7是四极网络，因而，分别相邻的中间开关组7的链是四极网络的链。不言而喻，上述由所述第一开关组系统1中的分别相邻的中间开关组7形成的链也可由如图3所示设计的所述第一开关组系统1中的中间开关组7形成。在所述第一开关组系统1中的大数量的中间开关组7意味着可通过增加施加到所述第一开关组系统1的DC电压来增加可传送的功率，因为该DC电压被分成对应于相关联的第一主开关组4中的电容器3和所述大数目的中间开关组7中的电容器6的各个DC电压。此外，所述大的数目导致开关级(switching level)的数目的增加，因而大为有利地，使得有可能进一步减小在转换器电路的相一侧的谐波。

图5示出根据本发明的转换器电路的第五实施例，其中用于相R，Y，B的第一开关组系统1由对应的如图1或图2所示的第一和第二主开关组4，9和多个中间开关组7形成。此外，图6示出根据本发明的转换器电路的第六实施例，其中用于相R，Y，B的第一开关组系统1由对应的如图3所示的第一和第二主开关组4，9和多个中间开关组7形成。对于图5示出的第五实施例和对于图6示出的第六实施例，举例来说，有三个相，尽管任何所需的相R，Y，B的数目通常都是可行的。如图5和图6所示，为每个相R，Y，B提供n个另外的开关组系统10.1，...10.n，其中n≥1，且对于所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n的每个，每个中间开关组7中的可驱动的功率半导体开关5之一连接到同一中间开关组7中的电容器6；并且，与所述第一主开关组4相邻的所述中间开关组7串联连接到所述第一主开关组4；以及，与所述第二主开关组9相邻的所述中间开关组7串联连接到所述第二主开关组9。此外，如图5和图6所示，所述第一开关组系统1中的第一主开关组4和所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n中的第一主开关组4彼此串联连接；并且，所述第一开关组系统1中的第二主开关组9和所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n中的第二主开关组9彼此串联连接。优选地，基于针对所述第一和第二主开关组4，9和所述中间开关组7或所述多个中间开关组7在以上所述和在图1或图2所示的第一开关组系统1来设计用于相R，Y，B的所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n的每个，即，通常，用于相R，Y，B的所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n的每个具有第一主开关组4，该第一主开关组4由功率半导体开关2和由连接到所述功率半导体开关2的电容器3形成，其中所述第一主开关组4中的功率半导体开关2由无源电子元件11形成的，该无源电子元件11不可驱动且具有单向电流流动方向。此外，用于相R，Y，B的所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n的每个具有至少一个中间开关组7，该中间开关组7由两个串联连接的可驱动的功率半导体开关5和一电容器6形成，其中所述中间开关组7或一中间开关组7连接到所述第一主开关组4。此外，用于相R，Y，B的所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n的每个具有由功率半导体开关形成的第二主开关组9，其中该第二主开关组9中的功率半导体开关8由无源电子元件11形成，该无源电子元件11不可驱动且具有单向电流流动方向，且所述中间开关组7或一中间开关组7连接到所述第二主开关组9。以由图4所示出的同样方式，对于如图5和图6所示的根据本发明的转换器电路的第五和第六实施例，当有多个相R，Y，B时，用于所述相R，Y，B的第n另外开关组系统10.n彼此并联连接，即第n另外开关组系统10.n中的第一主开关组4中的电容器3彼此并联连接，并且第n另外开关组系统10.n中的中间开关组7中的电容器6彼此并联连接。如图5和图6所示，所述第n另外开关组系统10.n中的第二主开关组9也相互连接。用于所述相R，Y，B的所述第n另外开关组系统10.n的并联连接，即所述第一主开关组4中的电容器3和所述中间开关组7中的电容器6的并联连接，有利地导致了可存储于总体转换器电路中的电能的量的增加。此外，所述第一主开关组4中的电容器3和所述中间开关组7中的电容器6的并联连接阻尼了所述第一主开关组4中的并联连接电容器3和所述中间开关组7中的并联连接电容器6上的不理想的电压和电流的振荡，因而有利地在很大程度上避免了这种振荡。于是在所述转换器电路中的所述相R，Y，B，在很大程度上也不发生此种不理想的振荡，从而最终，在正常连接到所述相的AC电压网络中实际上不发生此种振荡。此外，如果电装置，例如充电装置，连接到所述第一主开关组4中的电容器3中的一个电容器或所述中间开关组7中的电容器6中的一个电容器，使得所述第一主开关组4中的所有电容器3或所述中间开关组7中的所有电容器6连接到该电装置，则这有利地使得有可能避免所述电装置到所述第一主开关组4中的每个电容器和所述中间开关组7中的每个电容器6的单个连接(singleconnection)。

在根据本发明的转换器电路的工作期间，如图5和图6所示为每相R，Y，B提供所述第n另外开关组系统10.1，...10.n，有利地在下游第n-1另外开关组系统10.n-1中的电容器3，6上，将相应的第n另外开关组系统10.n中的电容器3，6的DC电压减半。如果有n＝1个另外的开关组系统10.1，...10.n，如以举例方式在图7所示的转换器电路的具体为单相的第七实施例和图8所示的转换器电路的具体同样为单相的第八实施例中所示，在每个情况中，在第一另外开关组系统10.1中的所述第一主开关组4中的电容器3和在第一另外开关组系统10.1中的所述中间开关组7中的电容器6的DC电压的一半，相应地在该转换器电路工作期间施加到在所述第一开关组系统1中的所述第一主开关组4中的电容器3和在所述第一开关组系统1中的所述中间开关组7中的电容器6。此DC电压的减半有利地减小了所述第一开关组系统1中的电容器3，6上和所述功率半导体开关2，5，8上的负载。通常，这允许产生大数目的开关级，因而，大大有利地使得有可能在相一侧实现有效的谐波减小。如图7所示，第一开关组系统1对应于如以上详述和如图3所示的开关组系统1。此外，如图7所示的第一另外开关组系统10.1对应于如以上详述和如图2所示的开关组系统1，尽管将如图7所示的所述第一另外开关组系统10.1以与如以上详述和如图1所示的开关组系统1相同的方式设计当然也是可行的。如图8所示，所述第一开关组系统1和第一另外开关组系统10.1对应于如以上详述和如图2所示的开关组系统1，尽管将如图7所示的所述第一开关组系统1和第一另外开关组系统10.1以与如以上详述和如图1所示的开关组系统1相同的方式设计当然也是可行的。

如图5和图6所示根据本发明的转换器电路的第五和第六实施例可示，在所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n中的每个开关组系统10.1，...10.n中的中间开关组7的数目对应于第一开关组系统1中的中间开关组7的数目，其中当提供多个中间开关组7时，在所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n的每个中的每个，分别相邻的中间开关组7彼此串联连接。此外，如图5和图6所示，并根据如图9所示的根据本发明的转换器电路的第九实施例，在每个情况中，将在所述第一另外开关组系统10.1中的每个中间开关组7与所述第一开关组系统1中的一个中间开关组7串联连接。举例来说，在根据如图9所示的本发明的转换器电路的第九实施例中，n＝1，对于此情况，具体的，该转换器电路设计用于单相。如图9所示，所述第一开关组系统1和第一另外开关组系统10.1对应于如以上详述和如图2所示的带有多个中间开关组7的开关组系统1，尽管将如图9所示的所述第一开关组系统1和第一另外开关组系统10.1以与如以上详述和如图1所示的带有多个中间开关组7的开关组系统1相同的方式设计当然也是可行的。此外，将如图9所示的所述第一开关组系统1以与如以上详述和如图3所示的带有多个中间开关组7的开关组系统1相同的方式设计也是可能的，并且将如图9所示的所述第一另外开关组系统10.1以与如以上详述和如图1所示的带有多个中间开关组7的开关组系统1相同的方式设计也是可能的。

如果n≥2，对应于如图5和图6所示的转换器电路的第五和第六实施例，第n另外开关组系统10.2，...10.n中的每个中间开关组7在每个情况中串联连接到第(n-1)开关组系统10.2，...10.n中的一个中间开关组7。通常，在所述n个另外的开关组系统10.1，...10.n中的每个开关组系统10.1，...10.n中的中间开关组7的数目对应于在所述第一开关组系统1中的中间开关组7的数目，其优点是，这使得有可能获得平衡的且此外模块化设计的转换器电路，从而，可容易并快速的适配转换器电路，并且因此，可将转换器电路匹配于广泛不同的电路要求。此外，图5，图6和图9示出的对于每个开关组系统1，10.1，...10.n的中间开关组7的大的数目使得有可能通过将较大的DC电压施加到相应的第n开关组系统10.n来增加可传送的功率的量，因为该DC电压被分成对应于相关联的第一主开关组4中的电容器3和所述大数目的中间开关组7中的电容器6的各个DC电压。此外，该大数目导致开关级数目的增加，因而，大大有利地使得有可能在转换器电路的相一侧实现谐波的进一步减小。

如已经说明的，根据如图1至图10所示的转换器电路实施例的中间开关组7中的可驱动的功率半导体开关5的形式为反并联连接的带有隔离驱动电极的双极晶体管和二极管。这些双极晶体管意味着有利地通过适当地驱动所述双极晶体管，即，当所述双极晶体管接通时，有可能以受控的方式限制如图1和图10所示的第一和/或第二主开关组4，9中的二极管，和/或如图2，图3，图7，图8和图9所示的第一和/或第二主开关组4，9中的二极管中的电流梯度di/dt，并因而有利地保护相应的二极管免受损坏或甚至毁坏。

总之，根据本发明的转换器电路代表了一种解决方案，其特征在于小数目的元件，并因而，不复杂、鲁棒和可靠，并且同时具有传送高功率水平的能力。

参考符号列表

1                第一开关组系统

2                第一主开关组中的功率半导体开关

3                第一主开关组中的电容器

4                第一主开关组

5                中间开关组中的可驱动的功率半导体开关

6                中间开关组中的电容器

7                中间开关组

8                第二主开关组中的功率半导体开关

9                第二主开关组

10.1，...10.n    另外的开关组系统

11               不可驱动的无源电子元件

Claims (14)

1.一种用于至少一相(R，Y，B)的具有第一开关组系统(1)的转换器电路，该第一开关组系统(1)被提供给每个相(R，Y，B)，

并且具有第一主开关组(4)，该第一主开关组(4)由功率半导体开关(2)和由连接到所述功率半导体开关(2)的电容器(3)形成，其中所述第一主开关组(4)中的功率半导体开关(2)由无源电子元件(11)形成，该无源电子元件(11)不可驱动且具有单向电流流动方向，

所述第一开关组系统(1)具有至少一个中间开关组(7)，该中间开关组(7)由两个串联连接的可驱动的功率半导体开关(5)和一电容器(6)形成，其中所述中间开关组(7)或者一个中间开关组(7)连接到所述第一主开关组(4)，

且所述第一开关组系统(1)具有由功率半导体开关(8)形成的第二主开关组(9)，其中该第二主开关组(9)中的功率半导体开关(8)由无源电子元件(11)形成，该无源电子元件(11)不可驱动且具有单向电流流动方向，且所述中间开关组(7)或一中间开关组(7)连接到所述第二主开关组(9)，

其特征在于，

如果存在多个相(R，Y，B)，则所述相(R，Y，B)的第一开关组系统(1)相互并联连接。

2.一种用于至少一相(R，Y，B)的具有第一开关组系统(1)的转换器电路，该第一开关组系统(1)被提供给每个相(R，Y，B)，

并且具有第一主开关组(4)，该第一主开关组(4)由功率半导体开关(2)和由连接到所述功率半导体开关(2)的电容器(3)形成，其中所述第一主开关组(4)中的功率半导体开关(2)由无源电子元件(11)形成，该无源电子元件(11)不可驱动且具有单向电流流动方向，

所述第一开关组系统(1)具有至少一个中间开关组(7)，该中间开关组(7)由两个串联连接的可驱动的功率半导体开关(5)和一电容器(6)形成，且所述中间开关组(7)或者一个中间开关组(7)连接到所述第一主开关组(4)，

且所述第一开关组系统(1)具有由功率半导体开关(8)形成的第二主开关组(9)，其中该第二主开关组(9)中的功率半导体开关(8)由无源电子元件(11)形成，该无源电子元件(11)不可驱动且具有单向电流流动方向，且所述中间开关组(7)或一中间开关组(7)连接到所述第二主开关组(9)，

其特征在于，

为每个相(R，Y，B)提供n个另外的开关组系统(10.1，...10.n)，其中n≥1，且其中在所述n个另外的开关组系统(10.1，...10.n)的每个中，相邻于所述第一主开关组(4)的所述中间开关组(7)与所述第一主开关组(4)串联连接，并且相邻于所述第二主开关组(9)的所述中间开关组(7)与所述第二主开关组(9)串联连接；

所述第一开关组系统(1)中的第一主开关组(4)和所述n个另外的开关组系统(10.1，...10.n)中的第一主开关组(4)相互串联连接；

所述第一开关组系统(1)中的第二主开关组(9)和所述n个另外的开关组系统(10.1，...10.n)中的第二主开关组(9)相互串联连接；以及

如果有多个相(R，Y，B)，则用于所述相(R，Y，B)的第n另外开关组系统(10.n)相互并联连接。

3.如权利要求1所述的转换器电路，其特征在于，

在所述第一开关组系统(1)中，所述第一主开关组(4)中的功率半导体开关(2)具有另外的不可驱动且具有单向电流流动方向的无源电子元件(11)，其中该另外的电子元件(11)与已存在的电子元件(11)串联连接；以及

对于所述第一开关组系统(1)，所述第二主开关组(9)中的功率半导体开关(8)具有另外的不可驱动且具有单向电流流动方向的无源电子元件(11)，其中该另外的电子元件(11)与已存在的电子元件(11)串联连接。

4.如权利要求1至3中的任一个所述的转换器电路，其特征在于，其中所述电子元件(11)是二极管。

5.如权利要求1或3所述的转换器电路，其特征在于，

对于所述第一开关组系统(1)，在每个中间开关组(7)中的可驱动的所述功率半导体开关(5)之一连接到在同一中间开关组(7)中的电容器(6)；

对于所述第一开关组系统(1)，相邻于所述第一主开关组(4)的所述中间开关组(7)与所述第一主开关组(4)并联连接；以及

对于所述第一开关组系统(1)，相邻于所述第二主开关组(9)的所述中间开关组(7)与所述第二主开关组(9)并联连接。

6.如权利要求3所述的转换器电路，其特征在于，

对于所述第一开关组系统(1)，每个中间开关组(7)中的可驱动的所述两个功率半导体开关(5)之间的接合点连接到同一中间开关组(7)中的电容器(6)；

对于所述第一开关组系统(1)，相邻于所述第一主开关组(4)的所述中间开关组(7)中可驱动的所述两个功率半导体开关(5)中的一个连接到所述第一主开关组(4)中的所述两个电子元件(11)之间的接合点；以及

对于所述第一开关组系统(1)，相邻于所述第二主开关组(9)的所述中间开关组(7)中可驱动的所述两个功率半导体开关(5)的另一个连接到所述第二主开关组(9)中的所述两个电子元件(11)之间的接合点。

7.如权利要求1、3、5、和6中的任一个所述的转换器电路，其特征在于，对于所述第一开关组系统(1)，如果提供多个中间开关组(7)，则分别相邻的中间开关组(7)相互连接成链。

8.如权利要求2所述转换器电路，其特征在于，

对于所述第一开关组系统(1)和对于所述n个另外的开关组系统(10.1，...10.n)中的每个，所述第一主开关组(4)中的功率半导体开关(2)具有另外的不可驱动且具有单向电流流动方向的无源电子元件(11)，其中该另外的电子元件(11)与已存在的电子元件(11)串联连接；以及

对于所述第一开关组系统(1)和对于所述n个另外的开关组系统(10.1，...10.n)中的每个，所述第二主开关组(9)中的功率半导体开关(8)具有另外的不可驱动且具有单向电流流动方向的无源电子元件(11)，其中该另外的电子元件(11)与已存在的电子元件(11)串联连接。

9.如权利要求2或8所述的转换器电路，其特征在于：

对于所述第一开关组系统(1)和对于所述n个另外的开关组系统(10.1，...10.n)中的每个，每个中间开关组(7)中可驱动的功率半导体开关(5)中的一个连接到同一中间开关组(7)中的电容器(6)；

对于所述第一开关组系统(1)，相邻于所述第一主开关组(4)的所述中间开关组(7)与所述第一主开关组(4)并联连接；以及

对于所述第一开关组系统(1)，相邻于所述第二主开关组(9)的所述中间开关组(7)与所述第二主开关组(9)并联连接。

10.如权利要求8所述转换器电路，其特征在于：

对于所述第一开关组系统(1)，每个中间开关组(7)中的可驱动的所述两个功率半导体开关(5)之间的接合点连接到同一中间开关组(7)中的电容器(6)；

对于所述第一开关组系统(1)，相邻于所述第一主开关组(4)的所述中间开关组(7)中可驱动的所述两个功率半导体开关(5)的一个连接到所述第一主开关组(4)中的所述两个电子元件(11)之间的接合点；以及

对于所述第一开关组系统(1)，相邻于所述第二主开关组(9)的所述中间开关组(7)中可驱动的所述两个功率半导体开关(5)的另一个连接到所述第二主开关组(9)中的所述两个电子元件(11)之间的接合点。

11.如权利要求2或8至10中的一个的所述的转换器电路，其特征在于，对于所述第一开关组系统(1)，如果提供多个中间开关组(7)，则分别相邻的中间开关组(7)相互连接成链。

12.如权利要求2或8至11中的一个所述的转换器电路，其特征在于，

所述n个另外的开关组系统(10.1，...10.n)中的每个开关组系统(10.1，...10.n)中的所述中间开关组(7)的数目对应于所述第一开关组系统(1)中的所述中间开关组(7)的数目；以及

对于所述n个另外的开关组系统(10.1，...10.n)中的每个，如果提供多个中间开关组(7)，则分别相邻的中间开关组(7)相互串联连接。

13.如权利要求12所述转换器电路，其特征在于，在每种情况中，第一另外开关组系统(10.1)中的每个中间开关组(7)串联连接到所述第一开关组系统(1)中的一个中间开关组(7)。

14.如权利要求13所述转换器电路，其特征在于，如果n≥2，则在每种情况中，第n另外开关组系统(10.2，...10.n)中的每个中间开关组(7)串联连接到第(n-1)开关组系统(10.2，...10.n)中的一个中间开关组(7)。

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