DE102016000958A1

DE102016000958A1 - Active and diode-clamped multilevel power converters

Info

Publication number: DE102016000958A1
Application number: DE102016000958.6A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Brandt Axel Dr-Ing De
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die bekannte Diode-Clamped-Schaltung enthält eine große Anzahl an reihengeschalteten Clamp-Dioden. Die neue Schaltung soll mit einer geringeren Anzahl an Clamp-Dioden auskommt und die direkte Reihenschaltung der Clamp-Dioden zu vermeiden. Die Schaltung für einen Multilevel-Stromrichter umfasst: a) einen Spannungszwischenkreis bestehend aus einer Reihenanordnung von mindestens vier Zwischenkreiskondensatoren; sowie b) mindestens einen Stromrichterstrang, welcher zwei Stromrichterstranghälften für eine positive bzw. eine negative Ausgangsspannung aufweist. Die Stromrichterstranghälfte für die positive bzw. für die negative Ausgangsspannung weisen die gleichen Aufbaustrukturen auf und sind voneinander völlig entkoppelt. Die Stromrichterstranghälfte für die positive Ausgangsspannung und Ungerade-Zahlen N-Level (2) besteht aus drei Reihenanordnungen von (N -1)/2 strombidirektionalen Halbleiterschaltern (IGBTs mit antiparallelen Dioden), die zusammen eine Stern-Schaltung bilden und mit der Hälfte der Zwischenkreiskondensatoren durch Clamp-Dioden verbunden sind, wobei N die Anzahl der Spannungsstufen am Ausgang des Stromrichterstranges ist. Die erste und zweite Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern in der Sten-Schaltung bestimmen zusammen die Spannungsstufen für die positive Ausgangsspannung. Die dritte Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern leitet die Spannungsstufen für die positive Ausgangsspannung zu dem Strangausgang (hierin Pilot-Schalter genannt).The known diode-clamped circuit includes a large number of series-connected clamp diodes. The new circuit is to make do with a smaller number of clamp diodes and to avoid the direct series connection of the clamp diodes. The circuit for a multilevel power converter comprises: a) a voltage intermediate circuit consisting of a series arrangement of at least four DC link capacitors; and b) at least one power converter string, which has two power converter string halves for a positive or a negative output voltage. The power converter half for the positive and for the negative output voltage have the same structure and structures are completely decoupled from each other. The positive output voltage and odd-numbered N-level (2) power converter string half consists of three series arrangements of (N-1) / 2 anti-parallel diode (IGBT) semiconductor switches, which together form a star circuit and half of the DC link capacitors are connected by clamp diodes, where N is the number of voltage stages at the output of the power converter string. The first and second series arrangement of current-directional semiconductor switches in the Sten circuit together determine the voltage levels for the positive output voltage. The third series arrangement of current-directional semiconductor switches directs the voltage stages for the positive output voltage to the string output (referred to herein as a pilot switch).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Anwendungsgebiete sind zum Beispiel Mittelspannung-Stromrichter in der Antriebstechnik, oder in der Energieversorgung.The invention relates to the field of power electronics. Areas of application are, for example, medium-voltage converters in drive technology, or in the power supply.

Zur Erhöhung der Spannung und Reduktion der Oberwellen der Stromrichter können Mehr-Punkt-Stromrichter (Multilevel-Stromrichter) eingesetzt werden.To increase the voltage and reduce the harmonics of the converters, multi-point converters (multilevel converters) can be used.

Stand der TechnikState of the art

Spannungszwischenkreis-Stromrichter lassen sich unterteilen in die Anzahl der Schaltzustände, in welche jeder Stromrichterstrang geschaltet werden kann. Bei einem Zweilevel-Stromrichter, kann Jeder Stromrichterstrang in zwei unterschiedliche Schaltzustände geschaltet werden (+ und –).Voltage link power converters can be subdivided into the number of switching states into which each power converter line can be connected. In a two-level converter, each power converter line can be switched to two different switching states (+ and -).

Bei einem Multilevel-Stromrichter kann jeder Stromrichterstrang in mehr als zwei unterschiedliche Schaltzustände geschaltet werden, so zum Beispiel beim Dreilevel-Stromrichter, kann Jeder Stromrichterstrang in drei unterschiedlichen Schaltzustände geschaltet werden (+, 0 und –).In the case of a multilevel power converter, each power converter string can be switched to more than two different switching states, such as the three-level power converter, each power converter string can be switched in three different switching states (+, 0 and -).

Es sind verschiedene Topologien für die Implementierung eines Multilevel-Stromrichters bekannt, einschließlich aber nicht beschränkt auf das Neutral Point Clamped Converter (NPC), Diode Clamped Converter (DCC), Floating Capacitor Converter (FC) und Modular Multilevel Converter (MMC)Various topologies are known for implementing a multilevel power converter including, but not limited to, Neutral Point Clamped Converter (NPC), Diode Clamped Converter (DCC), Floating Capacitor Converter (FC), and Modular Multilevel Converter (MMC).

Das Drei-level Neutral Point Clamped Converter (NPC) ist z. B. aus der Veröffentlichung „A new neutral-point-clamped PWM inverter”, in „IEEE Transaction On Industry Applications”, Vol. IA-17, No. 5, Sep./Oct. 1981, S. 518–521 bekannt.The Three-level Neutral Point Clamped Converter (NPC) is z. B. from the publication "A new neutral-point-clamped PWM inverter", in "IEEE Transaction On Industry Applications", Vol. IA-17, no. 5, Sep./Oct. 1981, pp. 518-521 known.

Das Diode Clamped Converter (DCC) ist eine Erweiterung des Drei-level Neutral Point Clamped Converter (NPC) zu beliebigen Stufenzahlen (multilevel), bei Erhöhung der Anzahl der reihengeschalteten Kondensatoren im Zwischenkreis. Der Stromrichterstrang besteht aus 2(N – 1) strombidirektionalen Leistungshalbleiterschaltern (z. B. IGBT mit antiparallel Diode) und (N – 1)(N – 2) Clamp-Diode, wobei N die Anzahl der Spannungsstufen am Ausgang des Stromrichterstranges ist. Die gesamte Zwischenkreisspannung Udc ist auf mehrere Zwischenkreiskondensatoren C1, C2, ..., C(N – 1) verteilt. Deshalb ist es möglich, die Spannungsstufen –Udc/(N – 1) und Udc/(N – 1) am Ausgang des Stromrichterstranges, zu schalten.The Diode Clamped Converter (DCC) is an extension of the Three-level Neutral Point Clamped Converter (NPC) to any multilevel, increasing the number of series-connected capacitors in the DC link. The power converter string consists of 2 (N-1) current-bidirectional power semiconductor switches (eg IGBT with antiparallel diode) and (N-1) (N-2) clamp diode, where N is the number of voltage stages at the output of the power converter string. The entire DC link voltage Udc is distributed over a plurality of DC link capacitors C1, C2,..., C (N-1). Therefore, it is possible to switch the voltage stages -Udc / (N-1) and Udc / (N-1) at the output of the power converter string.

Das Diode Clamped Converter (DCC) wurde häufig in akademischen Arbeiten untersucht, wie z. B. in der Doktorarbeit „Investigation and Comparison of Multi-Level Converters for Medium Voltage Applications” in der Technischen Universität Berlin 2007 . Es hat aber bis heute, im Gegensatz zu dem Drei-level Neutral Point Clamped Converter (NPC), keine praktische Anwendung gefunden.The diode clamped converter (DCC) has often been studied in academic papers, such as: B. in the doctoral thesis "Investigation and Comparison of Multi-Level Converters for Medium Voltage Applications" at the Technical University Berlin 2007 , However, unlike the Three-level Neutral Point Clamped Converter (NPC), it has not found any practical application today.

Die relativ große Anzahl der Clamp-Dioden (N – 1)(N – 2) führt, nicht nur zu Erhöhung der System-Kosten, sondern auch zu relativ großen Kommutierungskreisen, welche zur Erhöhung der parasitären Kommutierung-Induktivitäten und damit zur Erhöhung der Abschaltspannungsspitzen führen.The relatively large number of clamp diodes (N-1) (N-2) results not only in increasing the system cost, but also in relatively large commutation circuits, which increase the parasitic commutation inductances and thus increase the turn-off voltage spikes to lead.

8 zeigt eine bekannte Schaltung einer Sieben-Level Diode Clamped Stromrichter-Topologie 800 für einen einzelnen Strang mit einem AC-Ausgang (Wechselstrom-Ausgang) 801, sechs Zwischenkreiskondensatoren C1 bis C6, zwölf strombidirektionalen Leistungshalbleiterschaltern (z. B. IGBT mit antiparallel Dioden) T1 bis T12, und fünf Ketten von Clamp-Dioden D1 bis D5 besteht jeweils aus sechs reihengeschalteten Dioden. 8th shows a known circuit of a seven-level diode Clamped power converter topology 800 for a single strand with an AC output (AC output) 801 , six DC link capacitors C1 to C6, twelve current-directional power semiconductor switches (eg, IGBTs with anti-parallel diodes) T1 to T12, and five chains of clamp diodes D1 to D5 each consist of six series-connected diodes.

Es sind folgende Nachteile der bekannten Multi-Level Diode-Clamped Stromrichter-Topologie aus 8 (Sieben-Level) zu erkennen:

• die Schaltung enthält eine große Anzahl an Clamp-Dioden (N – 1)·(N – 2) = 30 (bei N = 7). Die Clamp-Dioden-Anzahl erhöht sich fast quadratisch zu der Anzahl der Ausgangsspannungsstufen (N-Levels),
• sechs Clamp-Dioden pro Clamp-Dioden-Kette (Insgesamt fünf Clamp-Dioden-Ketten) müssen in Reihe geschaltet werden. Die Dioden-Reihenschaltung benötigt sowohl statische als auch dynamische Beschaltungen,
• der in 8 gezeigte Stromkommutierungskreis enthält insgesamt einen Leistungshalbleiterschalter T7 (IGBT), sechs Antiparallel-Dioden zu den IGBTs T1 bis T6 und fünf Clamp-Dioden D12, D13, D14, D15, D16 und einen Zwischenkreiskondensator C1. Es ist praktisch unmöglich die parasitären Induktivitäten dieses Stromkommutierungskreises, innerhalb des erlaubten Wertes zu halten. Wie bekannt, verursachen die parasitären Induktivitäten während der Stromkommutierung eine Abschaltspannungsspitze, die direkt proportional zu der Höhe der parasitären Induktivitaten ist.

There are the following disadvantages of the known multi-level diode-clamped power converter topology 8th (Seven-level):

The circuit contains a large number of clamp diodes (N-1) * (N-2) = 30 (at N = 7). The number of clamp diodes increases almost quadratically with the number of output voltage levels (N levels),
• six clamp diodes per clamp diode string (a total of five clamp diode strings) must be connected in series. The diode series connection requires both static and dynamic circuits,
• the in 8th shown current commutation circuit includes a total of a power semiconductor switch T7 (IGBT), six anti-parallel diodes to the IGBTs T1 to T6 and five clamp diodes D12, D13, D14, D15, D16 and a DC link capacitor C1. It is practically impossible to keep the parasitic inductances of this current commutation circuit within the allowed value. As is known, during current commutation, the parasitic inductances cause a cutoff voltage spike that is directly proportional to the magnitude of the parasitic inductances.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Multilevel-Schaltung anzugeben, die mit einer geringeren Anzahl an Clamp-Dioden auskommt, die direkte Reihenschaltung der Clamp-Dioden zu vermeiden, die parasitären Induktivitäten der Stromkommutierungskreise zu minimieren und damit die praktische Realisierbarkeit der Multilevel-Schaltung zu ermöglichen.The invention is therefore an object of the invention to provide a multilevel circuit, which manages with a smaller number of clamp diodes, to avoid the direct series connection of the clamp diodes, to minimize the parasitic inductances of Stromkommutierungskreise and thus the practical realization of the multilevel circuit.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In allen Figuren sind strombidirektionalen Halbleiterschaltern als IGBTs mit antiparallelen Dioden dargestellt, stellvertretend für irgendeinen Typen von abschaltbaren Halbleiterschaltern (z. B. IGBT, IGBT, GTO oder MOSFE).In all figures, current-directional semiconductor switches are represented as IGBTs with anti-parallel diodes, representative of any type of turn-off semiconductor switches (eg IGBT, IGBT, GTO or MOSFE).

Wie hier verwendet, bedeutet N die Anzahl der Ausgangsspannungsstufen (Levels).As used herein, N means the number of output voltage levels.

Wie hier verwendet, bedeutet Udc die gesamte Zwischenkreisspannung.As used herein, Udc means the total DC link voltage.

Es zeigen:Show it:

1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ungerade-Zahlen N-Level-Stromrichterstranges (N = 5 oder 7, oder 9....), 1 an embodiment of an odd-numbered N-level power converter string according to the invention (N = 5 or 7, or 9...),

2 die Schaltung, gemäß der 1 mit gleichmäßiger Spannungsbeanspruchung der Clamp-Dioden, 2 the circuit, according to the 1 with uniform voltage stress of the clamp diodes,

3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gerade-Zahlen N-Level-Stromrichterstranges (N = 6 oder 8, oder 10....), 3 an embodiment of a straight number N-level power converter line according to the invention (N = 6 or 8, or 10...),

4 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 5-Level-Stromrichterstranges, 4 an embodiment of a 5-level power converter line according to the invention,

5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 6-Level-Stromrichterstranges, 5 an embodiment of a 6-level power converter line according to the invention,

6 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 7-Level-Stromrichterstranges, 6 an embodiment of a 7-level power converter line according to the invention,

7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 8-Level-Stromrichterstranges, 7 an embodiment of an 8-level power converter line according to the invention,

8 eine Ausführungsform eines Diode-Clamped 7-Level-Stromrichterstranges nach Stand der Technik. 8th an embodiment of a diode-clamped 7-level power converter string according to the prior art.

Beschreibungdescription

Anhand der in der 1 dargestellten Schaltung 100 wird der erfindungsgemäße Ungerade-Zahlen N-Level-Stromrichterstrang näher erläutert. Dieser enthält einen Spannungszwischenkreis 110, bestehend aus einer Reihenanordnung von (N – 1) Zwischenkreiskondensatoren, jeweils für die Spannung Udc/(N – 1) und einen N-Level-Stromrichterstrang 120, bestehend aus zwei Stromrichterstranghälften, jeweils für eine positive 121 bzw. für eine negative 122 Ausgangsspannung. Beide Stromrichterstranghälften 121 bzw. 122 weisen die gleichen Aufbaustrukturen auf und sind voneinander völlig entkoppelt, deshalb wird hierbei nur eine Stromrichterstranghälfte 121 näher erläutert.On the basis of in the 1 illustrated circuit 100 the odd-numbered N-level power converter string according to the invention will be explained in more detail. This contains a voltage intermediate circuit 110 consisting of a series arrangement of (N-1) DC link capacitors, each for the voltage Udc / (N-1) and an N-level power converter string 120 , consisting of two power line halves, each for a positive 121 or for a negative 122 Output voltage. Both power line halves 121 respectively. 122 have the same structure and are completely decoupled from each other, so this is only one half of the power converter 121 explained in more detail.

Die Stromrichterstranghalfte für die positive Ausgangsspannung 121 enthält drei Reihenanordnungen von (N – 1)/2 strombidirektionalen Halbleiterschaltern (IGBT mit antiparallel Diode), die zusammen eine Stern-Schaltung 123, mit dem Stern-Punkt 102, bilden.The converter armature half for the positive output voltage 121 includes three series arrangements of (N-1) / 2 semiconductor (IGBT with anti-parallel diode) solid-state switches, which together form a star circuit 123 , with the star point 102 , form.

Die erste Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T1 bis T(N – 1)/2 ist an dem Plus-Anschluss des Spannungszwischenkreises 111 und dem Stern-Punkt 102 angeschlossen.The first series arrangement of current-directional semiconductor switches T1 to T (N-1) / 2 is at the positive terminal of the voltage intermediate circuit 111 and the star point 102 connected.

Die zweite Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T'1 bis T'(N – 1)/2 ist zwischen dem Stern-Punkt 102 und dem Mittelpunkt des Spannungszwischenkreises 105 angeschlossen.The second series arrangement of current-directional semiconductor switches T'1 to T '(N-1) / 2 is between the star point 102 and the center of the voltage intermediate circuit 105 connected.

Die dritte Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T(N + 1)/2 bis T(N – 1) ist zwischen dem Stern-Punkt 102 und dem Ausgang-Anschluss 101 angeschlossen. Sie wird während der gesamten positiven Ausgangsspannungshalbwelle eingeschaltet.The third series arrangement of current-directional semiconductor switches T (N + 1) / 2 to T (N-1) is between the star point 102 and the output connector 101 connected. It is switched on during the entire positive half-wave output.

Die erste und zweite Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T1 bis T(N – 1)/2 und T'1 bis T'(N – 1)/2 bestimmen zusammen die Spannungsstufen für die positive Ausgangsspannung.The first and second series of current-directional semiconductor switches T1 to T (N-1) / 2 and T'1 to T '(N-1) / 2 together determine the voltage levels for the positive output voltage.

Die dritte Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T(N + 1)/2 bis T(N – 1) 124 leitet die Spannungsstufen für die positive Ausgangsspannung zu dem Strangausgang 101. Die Halbleiterschaltern T(N + 1)/2 bis T(N – 1) 124 dieser Reihenanordnung sollen gleichzeitig im Nulldurchgang der Ausgangsspannung geschaltet werden, dadurch stellt die Spannungsaufteilung dieser Halbleiterschaltern kein Problem dar. Sie werden hierin als einzige Schalter betrachtet (Pilot-Schalter genannt).The third series arrangement of current-directional semiconductor switches T (N + 1) / 2 to T (N-1) 124 directs the voltage stages for the positive output voltage to the string output 101 , The semiconductor switches T (N + 1) / 2 to T (N-1) 124 this series arrangement should be switched simultaneously in the zero crossing of the output voltage, thus the voltage distribution of these semiconductor switches is not a problem. They are considered herein as the only switch (called pilot switch).

Der Kollektor-Anschluss von T2 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C2 102 über der Clamp-Diode Dh1 verbunden, der Kollektor-Anschluss von T3 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C3 103 über die Clamp-Diode Dh2 verbunden, und so weiter, bis zu dem Kollektor-Anschluss von T(N – 1)/2, welcher mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C(N – 1)/2 über die Clamp-Diode Dhm (bei m = (N – 3)/2) verbunden wird.The collector terminal of T2 is connected to the positive terminal of the DC link capacitor C2 102 connected via the clamp diode Dh1, the collector terminal of T3 is connected to the positive terminal of the DC link capacitor C3 103 connected via the clamp diode Dh2, and so on, up to the collector terminal of T (N-1) / 2 connected to the plus terminal of the intermediate circuit capacitor C (N-1) / 2 via the clamp diode Dhm (at m = (N-3) / 2) is connected.

Der Kollektor-Anschluss von T'2 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C2 102 über die Clamp-Diode Dvm (bei m = (N – 3)/2) verbunden, der Kollektor-Anschluss von T'3 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C3 103 über der Clamp-Diode Dvm – 1 verbunden und so weiter, bis zu dem Kollektor-Anschluss von T'(N – 1)/2, welcher mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C(N – 1)/2 über die Clamp-Diode Dv1 verbunden wird.The collector terminal of T'2 is connected to the positive terminal of the DC link capacitor C2 102 connected via the clamp diode Dvm (at m = (N - 3) / 2), the collector terminal of T'3 is connected to the positive terminal of the intermediate circuit capacitor C3 103 connected across the clamp diode Dvm-1 and so on, up to the collector terminal of T '(N-1) / 2, which is connected to the positive terminal of the intermediate circuit capacitor C (N-1) / 2 via the clamp Diode Dv1 is connected.

Zum Schalten der Null-Spannungsstufe am Ausgang 101 während der positive Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T'1 bis T'(N – 1)/2 sowie der Pilot-Schalter eingeschaltet. Der zum Ausgang 101 hereinfließende Laststrom fließt durch die IGBTs T'1 bis T'(N – 1)/2 und die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters. Der vom Ausgang 101 herausfließende Laststrom fließt durch die antiparallel Dioden der IGBTs T'1 bis T'(N – 1)/2 und die IGBTs des Pilot-Schalters.For switching the zero voltage level at the output 101 during the positive output half-wave, the current-bidirectional semiconductor switches T'1 to T '(N-1) / 2 and the pilot switch are turned on. The to the exit 101 Incoming load current flows through the IGBTs T'1 to T '(N-1) / 2 and the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch. The one from the exit 101 outflowing load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs T'1 to T '(N-1) / 2 and the IGBTs of the pilot switch.

Zum Schalten der ersten Spannungsstufe Udc/(N – 1) am Ausgang 101, während der positiven Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T'1 bis T'(N – 3)/2, sowie der bidirektionale Halbleiterschalter T(N – 1)/2, eingeschaltet. Der zum Ausgang 101 hereinfließende Laststrom fließt durch die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters, die IGBTs T'1 bis T'(N – 3)/2 und die Clamp-Diode Dv1. Der vom Ausgang 101 herausfließende Laststrom fließt durch die Clamp-Diode Dhm (bei m = (N – 3)/2), das IGBT T(N – 1)/2 und die IGBTs des Pilot-Schalters.For switching the first voltage level Udc / (N - 1) at the output 101 during the positive output voltage half cycle, the current bidirectional semiconductor switches T'1 to T '(N-3) / 2, as well as the bidirectional semiconductor switch T (N-1) / 2 are turned on. The to the exit 101 Incoming load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch, the IGBTs T'1 to T '(N-3) / 2 and the clamp diode Dv1. The one from the exit 101 outgoing load current flows through the clamp diode Dhm (at m = (N-3) / 2), the IGBT T (N-1) / 2 and the IGBTs of the pilot switch.

Zum Schalten der letzten Spannungsstufe Udc/2 am Ausgang 101, während der positiven Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T1 bis T(N – 1)/2 eingeschaltet. Der zum Ausgang 101 hereinfließende Laststrom fließt durch die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters und die antiparallel Dioden der IGBTs T1 bis T(N – 1)/2. Der vom Ausgang 101 herausfließende Laststrom fließt durch die IGBTs T1 bis T(N – 1)/2 und die IGBTs des Pilot-Schalters.To switch the last voltage level Udc / 2 at the output 101 during the positive output half-wave, the current-directional semiconductor switches T1 to T (N-1) / 2 are turned on. The to the exit 101 Incoming load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch and the antiparallel diodes of IGBTs T1 through T (N-1) / 2. The one from the exit 101 outflowing load current flows through the IGBTs T1 to T (N-1) / 2 and the IGBTs of the pilot switch.

In der 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei wurden die Clamp-Dioden in 1 durch eine Reihenanordnung von Clamp-Dioden, gleicher Spannungsbeanspruchung wie die Spannungsbeanspruchung der IGBTs, ersetzt, z. B. wurde die Clamp-Diode Dh2 in 1 durch eine Reihenanordnung von zwei Clamp-Dioden Dh21 und Dh22 in 2 ersetzt und die Clamp-Diode Dv2 1 durch eine Reihenanordnung von zwei Clamp-Dioden Dv21 und Dv22 in 2 ersetzt.In the 2 is shown a further advantageous embodiment of the invention. The clamp diodes were in 1 replaced by a series arrangement of clamp diodes, same voltage stress as the voltage stress of the IGBTs, z. For example, the clamp diode Dh2 in 1 by a series arrangement of two clamp diodes Dh21 and Dh22 in FIG 2 replaced and the clamp diode Dv2 1 by a series arrangement of two clamp diodes Dv21 and Dv22 in 2 replaced.

Die vertikalen und horizontalen Clamp-Dioden Dvm bzw. Dhm (bei m = (N – 3)/2, (N – 5)/2...) in 1 werden durch die Reihenanordnung der Clamp-Diode Dvm1 bis Dvmm bzw. durch die Reihenanordnung der Clamp-Diode Dhm1 bis Dhmm ersetztThe vertical and horizontal clamp diodes Dvm and Dhm (at m = (N - 3) / 2, (N - 5) / 2 ...) in 1 are replaced by the series arrangement of the clamp diode Dvm1 to Dvmm or by the series arrangement of the clamp diode Dhm1 to Dhmm

Die Verbindung der reihengeschalteten Clamp-Dioden z. B. Dh21 und Dh22 und die Verbindung der Clamp-Dioden z. B. Dv21 und Dv22 sollen vorzugsweise zusammen verbunden in einen Knoten K1, dadurch wird die statische Spannungsaufteilung der reihengeschalteten Clamp-Dioden sichergestellt.The connection of the series-connected clamp diodes z. B. Dh21 and Dh22 and the compound of the clamp diodes z. B. Dv21 and Dv22 are preferably connected together in a node K1, thereby the static voltage distribution of the series-connected clamp diodes is ensured.

Im Allgemein werden die Kreuzungen der Verbindungen der Reihenanordnung der Clamp-Dioden Dvm1 bis Dvmm und Dhm1 bis Dhmm, vorteilhaft zusammen in Knoten K1 bis Km verbundenIn general, the intersections of the connections of the series arrangement of the clamp diodes Dvm1 to Dvmm and Dhm1 to Dhmm are advantageously connected together in nodes K1 to Km

3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gerade-Zahlen N-Level-Stromrichterstranges (N = 6 oder 8, oder 10....). Die Schaltung unterscheidet sich gegenüber der erfindungsgemäßen Ungerade-Zahlen N-Level-Stromrichterschaltung in 2 nur in dem Spannungszwischenkreis und in der Reihenanordnung des Pilot-Schalters. 3 shows an embodiment of a straight numbers N-level power converter line according to the invention (N = 6 or 8, or 10 ....). The circuit differs from the inventive odd-numbered N-level power converter circuit in FIG 2 only in the voltage intermediate circuit and in the series arrangement of the pilot switch.

Der Spannungszwischenkreis 310 in 3 enthält einen zusätzlichen Zwischenkreiskondensator mehr als der Spannungszwischenkreis 210 in 2. Die Reihenanordnung des Pilot-Schalters 324 in 3 enthält einen zusätzlichen strombidirektionalen Halbleiterschalter IGBT mehr als die Reihenanordnung des Pilot-Schalters in 2. Diese ist notwendig um die gleiche Spannungsbeanspruchung der IGBTs in der Reihenanordnung des Pilot-Schalters wie die in 2 sicherzustellen.The voltage intermediate circuit 310 in 3 contains an additional DC link capacitor more than the voltage intermediate circuit 210 in 2 , The series arrangement of the pilot switch 324 in 3 contains an additional current-directional semiconductor switch IGBT more than the series arrangement of the pilot switch in 2 , This is necessary for the same voltage loading of the IGBTs in the series arrangement of the pilot switch as in 2 sure.

4 zeigt beispielsweise und ohne Einschränkung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fünf-Level-Stromrichterstranges nach der allgemeinen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen N-Level-Stromrichterstranges nach 1 und 2. 4 shows, by way of example and without limitation, an embodiment of a five-level power converter string according to the invention according to the general embodiment of an N-level power converter string according to the invention 1 and 2 ,

Der Spannungszwischenkreis 410 besteht aus einer Reihenanordnung von vier Zwischenkreiskondensatoren C1 bis C4 jeweils für die Teilspannung Udc/4.The voltage intermediate circuit 410 consists of a series arrangement of four DC link capacitors C1 to C4 respectively for the partial voltage Udc / 4.

Der Fünf-Level-Stromrichterstrang 420 besteht aus zwei Stromrichterstranghälften für die positive 421 bzw. die negative 422 Ausgangsspannung. Sie weisen die gleichen Strukturen auf, deshalb wird hierbei nur eine Stromrichterstranghälfte 421 näher erläutert.The five-level power converter line 420 consists of two power line halves for the positive 421 or the negative 422 Output voltage. They have the same structures, so this is only a half of the converter rectifier 421 explained in more detail.

Die Stromrichterstranghälfte für die positive Ausgangsspannung 121 enthält drei Reihenanordnungen von zwei strombidirektionalen Halbleiterschaltern, die zusammen eine Stern-Schaltung 423 mit dem Stern-Punkt 402 bilden.The converter half-circuit for the positive output voltage 121 contains three series arrangements of two current-bidirectional semiconductor switches, which together form a star circuit 423 with the star point 402 form.

Die erste Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T1 und T2 ist an dem Plus-Anschluss des Spannungszwischenkreises 411 und dem Stern-Punkt 402 angeschlossen. Die zweite Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T'1 und T'2 ist zwischen dem Stern-Punkt 402 und dem Mittelpunkt des Spannungszwischenkreises 413 angeschlossen. Die dritte Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T3 und T4 ist zwischen dem Stern-Punkt 402 und dem Ausgang-Anschluss 401 angeschlossen und wird während die gesamte positive Ausgangsspannungshalbwelle eingeschaltet (Pilot-Schalter 424). The first series arrangement of current-directional semiconductor switches T1 and T2 is at the positive terminal of the voltage intermediate circuit 411 and the star point 402 connected. The second series of current-bidirectional semiconductor switches T'1 and T'2 is between the star point 402 and the center of the voltage intermediate circuit 413 connected. The third series arrangement of current-directional semiconductor switches T3 and T4 is between the star point 402 and the output connector 401 is connected and switched on during the entire positive output voltage half-cycle (pilot switch 424 ).

Die erste und zweite Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T1 und T2 und T'1 und T'2 bestimmen zusammen die drei Spannungsstufen für die positive Ausgangsspannung (0, Udc/4 und. Udc/2). Die dritte Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T3 und T4 bilden den Pilot-Schalter 424.The first and second series of current-bidirectional semiconductor switches T1 and T2 and T'1 and T'2 together determine the three voltage levels for the positive output voltage (0, Udc / 4 and. Udc / 2). The third series of current-bidirectional semiconductor switches T3 and T4 form the pilot switch 424 ,

Der Kollektor-Anschluss von T2 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C2 412 über die Clamp-Diode Dh1 verbunden und der Kollektor-Anschluss von T'2 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C2 412 über die Clamp-Diode Dv1 verbunden.The collector terminal of T2 is connected to the positive terminal of the DC link capacitor C2 412 connected via the clamp diode Dh1 and the collector terminal of T'2 is connected to the positive terminal of the DC link capacitor C2 412 connected via the clamp diode Dv1.

Zum Schalten der Null-Spannungsstufe am Ausgang 401, während der positiven Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T'1 und T'2 sowie der Pilot-Schalter eingeschaltet. Der zum Ausgang 401 hereinfließende Laststrom, fließt durch die IGBTs T'1 und T'2 und die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters. Der vom Ausgang 401 herausfließende Laststrom fließt durch die antiparallel Dioden der IGBTs T'1 und T'2 und die IGBTs des Pilot-Schalters.For switching the zero voltage level at the output 401 during the positive output half-wave, the current-bidirectional semiconductor switches T'1 and T'2 and the pilot switch are turned on. The to the exit 401 In-flowing load current flows through the IGBTs T'1 and T'2 and the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch. The one from the exit 401 outgoing load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs T'1 and T'2 and the IGBTs of the pilot switch.

Zum Schalten der ersten Spannungsstufe Udc/4 am Ausgang 401, während der positiven Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T2 und T'1 eingeschaltet. Der zum Ausgang 401 hereinfließende Laststrom, fließt durch die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters, die IGBTs T'1 und die Clamp-Diode Dv1. Der vom Ausgang 401 herausfließende Laststrom, fließt durch die Clamp-Diode Dh1, das IGBT T2 und die IGBTs des Pilot-Schalters.For switching the first voltage level Udc / 4 at the output 401 during the positive output half-wave, the current-bidirectional semiconductor switches T2 and T'1 are turned on. The to the exit 401 Incoming load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch, the IGBTs T'1 and the clamp diode Dv1. The one from the exit 401 outflowing load current flows through the clamp diode Dh1, the IGBT T2 and the IGBTs of the pilot switch.

Zum Schalten der letzten Spannungsstufe Udc/2 am Ausgang 401, während der positiven Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T1 und T2 eingeschaltet. Der zum Ausgang 401 hereinfließende Laststrom, fließt durch die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters und die antiparallel Dioden der IGBTs T1 und T2. Der vom Ausgang 401 herausfließende Laststrom, fließt durch die IGBTs T1 und T2 und die IGBTs des Pilot-Schalters.To switch the last voltage level Udc / 2 at the output 401 during the positive output half-wave, the current-bidirectional semiconductor switches T1 and T2 are turned on. The to the exit 401 In-flowing load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch and the antiparallel diodes of the IGBTs T1 and T2. The one from the exit 401 outflowing load current flows through the IGBTs T1 and T2 and the IGBTs of the pilot switch.

5 zeigt beispielsweise und ohne Einschränkung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sechs-Level-Stromrichterstranges. Die Schaltung unterscheidet sich gegenüber den erfindungsgemäßen Fünf-Level-Stromrichterstrang in 4 nur in dem Spannungszwischenkreis und in der Reihenanordnung des Pilot-Schalters. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Sechs-Level-Stromrichterstranges unterscheidet sich nicht von der des erfindungsgemäßen fünf-Level-Stromrichterstranges und wird hierbei nicht weiter beschrieben. 5 shows, by way of example and without limitation, an embodiment of a six-level power converter string according to the invention. The circuit differs from the inventive five-level power converter line in 4 only in the voltage intermediate circuit and in the series arrangement of the pilot switch. The operation of the six-level power converter string according to the invention does not differ from that of the five-level power converter string according to the invention and will not be further described here.

Der Spannungszwischenkreis 510 für Sechs-Level-Stromrichterstrang in 5 enthält fünf Zwischenkreiskondensatoren C1 bis C5 jeweils für die Teilspannung Udc/5.The voltage intermediate circuit 510 for six-level power converter line in 5 contains five DC link capacitors C1 to C5 respectively for the partial voltage Udc / 5.

Die Reihenanordnung des Pilot-Schalters 524 für Sechs-Level-Stromrichterstrang in 5 enthält einen zusätzlichen strombidirektionalen Halbleiterschalter IGBT mehr als die Reihenanordnung des Pilot-Schalters für Fünf-Level-Stromrichterstrang in 4 nämlich drei strombidirektionale Halbleiterschalter IGBTs T3, T4 und T5. Diese ist notwendig, um die gleiche Spannungsbeanspruchung der IGBTs in der Reihenanordnung des Pilot-Schalters wie alle anderen Leistungshalbleiter in der Schaltung, sicherzustellen.The series arrangement of the pilot switch 524 for six-level power converter line in 5 contains an additional solid-state semiconductor switch IGBT more than the series arrangement of the pilot switch for five-level power converter string in 4 namely, three current-bidirectional semiconductor switches IGBTs T3, T4 and T5. This is necessary to ensure the same voltage loading of the IGBTs in the series arrangement of the pilot switch as all other power semiconductors in the circuit.

6 zeigt beispielsweise und ohne Einschränkung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sieben-Level-Stromrichterstranges nach der allgemeinen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen N-Level-Stromrichterstranges nach 1 und 2. 6 shows, by way of example and without limitation, an embodiment of a seven-level power converter string according to the invention according to the general embodiment of an N-level power converter string according to the invention 1 and 2 ,

Der Spannungszwischenkreis 610 besteht aus einer Reihenanordnung von sechs Zwischenkreiskondensatoren C1 bis C6 jeweils für die Teilspannung Udc/6.The voltage intermediate circuit 610 consists of a series arrangement of six DC link capacitors C1 to C6 respectively for the partial voltage Udc / 6.

Der Sieben-Level-Stromrichterstrang 620 besteht aus zwei Stromrichterstranghälften für die positive 621 bzw. die negative 622 Ausgangsspannung. Sie weisen die gleichen Aufbaustrukturen auf, deshalb wird hierbei nur eine Stromrichterstranghälfte 621 näher erläutert.The seven-level power converter line 620 consists of two power line halves for the positive 621 or the negative 622 Output voltage. They have the same structure, so this is only one half of the power converter 621 explained in more detail.

Die Stromrichterstranghälfte für die positive Ausgangsspannung 621 enthält drei Reihenanordnungen von drei strombidirektionalen Halbleiterschaltern, die zusammen eine Stern-Schaltung 623 mit dem Stern-Punkt 602 bilden.The converter half-circuit for the positive output voltage 621 contains three series arrangements of three current-bidirectional semiconductor switches, which together form a star circuit 623 with the star point 602 form.

Die erste Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T1, T2 und T3 ist an dem Plus-Anschluss des Spannungszwischenkreises 611 und dem Stern-Punkt 602 angeschlossen. Die zweite Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T'1, T'2 und T'3 ist zwischen dem Stern-Punkt 602 und dem Mittelpunkt des Spannungszwischenkreises 614 angeschlossen. Die dritte Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T4, T5 und T6 ist zwischen dem Stern-Punkt 602 und dem Ausgang-Anschluss 601 angeschlossen und wird während der gesamten positiven Ausgangsspannungshalbwelle eingeschaltet (Pilot-Schalter 624).The first series arrangement of current-directional semiconductor switches T1, T2 and T3 is connected to the positive terminal of Voltage intermediate circuit 611 and the star point 602 connected. The second series of current-bidirectional semiconductor switches T'1, T'2 and T'3 is between the star point 602 and the center of the voltage intermediate circuit 614 connected. The third series arrangement of current-directional semiconductor switches T4, T5 and T6 is between the star point 602 and the output connector 601 and is switched on during the entire positive half-wave output (pilot switch 624 ).

Die erste und zweite Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T1, T2 und T3 sowie T'1, T'2 und T'3 bestimmen zusammen die vier Spannungsstufen für die positive Ausgangsspannung (0, Udc/6, Udc/3, Udc/2). Die dritte Reihenanordnung von strombidirektionalen Halbleiterschaltern T4, T5 und T6 bildet den Pilot-Schalter 624.The first and second series arrangement of current-directional semiconductor switches T1, T2 and T3 and T'1, T'2 and T'3 together determine the four voltage levels for the positive output voltage (0, Udc / 6, Udc / 3, Udc / 2). The third series arrangement of current-directional semiconductor switches T4, T5 and T6 forms the pilot switch 624 ,

Der Kollektor-Anschluss von T2 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C2 612 über der Clamp-Diode Dh1 verbunden und der Kollektor-Anschluss von T'2 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C2 612 über der Reihenanordnung von Clamp-Diode Dv21 und Dv22 verbunden.The collector terminal of T2 is connected to the positive terminal of the DC link capacitor C2 612 connected across the clamp diode Dh1 and the collector terminal of T'2 is connected to the positive terminal of the DC link capacitor C2 612 connected across the series arrangement of clamp diode Dv21 and Dv22.

Der Kollektor-Anschluss von T3 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C3 613 über der Reihenanordnung von Clamp-Dioden Dh21 und Dh22 verbunden und der Kollektor-Anschluss von T'3 ist mit dem Plus-Anschluss des Zwischenkreiskondensators C3 613 über der Clamp-Dioden Dv1 verbunden.The collector terminal of T3 is connected to the positive terminal of the DC link capacitor C3 613 is connected across the series arrangement of clamp diodes Dh21 and Dh22, and the collector terminal of T'3 is connected to the positive terminal of the intermediate circuit capacitor C3 613 connected via the clamp diodes Dv1.

Die Verbindung zwischen der Clamp-Dioden Dh21 und Dh22 und die Verbindung zwischen der Clamp-Dioden Dv21 und Dv22 werden vorteilhaft, für eine symmetrische Sperrspannungsaufteilung, zusammen in Knoten K1 verbunden.The connection between the clamp diodes Dh21 and Dh22 and the connection between the clamp diodes Dv21 and Dv22 are advantageously connected together in node K1 for a symmetrical blocking voltage division.

Zum Schalten der Null-Spannungsstufe am Ausgang 601, während der positiven Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T'1, T'2 und T'3 sowie der Pilot-Schalter eingeschaltet. Der zum Ausgang 601 hereinfließende Laststrom, fließt durch die IGBTs T'1, T'2 und T'3 und die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters. Der vom Ausgang 601 herausfließende Laststrom, fließt durch die antiparallelen Dioden der IGBTs T'1, T'2 und T'3 und die IGBTs des Pilot-Schalters.For switching the zero voltage level at the output 601 during the positive output half-wave, the current-bidirectional semiconductor switches T'1, T'2 and T'3 and the pilot switch are turned on. The to the exit 601 incoming load current flows through the IGBTs T'1, T'2 and T'3 and the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch. The one from the exit 601 outflowing load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs T'1, T'2 and T'3 and the IGBTs of the pilot switch.

Zum Schalten der ersten Spannungsstufe Udc/6 am Ausgang 601, während der positiven Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T3 und T'1 eingeschaltet. Der zum Ausgang 601 hereinfließende Laststrom, fließt durch die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters, die IGBTs T'1, T'2 und die Clamp-Diode Dv1. Der vom Ausgang 601 herausfließende Laststrom, fließt durch die Clamp-Diode Dh21, Dh22, das IGBT T3 und die IGBTs des Pilot-Schalters.For switching the first voltage level Udc / 6 at the output 601 during the positive output half-wave, the current-bidirectional semiconductor switches T3 and T'1 are turned on. The to the exit 601 Incoming load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch, the IGBTs T'1, T'2 and the clamp diode Dv1. The one from the exit 601 outflowing load current flows through the clamp diode Dh21, Dh22, the IGBT T3 and the IGBTs of the pilot switch.

Zum Schalten der zweiten Spannungsstufe Udc/3 am Ausgang 601, während der positiven Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T2, T3 und T'1 eingeschaltet. Der zum Ausgang 601 hereinfließende Laststrom, fließt durch die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters, die IGBTs T'1 und die Clamp-Dioden Dv21 und Dv22. Der vom Ausgang 601 herausfließende Laststrom, fließt durch die Clamp-Diode Dh1, die IGBTs T2, T3 und die IGBTs des Pilot-Schalters.For switching the second voltage level Udc / 3 at the output 601 during the positive output half-wave, the current-bidirectional semiconductor switches T2, T3 and T'1 are turned on. The to the exit 601 Incoming load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch, the IGBTs T'1 and the clamp diodes Dv21 and Dv22. The one from the exit 601 outflowing load current flows through the clamp diode Dh1, the IGBTs T2, T3 and the IGBTs of the pilot switch.

Zum Schalten der letzten Spannungsstufe Udc/2 am Ausgang 601 während der positiven Ausgangsspannungshalbwelle, werden die strombidirektionalen Halbleiterschaltern T1, T2 und T3 eingeschaltet. Der zum Ausgang 601 hereinfließende Laststrom, fließt durch die antiparallel Dioden der IGBTs des Pilot-Schalters und die antiparallel Dioden der IGBTs T1, T2 und T3. Der vom Ausgang AC herausfließende Laststrom fließt durch die IGBTs T1 und T2 und die IGBTs des Pilot-Schalters.To switch the last voltage level Udc / 2 at the output 601 during the positive output half-wave, the current-bidirectional semiconductor switches T1, T2 and T3 are turned on. The to the exit 601 Incoming load current flows through the antiparallel diodes of the IGBTs of the pilot switch and the antiparallel diodes of the IGBTs T1, T2 and T3. The load current flowing out of the output AC flows through the IGBTs T1 and T2 and the IGBTs of the pilot switch.

7 zeigt beispielsweise und ohne Einschränkung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Acht-Level-Stromrichterstranges. Die Schaltung unterscheidet sich gegenüber dem erfindungsgemäßen Sieben-Level-Stromrichterstrang in 6 nur in dem Spannungszwischenkreis und in der Reihenanordnung des Pilot-Schalters. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Acht-Level-Stromrichterstranges unterscheidet sich nicht von der des erfindungsgemäßen Sieben-Level-Stromrichterstranges und wird hierbei nicht weiter beschrieben. 7 shows, by way of example and without limitation, an embodiment of an eight-level power converter string according to the invention. The circuit differs from the inventive seven-level power converter line in 6 only in the voltage intermediate circuit and in the series arrangement of the pilot switch. The mode of operation of the eight-level power converter line according to the invention does not differ from that of the seven-level power converter line according to the invention and will not be described further here.

Der Spannungszwischenkreis 710 für Acht-Level-Stromrichterstrang in 7 enthält einen zusätzlichen Zwischenkreiskondensator mehr als der Spannungszwischenkreis 610 für Sieben-Level-Stromrichterstrang in 6.The voltage intermediate circuit 710 for eight-level power converter line in 7 contains an additional DC link capacitor more than the voltage intermediate circuit 610 for seven-level power converter line in 6 ,

Der Reihenanordnung des Pilot-Schalters 724 für Acht-Level-Stromrichterstrang in 7 enthält einen zusätzlichen strombidirektionalen Halbleiterschalter mehr als die Reihenanordnung des Pilot-Schalters für Sieben-Level-Stromrichterstrang in 6 nämlich vier strombidirektionale Halbleiterschalter T4 bis T7. Diese ist notwendig, um die gleiche Spannungsbeanspruchung der IGBTs in der Reihenanordnung des Pilot-Schalters wie alle anderen Leistungshalbleiter in die Schaltung, sicherzustellen.The series arrangement of the pilot switch 724 for eight-level power converter line in 7 contains an additional solid-state semiconductor switch more than the series arrangement of the pilot switch for seven-level power converter string in 6 namely, four current-bidirectional semiconductor switches T4 to T7. This is necessary to ensure the same voltage loading of the IGBTs in the series arrangement of the pilot switch as all other power semiconductors in the circuit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"A new neutral-point-clamped PWM inverter", in "IEEE Transaction On Industry Applications", Vol. IA-17, no. 5, Sep./Oct. 1981, pp. 518-521 [0006]
Investigation and Comparison of Multi-Level Converters for Medium Voltage Applications at the Technische Universität Berlin 2007 [0008]

Claims

Multilevel power converters comprise: a) a voltage intermediate circuit consisting of a series arrangement of at least four DC link capacitors C1 to C4; and b) at least one power converter string having two power converter string halves for the positive and the negative output voltage; characterized in that c) the power converter string half for, the positive and the negative output voltage, have the same structure and structures are completely decoupled from each other; d) the converter half for the positive output voltage and odd numbers N-level in 1 consists of three series arrangements of (N - 1) / 2 semiconductor circuits (IGBTs with antiparallel diodes), which together form a star circuit 123 with the star point 102 form; e) the first series arrangement of current-directional semiconductor switches T1 to T (N-1) / 2 at the positive terminal of the voltage intermediate circuit 111 and the star point 102 connected; f) the second series arrangement of current-bidirectional semiconductor switches T'1 to T '(N-1) / 2 between the star point 102 and the center of the voltage intermediate circuit 105 connected; g) the third series arrangement of current-directional semiconductor switches T (N + 1) / 2 to T (N-1) between the star point 102 and the output connector 101 connected; h) the first and second series of current-directional semiconductor switches T1 to T (N-1) / 2 and T'1 to T '(N-1) / 2 together determine the voltage levels for the positive output voltage; i) the third series arrangement of current-directional semiconductor switches T (N + 1) / 2 to T (N-1) 124 the voltage levels for the positive output voltage to the string output 101 passes. j) the semiconductor switches T (N + 1) / 2 to T (N-1) 124 this series arrangement to be switched simultaneously in the zero crossing of the output voltage; k) the collector terminal of T2 to the positive terminal of the DC link capacitor C2 102 connected via the clamp diode Dh1; l) the collector terminal of T3 with the positive terminal of the DC link capacitor C3 103 connected via the clamp diode Dh2; m) the collector terminal of T (N-1) / 2 is connected to the positive terminal of the intermediate circuit capacitor C (N-1) / 2 via the clamp diode Dhm; n) the collector terminal of T'2 to the positive terminal of the DC link capacitor C2 102 connected via the clamp diode Dvm; o) the collector terminal of T'3 with the positive terminal of the DC link capacitor C3 103 connected via the clamp diode Dvm-1; p) the collector terminal of T '(N-1) / 2 is connected to the plus terminal of the intermediate circuit capacitor C (N-1) / 2 via the clamp diode Dv1;

Multilevel power converter according to claim 1, characterized in that a) the power converter half for the positive output voltage and even numbers N-level, facing the odd-numbered N-level power converter string according to claim 1 in the voltage intermediate circuit and in the third series arrangement (Pilot Switch): b) the voltage intermediate circuit 310 for even-numbered N-level power converter string in 3 , an additional link capacitor more than the voltage intermediate circuit for odd-numbered N-level power converter contains; c) the series arrangement of the pilot switch 324 for even-numbered N-level power converter string in 3 contains an additional strombidirektionalen semiconductor switch more than the series arrangement of the pilot switch for odd-numbered N-level power converter string.

Multilevel power converter according to claim 1 or 2, characterized in that a) the clamp diode Dh2 and the clamp diode Dv2 in 1 since they are subjected to a double reverse voltage, are respectively replaced by the series arrangement of two clamp diodes Dh21 and Dh22 and two clamp diodes Dv21 and Dv22; b) the connection between the clamp diodes Dh21 and Dh22 and the connection between the clamp diodes Dv21 and Dv22, for symmetrical division of the blocking voltages, are advantageously connected together in node K1; c) the vertical and horizontal clamp diodes Dvm or Dhm in 1 be replaced by the series arrangement of the clamp diode Dvm1 to Dvmm or by the series arrangement of the clamp diode Dhm1 to Dhmm (with m = (N - 3) / 2, m = (N - 5) / 2, ...) ; d) the junctions of the connections of the series arrangement of the clamp diodes Dvm1 to Dvmm and Dhm1 to Dhmm, for symmetrical distribution the blocking voltages, are advantageously connected together in nodes K1 to Km.