DE112017007565T5

DE112017007565T5 - T-wandlerschaltung, entsprechende dreiphasige wandlerschaltung und wandlervorrichtung

Info

Publication number: DE112017007565T5
Application number: DE112017007565.3T
Authority: DE
Inventors: Sixiong Chen; Chenghui Chen; Longqiang Yi
Original assignee: Kehua Hengsheng Co Ltd
Current assignee: Kehua Hengsheng Co Ltd
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2020-01-30
Also published as: WO2018209866A1; CN108964505B; CN108964505A

Abstract

Es werden eine T-Wandlerschaltung und eine entsprechende dreiphasige Wandlerschaltung und eine Wandlervorrichtung beschrieben. In der T-Wandlerschaltung können durch Hinzufügen eines Induktors, vier Dioden und zwei Kondensatoren in der T-Wandlerschaltung nach dem Stand der Technik ein steuerbares Schaltgerät und eine Diodenvorrichtung in der T-Wandlerschaltung ein sanftes Schalten erreichen, um den Stromverbrauch der Leistungsvorrichtung und der Diodenvorrichtung zu reduzieren. Gemäß der Wandlervorrichtung unter Verwendung der T-Wandlerschaltung werden durch die Bereitstellung eines ersten Schaltungsmoduls und eines zweiten Schaltungsmoduls Komponenten des Standes der Technik mit neuen Komponenten der vorliegenden technischen Lösung kombiniert, um die Umwandlungskosten im Wesentlichen ohne Änderung des internen Schaltplans des bestehenden Inverter/Gleichrichtergerätes erheblich zu reduzieren; die topologische Struktur ist kompakt und das Sammelschienen-Design ist einfach, was der elektrischen Auslegung und dem strukturellen Design stark zu Gute kommt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft das Gebiet der elektrischen Energieumwandlung, insbesondere eine T-Wandlerschaltung.
HINTERGRUND
Die T-Wandlerschaltung ist in der konventionellen Technologie weit verbreitet. Die T-Wandlerschaltung umfasst im Allgemeinen zwei vertikal angeordnete steuerbare Schaltgeräte und zwei horizontal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, wobei die beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte in Reihe geschaltet sind, wobei ein Anschluss mit einem positiven Bus und ein weiterer Anschluss mit einem negativen Bus verbunden ist und ein Verbindungspunkt zwischen den beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräten als Eingangs-Ausgangs-Anschluss der Wandlerschaltung verwendet wird; die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte sind im Allgemeinen auf einem Zwischenbrückenarm angeordnet, ein Anschluss des Zwischenbrückenarms ist mit dem Eingangs-Ausgangs-Anschluss verbunden, und ein weiterer Anschluss des Zwischenbrückenarms ist mit einer neutralen Leitung verbunden. Die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Vorrichtungen an dem Zwischenbrückenarm können auf drei Arten verbunden werden, wie in 1, 2 und 3 gezeigt. 1 zeigt einen Fall, in dem die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte einander entgegengesetzt in Reihe geschaltet sind und ein Drain oder Kollektor eines der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte mit einem Drain oder Kollektor der anderen der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte verbunden ist. 2 zeigt einen Fall, in dem die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte einander entgegengesetzt in Reihe geschaltet sind und eine Quelle oder ein Emitter eines der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte mit einer Quelle oder einem Emitter des anderen der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte verbunden ist. 3 zeigt einen Fall, in dem die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte, nachdem sie jeweils mit Dioden in Reihe geschaltet wurden, parallel zu dem Zwischenbrückenarm geschaltet sind. In den obigen drei Figuren umfasst jedes der steuerbaren Schaltgeräte einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und eine Freilaufdiode, die parallel in Gegenrichtung mit dem IGBT verbunden sind. Verglichen mit der zweistufigen Wandlerschaltung hat die dreistufige T-Wandlerschaltung in der konventionellen Technologie die Vorteile einer halbierten Sperrspannung eines einzelnen IGBT, niedrige Oberschwingungen, geringe Verluste und hohen Wirkungsgrad.
In der dreistufigen T-Wandlerschaltung kann die Leistungsaufnahme jedes IGBT eine Leistungsaufnahme im An-Zustand und eine An/Aus-Leistungsaufnahme aufweisen, wobei die An/Aus-Leistungsaufnahme eine Leistungsaufnahme im An-Zustand und eine Leistungsaufnahme im Aus-Zustand umfasst. Die Leistungsaufnahme im An-Zustand ist dominant, wenn eine Betriebsfrequenz niedrig ist; und die An/Aus-Leistungsaufnahme wird dominant, wenn die Betriebsfrequenz hoch ist, und die Leistungsaufnahme im An-Zustand ist größer als die Leistungsaufnahme im Aus-Zustand. Daher ist es wünschenswert, bei einer hohen Betriebsfrequenz ein „weiches Schalten“ zu realisieren, wobei sich das „weiche Schalten“ darauf bezieht, dass das steuerbare Schaltgerät ein Nullspannungsschalten (zero voltage switching, ZVS), Nullstromschalten (zero current switching, ZCS) oder Nullspannungs- und Nullstromschalten (ZVZXCS) erreichen kann, oder ein Strom oder eine Spannung während eines An/Aus-Vorgangs mit einer begrenzten Steigung ansteigt.
Technisches Problem
Die folgenden Probleme treten auf, wenn das weiche Schalten nicht realisiert werden kann:

1) Ein Leistungsgerät (steuerbares Schaltgerät) weist große Verluste auf, die zum Ansteigen der Temperatur des Leistungsgeräts führen, wodurch nicht nur die Betriebsfrequenz nicht verbessert werden kann, sondern auch die Stromkapazität und die Spannungskapazität des Leistungsgeräts ein Sollniveau nicht erreichen können, wodurch das Leistungsgerät unter einer Sollbedingung nicht operieren kann und somit die Anwendung der dreistufigen Topologie eingeschränkt wird;
2) Das Leistungsgerät ist anfällig für einen sekundären Ausfall; beim Ausschalten des Leistungsgeräts in einem Zustand mit induktiver Last kommt es zu einer Spannungsspitze; und beim Einschalten des Leistungsgeräts in einem Zustand mit kapazitiver Last kommt es zu einer Stromspitze, was leicht zu dem sekundären Ausfall führt und den sicheren Betrieb des Leistungsgeräts erheblich gefährdet, wodurch ein großer gesicherter Betriebsbereich (safe operation area, SOA) erforderlich ist.
3) Große elektromagnetische EMI-Störungen werden erzeugt; eine parasitäre Kapazität zwischen den Elektroden des Leistungsgeräts selbst ist ein äußerst wichtiger Parameter im hochfrequenten Betriebszustand. Eine solche Zwischenelektrodenkapazität hat zwei Nachteile während des Schaltvorgangs des Leistungsgeräts: (1) Beim Drehen einer hohen Spannung wird durch die von der parasitären Kapazität zwischen den Elektroden gespeicherte Energie absorbiert und von dem Gerät selbst abgeleitet, was zu einem Temperaturanstieg führen muss, und der Temperaturanstieg ist mit zunehmender Frequenz höher; (2) dv/dt bei der Spannungsumwandlung der Kapazität zwischen den Elektroden ist mit einem Ausgangs-Anschluss gekoppelt, was eine elektromagnetische Störung verursacht und das System instabil macht. Außerdem oszillieren die Kapazität zwischen den Elektroden und eine Streuinduktivität in dem Stromkreis, was einen normalen Betrieb des Systems stört;
4) Die Schaltungstopologie ist sehr empfindlich gegenüber parasitären Parametern des Leistungsgeräts; wenn das weiche Schalten nicht realisiert werden kann, kann es zu einem Problem der direkten Verbindung von oberen und unteren Brückenarmen kommen. Da das weiche schalten nicht realisierbar ist, weist das Leistungsgerät zusätzlich eine Einschaltverzögerungszeit (Totzeit) auf. Im Falle einer hohen Frequenz macht eine Korrekturmaßnahme zum Beseitigen einer Auswirkung der Totzeit auf die Leistung des Inverters das Design des gesamten Systems kompliziert;
5) Es ist notwendig, eine Absorptionsschaltung zur Begrenzung von di/dt beim Einschalten und dv/dt beim Ausschalten des Leistungsgeräts zu konstruieren, sodass eine dynamische An/Aus-Trajektorie auf einen DC-sicheren Betriebsbereich SOA reduziert wird und ein sicherer Betrieb des Leistungsgeräts gewährleistet werden kann. Die Absorptionsschaltung kann jedoch die Schaltverluste nicht eliminieren, erhöht die Schwierigkeiten beim Design der gesamten Wandlervorrichtung und kann auch verursachen, dass die gegenseitige Störung zwischen der Umkehr-Erholung der Freilaufdiode und der Absorptionsschaltung während des Energierückgewinnungsvorgangs eine große Bauteilbelastung erzeugt.
6) Das Leistungsgerät erzeugt beim An- und Ausschalten mit hoher Frequenz eine Rauschbelastung, sodass die Wandlerschaltung höhere Anforderungen an die An- und Ausgangsfilter stellt.

Aufgrund der oben genannten sechs Probleme ist es dringend erforderlich, ein sanftes Schalten der dreistufigen T-Wandlerschaltung zu realisieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Technische Lösung der Probleme
Ein Ziel der vorliegenden Beschreibung ist es, die Probleme in der konventionellen Technologie durch Bereitstellen einer T-Wandlerschaltung, einer entsprechenden dreiphasigen Wandlerschaltung und einer Wandlervorrichtung zu lösen, sodass das Leistungsgerät den Betrieb mit sanftem Schalten realisieren kann, wodurch der Energieverbrauch von Leistungsgeräten und -dioden reduziert und die Probleme in der konventionellen Technologie gelöst werden.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Beschreibung die folgenden technischen Lösungen vor.
Eine T-Wandlerschaltung umfasst zwei vertikal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, zwei horizontal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, einen Induktor, eine erste Diode, eine zweite Diode, eine dritte Diode, eine vierte Diode, einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator; die beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte sind in Reihe geschaltet, ein Anschluss der beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte ist mit einem positiven Bus verbunden, und ein weiterer Anschluss der beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte ist mit einem negativen Bus verbunden; ein Verbindungspunkt zwischen den beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräten wird als Eingangs-Ausgangs-Anschluss verwendet; die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte sind auf einem Zwischenbrückenarm angeordnet; ein Anschluss des Zwischenbrückenarms ist mit dem Eingangs-Ausgangs-Anschluss verbunden, ein weiterer Anschluss des Zwischenbrückenarms ist mit einem Anschluss des Induktors verbunden; ein weiterer Anschluss des Induktors ist mit einer neutralen Leitung verbunden; eines der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte, das einem ersten Zustand oder einem zweiten Zustand entspricht, ist als zweites steuerbares Schaltgerät definiert, eines der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte, das einem dritten Zustand oder einem vierten Zustand entspricht, ist als drittes steuerbares Schaltgerät definiert; die erste Bedingung ist, dass eine Quelle oder ein Emitter des steuerbaren Schaltgerätes mit dem Induktor verbunden ist; die zweite Bedingung ist, dass ein Drain oder ein Kollektor des steuerbaren Schaltgerätes mit dem Eingangs-Ausgangs-Anschluss verbunden ist; die dritte Bedingung ist, dass eine Quelle oder ein Emitter des steuerbaren Schaltgerätes mit den Eingangs-Ausgangs-Anschlüssen verbunden ist; die vierte Bedingung ist, dass ein Drain oder ein Kollektor des steuerbaren Schaltgerätes mit dem Induktor verbunden ist; die erste Diode und die zweite Diode sind in Reihe geschaltet, eine Kathode der ersten Diode ist mit dem positiven Bus verbunden, und eine Anode der zweiten Diode ist mit dem Drain oder dem Kollektor des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden; ein Anschluss des ersten Kondensators ist mit einem Anschlusspunkt der ersten Diode und der zweiten Diode verbunden und ein weiterer Anschluss des ersten Kondensators ist mit der Quelle oder dem Emitter des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden; die dritte Diode und die vierte Diode sind in Reihe geschaltet, eine Anode der vierten Diode ist mit dem negativen Bus verbunden und eine Kathode der dritten Diode ist mit der Quelle oder dem Emitter des zweiten steuerbaren Schaltgerätes verbunden; ein Anschluss des zweiten Kondensators ist mit einem Anschlusspunkt der dritten Diode und der vierten Diode verbunden, und ein weiterer Anschluss des zweiten Kondensators ist mit dem Drain oder dem Kollektor des zweiten steuerbaren Schaltgerätes verbunden.
Ferner ist das zweite steuerbare Schaltgerät in Reihe entgegengesetzt mit dem dritten steuerbaren Schaltgerät verbunden, und der Drain oder der Kollektor des zweiten steuerbaren Schaltgerätes ist mit dem Drain oder dem Kollektor des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden.
Ferner ist das zweite steuerbare Schaltgerät in Reihe entgegengesetzt mit dem dritten steuerbaren Schaltgerät verbunden, und die Quelle oder der Emitter des zweiten steuerbaren Schaltgerätes ist mit der Quelle oder dem Emitter des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden.
Ferner umfasst der Zwischenbrückenarm ferner eine fünfte Diode und eine sechste Diode; die Quelle oder der Emitter des dritten steuerbaren Schaltgerätes und der Drain oder der Kollektor des zweiten steuerbaren Schaltgerätes sind mit dem Eingangs-Ausgangs-Anschluss verbunden; die Quelle oder der Emitter des zweiten steuerbaren Schaltgerätes ist mit einer Anode der fünften Diode verbunden; und der Drain oder der Kollektor des dritten steuerbaren Schaltgerätes ist mit einer Kathode der sechsten Diode verbunden; und eine Kathode der fünften Diode und eine Anode der sechsten Diode sind mit dem Induktor verbunden.
Ferner kann jedes der beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte eine IGBT-Einheit (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder eine MOS-Einheit (Metal Oxide Semiconductor) sein. In einem Fall, in dem eine IGBT-Einheit verwendet wird, umfasst die IGBT-Einheit ein IGBT und eine Diode, die antiparallel mit dem IGBT verbunden ist; und in einem Fall, in dem eine MOS-Einheit verwendet wird, kann die MOS-Einheit ein MOS-Transistor mit einer Body-Diode sein, oder sie kann einen MOS-Transistor ohne eine Body-Diode und eine antiparallele Diode umfassen.
Ferner kann jedes der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte eine IGBT-Einheit oder eine MOS-Einheit sein. In einem Fall, in dem eine IGBT-Einheit verwendet wird, umfasst die IGBT-Einheit ein IGBT und eine Diode, die antiparallel mit dem IGBT verbunden ist; und in einem Fall, in dem eine MOS-Einheit verwendet wird, kann die MOS-Einheit ein MOS-Transistor mit einer Body-Diode sein, oder sie kann einen MOS-Transistor ohne eine Body-Diode und eine antiparallele Diode umfassen.
Eine dreiphasige Wandlerschaltung umfasst eine erste Wandlerschaltung, eine zweite Wandlerschaltung und eine dritte Wandlerschaltung; jede der ersten Wandlerschaltung, zweiten Wandlerschaltung und dritten Wandlerschaltung ist die T-Wandlungsschaltung, wie oben beschrieben; eine neutrale Leitung der ersten Wandlerschaltung, eine neutrale Leitung der zweiten Wandlerschaltung und eine neutrale Leitung der dritten Wandlerschaltung sind miteinander verbunden.
Eine Wandlervorrichtung umfasst die oben beschriebene T-Wandlerschaltung zum Implementieren einer Stromwandlung, um zu bewirken, dass elektrische Energie von einer Gleichstromseite zu einer Wechselstromseite oder von der Wechselstromseite zur Gleichstromseite fließt.
Ferner sind die dritte Diode, die vierte Diode, der zweite Kondensator und das zweite steuerbare Schaltgerät in der T-Wandlerschaltung in ein erstes Schaltungsmodul integriert; ein erster Anschluss des ersten Schaltungsmoduls ist mit der Quelle oder dem Emitter des zweiten steuerbaren Schaltgerätes verbunden, und ein zweiter Anschluss des ersten Schaltungsmoduls ist mit dem Drain oder Kollektor des zweiten steuerbaren Schaltgerätes verbunden, und ein dritter Anschluss des ersten Schaltungsmoduls ist mit der Anode der vierten Diode zum Anschließen des negativen Busses verbunden.
Ferner sind die erste Diode, die zweite Diode, der erste Kondensator und das dritte steuerbare Schaltgerät in der T-Wandlerschaltung in ein zweites Schaltungsmodul integriert; ein vierter Anschluss des zweiten Schaltungsmoduls ist mit dem Drain oder dem Kollektor des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden, und ein fünfter Anschluss des zweiten Schaltungsmoduls ist mit der Quelle oder dem Emitter des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden, und ein sechster Anschluss des zweiten Schaltungsmoduls ist mit der Kathode der ersten Diode zum Anschließen des positiven Busses verbunden.
Vorteilhafte Auswirkungen der vorliegenden Beschreibung
1) In der T-Wandlerschaltung gemäß der vorliegenden Beschreibung können alle steuerbaren Schaltgeräte und Diodengeräte weiches Schalten durchführen, das heißt, Nullspannungsschalten (ZVS), Nullstromschalten (ZCS) oder Nullspannungs- und Nullstromschalten (ZVZCS), oder An-/Ausschalten mit begrenztem dv/dt und di/dt, wodurch der An-Aus-Verlust der steuerbaren Schaltgeräte stark reduziert, die Betriebseffizienz der Wandlerschaltung verbessert, die Möglichkeit eines sekundären Ausfalls des Leistungsgeräts reduziert und zusätzlich die Totzeit eliminiert wird;
2) Die steuerbaren Schaltgeräte schalten mit begrenztem dv/dt und di/dt an und aus, sodass die elektromagnetische Störstrahlung EMI des Systems wesentlich besser optimiert ist als ohne weiches Schalten;
3) Da die An-Aus-Verluste der steuerbaren Schaltgeräte kleiner werden, kann die Wandlervorrichtung bei einer Betriebsfrequenz arbeiten, die bei einem Vielfachen derjenigen einer herkömmlichen Wandlervorrichtung liegt. Dadurch können die Anforderungen an die Parameter eines Ausgangsfilters in der Wandlervorrichtung gesenkt und die Größe des Ausgangsfilters stark reduziert werden, was von Vorteil ist, um Materialkosten und Produktgröße weiter zu reduzieren und die Produktleistungsdichte zu erhöhen;
4) Im Vergleich zur herkömmlichen Technologie werden in der vorliegenden Beschreibung nur ein Induktor, vier Dioden und zwei Kondensatoren hinzugefügt, die Anzahl der hinzugefügten Komponenten ist gering, die Struktur ist einfach und kompakt, und es werden keine zusätzlichen steuerbaren Schaltgeräte und Steuerkreise benötigt.
5) Da die beiden Sätze von Diodenvorrichtungen und Kondensatoren jeweils über die beiden Anschlüsse eines steuerbaren Schaltgerätes verbunden sind, um das erste Schaltmodul und das zweite Schaltmodul zu bilden, werden die bei der technischen Lösung hinzugefügten Komponenten mit den Komponenten in der konventionellen Technologie kombiniert, um die technische Lösung zu realisieren, ohne den internen Schaltplan des bestehenden Inverters/Gleichrichters zu ändern, was die Änderungskosten erheblich reduziert. Die Topologie ist kompakt und das Sammelschienen-Design ist einfach, was für die elektrische Auslegung und den strukturellen Aufbau Tragwerksplanung sehr vorteilhaft ist.
Figurenliste
Die hier gezeigten Zeichnungen sollen ein besseres Verständnis der vorliegenden Beschreibung vermitteln und stellen einen Teil der vorliegenden Beschreibung dar. Die beispielhaften Ausführungsformen und Beschreibungen dienen der Erläuterung und schränken die vorliegende Beschreibung nicht ein.
In den Zeichnungen:

1 zeigt ein Schaltbild eines ersten Falles in der konventionellen Technologie;
2 zeigt ein Schaltbild eines zweiten Falles in der konventionellen Technologie;
3 zeigt ein Schaltbild eines dritten Falles in der konventionellen Technologie;
4 zeigt ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer T-Wandlerschaltung gemäß der vorliegenden Beschreibung;
5 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer T-Wandlerschaltung gemäß der vorliegenden Beschreibung;
6 zeigt ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer T-Wandlerschaltung gemäß der vorliegenden Beschreibung;
7 zeigt ein Schaltbild einer dreiphasigen Wandlerschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung;
8 zeigt ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung gemäß der vorliegenden Beschreibung;
9 zeigt ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung gemäß der vorliegenden Beschreibung;
10 zeigt ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung gemäß der vorliegenden Beschreibung;
11 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm vor einer Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
12 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer ersten Stufe einer Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
13 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer zweiten Stufe einer Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
14 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm vor einer Kommutierung von horizontal nach vertikal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung durch die T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung;
15 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer dritten Stufe einer Kommutierung von horizontal nach vertikal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung durch die T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung;
16 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer vierten Stufe einer Kommutierung von horizontal nach vertikal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
17 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm vor einer Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Wandlung, die von der T-Typ-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
18 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer ersten Stufe einer Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Umwandlung durch die T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung;
19 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer zweiten Stufe einer Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Umwandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
20 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm vor einer Kommutierung von horizontal nach vertikal, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Wandlung, die von der T-Typ-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
21 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer Kommutierung von horizontal nach vertikal, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
22 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm vor einer Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
23 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer ersten Stufe einer Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
24 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer zweiten Stufe einer Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
25 ist ein schematisches Betriebsdiagramm vor einer Kommutierung von horizontal nach vertikal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
26 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer dritten Stufe einer Kommutierung von horizontal nach vertikal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
27 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer vierten Stufe einer Kommutierung von horizontal nach vertikal, wenn sich eine invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer DC/AC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
28 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm vor einer Kommutierung von einem positiven Pegel zum Nullpegel, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
29 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer ersten Stufe einer Kommutierung von einem positiven Pegel zum Nullpegel, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
30 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer zweiten Stufe einer Kommutierung von einem positiven Pegel zum Nullpegel, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Wandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird;
31 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer Kommutierung von Nullpegel auf einen positiven Pegel, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Umwandlung, die von der T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird; und
32 zeigt ein schematisches Betriebsdiagramm einer Kommutierung von Nullpegel auf einen positiven Pegel, wenn sich eine AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, während einer AC/DC-Wandlung, die von der T-Typ-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung durchgeführt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bevorzugte Ausführungsformen
Zur besseren Veranschaulichung der zu lösenden technischen Probleme, der technischen Lösungen und der Vorteile der vorliegenden Beschreibung wird die vorliegende Beschreibung im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und Ausführungsformen näher beschrieben. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen lediglich dazu dienen sollen, die vorliegende Beschreibung zu erklären, und nicht dazu dienen, die vorliegende Beschreibung einzuschränken.
4 zeigt ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer T-Wandlerschaltung gemäß der vorliegenden Beschreibung. Wie in 4 dargestellt, umfasst die T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform zwei vertikal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, zwei horizontal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, einen Induktor L, eine erste Diode D1, eine zweite Diode D2, eine dritte Diode D3, eine vierte Diode D4, einen ersten Kondensator C1, einen zweiten Kondensator C2, einen dritten polarisierten Kondensator C3 und einen vierten polarisierten Kondensator C4.
Die beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte sind ein erstes steuerbares Schaltgerät beziehungsweise ein viertes steuerbares Schaltgerät, wobei das erste steuerbare Schaltgerät ein IGBT-Gerät ist, umfassend ein erstes IGBT Q1 und eine erste Freilaufdiode Dq1, die antiparallel mit dem ersten IGBT Q1 verbunden ist; das vierte steuerbare Schaltgerät ist ein IGBT-Gerät, umfassend ein viertes IGBT Q4 und eine vierte Freilaufdiode Dq4, die antiparallel mit dem vierten IGBT Q4 verbunden ist. Das erste IGBT Q1 ist mit dem vierten IGBT Q4 in Reihe geschaltet, ein Kollektor des ersten IGBT Q1 ist mit einem positiven Bus verbunden, ein Emitter des vierten IGBT Q4 ist mit einem negativen Bus verbunden, ein Emitter des ersten IGBT Q1 und ein Kollektor des vierten IGBT Q4 ist angeschlossen, und ein Anschlusspunkt dient als Eingangs-Ausgangs-Anschluss.
Die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte an einem Zwischenbrückenarm sind ein zweites steuerbares Schaltgerät beziehungsweise ein drittes steuerbares Schaltgerät, wobei das zweite steuerbare Schaltgerät ein IGBT-Gerät ist, umfassend ein zweites IGBT Q2 und eine zweite Freilaufdiode Dq2, die antiparallel mit dem zweiten IGBT Q2 verbunden ist; das dritte steuerbare Schaltgerät ist ein IGBT-Gerät, umfassend ein drittes IGBT Q3 und eine dritte Freilaufdiode Dq3, die antiparallel mit dem dritten IGBT Q3 verbunden ist. Das zweite IGBT Q2 und das dritte IGBT Q3 sind einander entgegengesetzt in Reihe mit dem Zwischenbrückenarm geschaltet. Ein Emitter des dritten IGBT Q3 ist an den Eingangs-Ausgangs-Anschluss angeschlossen; ein Kollektor des dritten IGBT Q3 ist an einen Kollektor des zweiten IGBT Q2 angeschlossen; ein Emitter des zweiten IGBT Q2 ist an den Induktor L angeschlossen; und ein weiterer Anschluss des Induktors L ist an eine neutrale Leitung angeschlossen.
Die erste Diode D1 ist mit der zweiten Diode D2 in Reihe geschaltet, eine Kathode der ersten Diode D1 ist mit dem positiven Bus verbunden, und eine Anode der zweiten Diode D2 ist mit dem Kollektor des dritten IGBT Q3 verbunden. Ein Anschluss des ersten Kondensators C1 ist mit einem Verbindungspunkt der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 verbunden, und ein weiterer Anschluss des ersten Kondensators C1 ist mit dem Emitter des dritten IGBT Q3 verbunden.
Die dritte Diode D3 ist mit der vierten Diode D4 in Reihe geschaltet, eine Anode der vierten Diode D4 ist mit dem negativen Bus verbunden, und eine Kathode der dritten Diode D3 ist mit dem Emitter des zweiten IGBT Q2 verbunden. Ein Anschluss des zweiten Kondensators C2 ist mit einem Verbindungspunkt der dritten Diode D3 und der vierten Diode D4 verbunden, und ein weiterer Anschluss des zweiten Kondensators C2 ist mit dem Kollektor des zweiten IGBT verbunden.
Ein positiver Anschluss des dritten polarisierten Kondensators C3 ist mit dem positiven Bus und ein negativer Anschluss des dritten polarisierten Kondensators C3 ist mit der neutralen Leitung verbunden; ein positiver Anschluss des vierten polarisierten Kondensators C4 ist mit dem neutralen Leiter und ein negativer Anschluss des vierten polarisierten Kondensators C4 ist mit dem negativen Bus verbunden.
Bei dieser Ausführungsform kann das steuerbare Schaltgerät auch eine MOS-Einheit sein. Wenn eine MOS-Einheit verwendet wird, kann die MOS-Einheit ein MOS-Transistor mit einer Body-Diode oder ein MOS-Transistor ohne eine Body-Diode und eine antiparallele Diode sein.
Durch die T-Wandlerschaltung können alle steuerbaren Schalt- und Diodengeräte im Invertierungs- und Gleichrichtungsprozess weiches Schalten durchführen, das heißt Nullspannungsschalten (ZVS), Nullstromschalten (ZCS) oder Nullspannungs- und Nullstromschalten (ZVZCS), oder ein An/Ausschalten mit begrenztem dv/dt und di/dt durchführen, was nachfolgend näher beschrieben wird.
In einem Fall, in dem die T-Wandlerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform invers arbeitet, umfasst eine invertierte Ausgangsspannung zwei Halbzyklen, einen positiven Halbzyklus und einen negativen Halbzyklus, und jeder Halbzyklus umfasst zwei Vorgänge, wobei der eine ein Kommutierungsvorgang von vertikal nach horizontal und der andere ein Kommutierungsvorgang von horizontal nach vertikal ist.
Wenn sich die invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, umfasst der Vorgang der Kommutierung von vertikal nach horizontal das Folgende:
11 zeigt einen Zustand vor einer Kommutierung von vertikal nach horizontal. Vor der Kommutierung von vertikal nach horizontal befinden sich das erste IGBT Q1 und das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand, und das zweite IGBT Q2 und das vierte IGBT Q4 sind in einem Aus-Zustand. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Strom durch das erste IGBT Q1 zu einer Last Z, und obwohl das dritte IGBT Q3 eingeschaltet ist, fließt kein Strom durch dieses. Da das erste IGBT Q1 eingeschaltet ist, wird der zweite Kondensator C2 in den Vdc-Zustand geladen. In diesem Fall fließt kein Strom durch den Induktor L, und die Spannung am ersten Kondensator C1 ist Null.
12 zeigt einen Betriebszustand einer ersten Stufe des Kommutierungsvorgangs von vertikal nach horizontal. Bei der ersten Stufe wird das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand gehalten, das vierte IGBT Q4 wird in einem Aus-Zustand gehalten, das erste IGBT Q1 wird von einem An-Zustand in einen Aus-Zustand geschaltet und das zweite IGBT Q2 wird von einem Aus-Zustand in einen An-Zustand geschaltet. Wie in 12 dargestellt, wird beim Ausschalten des ersten IGBT Q1 und Einschalten des zweiten IGBT Q2 der zweite Kondensator C2 über die vierte Diode D4 und das dritte IGBT Q3 auf die Last Z entladen. Gleichzeitig wird der zweite Kondensator C2 über das zweite IGBT Q2 und die vierte Diode D4 ebenfalls auf den Induktor L entladen. Da eine Spannung am zweiten Kondensator C2 allmählich auf Null entladen wird und der Strom der Last Z dabei vom zweiten Kondensator C2 geliefert wird, wird das erste IGBT Q1 spannungsfrei abgeschaltet, und die Abschaltverluste sind sehr gering, was typischerweise ein weicher Schaltvorgang ist. Durch das Vorhandensein des Induktors L wird bei dem Vorgang, bei dem das zweite IGBT Q2 von einem Aus-Zustand in einen An-Zustand geschaltet wird, der Strom gemäß di/dt aufgebaut, was ebenfalls ein weicher Schaltvorgang ist.
13 zeigt einen Betriebszustand einer zweiten Stufe des Kommutierungsvorgangs von vertikal nach horizontal. Nach Abschluss der ersten Stufe beginnt die vierte Freilaufdiode Dq4 eingeschaltet zu werden. Ein Ausgangspegel der Last Z wird auf -Vdc/2 geklemmt. Der Induktor L beginnt, Energie durch die zweite Freilaufdiode Dq2 und den dritten IGBT Q3 zu speichern, und der Strom des Induktors L steigt linear von Null an, und gleichzeitig wird der Strom durch die vierte Freilaufdiode Dq4 proportional verringert. Wenn der Strom durch die vierte Freilaufdiode Dq4 auf Null reduziert wird, ist der Kommutierungsvorgang abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird die vierte Freilaufdiode Dq4 abgeschaltet und der Laststrom wird von der zweiten Freilaufdiode Dq2 und dem dritten IGBT Q3 getragen. Bei dem obenstehenden Vorgang weisen aufgrund der Anwesenheit des Induktors L die zweite Freilaufdiode Dq2, das zweite IGBT Q2, die vierte Freilaufdiode Dq4 und die dritte IGBT Q3 alle eine Stromänderung mit einer begrenzten Stromänderungsrate di/dt auf. So realisieren sie alle in einem solchen Prozess ein weiches Schalten. Der Leerlaufvorgang der vierten Diode D4 wird ebenfalls mit einer begrenzten Stromänderungsrate di/dt an- und ausgeschaltet, wodurch die Einschaltverluste der vierten Diode D4 deutlich reduziert werden.
Wenn sich die invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, umfasst der Kommutierungsvorgang von horizontal nach vertikal Folgendes:
14 zeigt einen Zustand nach der Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich die invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, der auch als Zustand vor der Kommutierung von horizontal nach vertikal bezeichnet wird. Vor der Kommutierung von horizontal nach vertikal befinden sich das erste IGBT Q1 und das vierte IGBT Q4 in einem Aus-Zustand, das zweite IGBT Q2 und das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand. In diesem Fall fließt ein Strom vom Induktor L zur Last Z durch die zweite Freilaufdiode Dq2 und das dritte IGBT Q3. Obwohl das zweite IGBT Q2 angeschaltet ist, fließt kein Strom hindurch. Der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 befinden sich in einem spannungslosen Entladezustand, und der Strom durch den Induktor L ist gleich dem Strom durch die Last Z.
15 zeigt einen Betriebszustand einer dritten Stufe des Kommutierungsvorgangs von horizontal nach vertikal. Bei der dritten Stufe wird das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand gehalten, das vierte IGBT Q4 wird in einem Aus-Zustand gehalten, das erste IGBT Q1 wird vom An-Aus-Zustand in einen An-Zustand versetzt und das zweite IGBT Q2 wird von einem An-Zustand in einen Aus-Zustand versetzt. Wie in 15 dargestellt, legt ein Bus der oberen Hälfte während des Vorgangs, bei dem das erste IGBT Q1 angeschaltet und das zweite IGBT Q2 ausgeschaltet wird, eine Umkehrspannung an den Induktor L durch das erste IGBT Q1, die zweite Freilaufdiode Dq2 und das dritte IGBT Q3 an, wodurch der Strom durch den Induktor L linear abnimmt. Gleichzeitig versorgt der Bus der oberen Hälfte die Last Z über das erste IGBT Q1 mit Leistung. Die beiden obigen Schleifen koexistieren und arbeiten zusammen. Wenn der durch den Induktor L fließende Strom allmählich reduziert wird, bewegt sich der Laststrom auf den durch den ersten IGBT Q1 fließenden Strom. Wenn der durch den Induktor L fließende Strom Null ist, wird die zweite Freilaufdiode Dq2 umgekehrt ausgeschaltet, und da das zweite IGBT Q2 ausgeschaltet ist, fließt der Strom nicht mehr durch den Zwischenbrückenarm.
In dem Moment, in dem das erste IGBT Q1 eingeschaltet wird, da der Laststrom vom Induktor L getragen wird, wird das erste IGBT Q1 mit Nullstrom eingeschaltet, und der Strom beim Einschalten des ersten IGBT Q1 wird mit begrenztem di/dt aufgebaut, das erste IGBT Q1 arbeitet in einem Modus des weichen Schaltens. Beim Umschalten von einem An- in einen Aus-Zustand fließt kein Strom durch das zweite IGBT Q2, und auch das zweite IGBT Q2 arbeitet im Modus des weichen Schaltens.
16 zeigt einen Betriebszustand einer vierten Stufe des Kommutierungsvorgangs von horizontal nach vertikal. Nach Abschluss der dritten Stufe, da die Spannung am zweiten Kondensator C2 Null ist, wird der Ausgangspegel der Last Z auf Vdc/2 geklemmt. Daher lädt die Spannung des Busses der oberen Hälfte, wie in 16 dargestellt, den zweiten Kondensator C2 durch das erste IGBT Q1, die dritte Freilaufdiode Dq3, die dritte Diode D3 und den Induktor L. Durch das Vorhandensein des Induktors L, wenn der zweite Kondensator C2 auf eine Spannung von Vdc aufgeladen wird, werden die dritte Freilaufdiode Dq3 und die dritte Diode D3 umgekehrt ausgeschaltet, die Lade- und Kommutierungsvorgänge werden abgeschlossen und es wird in den Zustand zurückgekehrt, bei dem der Strom, der durch das erste IGBT Q1 zur Last Z fließt, das heißt in den Zustand von 11.
Während des Ladens des zweiten Kondensators C2 werden die dritte Freilaufdiode Dq3 und die dritte Diode D3 mit einer begrenzten Stromänderungsrate di/dt ein- und ausgeschaltet, sodass der An- und Ausschaltverlust beim An- und Ausschalten der dritten Freilaufdiode Dq3 und der dritten Diode D3 sehr gering ist, was ein Modus des weichen Schaltens ist.
Der Kommutierungsvorgang, bei dem sich die invertierte Ausgangsspannung in einem negativen Halbzyklus befindet, ist ähnlich dem Kommutierungsvorgang, bei dem sich die invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, und zwei Stufen werden durch die Kommutierung von vertikal nach horizontal oder die Kommutierung von horizontal nach vertikal benötigt, was hier nicht beschrieben wird.
Wenn die Wandlerschaltung in Gleichrichtung arbeitet, umfasst eine AC-Eingangsspannung zwei Halbzyklen, einen positiven Halbzyklus und einen negativen Halbzyklus, und jeder Halbzyklus umfasst zwei Vorgänge, Kommutierung von vertikal nach horizontal und Kommutierung von horizontal nach vertikal.
Wenn sich die AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, umfasst der Vorgang der Kommutierung von vertikal nach horizontal das Folgende:
17 zeigt einen Zustand vor der Kommutierung von vertikal nach horizontal. Vor der Kommutierung von vertikal nach horizontal befinden sich das erste IGBT Q1 und das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand und das zweite IGBT Q2 und das vierte IGBT Q4 sind in einem Aus-Zustand. Von der ersten Freilaufdiode Dq1 fließt ein gleichgerichteter Strom zu dem Bus. Das dritte IGBT Q3 wird eingeschaltet, aber es fließt kein Strom hindurch. Da das dritte IGBT eingeschaltet ist, befindet sich der erste Kondensator C1 in einem Entladezustand ohne Spannung. Da das erste IGBT Q1 eingeschaltet ist, wird der zweite Kondensator C2 in den Vdc-Zustand geladen, und der Strom des Induktors L ist Null.
18 zeigt einen Betriebszustand einer ersten Stufe des Kommutierungsvorgangs von vertikal nach horizontal. In der ersten Stufe wird das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand und das vierte IGBT Q4 in einem Aus-Zustand gehalten. Das erste IGBT Q1 wird von einem An-Zustand in einen Aus-Zustand und das zweite IGBT Q2 von einem Aus-Zustand in einen An-Zustand geschaltet. Wie in 18 dargestellt, bilden dabei die dritte Freilaufdiode Dq3, das zweite IGBT Q2 und der Induktor L eine Schleife mit einer Eingangsquelle Z. Durch das Vorhandensein des Induktors L steigt ein Strom durch den Zwischenbrückenarm linear von Null an; gleichzeitig sinkt ein Strom durch die erste Freilaufdiode Dq1 linear, bis der Strom durch den Induktor L den gleichgerichteten Strom erreicht, und die erste Freilaufdiode Dq1 wird zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet.
Durch das Vorhandensein der ersten Freilaufdiode Dq1 ist der Vorgang des Schaltens des ersten IGBT Q1 An nach Aus eine Abschaltung mit Nullspannung und Nullstrom. Durch die Anwesenheit des Induktors L wird der Strom während des Vorgangs des Schaltens des zweiten IGBT Q2 von Aus zu An linear erhöht, sodass der Anschaltvorgang des zweiten IGBT Q2 ein Anschalten mit Nullstrom ist. Beides sind typische weiche Schaltvorgänge.
19 zeigt einen Betriebszustand einer zweiten Stufe des Kommutierungsvorgangs von vertikal nach horizontal. Nach Abschluss der ersten Stufe wird die erste Freilaufdiode Dq1 ausgeschaltet, und der zweite Kondensator C2 beginnt sich durch das zweite IGBT Q2, die vierte Diode D4 und den Induktor L zu entladen. Die zweite Stufe ist beendet, wenn der zweite Kondensator C2 auf Null entladen wird.
Wenn sich die AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, umfasst der Kommutierungsvorgang von horizontal nach vertikal das Folgende:

20 zeigt einen Zustand, nachdem der Kommutierungsvorgang von vertikal nach horizontal abgeschlossen ist, das heißt den Zustand vor der Kommutierung von horizontal nach vertikal. Zu diesem Zeitpunkt beendet der zweite Kondensator C2 die Entladung, und der gleichgerichtete Strom wird von der dritten Freilaufdiode Dq3, dem zweiten IGBT Q2 und dem Induktor L getragen. Das erste IGBT Q1 und das vierte IGBT Q4 befinden sich in einem Aus-Zustand, und das zweite IGBT Q2 und das dritte IGBT Q3 befinden sich in einem An-Zustand. Obwohl sich das dritte IGBT Q3 im An-Zustand befindet, fließt kein Strom durch ihn. Der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 befinden sich beide in einem spannungslosen Entladezustand. Der Strom durch den Induktor L ist der gleichgerichtete Strom.
21 zeigt einen Betriebszustand des Kommutierungsvorgangs von horizontal nach vertikal. Während der Kommutierung von horizontal nach vertikal wird das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand gehalten, das vierte IGBT Q4 in einem Aus-Zustand gehalten, das erste IGBT Q1 wird von einem Aus-Zustand in einen An-Zustand geschaltet und das zweite IGBT Q2 wird von einem An-Zustand in einen Aus-Zustand geschaltet. Während des Ausschaltens des zweiten IGBT Q2 wird der gleichgerichtete Strom aufgrund des Vorhandenseins des zweiten Kondensators C2 vom Durchgang durch das zweite IGBT Q2 auf den Durchgang durch den zweiten Kondensator C2 übertragen. Die Spannung des zweiten IGBT Q2 steigt linear von Null an, was eine Abschaltung mit Nullspannung und Nullstrom bedeutet. Wenn sich der Strom des Induktors L während des Ladevorgangs des zweiten Kondensators C2 allmählich von dem gleichgerichteten Strom auf Null ändert, steigt der Strom, der durch die erste Freilaufdiode Dq1 zum Bus fließt, allmählich an, und aufgrund des Vorhandenseins der ersten Freilaufdiode Dq1 fließt kein Strom durch den ersten IGBT Q1, sodass der Einschaltvorgang des ersten IGBT Q1 ein Einschalten mit Nullstrom und Nullspannung ist. Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass bei der Kommutierung von horizontal nach vertikal die An- und Ausschaltvorgänge des ersten IGBT Q1 und des zweiten IGBT Q2 beide weiche Schaltvorgänge sind.

Wenn der Strom durch den Induktor L Null wird und der zweite Kondensator C2 das Laden beendet, werden die dritte Diode D3 und die dritte Freilaufdiode Dq3 ausgeschaltet und damit der gesamte Kommutierungsvorgang abgeschlossen, wodurch der in 17 dargestellte Zustand wiederhergestellt wird.
Der Kommutierungsvorgang, wenn sich die AC-Eingangsspannung in einem negativen Halbzyklus befindet, ist ähnlich dem Kommutierungsvorgang, wenn sich die AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, und der Kommutierungsvorgang von vertikal nach horizontal oder die Kommutierung von horizontal nach vertikal ist ebenfalls ähnlich dem, wenn sich die AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, was hier nicht näher beschrieben wird.
5 zeigt ein Schaltbild, das eine zweite Ausführungsform der T-Wandlerschaltung gemäß der vorliegenden Beschreibung darstellt. Wie in 5 dargestellt, umfasst die T-Wandlerschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform zwei vertikal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, zwei horizontal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, einen Induktor L, eine erste Diode D1, eine zweite Diode D2, eine dritte Diode D3, eine vierte Diode D4, einen ersten Kondensator C1, einen zweiten Kondensator C2, einen dritten polarisierten Kondensator C3 und einen vierten polarisierten Kondensator C4.
Die beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte sind ein erstes steuerbares Schaltgerät beziehungsweise ein viertes steuerbares Schaltgerät, wobei das erste steuerbare Schaltgerät eine IGBT-Einheit ist, umfassend ein erstes IGBT Q1 und eine erste Freilaufdiode Dq1, die antiparallel mit dem ersten IGBT verbunden ist; das vierte steuerbare Schaltgerät ist eine IGBT- Einheit, umfassend ein viertes IGBT Q4 und eine vierte Freilaufdiode Dq4, die antiparallel mit dem vierten IGBT verbunden ist. Das erste IGBT Q1 ist mit dem vierten IGBT Q4 in Reihe geschaltet, ein Kollektor des ersten IGBT Q1 ist mit einem positiven Bus verbunden, ein Emitter des vierten IGBT Q4 ist mit einem negativen Bus verbunden, ein Emitter des ersten IGBT Q1 ist mit einem Kollektor des vierten IGBT Q4 verbunden, und ein Anschlusspunkt dient als Eingangs-Ausgangs-Anschluss.
Die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte an einem Zwischenbrückenarm sind ein zweites steuerbares Schaltgerät beziehungsweise ein drittes steuerbares Schaltgerät, wobei das zweite steuerbare Schaltgerät eine IGBT- Einheit ist, umfassend ein zweites IGBT Q2 und einer zweiten Freilaufdiode Dq2, die antiparallel mit dem zweiten IGBT verbunden ist; das dritte steuerbare Schaltgerät ist eine IGBT- Einheit, umfassend ein drittes IGBT Q3 und eine dritte Freilaufdiode Dq3, die antiparallel mit dem dritten IGBT verbunden ist. Das zweite IGBT Q2 und das dritte IGBT Q3 sind auf dem Zwischenbrückenarm einander entgegengesetzt in Reihe geschaltet. Ein Kollektor des zweiten IGBT Q2 ist mit dem Eingangs-Ausgangs-Anschluss verbunden; ein Emitter des zweiten IGBT Q2 ist mit einem Emitter des dritten IGBT Q3 verbunden; ein Kollektor des dritten IGBT Q3 ist mit dem Induktor L verbunden; und ein weiterer Anschluss des Induktors L ist mit der neutralen Leitung verbunden.
Die erste Diode D1 ist mit der zweiten Diode D2 in Reihe geschaltet, eine Kathode der ersten Diode D1 ist mit dem positiven Bus verbunden, und eine Anode der zweiten Diode D2 ist mit dem Kollektor des dritten IGBT Q3 verbunden. Ein Ausgang des ersten Kondensators C1 ist mit einem Verbindungspunkt der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 verbunden, und ein weiterer Ausgang des ersten Kondensators C1 ist mit dem Emitter des dritten IGBT Q3 verbunden.
Die dritte Diode D3 ist mit der vierten Diode D4 in Reihe geschaltet, eine Anode der vierten Diode D4 ist mit dem negativen Bus verbunden, und eine Kathode der dritten Diode D3 ist mit dem Emitter des zweiten IGBT Q2 verbunden. Ein Ausgang des zweiten Kondensators C2 ist mit einem Verbindungspunkt der dritten Diode D3 und der vierten Diode D4 verbunden, und ein weiterer Ausgang des zweiten Kondensators C2 ist mit dem Kollektor des zweiten IGBT verbunden.
Ein positiver Ausgang des dritten polarisierten Kondensators C3 ist mit dem positiven Bus und ein negativer Ausgang des dritten polarisierten Kondensators C3 mit der neutralen Leitung verbunden; ein positiver Ausgang des vierten polarisierten Kondensators C4 ist mit der neutralen Leitung verbunden und ein negativer Ausgang des vierten polarisierten Kondensators C4 ist mit dem negativen Bus verbunden.
Bei dieser Ausführungsform kann das steuerbare Schaltgerät auch eine MOS-Einheit sein. Wenn eine MOS-Einheit verwendet wird, kann die MOS-Einheit ein MOS-Transistor mit einer Body-Diode oder ein MOS-Transistor ohne eine Body-Diode und eine antiparallele Diode sein.
Das Prinzip für das steuerbare Schaltgerät und die Diode, die das weiche Schalten beim Kommutierungsvorgang in der zweiten Ausführungsform realisiert, ist ähnlich dem in der ersten Ausführungsform und wird hier nicht im Detail beschrieben.
6 zeigt ein Schaltbild, das eine dritte Ausführungsform der T-Wandlerschaltung gemäß der vorliegenden Beschreibung darstellt. Wie in 6 dargestellt, umfasst die T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform zwei vertikal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, zwei horizontal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, einen Induktor L, eine erste Diode D1, eine zweite Diode D2, eine dritte Diode D3, eine vierte Diode D4, eine fünfte Diode D5, eine sechste Diode D6, einen ersten Kondensator C1, einen zweiten Kondensator C2, einen dritten polarisierten Kondensator C3 und einen vierten polarisierten Kondensator C4.
Die beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte sind ein erstes steuerbares Schaltgerät beziehungsweise ein viertes steuerbares Schaltgerät, wobei das erste steuerbare Schaltgerät eine IGBT-Einheit ist, umfassen ein erstes IGBT Q1 und eine erste Freilaufdiode Dq1, die antiparallel mit dem ersten IGBT verbunden ist; das vierte steuerbare Schaltgerät ist eine IGBT- Einheit, umfassen ein viertes IGBT Q4 und eine vierte Freilaufdiode Dq4, die antiparallel mit dem vierten IGBT verbunden ist. Das erste IGBT Q1 ist mit dem vierten IGBT Q4 in Reihe geschaltet, ein Kollektor des ersten IGBT Q1 ist mit einem positiven Bus verbunden, ein Emitter des vierten IGBT Q4 ist mit einem negativen Bus verbunden, ein Emitter des ersten IGBT Q1 ist mit einem Kollektor des vierten IGBT Q4 verbunden, und ein Anschlusspunkt dient als Eingangs-Ausgangs-Anschluss.
Ein Zwischenbrückenarm umfasst die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte, wobei die fünfte Diode und die sechste Diode darauf angeordnet sind. Die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte sind ein zweites steuerbares Schaltgerät beziehungsweise ein drittes steuerbares Schaltgerät, wobei das zweite steuerbare Schaltgerät eine IGBT- Einheit ist, umfassend ein zweites IGBT Q2 und eine zweite Freilaufdiode Dq2, die antiparallel mit dem zweiten IGBT verbunden ist; das dritte steuerbare Schaltgerät ist eine IGBT- Einheit, umfassend ein drittes IGBT Q3 und eine dritte Freilaufdiode Dq3, die antiparallel mit dem dritten IGBT verbunden ist. Ein Kollektor des zweiten IGBT Q2 und ein Emitter des dritten IGBT Q3 sind mit dem Eingangsanschluss verbunden; ein Emitter des zweiten IGBT Q2 ist mit einer Anode der fünften Diode D5 verbunden, und ein Kollektor des dritten IGBT Q3 ist mit einer Kathode der sechsten Diode D6 verbunden, eine Kathode der fünften Diode D5 und eine Anode der sechsten Diode D6 sind mit einem Anschluss des Induktors L verbunden; und ein weiterer Anschluss des Induktors L ist mit einer neutralen Leitung verbunden.
Die erste Diode D1 ist mit der zweiten Diode D2 in Reihe geschaltet, eine Kathode der ersten Diode D1 ist mit dem positiven Bus verbunden, und eine Anode der zweiten Diode D2 ist mit dem Kollektor des dritten IGBT Q3 verbunden. Ein Ausgang des ersten Kondensators C1 ist mit einem Verbindungspunkt der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 verbunden, und ein weiterer Ausgang des ersten Kondensators C1 ist mit dem Emitter des dritten IGBT Q3 verbunden.
Die dritte Diode D3 ist mit der vierten Diode D4 in Reihe geschaltet, eine Anode der vierten Diode D4 ist mit dem negativen Bus verbunden, und eine Kathode der dritten Diode D3 ist mit dem Emitter des zweiten IGBT Q2 verbunden. Ein Ausgang des zweiten Kondensators C2 ist mit einem Verbindungspunkt der dritten Diode D3 und der vierten Diode D4 verbunden, und ein weiterer Ausgang des zweiten Kondensators C2 ist mit dem Kollektor des zweiten IGBT verbunden.
Ein positiver Ausgang des dritten polarisierten Kondensators C3 ist mit dem positiven Bus verbunden und ein negativer Ausgang des dritten polarisierten Kondensators C3 mit dem neutralen Leiter verbunden; ein positiver Ausgang des vierten polarisierten Kondensators C4 ist mit dem neutralen Leiter und ein negativer Ausgang des vierten polarisierten Kondensators C4 ist mit dem negativen Bus verbunden.
In dieser Ausführungsform kann das steuerbare Schaltgerät auch eine MOS-Einheit sein. Wenn eine MOS-Einheit verwendet wird, kann die MOS-Einheit ein MOS-Transistor mit einer Body-Diode oder ein MOS-Transistor ohne eine Body-Diode und eine antiparallele Diode sein.
In einem Fall, bei dem die T-Wandlerschaltung gemäß der dritten Ausführungsform invers arbeitet, umfasst eine invertierte Ausgangsspannung zwei Halbzyklen, einen positiven Halbzyklus und einen negativen Halbzyklus, und jeder Halbzyklus umfasst zwei Vorgänge, wobei der eine ein Kommutierungsvorgang von vertikal nach horizontal und der andere ein Kommutierungsvorgang von horizontal nach vertikal ist.
Wenn sich die invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, umfasst der Kommutierungsvorgang von vertikal nach horizontal das Folgende:
22 zeigt einen Zustand vor der Kommutierung von vertikal nach horizontal. Vor der Kommutierung von vertikal nach horizontal befinden sich das erste IGBT Q1 und das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand und das zweite IGBT Q2 und das vierte IGBT Q4 sind in einem Aus-Zustand. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Strom durch das erste IGBT Q1 zu einer Last Z, und obwohl das dritte IGBT Q3 eingeschaltet ist, fließt kein Strom durch den Zwischenbrückenarm, da die sechste Diode D6 und die zweite Freilaufdiode Dq2 in Sperrrichtung gepolt sind. Da der dritte IGBT Q3 eingeschaltet ist, wird eine Spannung des ersten Kondensators C1 auf Null geklemmt und der erste Kondensator C1 befindet sich in einem Entladezustand ohne Spannung. Da der erste IGBT Q1 eingeschaltet ist, wird der zweite Kondensator C2 in den Vdc-Zustand geladen. In diesem Fall fließt kein Strom durch den Induktor L.
23 zeigt einen Betriebszustand einer ersten Stufe in einem Kommutierungszustand von vertikal nach horizontal. In der ersten Stufe wird das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand gehalten, das vierte IGBT Q4 wird in einem Aus-Zustand gehalten, das erste IGBT Q1 wird von einem An-Zustand in einen Aus-Zustand geschaltet und das zweite IGBT Q2 wird von einem Aus-Zustand in einen An-Zustand geschaltet. Wie in 23 dargestellt, entlädt sich der zweite Kondensator C2 beim Ausschalten des ersten IGBT Q1 und Einschalten des zweiten IGBT Q2 über die vierte Diode D4 auf die Last Z. Gleichzeitig lädt sich der zweite Kondensator C2 auch über das zweite IGBT Q2, die fünfte Diode D5, den Induktor L, die vierte Diode D4 und den vierten polarisierten Kondensator C4 auf den Induktor L auf. Da die Spannung am zweiten Kondensator C2 allmählich auf Null entladen wird, wird eine Spannung des ersten IGBT Q1 während des Abschaltvorgangs mit einer begrenzten Rate dV/dt aufgebaut, und der Strom der Last Z wird vom zweiten Kondensator C2 geliefert. Somit wird der erste IGBT Q1 spannungsfrei abgeschaltet, und die Abschaltverluste sind sehr gering, was typischerweise ein weicher Schaltvorgang ist. Darüber hinaus wird durch die Anwesenheit des Induktors L ein Strom, der durch das zweite IGBT Q2 fließt, ebenfalls mit begrenzter Rate di/dt erhöht. Daher wird der zweite IGBT stromlos eingeschaltet, und die Einschaltverluste sind sehr gering, was typischerweise auch ein weicher Schaltvorgang ist.
24 zeigt einen Betriebszustand einer zweiten Stufe im Kommutierungvorgang von vertikal nach horizontal. Nach Abschluss der ersten Stufe werden die vierte Diode D4 und die fünfte Diode D5 ausgeschaltet, der Strom durch den Induktor L wieder auf Null gesetzt und die vierte Freilaufdiode Dq4 beginnt eingeschaltet zu werden. Ein Ausgangspegel der Last Z wird auf -Vdc/2 geklemmt. Der Induktor L beginnt, Energie durch die sechste Diode D6 und das dritte IGBT Q3 zu speichern. Der Strom des Induktors L beginnt linear von Null zu steigen, und gleichzeitig wird der Strom durch die vierte Freilaufdiode Dq4 proportional verringert. Wenn der Strom durch die vierte Freilaufdiode Dq4 auf Null reduziert wird, ist der Kommutierungsvorgang abgeschlossen. Nach Abschluss der zweiten Stufe wird die vierte Freilaufdiode Dq4 ausgeschaltet.
Bei dem obigen Vorgang erfolgen alle Stromänderungen im zweiten IGBT Q2 und dritten IGBT Q3 mit einer begrenzten Stromänderungsrate di/dt, sodass bei diesem Vorgang das zweite IGBT Q2 und das dritte IGBT Q3 beide in einem Zustand des weichen Schaltens arbeiten. Gleichzeitig werden auch die vierte Diode D4 und die fünfte Diode D5 mit einer begrenzten Stromänderungsrate di/dt abgeschaltet, was die Abschaltverluste der vierten Diode D4 deutlich reduzieren kann und ebenfalls ein weich Schalten darstellt.
Wenn sich die invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, umfasst der Kommutierungsvorgang von horizontal nach vertikal das Folgende:
25 zeigt einen Zustand nach der Kommutierung von vertikal nach horizontal, wenn sich die Ausgangsspannung des Wechselrichters in einem positiven Halbzyklus befindet, der auch als Zustand vor der Kommutierung von horizontal nach vertikal bezeichnet wird. Vor der Kommutierung von horizontal nach vertikal befinden sich das erste IGBT Q1 und das vierte IGBT Q4 in einem Aus-Zustand, das zweite IGBT Q2 und das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand. In diesem Fall fließt ein Strom vom Induktor L zur Last Z durch die sechste Diode D6 und das dritte IGBT Q3. Der Strom durch den Induktor L ist gleich dem Strom durch die Last Z.
26 zeigt einen Betriebszustand einer dritten Stufe des Kommutierungsvorgangs von horizontal nach vertikal. Bei der dritten Stufe wird das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand gehalten, das vierte IGBT Q4 in einem Aus-Zustand gehalten, das erste IGBT Q1 wird von einem Aus-Zustand in einen An-Zustand und das zweite IGBT Q2 von einem An-Zustand in einen Aus-Zustand geschaltet. Wie in 26 dargestellt, legt ein Bus der oberen Hälfte während des Vorgangs, bei dem das erste IGBT Q1 eingeschaltet und das zweite IGBT Q2 ausgeschaltet wird, eine umgekehrte Spannung an den Induktor L durch die sechste Diode D6 und das dritte IGBT Q3 an, wodurch der Strom des Induktors L linear abnimmt. Gleichzeitig bildet der Bus der oberen Hälfte eine Schleife zum Versorgen der Last Z mit Leistung durch das erste IGBT Q1. Die beiden obigen Schleifen koexistieren und arbeiten zusammen. Wenn der durch den Induktor L fließende Strom allmählich reduziert wird, wandert ein Laststrom in die Schleife, wobei er durch den ersten IGBT Q1 fließt. Wenn der durch den Induktor L fließende Strom Null ist, wird die sechste Diode D6 umgekehrt ausgeschaltet, und wenn der zweite IGBT ausgeschaltet wird, ist der Zwischenbrückenarm nicht mehr eingeschaltet.
Da der Laststrom vom Induktor L getragen wird und sich der Strom beim Einschalten des ersten IGBT Q1 nicht stark ändern kann, wird während des Anschaltvorgangs des ersten IGBT Q1 der Strom, der durch das erste IGBT Q1 fließt, mit einer begrenzten Stromänderungsrate di/dt aufgebaut, sodass der Anschaltvorgang des ersten IGBT Q1 ein weicher Schaltvorgang ist. Durch das zweite IGBT Q2 fließt beim Umschalten von einem Anin einen Aus-Zustand kein Strom, was ebenfalls ein Modus des weichen Schaltens ist.
27 zeigt einen Betriebszustand einer vierten Stufe des Kommutierungsvorgangs von horizontal nach vertikal. Nach Abschluss der dritten Stufe, da die Spannung am zweiten Kondensator C2 Null ist, wird der Ausgangspegel der Last Z auf Vdc/2 geklemmt. Daher lädt der Bus der oberen Hälfte, wie in 27 dargestellt, den zweiten Kondensator C2 über das erste IGBT Q1, die dritte Diode D3, die fünfte Diode D5 und den Induktor L auf. Aufgrund der Anwesenheit des Induktors L, wenn der zweite Kondensator C2 auf eine Spannung von Vdc aufgeladen wird, werden die dritte Diode D3 und die fünfte Diode D5 umgekehrt ausgeschaltet, die Lade- und Kommutierungsvorgänge werden abgeschlossen und kehren in den Zustand zurück, bei dem der Strom durch das erste IGBT Q1 zur Last Z fließt, das heißt in den Zustand von 22.
Während des Ladens des zweiten Kondensators C2 werden die dritte Diode D3 und die fünfte Diode D5 mit einer begrenzten Stromänderungsrate di/dt ein- und ausgeschaltet, sodass die An/Aus-Verluste beim An- und Ausschalten der dritten Diode D3 und der fünften Diode D5 sehr gering sind, was ein Modus des weichen Schaltens ist.
Der Kommutierungsvorgang, bei dem sich die invertierte Ausgangsspannung in einem negativen Halbzyklus befindet, ist ähnlich dem Kommutierungsvorgang, bei dem sich die invertierte Ausgangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, und zwei Stufen werden für die Kommutierung von vertikal nach horizontal oder die Kommutierung von horizontal nach vertikal benötigt, was hier nicht beschrieben wird.
Wenn die Wandlerschaltung in Gleichrichtung arbeitet, umfasst eine AC-Eingangsspannung zwei Halbzyklen, einen positiven Halbzyklus und einen negativen Halbzyklus, und jeder Halbzyklus umfasst zwei Vorgänge, Kommutierung von vertikal nach horizontal und Kommutierung von horizontal nach vertikal.
Wenn sich die AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, umfasst der Kommutierungsvorgang von vertikal nach horizontal das Folgende:
28 zeigt einen Zustand vor der Kommutierung von vertikal nach horizontal. Vor der Kommutierung von vertikal nach horizontal befinden sich das erste IGBT Q1 und das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand und das zweite IGBT Q2 und das vierte IGBT Q4 in einem Aus-Zustand. Von der ersten Freilaufdiode Dq1 fließt ein gleichgerichteter Strom auf den Bus. Der dritte IGBT Q3 wird eingeschaltet, aber es fließt kein Strom hindurch. Der erste Kondensator C1 befindet sich in einem spannungslosen Entladezustand. Der zweite Kondensator C2 wird in den Vdc-Zustand geladen, und der Strom des Induktors L ist Null.
29 zeigt einen Betriebszustand einer ersten Stufe des Kommutierungsvorgangs von vertikal nach horizontal. In der ersten Stufe wird das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand und das vierte IGBT Q4 wird in einem Aus-Zustand gehalten. Das erste IGBT Q1 wird von einem An-Zustand in einen Aus-Zustand und das zweite IGBT Q2 von einem Aus-Zustand in einen An-Zustand geschaltet. Wie in 29 dargestellt, wird bei diesem Vorgang durch die erste Freilaufdiode Dq1, die fünfte Diode D5 und die zweite IGBT Q2 eine Spannung über den dritten Kondensator C3 an beide Anschlüsse des Induktors L angelegt. Durch das Vorhandensein des Induktors L steigt ein Strom durch den Zwischenbrückenarm linear von Null an; gleichzeitig sinkt ein Strom durch die erste Freilaufdiode Dq1 linear, bis der Strom durch den Induktor L auf den gleichgerichteten Strom ansteigt, und die erste Freilaufdiode Dq1 zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet wird.
Durch das Vorhandensein der ersten Freilaufdiode Dq1 ist der Prozess des ersten IGBT Q1, der von An nach Aus schaltet, eine Abschaltung mit Nullspannung und Nullstrom. Durch die Anwesenheit des Induktors L wird der Strom während des Prozesses des zweiten IGBT Q2 von Aus zu An linear erhöht, sodass der Anschaltvorgang des zweiten IGBT Q2 ein Anschalten mit Nullstrom ist. Beides sind typische weiche Schaltvorgänge.
30 zeigt einen Betriebszustand einer zweiten Stufe des Kommutierungsvorganges von vertikal nach horizontal. Nach Abschluss der ersten Stufe wird die erste Freilaufdiode Dq1 ausgeschaltet, und der zweite Kondensator C2 beginnt sich durch das zweite IGBT Q2, die vierte Diode D4, die fünfte Diode D5 und den Induktor L zu entladen. Die zweite Stufe ist beendet, wenn der zweite Kondensator C2 auf Null entladen wird.
Wenn sich die AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, umfasst der Kommutierungsvorgang von horizontal nach vertikal das Folgende:
31 zeigt einen Zustand, nachdem der Kommutierungsvorgang von vertikal nach horizontal abgeschlossen ist, das heißt den Zustand vor der Kommutierung von horizontal nach vertikal. Zu diesem Zeitpunkt beendet der zweite Kondensator C2 die Entladung, und der gleichgerichtete Strom wird von der fünften Diode D5, dem zweiten IGBT Q2 und dem Induktor L getragen. Das erste IGBT Q1 und das vierte IGBT Q4 befinden sich in einem Aus-Zustand, und das zweite IGBT Q2 und das dritte IGBT Q3 befinden sich in einem An-Zustand. Obwohl sich das dritte IGBT Q3 im An-Zustand befindet, fließt kein Strom hindurch. Der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 befinden sich beide in einem spannungslosen Entladezustand. Der Strom durch den Induktor L ist der gleichgerichtete Strom.
32 zeigt einen Betriebszustand des Kommutierungsvorgangs von horizontal nach vertikal. Während der Kommutierung von horizontal nach vertikal wird das dritte IGBT Q3 in einem An-Zustand gehalten, das vierte IGBT Q4 wird in einem Aus-Zustand gehalten, das erste IGBT Q1 wird von einem Aus-Zustand in einen An-Zustand geschaltet und das zweite IGBT Q2 wird von einem An-Zustand in einen Aus-Zustand geschaltet. Während des Abschaltens des zweiten IGBT Q2 wird der gleichgerichtete Strom aufgrund des Vorhandenseins des zweiten Kondensators C2 vom Durchgang durch das zweite IGBT Q2 auf den Durchgang durch den zweiten Kondensator C2 übertragen. Eine Spannung am zweiten IGBT Q2 steigt linear von Null an, was einer Abschaltung mit Nullspannung und Nullstrom entspricht. Eine Eingangsquelle Z lädt den zweiten Kondensator C2 über die dritte Diode D3, die fünfte Diode D5 und den Induktor L auf. Während des Vorgangs, bei dem der Strom des Induktors L allmählich vom gleichgerichteten Strom auf Null wechselt und der zweite Kondensator C2 das Laden beendet, steigt der Strom, der durch die erste Freilaufdiode Dq1 zum Bus fließt, der vom gleichgerichteten Strom abgeleitet ist, allmählich an, und aufgrund des Vorhandenseins der ersten Freilaufdiode Dq1 fließt kein Strom durch das erste IGBT Q1, sodass der Anschaltvorgang des ersten IGBT Q1 ein Anschalten mit Nullstrom und Nullspannung ist. Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass bei der Kommutierung von horizontal nach vertikal die An- und Ausschaltvorgänge des ersten IGBT Q1 und des zweiten IGBT Q2 beide weiche Schaltvorgänge sind.
Wenn der Strom durch den Induktor L Null wird und der zweite Kondensator C2 das Laden beendet, werden die dritte Diode D3 und die fünfte Diode D5 ausgeschaltet, die erste Freilaufdiode Dq1 eingeschaltet und damit der gesamte Kommutierungsvorgang wird abgeschlossen, wodurch in den in 28 gezeigten Zustand zurückgekehrt wird.
Der Kommutierungsvorgang, wenn sich die AC-Eingangsspannung in einem negativen Halbzyklus befindet, ist ähnlich dem Kommutierungsvorgang, wenn sich die AC-Eingangsspannung in einem positiven Halbzyklus befindet, und der Kommutierungsvorgang von vertikal nach horizontal oder von horizontal nach vertikal ist ebenfalls ähnlich wie bei einer positiven Halbzyklus der AC-Eingangsspannung, was hier nicht näher beschrieben wird.
Wie aus den obigen drei Ausführungsformen ersichtlich ist, können in der T-Wandlerschaltung nach der vorliegenden Beschreibung alle steuerbaren Schaltgeräte und Diodengeräte weich schalten, das heißt Nullspannungsschalten (ZVS), Nullstromschalten (ZCS) oder Nullspannungs- und Nullstromschalten (ZVZCS), oder zwischen An- und Aus mit begrenztem dv/dt und di/dt umschalten. Dadurch wird der An-/Ausschaltverlust des steuerbaren Schaltgerätes stark reduziert, der Wirkungsgrad der Wandlerschaltung wird verbessert, sodass das Leistungsgerät sekundären Ausfällen standhalten kann und die Totzeit eliminiert wird.
Die steuerbaren Schaltgeräte schalten mit begrenztem dv/dt und di/dt ein und aus, sodass die elektromagnetische Störstrahlung EMI des Systems wesentlich besser optimiert ist als die ohne weiches Schalten.
Da der An-/Ausschaltverlust der steuerbaren Schaltgeräte kleiner wird, was es der Wandlervorrichtung ermöglicht, bei einer Betriebsfrequenz zu arbeiten, die ein Vielfaches derer der herkömmlichen Wandlervorrichtung beträgt, werden die Anforderungen an die Parameter eines von der Wandlervorrichtung benötigten Ausgangsfilters gesenkt, und die Größe kann stark reduziert werden, was für die weitere Senkung der Materialkosten, die Reduzierung der Produktgröße und die Erhöhung der Produktleistungsdichte von Vorteil ist.
Im Vergleich zur herkömmlichen Technologie werden in der vorliegenden Beschreibung nur ein Induktor, vier Dioden und zwei Kondensatoren zusätzlich hinzugefügt, die Anzahl der hinzugefügten Komponenten ist gering, die Struktur ist einfach und kompakt, und es werden keine zusätzlichen steuerbaren Schaltgeräte und Steuerkreise benötigt.
7 zeigt ein Schaltbild, das eine dreiphasige Wandlerschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung darstellt. Wie in 7 dargestellt, umfasst die dreiphasige Wandlerschaltung in der Ausführungsform eine erste Wandlerschaltung, eine zweite Wandlerschaltung und eine dritte Wandlerschaltung; jede der ersten Wandlerschaltung, zweiten Wandlerschaltung und dritten Wandlerschaltung umfasst die T-Umwandlung, die in der ersten Ausführungsform der vorstehend beschriebenen T-Wandlerschaltung beschrieben ist; neutrale Leiter der ersten Wandlerschaltung, der zweiten Wandlerschaltung und der dritten Wandlerschaltung sind miteinander verbunden. In der Praxis können die erste Wandlerschaltung, die zweite Wandlerschaltung und die dritte Wandlerschaltung auch die in der zweiten Ausführungsform beschriebene T-Wandlerschaltung oder die dritte Ausführungsform der oben beschriebenen T-Wandlerschaltung umfassen, die die gleiche Wirkung haben.
Die vorstehend beschriebene dreiphasige Wandlerschaltung kann die Wirkung des sanften Schaltens der steuerbaren Schaltgeräte auch durch Verwenden der vorstehend beschriebenen T-Wandlerschaltung erreichen.
8 zeigt ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung. Die Wandlervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform umfasst die T-Wandlerschaltung, die bei der ersten Ausführungsform der T-Wandlerschaltung beschrieben ist. Die dritte Diode D3, die vierte Diode D4, der zweite Kondensator C2, das zweite IGBT Q2 und die zweite Freilaufdiode Dq2 in der T-Wandlerschaltung sind als erstes Schaltungsmodul U1 integriert. Die erste Diode D1, die zweite Diode D2, der erste Kondensator C1, der dritte IGBT Q3 und die dritte Freilaufdiode Dq3 in der T-Wandlerschaltung sind als zweites Schaltungsmodul U2 integriert. Ein erster Anschluss S1 des ersten Schaltungsmoduls U1 ist mit dem Emitter des zweiten IGBT Q2 zum Anschließen des Induktors L verbunden. Ein zweiter Anschluss S2 des ersten Schaltungsmoduls U1 ist mit dem Kollektor des zweiten IGBT Q2 zum Anschließen einen vierten Anschluss S4 des zweiten Schaltungsmoduls U2 verbunden. Ein dritter Anschluss S3 des ersten Schaltungsmoduls U1 ist mit der Anode der vierten Diode D4 zum Anschließen des negativen Busses verbunden. Der vierte Anschluss S4 des zweiten Schaltungsmoduls U2 ist mit dem Kollektor des dritten IGBT Q3 zum Anschließen des zweiten Anschlusses S2 des ersten Schaltungsmoduls U1 verbunden. Ein fünfter Anschluss S5 des zweiten Schaltungsmoduls U2 ist mit dem Emitter des dritten IGBT Q3 zum Anschließen des Eingangs-Ausgangs-Anschlusses verbunden. Ein sechster Anschluss S6 des zweiten Schaltungsmoduls U2 ist mit der Kathode der ersten Diode D1 zum Anschließen des positiven Busses verbunden.
9 zeigt ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung. Die Wandlervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst die T-Wandlerschaltung, die bei der zweiten Ausführungsform der T-Wandlerschaltung beschrieben ist. Die dritte Diode D3, die vierte Diode D4, der zweite Kondensator C2, das zweite IGBT Q2 und die zweite Freilaufdiode Dq2 in der T-Wandlerschaltung sind als erstes Schaltungsmodul U1 integriert. Die erste Diode D1, die zweite Diode D2, der erste Kondensator C1, der dritte IGBT Q3 und die dritte Freilaufdiode Dq3 in der T-Wandlerschaltung sind als zweites Schaltungsmodul U2 integriert. Ein erster Anschluss S1 des ersten Schaltungsmoduls U1 ist mit dem Emitter des zweiten IGBT Q2 zum Anschließen des fünften Anschlusses S5 des zweiten Schaltungsmoduls U2 verbunden. Ein zweiter Anschluss S2 des ersten Schaltungsmoduls U1 ist mit dem Kollektor des zweiten IGBT Q2 zum Anschließen des Eingangs-Ausgangs-Anschlusses verbunden. Ein dritter Anschluss S3 des ersten Schaltungsmoduls U1 ist mit der Anode der vierten Diode D4 zum Anschließen des negativen Busses verbunden. Ein vierter Anschluss S4 des zweiten Schaltungsmoduls U2 ist mit dem Kollektor des dritten IGBT Q3 zum Anschließen des Induktors L verbunden. Ein fünfter Anschluss S5 des zweiten Schaltungsmoduls U2 ist mit dem Emitter des dritten IGBT Q3 zum Anschließen des ersten Anschlusses S1 des ersten Schaltungsmoduls U1 verbunden. Ein sechster Anschluss S6 des zweiten Schaltungsmoduls U2 ist mit der Kathode der ersten Diode D1 zum Anschließen des positiven Busses verbunden.
10 zeigt ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung. Die Wandlervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform umfasst die T- Wandlerschaltung, die bei der dritten Ausführungsform der T-Typ Wandlerschaltung beschrieben ist. Die dritte Diode D3, die vierte Diode D4, der zweite Kondensator C2, das zweite IGBT Q2 und die zweite Freilaufdiode Dq2 in der T-Wandlerschaltung sind als erstes Schaltungsmodul U1 integriert. Die erste Diode D1, die zweite Diode D2, der erste Kondensator C1, der dritte IGBT Q3 und die dritte Freilaufdiode Dq3 in der T-Wandlerschaltung sind als zweites Schaltungsmodul U2 integriert. Ein erster Anschluss S1 des ersten Schaltungsmoduls U1 ist mit dem Emitter des zweiten IGBT Q2 zum Anschließen der Anode der fünften Diode D5 verbunden. Ein zweiter Anschluss S2 des ersten Schaltungsmoduls U1 ist mit dem Kollektor des zweiten IGBT Q2 zum Anschließen des Eingangs-Ausgangs-Anschlusses verbunden. Ein dritter Anschluss S3 des ersten Schaltungsmoduls U 1 ist mit der Anode der vierten Diode D4 zum Anschließen des negativen Busses verbunden. Ein vierter Anschluss S4 des zweiten Schaltungsmoduls U2 ist mit dem Kollektor des dritten IGBT Q3 zum Anschließen der Kathode der sechsten Diode D6 verbunden. Ein fünfter Anschluss S5 des zweiten Schaltungsmoduls U2 ist mit dem Emitter des dritten IGBT Q3 zum Anschließen des Eingangs-Ausgangs-Anschlusses verbunden. Ein sechster Anschluss S6 des zweiten Schaltungsmoduls U2 ist mit der Kathode der ersten Diode D1 zum Anschließen des positiven Busses verbunden.
Es ist zu beachten, dass das erste Schaltungsmodul U1 oder das zweite Schaltungsmodul U2 unabhängig voneinander existieren können.
Da, wie aus den obigen Ausführungsformen der drei Wandlervorrichtungen ersichtlich ist, die beiden Sätze von Diodenvorrichtungen und Kondensatoren jeweils über die beiden Anschlüsse eines steuerbaren Schaltgeräts verbunden sind, um das erste Schaltungsmodul und das zweite Schaltungsmodul zu bilden, werden die bei dieser technischen Lösung hinzugefügten Komponenten mit den Komponenten in der konventionellen Technologie kombiniert, um die technische Lösung ohne Ändern des internen Schaltplans des bestehenden Inverters/Gleichrichters zu realisieren, was die Modifizierungskosten stark reduziert, eine kompakte Topologie ergibt, das Sammelschienen-Design vereinfacht und für die elektrische Auslegung und das strukturelle Design sehr günstig ist.
Die obenstehende Beschreibung beschreibt die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung, wobei jedoch zu beachten ist, dass die vorliegende Beschreibung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und nicht so ausgelegt werden sollte, dass sie andere Ausführungsformen ausschließt. Änderungen, die von Fachleuten im Lichte der Lehre der vorliegenden Beschreibung und des Allgemeinwissens oder der konventionellen Technologie vorgenommen werden, gelten ebenfalls als im Rahmen der vorliegenden Beschreibung.

Claims

T-Wandlerschaltung, umfassend zwei vertikal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, zwei horizontal angeordnete steuerbare Schaltgeräte, einen Induktor, eine erste Diode, eine zweite Diode, eine dritte Diode, eine vierte Diode, einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator; wobei die beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte in Reihe geschaltet sind, ein Anschluss der beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte mit einem positiven Bus verbunden ist und ein weiterer Anschluss der beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte mit einem negativen Bus verbunden ist; ein Verbindungspunkt zwischen den beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräten ein Eingangs-Ausgangs-Anschluss ist; die beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte auf einem Zwischenbrückenarm angeordnet sind; wobei ein Anschluss des Zwischenbrückenarms mit dem Eingangs-Ausgangs-Anschluss verbunden ist, ein weiterer Anschluss des Zwischenbrückenarms mit einem Anschluss des Induktors verbunden ist; ein weiterer Anschluss des Induktors mit einem neutralen Leiter verbunden ist; eines der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte, das einer ersten Bedingung oder einer zweiten Bedingung entspricht, als ein zweites steuerbares Schaltgerät definiert ist, eines der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte, das einer dritten Bedingung oder einer vierten Bedingung entspricht, als ein drittes steuerbares Schaltgerät definiert ist; wobei die erste Bedingung ist, dass eine Quelle oder ein Emitter des steuerbaren Schaltgerätes mit dem Induktor verbunden ist; die zweite Bedingung ist, dass ein Drain oder ein Kollektor des steuerbaren Schaltgerätes mit dem Eingangs-Ausgangs-Anschluss verbunden ist; die dritte Bedingung ist, dass eine Quelle oder ein Emitter des steuerbaren Schaltgeräts mit dem Eingangs-Ausgangs-Anschluss verbunden ist; die vierte Bedingung ist, dass ein Drain oder ein Kollektor des steuerbaren Schaltgerätes mit dem Induktor verbunden ist; die erste Diode und die zweite Diode in Reihe geschaltet sind, eine Kathode der ersten Diode mit dem positiven Bus verbunden ist und eine Anode der zweiten Diode mit dem Drain oder dem Kollektor des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist; ein Anschluss des ersten Kondensators mit einem Verbindungspunkt der ersten Diode und der zweiten Diode verbunden ist und ein weiterer Anschluss der ersten Diode mit der Quelle oder dem Emitter des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist; und die dritte Diode und die vierte Diode in Reihe geschaltet sind, eine Anode der vierten Diode mit dem negativen Bus verbunden ist und eine Kathode der dritten Diode mit der Quelle oder dem Emitter des zweiten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist; ein Anschluss des zweiten Kondensators mit einem Verbindungspunkt der dritten Diode und der vierten Diode verbunden ist, und ein weiterer Anschluss des zweiten Kondensators mit dem Drain oder dem Kollektor des zweiten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist.
T-Wandlerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei das zweite steuerbare Schaltgerät mit dem dritten steuerbaren Schaltgerät entgegengesetzt in Reihe geschaltet ist und der Drain oder der Kollektor des zweiten steuerbaren Schaltgerätes mit dem Drain oder dem Kollektor des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist.
T-Wandlerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei das zweite steuerbare Schaltgerät mit dem dritten steuerbaren Schaltgerät entgegengesetzt in Reihe geschaltet ist und die Quelle oder der Emitter des zweiten steuerbaren Schaltgerätes mit der Quelle oder dem Emitter des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist.
T-Wandlerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei der Zwischenbrückenarm ferner eine fünfte Diode und eine sechste Diode umfasst; eine Quelle oder ein Emitter des dritten steuerbaren Schaltgerätes und ein Drain oder ein Kollektor des zweiten steuerbaren Schaltgerätes an den Eingangs-Ausgangs-Anschluss angeschlossen sind; eine Quelle oder ein Emitter des zweiten steuerbaren Schaltgerätes mit einer Anode der fünften Diode verbunden ist; der Drain oder der Kollektor des dritten steuerbaren Schaltgerätes mit einer Kathode der sechsten Diode verbunden ist; und eine Kathode der fünften Diode und eine Anode der sechsten Diode mit dem Induktor verbunden sind.
T-Wandlerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eines der beiden vertikal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte eine IGBT-Einheit oder eine MOS-Einheit ist, wobei in einem Fall, in dem eine IGBT-Einheit verwendet wird, die IGBT-Einheit ein IGBT und eine Diode umfasst, die antiparallel mit dem IGBT verbunden ist; und wobei in einem Fall, in dem eine MOS-Einheit verwendet wird, die MOS-Einheit ein MOS-Transistor mit einer Body-Diode oder ein MOS-Transistor ohne eine Body-Diode und eine antiparallele Diode ist.
T-Wandlerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eines der beiden horizontal angeordneten steuerbaren Schaltgeräte eine IGBT-Einheit oder eine MOS-Einheit ist, wobei in einem Fall, in dem eine IGBT-Einheit verwendet wird, die IGBT-Einheit ein IGBT und eine Diode umfasst, die antiparallel mit dem IGBT verbunden ist; und wobei in einem Fall, in dem eine MOS-Einheit verwendet wird, die MOS-Einheit ein MOS-Transistor mit einer Body-Diode oder ein MOS-Transistor ohne eine Body-Diode und eine antiparallele Diode ist.
Dreiphasige Wandlerschaltung, umfassend eine erste Wandlerschaltung, eine zweite Wandlerschaltung und eine dritte Wandlerschaltung; wobei jede der ersten Wandlerschaltung, der zweiten Wandlerschaltung und der dritten Wandlerschaltung die T-Wandlerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst; und eine neutrale Leitung der ersten Wandlerschaltung, eine Nullleitung der zweiten Wandlerschaltung und eine neutrale Leitung der dritten Wandlerschaltung miteinander verbunden sind.
Wandlervorrichtung, umfassend die T-Wandlerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Wandlervorrichtung konfiguriert ist, eine Stromwandlung durchzuführen, um zu bewirken, dass elektrische Energie von einer Gleichstromseite zu einer Wechselstromseite oder von der Wechselstromseite zu der Gleichstromseite fließt.
Wandlervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die dritte Diode, die vierte Diode, der zweite Kondensator und das zweite steuerbare Schaltgerät in der T-Wandlerschaltung in ein erstes Schaltungsmodul integriert sind; und ein erster Anschluss des ersten Schaltungsmoduls mit der Quelle oder dem Emitter des zweiten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist, und ein zweiter Anschluss des ersten Schaltungsmoduls mit dem Drain oder dem Kollektor des zweiten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist, ein dritter Anschluss des ersten Schaltungsmoduls mit der Anode der vierten Diode zum Anschließen des negativen Busses verbunden ist.
Wandlervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die erste Diode, die zweite Diode, der erste Kondensator und das dritte steuerbare Schaltgerät in der T-Wandlerschaltung in ein zweites Schaltungsmodul integriert sind; und ein vierter Anschluss des zweiten Schaltungsmoduls mit dem Drain oder dem Kollektor des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist, und ein fünfter Anschluss des zweiten Schaltungsmoduls mit der Quelle oder dem Emitter des dritten steuerbaren Schaltgerätes verbunden ist, und ein sechster Anschluss des zweiten Schaltungsmoduls mit der Kathode der ersten Diode zum Anschließen des positiven Busses verbunden ist.