DE202022100172U1 - Fehlerschutzvorrichtung und Photovoltaik-Stromerzeugungssystem - Google Patents

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Abstract

Photovoltaik-Stromerzeugungssystem, wobei das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem umfasst:
einen Kondensatorbrückenarm, wobei der Kondensatorbrückenarm einen positiven Elektrodenausgangsport, einen negativen Elektrodenausgangsport und einen Referenzausgangsport zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport und dem negativen Elektrodenausgangsport umfasst;
einen Wechselrichterbrückenarm, wobei der Wechselrichterbrückenarm einen positiven Elektrodeneingangsport, einen negativen Elektrodeneingangsport und einen Referenzeingangsport zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport umfasst, wobei der positive Elektrodeneingangsport mit dem positiven Elektrodenausgangsport verbunden ist und der negative Elektrodeneingangsport mit dem negativen Elektrodenausgangsport verbunden ist, wobei der Wechselrichterbrückenarm ferner mindestens eine Halbleiterschalterkomponente umfasst, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport verbunden ist, und mindestens eine Halbleiterschalterkomponente, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport verbunden ist, und; und
eine Fehlerschutzvorrichtung, wobei die Fehlerschutzvorrichtung zwischen dem Referenzeingangsport des Wechselrichterbrückenarms und dem Referenzausgangsport des Kondensatorbrückenarms verbunden ist und die Fehlerschutzvorrichtung konfiguriert ist, um eingeschaltet zu werden, so dass der Referenzausgangsport des Kondensatorbrückenarms mit dem Referenzeingangsport des Wechselrichterbrückenarms verbunden ist oder die Fehlerschutzvorrichtung konfiguriert ist, um ausgeschaltet zu werden, so dass der Referenzausgangsport aufgrund des Blockierens der Fehlerschutzvorrichtung nicht mit dem Referenzeingangsport verbunden werden kann, wodurch die Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport durch Ein-/Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung eingestellt werden kann.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Anmeldung betrifft das Gebiet der elektrischen und elektronischen Technologien und insbesondere eine Fehlerschutzvorrichtung und ein Photovoltaik-Stromerzeugungssystem.
  • HINTERGRUND
  • Gebiete wie Solarstromerzeugung, Windenergieerzeugung, ein Frequenzumrichter, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (unterbrechungsfreies Stromversorgungssystem, UPS), ein Motortreiber und ein Fahrzeug mit neuer Energie benötigen alle einen elektrischen Energiewandler, auch als Wechselrichter bezeichnet, der konfiguriert ist, um eine Umwandlung von einem Gleichstrom in einen Wechselstrom zu implementieren. Eine mehrstufige Schaltung, die drei oder mehr Spannungspegel ausgeben kann, ist weit verbreitet und findet viel Beachtung. Im Zusammenhang mit einer zweistufigen Schaltung weist die mehrstufige Schaltung, die drei oder mehr Spannungspegel ausgeben kann, Vorteile auf, zum Beispiel viele Ausgangspegel, eine kleine Spannungsbelastung, einen kleinen Welligkeitsstrom und ein gutes harmonisches Merkmal. Auf diese Weise nähert sich ein Ausgangsspannungsimpuls einer industriellen Frequenzwechselstromspannung, um ein Volumen und ein Gewicht eines Filters zu reduzieren. Die mehrstufige Schaltung verwendet im Allgemeinen eine Halbleiterschalterkomponente, um eine Umwandlung von einem Gleichstrom in einen Wechselstrom zu implementieren. Eine typische dreiphasige Brückenwechselrichterschaltung wird als ein Beispiel verwendet. Ein Halbleiterschaltertransistor jedes Brückenarms wird für eine Hälfte einer Periode in einer Sinusperiode eingeschaltet, und Brückenarme der dreiphasigen Brückenwechselrichterschaltung werden abwechselnd eingeschaltet und weisen eine leitfähige Winkeldifferenz von 120 Grad auf. Eine Ausgangsspannungswellenform, die auf diese Weise erhalten wird, ist ungefähr eine Sinuswelle.
  • In den herkömmlichen Technologien wird eine Dreipegelschaltung, die zwei Gleichstromspannungsquellen umfasst, weit verbreitet eingesetzt. Ein Zwischenknoten zwischen den zwei Gleichstromspannungsquellen in der Dreipegelschaltung ist jedoch direkt elektrisch mit einem Zwischenknoten einer Halbleiterschalterkomponente verbunden. Daher wird, wenn ein Wechselrichterbrückenarm der Halbleiterschalterkomponente fehlerhaft ist, ein Überspannungsschaden leicht am Halbbuskondensator verursacht. Ferner können eine Schaltung und eine Vorrichtung weiter beschädigt werden, nachdem der Schaden weiter verteilt ist. Folglich wird die Zuverlässigkeit der Schaltung stark reduziert.
  • Daher muss eine technische Lösung für die Mehrpegelschaltung bereitgestellt werden, um einen Kondensatorbrückenarm zu schützen, wenn ein Kurzschlussfehler am Wechselrichterbrückenarm auftritt, wodurch ein Schaltungsausfallschaden vermieden wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Aufgabe dieser Anmeldung ist es, eine Fehlerschutzvorrichtung und ein Photovoltaik-Stromerzeugungssystem bereitzustellen, um einen Kondensatorbrückenarm zu schützen, wenn ein Kurzschlussfehler an einem Wechselrichterbrückenarm auftritt, wodurch ein Schaltungsausfallschaden vermieden wird.
  • Gemäß einem ersten Aspekt stellt eine Ausführungsform dieser Anmeldung ein Photovoltaik-Stromerzeugungssystem bereit. Das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem umfasst einen Kondensatorbrückenarm, einen Wechselrichterbrückenarm und die Fehlerschutzvorrichtung. Der Kondensatorbrückenarm umfasst einen positiven Elektrodenausgangsport, einen negativen Elektrodenausgangsport und einen Referenzausgangsport zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport und dem negativen Elektrodenausgangsport. Der Wechselrichterbrückenarm umfasst einen positiven Elektrodeneingangsport, einen negativen Elektrodeneingangsport und einen Referenzeingangsport zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport. Der positive Elektrodeneingangsport ist mit dem positiven Elektrodenausgangsport verbunden. Der negative Elektrodeneingangsport ist mit dem negativen Elektrodenausgangsport verbunden. Der Referenzeingangsport ist unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung mit dem Referenzausgangsport verbunden. Die Fehlerschutzvorrichtung wird basierend auf einem Größenwert oder einer Variation einer Spannung oder einem Größenwert oder einer Variation eines Stroms zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport oder dem negativen Elektrodeneingangsport ausgeschaltet.
  • In den im ersten Aspekt beschriebenen technischen Lösungen kann eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport durch Einschalten und Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung eingestellt werden, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt beinhaltet in einer möglichen Implementierung, dass die Fehlerschutzvorrichtung basierend auf dem Größenwert oder der Variation der Spannung zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport oder dem negativen Elektrodeneingangsport ausgeschaltet wird, dass, wenn die Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport kleiner als ein erster Schwellenwert ist, die Fehlerschutzvorrichtung ausgeschaltet wird; oder wenn die Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, die Fehlerschutzvorrichtung ausgeschaltet wird; oder wenn eine Abnahmerate der Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport größer als ein dritter Schwellenwert ist, die Fehlerschutzvorrichtung ausgeschaltet wird; oder wenn eine Abnahmerate der Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport größer als ein vierter Schwellenwert ist, die Fehlerschutzvorrichtung ausgeschaltet wird.
  • Auf diese Weise wird eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport durch Überwachen der Schwankung der Spannung und Steuern der auszuschaltenden Fehlerschutzvorrichtung eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt wird in einer möglichen Implementierung die Fehlerschutzvorrichtung ferner basierend auf einem Strom, der durch die Fehlerschutzvorrichtung fließt, ausgeschaltet.
  • Auf diese Weise wird eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport durch Überwachen des Stroms, der durch die Fehlerschutzvorrichtung fließt, und Steuern der auszuschaltenden Fehlerschutzvorrichtung eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung der Wechselrichterbrückenarm ferner mindestens eine Halbleiterschalterkomponente, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport oder dem negativen Elektrodeneingangsport verbunden ist, und die Fehlerschutzvorrichtung wird ferner basierend auf einem Strom, der durch die mindestens eine Halbleiterschalterkomponente fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode der mindestens einen Halbleiterschalterkomponente angelegt ist, ausgeschaltet.
  • Auf diese Weise wird eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport durch Überwachen eines Spannungsstatus und eines Stromstatus der Halbleiterschalterkomponente und Steuern der auszuschaltenden Fehlerschutzvorrichtung eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung die Fehlerschutzvorrichtung einen primären Schutzschalter, der primäre Schutzschalter umfasst einen ersten Schalttransistor und einen zweiten Schalttransistor, der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor sind in umgekehrter Richtung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport in Reihe geschaltet und die Fehlerschutzvorrichtung wird durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des ersten Schalttransistors und des zweiten Schalttransistors ein- und ausgeschaltet.
  • Auf diese Weise wird die Fehlerschutzvorrichtung, die einen Schutzschaltschalter umfasst, gesteuert, um durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des ersten Schalttransistors und des zweiten Schalttransistors ein- und ausgeschaltet zu werden.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt sind in einer möglichen Implementierung der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor MOSFETs, IGBTs, GTRs, GTOs, HEMTs, MODFETs, 2-DEGFETs oder SDHTs.
  • Auf diese Weise werden verschiedene Arten von Schalttransistoren verwendet.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung die Fehlerschutzvorrichtung ferner eine Hochimpedanzkomponente. Die Hochimpedanzkomponente und der primäre Schutzschalter sind zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport parallel geschaltet.
  • Auf diese Weise wird eine Lade-/Entladegeschwindigkeit des Kondensatorbrückenarms durch Verwenden der Hochimpedanzkomponente verlangsamt. Dies hilft einem anderen Schutzmechanismus, zu reagieren, um die Stabilität eines Systems zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt ist in einer möglichen Implementierung die Hochimpedanzkomponente ein Thermistor.
  • Auf diese Weise wird eine Lade-/Entladegeschwindigkeit des Kondensatorbrückenarms durch Verwenden des Thermistors verlangsamt. Dies hilft einem anderen Schutzmechanismus, zu reagieren, um die Stabilität eines Systems zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung die Fehlerschutzvorrichtung ferner einen Varistor. Der Varistor und der primäre Schutzschalter sind zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport parallel geschaltet.
  • Auf diese Weise absorbiert der Varistor Energie, die in der Fehlerschutzvorrichtung in einem Schaltungsunterbrechungsprozess verbleibt, um einen Überspannungsschaden zu verhindern und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung die Fehlerschutzvorrichtung ferner einen mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter. Der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter, der Varistor und der primäre Schutzschalter sind zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport parallel geschaltet. Der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter wird eingeschaltet, nachdem der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor des primären Schutzschalters eingeschaltet wurden. Der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter wird ausgeschaltet, bevor der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor des primären Schutzschalters ausgeschaltet werden.
  • Auf diese Weise wird eine Umgehungsverarbeitung an dem primären Schutzschalter durch Einschalten des mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalters durchgeführt, nachdem die Schalttransistoren des primären Schutzschalters eingeschaltet wurden, um einen Verlust durch Einschalten des mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalters zu reduzieren.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung die Fehlerschutzvorrichtung ferner einen mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter und einen Hilfsschutzschalter. Der Hilfsschutzschalter umfasst einen dritten Schalttransistor und einen vierten Schalttransistor. Der dritte Schalttransistor und der vierte Schalttransistor sind in umgekehrter Richtung in Reihe geschaltet und dann zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport mit dem mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter in Reihe geschaltet. Der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter und der Hilfsschutzschalter sind in Reihe geschaltet und dann zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport mit dem Varistor und dem primären Schutzschalter parallel geschaltet. Der dritte Schalttransistor und der vierte Schalttransistor des Hilfsschutzschalters und der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter werden eingeschaltet, nachdem der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor des primären Schutzschalters eingeschaltet wurden. Der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter wird ausgeschaltet, bevor der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor des primären Schutzschalters ausgeschaltet werden. Der dritte Schalttransistor und der vierte Schalttransistor des Hilfsschutzschalters werden ausgeschaltet, bevor der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter ausgeschaltet wird.
  • Auf diese Weise wird eine Umgehungsverarbeitung an dem primären Schutzschalter durch Einschalten des mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalters und des Hilfsschutzschalters durchgeführt, um einen Umgehungsarm zu bilden, nachdem die Schalttransistoren des primären Schutzschalters eingeschaltet wurden, um einen Verlust eines Schutzschalters SP zu reduzieren.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt sind in einer möglichen Implementierung der dritte Schalttransistor und der vierte Schalttransistor MOSFETs, IGBTs, GTRs, GTOs, HEMTs, MODFETs, 2-DEGFETs oder SDHTs.
  • Auf diese Weise werden verschiedene Arten von Schalttransistoren verwendet.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung der Wechselrichterbrückenarm einen ANPC-Dreistufenbrückenarm. Der ANPC-Dreistufenbrückenarm umfasst eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport in Reihe geschaltet sind, und eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport in Reihe geschaltet sind. Die Fehlerschutzvorrichtung wird ferner basierend auf einem Strom, der durch jede der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten angelegt wird, ausgeschaltet.
  • Auf diese Weise kann durch Überwachen eines Spannungsstatus und eines Stromstatus von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten bestimmt werden, ob ein Kurzschlussfehler am ANPC-Dreistufenbrückenarm auftritt, und eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport wird durch Steuern der auszuschaltenden Fehlerschutzvorrichtung zeitlich eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung der Wechselrichterbrückenarm einen NPC-Dreistufenbrückenarm. Der NPC-Dreistufenbrückenarm umfasst eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport in Reihe geschaltet sind, und eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport in Reihe geschaltet sind. Die Fehlerschutzvorrichtung wird ferner basierend auf einem Strom, der durch jede der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten angelegt wird, ausgeschaltet.
  • Auf diese Weise kann durch Überwachen eines Spannungsstatus und eines Stromstatus von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten bestimmt werden, ob ein Kurzschlussfehler am NPC-Dreistufenbrückenarm auftritt, und eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport wird durch Steuern der auszuschaltenden Fehlerschutzvorrichtung zeitlich eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung der Wechselrichterbrückenarm einen T-Typ-Dreistufenbrückenarm. Der T-Typ-Dreistufenbrückenarm umfasst eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport in Reihe geschaltet sind. Die Fehlerschutzvorrichtung wird ferner basierend auf einem Strom, der durch jede der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten angelegt wird, ausgeschaltet.
  • Auf diese Weise kann durch Überwachen eines Spannungsstatus und eines Stromstatus von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten bestimmt werden, ob ein Kurzschlussfehler am T-Typ-Dreistufenbrückenarm auftritt, und eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport wird durch Steuern der auszuschaltenden Fehlerschutzvorrichtung zeitlich eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt umfasst in einer möglichen Implementierung der Wechselrichterbrückenarm einen Fünfstufenbrückenarm. Der Fünfstufenbrückenarm umfasst eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport in Reihe geschaltet sind, und eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport in Reihe geschaltet sind. Die Fehlerschutzvorrichtung wird ferner basierend auf einem Strom, der durch jede der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten angelegt wird, ausgeschaltet.
  • Auf diese Weise kann durch Überwachen eines Spannungsstatus und eines Stromstatus von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten bestimmt werden, ob ein Kurzschlussfehler am Fünfstufenbrückenarm auftritt, und eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport wird durch Steuern der auszuschaltenden Fehlerschutzvorrichtung zeitlich eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt stellt eine Ausführungsform dieser Anmeldung ein Verfahren zum Steuern einer Fehlerschutzvorrichtung bereit. Das Verfahren wird auf ein Photovoltaik-Stromerzeugungssystem angewendet. Das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem umfasst einen Kondensatorbrückenarm, einen Wechselrichterbrückenarm und die Fehlerschutzvorrichtung. Der Kondensatorbrückenarm umfasst einen positiven Elektrodenausgangsport, einen negativen Elektrodenausgangsport und einen Referenzausgangsport zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport und dem negativen Elektrodenausgangsport. Der Wechselrichterbrückenarm umfasst einen positiven Elektrodeneingangsport, einen negativen Elektrodeneingangsport und einen Referenzeingangsport zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport. Der positive Elektrodeneingangsport ist mit dem positiven Elektrodenausgangsport verbunden. Der negative Elektrodeneingangsport ist mit dem negativen Elektrodenausgangsport verbunden. Der Referenzeingangsport ist unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung mit dem Referenzausgangsport verbunden. Das Verfahren umfasst: Steuern der Fehlerschutzvorrichtung, um basierend auf einem Größenwert oder einer Variation einer Spannung oder einem Größenwert oder einer Variation eines Stroms zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport oder dem negativen Elektrodeneingangsport ausgeschaltet zu werden.
  • In den im zweiten Aspekt beschriebenen technischen Lösungen kann eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport durch Einschalten und Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung eingestellt werden, um einen Überspannungsschaden eines Halbbuskondensators zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Figurenliste
  • Um die technischen Lösungen in Ausführungsformen dieser Anmeldung oder im Hintergrund klarer zu beschreiben, beschreibt das Folgende die begleitenden Zeichnungen, die zum Beschreiben der Ausführungsformen dieser Anmeldung oder des Hintergrunds erforderlich sind.
    • 1 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer mehrstufigen Schaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält;
    • 2 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer ersten Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung;
    • 3 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer zweiten Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung;
    • 4 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer dritten Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung;
    • 5 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer vierten Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung;
    • 6 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer fünften Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung;
    • 7 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer ANPC-Dreistufenschaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält;
    • 8 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer NPC-Dreistufenschaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält;
    • 9 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer T-Typ-Dreistufenschaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält; und
    • 10 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer Fünfstufenschaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Ausführungsform dieser Anmeldung stellt ein Photovoltaik-Stromerzeugungssystem bereit. Das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem umfasst einen Kondensatorbrückenarm, einen Wechselrichterbrückenarm und die Fehlerschutzvorrichtung. Der Kondensatorbrückenarm umfasst einen positiven Elektrodenausgangsport, einen negativen Elektrodenausgangsport und einen Referenzausgangsport zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport und dem negativen Elektrodenausgangsport. Der Wechselrichterbrückenarm umfasst einen positiven Elektrodeneingangsport, einen negativen Elektrodeneingangsport und einen Referenzeingangsport zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport. Der positive Elektrodeneingangsport ist mit dem positiven Elektrodenausgangsport verbunden. Der negative Elektrodeneingangsport ist mit dem negativen Elektrodenausgangsport verbunden. Der Referenzeingangsport ist unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung mit dem Referenzausgangsport verbunden. Die Fehlerschutzvorrichtung wird basierend auf einem Größenwert oder einer Variation einer Spannung oder einem Größenwert oder einer Variation eines Stroms zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport oder dem negativen Elektrodeneingangsport ausgeschaltet. Auf diese Weise kann eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport durch Einschalten und Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung eingestellt werden, um einen Überspannungsschaden eines Halbbuskondensators zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • Diese Ausführungsform dieser Anmeldung kann auf die folgenden Anwendungsszenarien angewendet werden: Solarstromerzeugung, Windenergieerzeugung, ein Frequenzumrichter, eine UPS, ein Motortreiber, ein Fahrzeug mit neuer Energie oder ein anderes Anwendungsszenario, in dem eine mehrstufige Wechselrichterschaltung erforderlich ist.
  • Diese Ausführungsform dieser Anmeldung kann basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt.
  • Um einen Fachmann zu veranlassen, die Lösungen in dieser Anmeldung besser zu verstehen, beschreibt das Folgende die Ausführungsformen dieser Anmeldung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen in den Ausführungsformen dieser Anmeldung.
  • 1 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer mehrstufigen Schaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält. Wie in 1 gezeigt, umfasst die mehrstufige Schaltung 100 eine Fehlerschutzvorrichtung 110, einen Kondensatorbrückenarm 120 und einen mehrstufigen Wechselrichterbrückenarm 130. Der Kondensatorbrückenarm 120 weist drei Ausgangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodenausgangsport P, einen negativen Elektrodenausgangsport N und einen Referenzausgangsport M. Dementsprechend weist der mehrstufige Wechselrichterbrückenarm 130 drei Eingangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodeneingangsport P', einen negativen Elektrodeneingangsport N' und einen Referenzeingangsport M'. Der positive Elektrodenausgangsport P ist mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden. Der negative Elektrodenausgangsport N ist mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden. Ein Ende der Fehlerschutzvorrichtung 110 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden, und das andere Ende ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Auf diese Weise besteht eine Eins-zu-Eins-Verbindungsbeziehung zwischen jedem Ausgangsport des Kondensatorbrückenarms 120 und jedem Eingangsport des mehrstufigen Wechselrichterbrückenarms 130, und der Referenzausgangsport M ist unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung 110 indirekt mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Es sollte verstanden werden, dass eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die in dieser Ausführungsform dieser Anmeldung erwähnt sind, lediglich relative Konzepte sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird ein Port als positive Elektrode bezeichnet, und der andere Port wird als negative Elektrode bezeichnet. Dies sollte nicht als Einschränkung ausgelegt werden.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 1 umfasst die Fehlerschutzvorrichtung 110 einen Trennschalter SP und eine Steuerung 111. Ein Ende des Trennschalters SP ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden, und das andere Ende ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Die Steuerung 111 ist kommunikativ mit dem Trennschalter SP verbunden und ist eingerichtet, um das Ein-/Ausschalten des Trennschalters SP zu steuern. Wenn die Steuerung 111 den Trennschalter SP so steuert, dass er eingeschaltet wird, wird der Referenzausgangsport M unter Verwendung des Trennschalters SP mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Wenn die Steuerung 111 den Trennschalter SP so steuert, dass er ausgeschaltet wird, kann der Referenzausgangsport M aufgrund des Blockierens des Trennschalters SP nicht mit dem Referenzeingangsport M' verbunden werden. Auf diese Weise kann die Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' unter Verwendung der Steuerung 111 eingestellt werden, um das Ein-/Ausschalten des Trennschalters SP zu steuern. Ein Schlüsselpunkt der Anmeldung ist, dass eine Trennschalterschutzvorrichtung, die eine Schaltkreisunterbrechungsschaltung SP oder einen mechanischen Unterbrecher/Schalter enthält, zwischen einem Referenzport M' des Kondensatorbrückenarms und einem Referenzport M des mehrstufigen Wechselrichterbrückenarms verbunden ist. Eine spezifische Struktur der Schutzvorrichtung ist nicht kritisch und sollte nicht die Einschränkung der vorliegenden Erfindung sein. Zum Beispiel kann der Schutzschaltschalter SP jede von verschiedenen üblichen Schutzschalterschutzimplementierungen anwenden und kann mit einer der traditionellen Strukturen im Markt verfügbar sein. Weitere Details werden hierin nicht erneut beschrieben.
  • 2 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer ersten Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung. Wie in 2 gezeigt, enthält der Schutzschaltschalter SP einen primären Schutzschalter 212. Der primäre Schutzschalter 212 enthält zwei Halbleiterschalterkomponenten. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (Bipolartransistor mit isoliertem Gate, IGBT) werden als ein Beispiel jeweils Q1 und Q2 verwendet. Hierin sind Q1 und Q2 in umgekehrter Richtung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' in Reihe geschaltet. Mit anderen Worten, ein Emitter von Q1 ist mit einem Emitter von Q2 verbunden, ein Kollektor von Q1 ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und ein Kollektor von Q2 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden. Der primäre Schutzschalter 212 enthält ferner zwei Dioden: T1 und T2. Hierin stehen T1 und T2 jeweils in einer anti-parallelen Verbindungsbeziehung mit Q1 und Q2. Insbesondere entspricht die Diode: T1 Q1, eine Anode von T1 ist mit dem Emitter von Q1 verbunden, und eine Kathode von T1 ist mit dem Kollektor von Q1 verbunden; und die Diode: T2 entspricht Q2, eine Anode von T2 ist mit dem Emitter von Q2 verbunden, und eine Kathode von T2 ist mit dem Kollektor von Q2 verbunden. Auf diese Weise wird ein Steuermechanismus des Schutzschalters SP unter Verwendung von zwei Bipolartransistoren mit isoliertem Gate implementiert: Q1 und Q2 in umgekehrter Richtung in Reihe geschaltet und ein Paar von Dioden: T1 und T2 in einer anti-parallelen Verbindungsbeziehung verbunden. Insbesondere, wenn der Trennschalter SP ein Steuersignal empfängt, das anzeigt, dass er eingeschaltet werden soll, können Gate-Spannungen der IGBTs im Trennschalter SP gesteuert werden, um den IGBT einzuschalten und eine Verbindung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' zu implementieren. Wenn der Trennschalter SP ein Steuersignal empfängt, das anzeigt, dass er ausgeschaltet werden soll, können Gate-Spannungen der IGBTs im Trennschalter SP gesteuert werden, um die IGBTs auszuschalten und eine Verbindung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' zu blockieren. Durch Verwendung des Steuermechanismus der IGBTs kann das Senden des Steuersignals, das anzeigt, dass er eingeschaltet werden soll, an den Trennschalter SP gestoppt werden. Daher kann, nachdem das Steuersignal, das anzeigt, dass er eingeschaltet werden soll, nicht empfangen wird, der Trennschalter SP die IGBTs ansteuern, um ausgeschaltet zu werden. Zusätzlich kann ein umgekehrter Strom/eine umgekehrte Spannung durch Verwendung der Dioden, die mit den IGBTs in einer anti-parallelen Verbindungsbeziehung verbunden sind, unterdrückt werden, um einen Schaden zu vermeiden, der aufgrund eines übermäßigen umgekehrten Stroms/einer übermäßigen umgekehrten Spannung verursacht wird.
  • Immer noch mit Bezug auf 2 sollte verstanden werden, dass die in 2 gezeigten IGBTs lediglich ein Beispiel sind. In einigen beispielhaften Ausführungsformen sind zwei Halbleiterschalterkomponenten, die im primären Schutzschalter 212 enthalten sind, jeweils ein erster Schalttransistor und ein zweiter Schalttransistor. Der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor sind in umgekehrter Richtung zwischen dem Referenzausgangsport des Kondensatorbrückenarms und dem Referenzeingangsport des mehrstufigen Wechselrichterbrückenarms in Reihe geschaltet. Die Steuerung steuert den Schutzschaltschalter, um durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des ersten Schalttransistors und des zweiten Schalttransistors des primären Schutzschalters ein- und ausgeschaltet zu werden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können die zwei Halbleiterschalterkomponenten, die im primären Schutzschalter 212 enthalten sind, implementiert werden, indem eine andere Halbleiterkomponente mit ähnlichen Funktionen verwendet wird, beispielsweise ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, MOSFET), ein Riesentransistor (Riesentransistor, GTR), ein Gate-Abschaltthyristor (Gate-Abschaltthyristor, GTO) oder eine andere geeignete Komponente. Ein Paar von Dioden ist entsprechend eingerichtet. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können diese Halbleiterkomponenten auch einen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit, HEMT) verwenden, der auch als ein modulationsdotierter Feldeffekttransistor (modulationsdotierter FET, MODFET) oder ein zweidimensionaler Elektronengas-Feldeffekttransistor (zweidimensionaler Elektronengas-Feldeffekttransistor, 2-DEGFET) oder ein selektiv dotierter Heteroübergangstransistor (selektiv dotierter Heteroübergangstransistor, SDHT) bezeichnet wird. Diese können basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt. Mit anderen Worten, der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor sind MOSFETs, IGBTs, GTRs, GTOs, HEMTs, MODFETs, 2-DEGFETs oder SDHTs.
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer zweiten Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung. Wie in 3 gezeigt, enthält der Schutzschaltschalter SP einen primären Schutzschalter 312 und einen Varistor 313. Details werden hierin nicht erneut beschrieben. Der Varistor 313 kann auf einem Metalloxidmaterial basieren. Der Varistor 313 und der primäre Schutzschalter 312 sind zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' parallel geschaltet. Der Varistor 313 weist ein nichtlineares Volt-Ampere-Merkmal auf. Der Varistor 313 ist eingerichtet, um Energie zu absorbieren, die in einem Schaltungsunterbrechungsprozess des Schutzschaltschalters SP verbleibt, um einen Überspannungsschaden am primären Schutzschalter 312 zu verhindern und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern.
  • 4 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer dritten Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung. Wie in 4 gezeigt, enthält der Schutzschaltschalter SP einen primären Schutzschalter 412, einen Varistor 413 und einen mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 414. Der primäre Schutzschalter 412, der Varistor 413 und der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 414 sind alle zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' parallel geschaltet. Eine Struktur und eine Funktion des primären Schutzschalters 412 sind denen des in 2 gezeigten primären Schutzschalters 212 ähnlich. Details werden hierin nicht erneut beschrieben. Eine Struktur und eine Funktion des Varistors 413 sind denen des in 3 gezeigten Varistors 313 ähnlich. Details werden hierin nicht erneut beschrieben. Der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 414 wird nur eingeschaltet, nachdem IGBTs des primären Schutzschalters 412 eingeschaltet wurden. Mit anderen Worten, nachdem die IGBTs des primären Schutzschalters 412 eingeschaltet wurden, wird eine Umgehungsverarbeitung am primären Schutzschalter 412 durchgeführt, indem der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 414 verwendet wird, der eingeschaltet wird, um einen Verlust des Schutzschaltschalters SP zu reduzieren, indem der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 414 verwendet wird, der eingeschaltet wird. Der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 414 wird ausgeschaltet, bevor die IGBTs des primären Schutzschalters 412 ausgeschaltet werden, um sicherzustellen, dass die IGBTs des primären Schutzschalters 412 eine Auswirkung einer Stromunterbrechung vornehmen und eine Auswirkung vermeiden, die verursacht wird, wenn der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 414 die Auswirkung der Stromunterbrechung vornimmt.
  • 5 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer vierten Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung. Wie in 5 gezeigt, enthält der Schutzschaltschalter SP einen primären Schutzschalter 512, einen Varistor 513, einen mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 und einen Hilfsschutzschalter 515. Der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 und der Hilfsschutzschalter 515 sind in Reihe geschaltet und dann zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' mit dem Varistor 513 und dem primären Schutzschalter 512 parallel geschaltet. Eine Struktur und eine Funktion des primären Schutzschalters 512 sind denen des in 2 gezeigten primären Schutzschalters 212 ähnlich. Details werden hierin nicht erneut beschrieben. Eine Struktur und eine Funktion des Varistors 513 sind denen des in 3 gezeigten Varistors 313 ähnlich. Details werden hierin nicht erneut beschrieben. Eine Struktur und eine Funktion des mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalters 514 sind denen des in 4 gezeigten mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalters 414 ähnlich. Details werden hierin nicht erneut beschrieben. Der Hilfsschutzschalter 515 enthält zwei Halbleiterschalterkomponenten. IGBTs werden als ein Beispiel jeweils Q3 und Q4 verwendet. Hierin sind Q3 und Q4 in umgekehrter Richtung zwischen dem Referenzeingangsport M' und dem mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 in Reihe geschaltet. Mit anderen Worten, ein Emitter von Q3 ist mit einem Emitter von Q4 verbunden, ein Kollektor von Q3 ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und ein Kollektor von Q4 ist mit dem mechanischen Referenzhochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 verbunden. In einer anderen Implementierung ist der Kollektor von Q3 mit dem Kollektor von Q4 verbunden, der Emitter von Q3 ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und der Emitter von Q4 ist mit dem mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 verbunden. In diesen zwei Implementierungen können die Positionen von Q3 und Q4 auch vertauscht sein. Zusätzlich können die Positionen des mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalters 514 und des Hilfsschutzschalters 515 auch vertauscht sein. Der Hilfsschutzschalter 515 enthält ferner zwei Dioden: T3 und T4. Hierin stehen T3 und T4 jeweils in einer anti-parallelen Verbindungsbeziehung mit Q3 und Q4. Insbesondere entspricht die Diode: T3 Q3, eine Anode von T3 ist mit dem Emitter von Q3 verbunden, und eine Kathode von T3 ist mit dem Kollektor von Q3 verbunden, die Diode: T4 entspricht Q4, eine Anode von T4 ist mit dem Emitter von Q4 verbunden, und eine Kathode von T4 ist mit dem Kollektor von Q4 verbunden. Der Hilfsschutzschalter 515 und der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 werden nur eingeschaltet, nachdem die IGBTs des primären Schutzschalters 512 eingeschaltet wurden. Mit anderen Worten, eine Umgehungsverarbeitung wird am primären Schutzschalter 512 durch Einschalten des mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalters 514 und des Hilfsschutzschalters 515 durchgeführt, um einen Umgehungsarm zu bilden, nachdem die IGBTs des primären Schutzschalters 512 eingeschaltet wurden, um einen Verlust des Schutzschalters SP zu reduzieren. Der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 wird ausgeschaltet, bevor die IGBTs des primären Schutzschalters 512 ausgeschaltet werden. Der Hilfsschutzschalter 515 wird ausgeschaltet, bevor der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 ausgeschaltet wird. Auf diese Weise wird basierend auf dem Vorgang des Ausschaltens des Hilfsschutzschalters 515 der Umgehungsarm, der den mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 und den Hilfsschutzschalter 515 enthält, ausgeschaltet, bevor die IGBTs des primären Schutzschalters 512 ausgeschaltet werden, um sicherzustellen, dass die IGBTs des primären Schutzschalters 512 eine Auswirkung eines Strombruchs vornehmen und eine Auswirkung vermeiden, die verursacht wird, wenn der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter 514 die Auswirkung der Stromunterbrechung vornimmt.
  • Immer noch mit Bezug auf 5 sollte verstanden werden, dass die in 5 gezeigten IGBTs lediglich ein Beispiel sind. In einigen beispielhaften Ausführungsformen sind zwei Halbleiterschalterkomponenten, die im Hilfsschutzschalter 515 enthalten sind, jeweils ein dritter Schalttransistor und ein vierter Schalttransistor. Der dritte Schalttransistor und der vierte Schalttransistor sind MOSFETs, IGBTs, GTRs, GTOs, HEMTs, MODFETs, 2-DEGFETs oder SDHTs.
  • 6 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer fünften Implementierung eines Schutzschaltschalters SP in der in 1 gezeigten Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung. Wie in 6 gezeigt, enthält der Schutzschaltschalter SP einen primären Schutzschalter 612 und einen Thermistor 615. Der Thermistor 615 kann alternativ eine Hochimpedanzkomponente in einem anderen Typ sein. Eine Struktur und eine Funktion des primären Schutzschalters 612 sind denen des in 2 gezeigten primären Schutzschalters 212 ähnlich. Details werden hierin nicht erneut beschrieben. Der primäre Schutzschalter 612 und der Thermistor 615 sind zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' parallel geschaltet. Der Thermistor 615 nimmt einen Kurzschlussstrom vor, nachdem der primäre Schutzschalter 612 ausgeschaltet wurde, und lädt und entlädt einen Kondensatorbrückenarm, der mit dem Schutzschaltschalter SP verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Lade-/Entladegeschwindigkeit des Kondensatorbrückenarms verlangsamt, weil der Thermistor 615 einen relativ großen Widerstandswert aufweist und der Widerstandswert bei einer hohen Temperatur weiter zunimmt. Dies hilft einem anderen Schutzmechanismus, zu reagieren, um die Stabilität eines Systems zu verbessern. Gleichermaßen kann der Thermistor 615 parallel zu der zweiten, dritten und vierten Implementierung des Schutzschaltschalters SP verwendet werden. Details werden hierin nicht beschrieben.
  • 7 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer ANPC-Dreistufenschaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält. Wie in 7 gezeigt, umfasst die aktive Neutralpunkt-geklemmte (aktive Neutralpunkt-geklemmte, ANPC) Dreistufenschaltung 700 eine Fehlerschutzvorrichtung 710, einen Kondensatorbrückenarm 720 und einen ANPC-Dreistufenbrückenarm 730. Die Fehlerschutzvorrichtung 710 enthält einen Schutzschaltschalter SP. Der in 7 gezeigte Schutzschaltschalter SP kann dem in einer der Ausführungsformen in 2 bis 5 oder einer beliebigen möglichen Kombination oder Varianten dieser Ausführungsformen gezeigten Schutzschaltschalter SP entsprechen. Der Kondensatorbrückenarm 720 weist drei Ausgangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodenausgangsport P, einen negativen Elektrodenausgangsport N und einen Referenzausgangsport M. Dementsprechend weist der ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 drei Eingangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodeneingangsport P', einen negativen Elektrodeneingangsport N' und einen Referenzeingangsport M'. Der ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 weist ferner einen externen Ausgangsport O auf, der eingerichtet ist, um einen Ausgangsspannungspegel für eine Last der nächsten Stufe oder ein externes Netzwerk bereitzustellen. Der positive Elektrodenausgangsport P ist mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden. Der negative Elektrodenausgangsport N ist mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden. Ein Ende der Fehlerschutzvorrichtung 710 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden, und das andere Ende ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Auf diese Weise besteht eine Eins-zu-Eins-Verbindungsbeziehung zwischen jedem Ausgangsport des Kondensatorbrückenarms 720 und jedem Eingangsport des ANPC-Dreistufenbrückenarms 730, und der Referenzausgangsport M ist unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung 710 indirekt mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Es sollte verstanden werden, dass eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die in dieser Ausführungsform dieser Anmeldung erwähnt sind, lediglich relative Konzepte sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird ein Port als positive Elektrode bezeichnet, und der andere Port wird als negative Elektrode bezeichnet. Dies sollte nicht als Einschränkung ausgelegt werden.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 7 enthält der Kondensatorbrückenarm 720 zwei Kondensatoren: C1 und C2. Die Kondensatoren: C1 und C2 sind zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N in Reihe geschaltet. Ein Zwischenknoten zwischen den Kondensatoren: C1 und C2 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden. Der ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 enthält insgesamt sechs Halbleiterschalterkomponenten, die jeweils als S1, S2, S3, S4, S5 und S6 bezeichnet sind. Es sollte verstanden werden, dass jede der Halbleiterschalterkomponenten: S1, S2, S3, S4, S5 und S6, die im ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 enthalten sind, ein Paar von IGBTs und Dioden ist, die mit den IGBTs in einer anti-parallelen Verbindungsbeziehung verbunden sind. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können diese Halbleiterschalterkomponenten alternativ implementiert werden, indem eine andere Halbleiterkomponente mit ähnlichen Funktionen verwendet wird, beispielsweise ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor MOSFET, ein Riesentransistor GTR, ein Gate-Abschaltthyristor GTO oder eine andere geeignete Komponente. Ein Paar von Dioden ist entsprechend eingerichtet. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können diese Halbleiterkomponenten auch einen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit HEMT verwenden, der auch als ein modulationsdotierter Feldeffekttransistor MODFET oder ein zweidimensionaler Elektronengas-Feldeffekttransistor 2-DEGFET oder ein selektiv dotierter Heteroübergangstransistor SDHT bezeichnet wird. Diese können basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 7 sind die Halbleiterschalterkomponenten: S1 und S2 zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport P' und dem Referenzeingangsport M' in Reihe geschaltet, und die Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S4 sind zwischen dem Referenzeingangsport M' und dem negativen Elektrodeneingangsport N' in Reihe geschaltet. Die Halbleiterschalterkomponenten: S2 und S3 sind verbunden. Ein Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S2 und S3 ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Die Halbleiterschalterkomponenten: S5 und S6 sind in Reihe geschaltet und dann jeweils mit einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S1 und S2 und einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S4 verbunden. Ein Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S5 und S6 ist mit dem externen Ausgangsport O des ANPC-Dreistufenbrückenarms 730 verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S1 und S5 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S1 und S5 umfasst, mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden, und der positive Elektrodenausgangsport P wird mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S4 und S6 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S4 und S6 umfasst, mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden, und der negative Elektrodenausgangsport N wird mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S2 und S5 eingeschaltet werden oder wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S6 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S2 und S5 umfasst, oder eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S6 umfasst, mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und der Referenzausgangsport M wird unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung 710 indirekt mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Auf diese Weise kann durch Ein-/Ausschalten jeder Halbleiterschalterkomponente, die im ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 enthalten ist, die Spannungsausgabe vom externen Ausgangsport O unter der ersten Spannung, die an den positiven Elektrodenausgangsport P angelegt wird, der zweiten Spannung, die an den negativen Elektrodenausgangsport N angelegt wird, und der dritten Spannung, die an den Referenzausgangsport M angelegt wird, umgeschaltet werden, um eine Dreistufenausgabe zu implementieren.
  • Immer noch mit Bezug auf 7 sind, wenn ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S3 und S4 zur gleichen Zeit, der negative Elektrodeneingangsanschluss N' und der Referenzeingangsport M' in einer Kurzschlussweise verbunden. Falls eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' aufrechterhalten wird, wird der Kondensator C2 umgangen. In diesem Fall wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C1 angelegt. Wenn ein symmetrischer Entwurf an den Kondensatorbrückenarm 720 angelegt wird, nehmen die Kondensatoren: C1 und C2 jeweils eine Hälfte der Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N an. Ferner können eine Schaltung und eine Vorrichtung weiter beschädigt werden, nachdem der Schaden weiter verteilt ist. Folglich wird die Zuverlässigkeit der Schaltung stark reduziert. In ähnlicher Weise sind, wenn ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S1 und S2 zur gleichen Zeit, der positive Elektrodeneingangsanschluss P' und der Referenzeingangsport M' in einer Kurzschlussweise verbunden. Falls eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' aufrechterhalten wird, wird der Kondensator C1 umgangen. In diesem Fall wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C2 angelegt, wodurch ein Überspannungsschaden verursacht wird. Auf diese Weise muss die Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des Trennschalters SP eingestellt werden. Insbesondere, ob ein Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt, kann durch Überwachen eines der folgenden Fälle bestimmt werden: Eine Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' und dem Referenzeingangsport M' wird überwacht. Wenn die Spannung kleiner als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S3 und S4 gleichzeitig. Alternativ wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannung kleiner als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S1 und S2 gleichzeitig. Alternativ wird eine Abnahmerate einer Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannungsabnahmerate größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S3 und S4 gleichzeitig. Alternativ wird eine Abnahmerate einer Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannungsabnahmerate größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S1 und S2 gleichzeitig. Alternativ wird ein Strom überwacht, der vom positiven Elektrodeneingangsanschluss P' zum negativen Elektrodeneingangsanschluss N' fließt und durch die Halbleiterschalterkomponente verläuft: S1, S2, S3 oder S4. Wenn der Strom größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an der entsprechenden Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1, S2, S3 oder S4. Alternativ wird eine Spannung zwischen einem Kollektor und einem Emitter überwacht, wenn die Halbleiterschalterkomponente: S1, S2, S3 oder S4 eingeschaltet wird. Wenn die Spannung größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an der entsprechenden Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1, S2, S3 oder S4. Auf diese Weise kann durch Überwachen der vorstehenden Fälle, beispielsweise Überwachen einer Spannung und eines Stroms einer spezifischen Halbleiterschalterkomponente, bestimmt werden, ob ein Kurzschlussfehler am ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 auftritt, und eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' wird durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des Trennschalters SP zeitlich eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern. Zusätzlich kann auch ein Strom, der durch den Schutzschaltschalter SP fließt, überwacht werden. Wenn der Strom größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler am ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 auftritt.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 7 kann die ANPC-Dreistufenschaltung 700 eine Mehrzahl von ANPC-Dreistufenbrückenarmen 730 umfassen. Jeder ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 weist die in 7 gezeigte Struktur auf. Jeder ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 weist drei Eingangsports auf. Eingangsports von jedem der Mehrzahl von ANPC-Dreistufenbrückenarmen 730 sind parallel zu einem entsprechenden positiven Elektrodeneingangsport P', einem entsprechenden negativen Elektrodeneingangsport N' und einem entsprechenden Referenzeingangsport M' geschaltet, die in 7 gezeigt sind. Daher besteht eine parallele Verbindungsbeziehung zwischen der Mehrzahl von ANPC-Dreistufenbrückenarmen 730. Wenn die Mehrzahl von ANPC-Dreistufenbrückenarmen 730 alle normal arbeiten, wird der Schutzschaltschalter SP der Fehlerschutzvorrichtung 710 eingeschaltet. Wenn der Kurzschlussfehler an einem beliebigen der Mehrzahl von ANPC-Dreistufenbrückenarmen 730 auftritt, wird der Schutzschaltschalter SP der Fehlerschutzvorrichtung 710 ausgeschaltet, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit der Schaltung zu verbessern. Ob der Kurzschlussfehler an einem beliebigen der Mehrzahl von ANPC-Dreistufenbrückenarmen 730 auftritt, kann durch Überwachen bestimmt werden, ob einer der vorstehenden Fälle an jedem der ANPC-Dreistufenbrückenarme 730 auftritt.
  • Es sollte verstanden werden, dass eine in der Fehlerschutzvorrichtung 710 enthaltene Steuerung 711 kommunikativ mit dem Schutzschaltschalter SP verbunden und eingerichtet ist, um das Ein-/Ausschalten des Schutzschaltschalters SP zu steuern. Die Steuerung 711 kann eine entsprechende Schaltung und Komponente enthalten, um die vorstehenden Fälle des Kurzschlussfehlers zu überwachen, oder kann eine Anweisung von außen unter Verwendung einer Schnittstellenschaltung empfangen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerung 711 getrennt von der Fehlerschutzvorrichtung 710 bereitgestellt werden, das heißt als separate Komponente bereitgestellt werden. Zusätzlich zu den vorstehenden Fällen kann ein anderes technisches Mittel weiter verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt. Diese können basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt.
  • Es sollte verstanden werden, dass die IGBTs als ein Beispiel für die Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten verwendet werden, die im in 7 gezeigten ANPC-Dreistufenbrückenarm 730 enthalten sind. 7 zeigt Beispiele eines Kollektors und eines Emitters von jeder dieser Halbleiterschalterkomponenten. Wenn diese Halbleiterschalterkomponenten eine Halbleiterschalterkomponente in einem anderen Typ verwenden, beispielsweise ein MOSFET, werden der Kollektor und der Emitter entsprechend durch einen Drain und eine Source ersetzt. Daher sollten der in 7 gezeigte Kollektor und der Emitter als beispielhafte Repräsentationen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten verstanden werden.
  • 8 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer NPC-Dreistufenschaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält. Wie in 8 gezeigt, umfasst die Neutralpunkt-geklemmte (Neutralpunkt-geklemmte, NPC) Dreistufenschaltung 800 eine Fehlerschutzvorrichtung 810, einen Kondensatorbrückenarm 820 und einen NPC-Dreistufenbrückenarm 830. Die Fehlerschutzvorrichtung 810 enthält einen Schutzschaltschalter SP. Der in 8 gezeigte Schutzschaltschalter SP kann dem in einer der Ausführungsformen in 2 bis 5 oder einer beliebigen möglichen Kombination oder Varianten dieser Ausführungsformen gezeigten Schutzschaltschalter SP entsprechen. Der Kondensatorbrückenarm 820 weist drei Ausgangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodenausgangsport P, einen negativen Elektrodenausgangsport N und einen Referenzausgangsport M. Dementsprechend weist der NPC-Dreistufenbrückenarm 830 drei Eingangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodeneingangsport P', einen negativen Elektrodeneingangsport N' und einen Referenzeingangsport M'. Der NPC-Dreistufenbrückenarm 830 weist ferner einen externen Ausgangsport O auf, der eingerichtet ist, um einen Ausgangsspannungspegel für eine Last der nächsten Stufe oder ein externes Netzwerk bereitzustellen. Der positive Elektrodenausgangsport P ist mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden. Der negative Elektrodenausgangsport N ist mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden. Ein Ende der Fehlerschutzvorrichtung 810 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden, und das andere Ende ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Auf diese Weise besteht eine Eins-zu-Eins-Verbindungsbeziehung zwischen jedem Ausgangsport des Kondensatorbrückenarms 820 und jedem Eingangsport des NPC-Dreistufenbrückenarms 830, und der Referenzausgangsport M ist unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung 810 indirekt mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Es sollte verstanden werden, dass eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die in dieser Ausführungsform dieser Anmeldung erwähnt sind, lediglich relative Konzepte sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird ein Port als positive Elektrode bezeichnet, und der andere Port wird als negative Elektrode bezeichnet. Dies sollte nicht als Einschränkung ausgelegt werden.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 8 enthält der Kondensatorbrückenarm 820 zwei Kondensatoren: C1 und C2. Die Kondensatoren: C1 und C2 sind zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N in Reihe geschaltet. Ein Zwischenknoten zwischen den Kondensatoren: C1 und C2 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden. Der NPC-Dreistufenbrückenarm 830 enthält insgesamt sechs Halbleiterkomponenten, die jeweils als S1, D2, D3, S4, S5 und S6 bezeichnet sind. Die Halbleiterkomponenten: S1, S4, S5 und S6 sind Halbleiterschalterkomponenten, und die Halbleiterkomponenten: D2 und D3 sind Dioden. Es sollte verstanden werden, dass jede der Halbleiterschalterkomponenten: S1, S4, S5 und S6, die im NPC-Dreistufenbrückenarm 830 enthalten sind, ein Paar von IGBTs und Dioden ist, die mit den IGBTs in einer anti-parallelen Verbindungsbeziehung verbunden sind. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können diese Halbleiterschalterkomponenten alternativ implementiert werden, indem eine andere Halbleiterkomponente mit ähnlichen Funktionen verwendet wird, beispielsweise ein MOSFET, ein GTR, ein GTO oder eine andere geeignete Komponente. Ein Paar von Dioden ist entsprechend eingerichtet. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können diese Halbleiterkomponenten ferner einen HEMT verwenden, der auch als ein MODFET oder ein 2-DEGFET oder ein SDHT bezeichnet wird. Diese können basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt.
  • Immer noch mit Bezug auf 8 sind die Halbleiterschalterkomponente: S1 und D2 zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport P' und dem Referenzeingangsport M' in Reihe geschaltet, und die Halbleiterschalterkomponente: S4 und D3 sind zwischen dem Referenzeingangsport M' und dem negativen Elektrodeneingangsport N' in Reihe geschaltet. Die Halbleiterkomponenten: D2 und D3 sind verbunden. Ein Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: D2 und D3 ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Die Halbleiterschalterkomponenten: S5 und S6 sind in Reihe geschaltet und dann jeweils mit einem Zwischenknoten zwischen der Halbleiterschalterkomponente: S1 und D2 und einem Zwischenknoten zwischen der Halbleiterschalterkomponente: S4 und D3 verbunden. Ein Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S5 und S6 ist mit dem externen Ausgangsport O des NPC-Dreistufenbrückenarms 830 verbunden. Eine Anode der Diode: D2 ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und eine Kathode ist mit einem Emitter der Halbleiterschalterkomponente: S1 verbunden. Eine Kathode der Diode: D3 ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und eine Anode ist mit einem Emitter der Halbleiterschalterkomponente: S4 verbunden. Die Anode der Diode: D2 ist mit der Kathode der Diode: D3 verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S1 und S5 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S1 und S5 umfasst, mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden, und der positive Elektrodenausgangsport P wird mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S4 und S6 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S4 und S6 umfasst, mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden, und der negative Elektrodenausgangsport N wird mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponente: S5 und D2 eingeschaltet werden oder wenn die Halbleiterschalterkomponente: S6 und D3 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponente: S5 und D2 umfasst, oder eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponente: S6 und D3 umfasst, mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und der Referenzausgangsport M wird unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung 810 indirekt mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Auf diese Weise kann durch Ein-/Ausschalten jeder Halbleiterschalterkomponente, die im NPC-Dreistufenbrückenarm 830 enthalten ist, die Spannungsausgabe vom externen Ausgangsport O unter der ersten Spannung, die an den positiven Elektrodenausgangsport P angelegt wird, der zweiten Spannung, die an den negativen Elektrodenausgangsport N angelegt wird, und der dritten Spannung, die an den Referenzausgangsport M angelegt wird, umgeschaltet werden, um eine Dreistufenausgabe zu implementieren.
  • Immer noch mit Bezug auf 8 sind, wenn ein Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt: S4 und D3 zur gleichen Zeit, der negative Elektrodeneingangsanschluss N' und der Referenzeingangsport M' in einer Kurzschlussweise verbunden. Falls eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' aufrechterhalten wird, wird der Kondensator C2 umgangen. In diesem Fall wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C1 angelegt. Wenn ein symmetrischer Entwurf an den Kondensatorbrückenarm 820 angelegt wird, nehmen die Kondensatoren: C1 und C2 jeweils eine Hälfte der Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N an. Daher kann, wenn die Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C1 angelegt wird, der Kondensator C1 zweimal eine Spannung in einem normalen Entwurf annehmen, wodurch ein Überspannungsschaden verursacht wird. Ferner können eine Schaltung und eine Vorrichtung weiter beschädigt werden, nachdem der Schaden weiter verteilt ist. Folglich wird die Zuverlässigkeit der Schaltung stark reduziert. In ähnlicher Weise sind, wenn ein Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1 und D2 zur gleichen Zeit, der positive Elektrodeneingangsanschluss P' und der Referenzeingangsport M' in einer Kurzschlussweise verbunden. Falls eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' aufrechterhalten wird, wird der Kondensator C1 umgangen. In diesem Fall wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C2 angelegt, wodurch ein Überspannungsschaden verursacht wird. Auf diese Weise muss die Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des Trennschalters SP eingestellt werden. Insbesondere, ob ein Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt, kann durch Überwachen eines der folgenden Fälle bestimmt werden: Eine Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' und dem Referenzeingangsport M' wird überwacht. Wenn die Spannung kleiner als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt: S4 und D3 gleichzeitig. Alternativ wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannung kleiner als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1 und D2 gleichzeitig. Alternativ wird eine Abnahmerate einer Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannungsabnahmerate größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt: S4 und D3 gleichzeitig. Alternativ wird eine Abnahmerate einer Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannungsabnahmerate größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1 und D2 gleichzeitig. Alternativ wird ein Strom überwacht, der vom positiven Elektrodeneingangsanschluss P' zum negativen Elektrodeneingangsanschluss N' fließt und durch die Halbleiterschalterkomponente verläuft: S1 oder S4 oder D2 oder D3. Wenn der Strom größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an der entsprechenden Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1 oder S4 oder D2 oder D3. Alternativ wird eine Spannung zwischen einem Kollektor und einem Emitter überwacht, wenn die Halbleiterschalterkomponente: S1 oder S4 eingeschaltet wird. Wenn die Spannung größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an der entsprechenden Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1 oder S4. Auf diese Weise kann durch Überwachen der vorstehenden Fälle, zum Beispiel Überwachen einer Spannung und eines Stroms einer spezifischen Halbleiterschalterkomponente, bestimmt werden, ob ein Kurzschlussfehler am NPC-Dreistufenbrückenarm 830 auftritt, und eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' wird durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des Schaltschalters SP zeitlich eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern. Zusätzlich kann auch ein Strom, der durch den Schutzschaltschalter SP fließt, überwacht werden. Wenn der Strom größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler am NPC-Dreistufenbrückenarm 830 auftritt.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 8 kann die NPC-Dreistufenschaltung 800 eine Mehrzahl von NPC-Dreistufenbrückenarmen 830 umfassen. Jeder NPC-Dreistufenbrückenarm 830 weist die in 8 gezeigte Struktur auf. Jeder NPC-Dreistufenbrückenarm 830 weist drei Eingangsports auf. Eingangsports von jedem der Mehrzahl von NPC-Dreistufenbrückenarmen 830 sind parallel zu einem entsprechenden positiven Elektrodeneingangsport P', einem entsprechenden negativen Elektrodeneingangsport N' und einem entsprechenden Referenzeingangsport M' geschaltet, die in 8 gezeigt sind. Daher besteht eine parallele Verbindungsbeziehung zwischen der Mehrzahl von NPC-Dreistufenbrückenarmen 830. Wenn die Mehrzahl von NPC-Dreistufenbrückenarmen 830 alle normal arbeiten, wird der Schutzschaltschalter SP der Fehlerschutzvorrichtung 810 eingeschaltet. Wenn der Kurzschlussfehler an einem beliebigen der Mehrzahl von NPC-Dreistufenbrückenarmen 830 auftritt, wird der Schutzschaltschalter SP der Fehlerschutzvorrichtung 810 ausgeschaltet, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit der Schaltung zu verbessern. Ob der Kurzschlussfehler an einem beliebigen der Mehrzahl von NPC-Dreistufenbrückenarmen 830 auftritt, kann durch Überwachen bestimmt werden, ob einer der vorstehenden Fälle an jedem der NPC-Dreistufenbrückenarme 830 auftritt.
  • Es sollte verstanden werden, dass eine in der Fehlerschutzvorrichtung 810 enthaltene Steuerung 811 kommunikativ mit dem Schutzschaltschalter SP verbunden und eingerichtet ist, um das Ein-/Ausschalten des Schutzschaltschalters SP zu steuern. Die Steuerung 811 kann eine entsprechende Schaltung und Komponente enthalten, um die vorstehenden Fälle des Kurzschlussfehlers zu überwachen, oder kann eine Anweisung von außen unter Verwendung einer Schnittstellenschaltung empfangen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerung 811 getrennt von der Fehlerschutzvorrichtung 810 bereitgestellt werden, das heißt als separate Komponente bereitgestellt werden. Zusätzlich zu den vorstehenden Fällen kann ein anderes technisches Mittel weiter verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt. Diese können basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt.
  • Es sollte verstanden werden, dass die IGBTs als ein Beispiel für die Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten verwendet werden, die im in 8 gezeigten NPC-Dreistufenbrückenarm 830 enthalten sind. 8 zeigt Beispiele eines Kollektors und eines Emitters von jeder dieser Halbleiterschalterkomponenten. Wenn diese Halbleiterschalterkomponenten eine Halbleiterschalterkomponente in einem anderen Typ verwenden, beispielsweise ein MOSFET, werden der Kollektor und der Emitter entsprechend durch einen Drain und eine Source ersetzt. Daher sollten der in 8 gezeigte Kollektor und der Emitter als beispielhafte Repräsentationen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten verstanden werden.
  • 9 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer T-Typ-Dreistufenschaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält. Wie in 9 gezeigt, umfasst die T-Typ-Dreistufenschaltung 900 eine Fehlerschutzvorrichtung 910, einen Kondensatorbrückenarm 920 und einen T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930. Die Fehlerschutzvorrichtung 910 enthält einen Schutzschaltschalter SP. Der in 9 gezeigte Schutzschaltschalter SP kann dem in einer der Ausführungsformen in 2 bis 5 oder einer beliebigen möglichen Kombination oder Varianten dieser Ausführungsformen gezeigten Schutzschaltschalter SP entsprechen. Der Kondensatorbrückenarm 920 weist drei Ausgangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodenausgangsport P, einen negativen Elektrodenausgangsport N und einen Referenzausgangsport M. Dementsprechend weist der T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930 drei Eingangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodeneingangsport P', einen negativen Elektrodeneingangsport N' und einen Referenzeingangsport M'. Der T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930 weist ferner einen externen Ausgangsport O auf, der eingerichtet ist, um einen Ausgangsspannungspegel für eine Last der nächsten Stufe oder ein externes Netzwerk bereitzustellen. Der positive Elektrodenausgangsport P ist mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden. Der negative Elektrodenausgangsport N ist mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden. Ein Ende der Fehlerschutzvorrichtung 910 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden, und das andere Ende ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Auf diese Weise besteht eine Eins-zu-Eins-Verbindungsbeziehung zwischen jedem Ausgangsport des Kondensatorbrückenarms 920 und jedem Eingangsport des T-Typ-Dreistufenbrückenarms 930, und der Referenzausgangsport M ist unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung 910 indirekt mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Es sollte verstanden werden, dass eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die in dieser Ausführungsform dieser Anmeldung erwähnt sind, lediglich relative Konzepte sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird ein Port als positive Elektrode bezeichnet, und der andere Port wird als negative Elektrode bezeichnet. Dies sollte nicht als Einschränkung ausgelegt werden.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 9 enthält der Kondensatorbrückenarm 920 zwei Kondensatoren: C1 und C2. Die Kondensatoren: C1 und C2 sind zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N in Reihe geschaltet. Ein Zwischenknoten zwischen den Kondensatoren: C1 und C2 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden. Der T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930 enthält insgesamt vier Halbleiterschalterkomponenten, die jeweils als S1, S2, S3 und S4 bezeichnet sind. Es sollte verstanden werden, dass jede der Halbleiterschalterkomponenten: S1, S2, S3 und S4, die im T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930 enthalten sind, ein Paar von IGBTs und Dioden ist, die mit den IGBTs in einer anti-parallelen Verbindungsbeziehung verbunden sind. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können diese Halbleiterschalterkomponenten alternativ implementiert werden, indem eine andere Halbleiterkomponente mit ähnlichen Funktionen verwendet wird, beispielsweise ein MOSFET, ein GTR, ein GTO oder eine andere geeignete Komponente. Ein Paar von Dioden ist entsprechend eingerichtet. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können diese Halbleiterkomponenten ferner einen HEMT verwenden, der auch als ein MODFET oder ein 2-DEGFET oder ein SDHT bezeichnet wird. Diese können basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 9 sind die Halbleiterschalterkomponenten S1 und S2 in Reihe zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' und dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' und einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten S1 und S2 mit dem externen Ausgangsanschluss O verbunden. Die Halbleiterschalterkomponenten S3 und S4 sind in Reihe zwischen dem Referenzeingangsport M' und dem externen Ausgangsanschluss O verbunden. Die Halbleiterschalterkomponenten S3 und S4 sind in umgekehrter Richtung in Reihe zwischen dem Referenzeingangsport M' und dem externen Ausgangsanschluss O verbunden. Mit anderen Worten: Ein Emitter von S3 ist mit einem Emitter von S4 verbunden, ein Kollektor von S3 ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und ein Kollektor von S4 ist mit dem externen Ausgangsanschluss O verbunden. Bei einer anderen Implementierung können die Orte von S3 und S4 auch vertauscht werden, vorausgesetzt, dass die Emitter von S3 und S4 miteinander verbunden sind, der Kollektor von einem von S3 und S4 mit dem Referenzeingangsport M' verbunden ist, und der Kollektor des anderen mit dem externen Ausgangsanschluss O verbunden ist. Wenn die Halbleiterschalterkomponente S 1 eingeschaltet ist, ist der externe Ausgangsanschluss O mit dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' unter Verwendung eines Arms verbunden, der die Halbleiterschalterkomponente S1 enthält, und der positive Elektrodenausgangsport P ist mit dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponente: S2 eingeschaltet wird, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponente: S2 umfasst, mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden, und der negative Elektrodenausgangsport N wird mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S4 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S4 umfasst, mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und der Referenzausgangsport M wird unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung 910 indirekt mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Auf diese Weise kann durch Ein-/Ausschalten jeder Halbleiterschalterkomponente, die im T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930 enthalten ist, die Spannungsausgabe vom externen Ausgangsport O unter der ersten Spannung, die an den positiven Elektrodenausgangsport P angelegt wird, der zweiten Spannung, die an den negativen Elektrodenausgangsport N angelegt wird, und der dritten Spannung, die an den Referenzausgangsport M angelegt wird, umgeschaltet werden, um eine Dreistufenausgabe zu implementieren.
  • Immer noch mit Bezug auf 9 sind, wenn ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S2, S3 und S4 zur gleichen Zeit, der negative Elektrodeneingangsanschluss N' und der Referenzeingangsport M' in einer Kurzschlussweise verbunden. Falls eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' aufrechterhalten wird, wird der Kondensator C2 umgangen. In diesem Fall wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C1 angelegt. Wenn ein symmetrischer Entwurf an den Kondensatorbrückenarm 920 angelegt wird, nehmen die Kondensatoren: C1 und C2 jeweils eine Hälfte der Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N an. Daher kann, wenn die Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C1 angelegt wird, der Kondensator C1 zweimal eine Spannung in einem normalen Entwurf annehmen, wodurch ein Überspannungsschaden verursacht wird. Ferner können eine Schaltung und eine Vorrichtung weiter beschädigt werden, nachdem der Schaden weiter verteilt ist. Folglich wird die Zuverlässigkeit der Schaltung stark reduziert. In ähnlicher Weise sind, wenn ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S1, S3 und S4 zur gleichen Zeit, der positive Elektrodeneingangsanschluss P' und der Referenzeingangsport M' in einer Kurzschlussweise verbunden. Falls eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' aufrechterhalten wird, wird der Kondensator C1 umgangen. In diesem Fall wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C2 angelegt, wodurch ein Überspannungsschaden verursacht wird. Auf diese Weise muss die Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des Trennschalters SP eingestellt werden. Insbesondere, ob ein Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt, kann durch Überwachen eines der folgenden Fälle bestimmt werden: Eine Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' und dem Referenzeingangsport M' wird überwacht. Wenn die Spannung kleiner als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S2, S3 und S4 gleichzeitig. Alternativ wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannung kleiner als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S1, S3 und S4 gleichzeitig. Alternativ wird eine Abnahmerate einer Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannungsabnahmerate größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S2, S3 und S4 gleichzeitig. Alternativ wird eine Abnahmerate einer Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannungsabnahmerate größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S1, S3 und S4 gleichzeitig. Alternativ wird ein Strom überwacht, der von dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' zu dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' fließt und durch die Halbleiterschalterkomponente verläuft: S1 oder S2. Wenn der Strom größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an der entsprechenden Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1 oder S2. Alternativ wird eine Spannung zwischen einem Kollektor und einem Emitter überwacht, wenn die Halbleiterschalterkomponente: S 1, S2, S3 oder S4 eingeschaltet wird. Wenn die Spannung größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an der entsprechenden Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1, S2, S3 oder S4. Auf diese Weise kann durch Überwachen der vorstehenden Fälle, zum Beispiel Überwachen einer Spannung und eines Stroms einer spezifischen Halbleiterschalterkomponente, bestimmt werden, ob ein Kurzschlussfehler am T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930 auftritt, und eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' wird durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des Schutzschaltschalters SP zeitlich eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern. Zusätzlich kann auch ein Strom, der durch den Schutzschaltschalter SP fließt, überwacht werden. Wenn der Strom größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler am T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930 auftritt.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 9 kann die T-Typ-Dreistufenschaltung 900 eine Mehrzahl von T-Typ-Dreistufenbrückenarmen 930 umfassen. Jeder T- Typ-Dreistufenbrückenarm 930 weist die in 9 gezeigte Struktur auf. Jeder T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930 weist drei Eingangsports auf. Eingangsports von jedem der Mehrzahl von T-Typ-Dreistufenbrückenarmen 930 sind parallel zu einem entsprechenden positiven Elektrodeneingangsport P', einem entsprechenden negativen Elektrodeneingangsport N' und einem entsprechenden Referenzeingangsport M' geschaltet, die in 9 gezeigt sind. Daher besteht eine parallele Verbindungsbeziehung zwischen der Mehrzahl von T- Typ-Dreistufenbrückenarmen 930. Wenn die Mehrzahl von T- Typ-Dreistufenbrückenarmen 930 alle normal arbeiten, wird der Schutzschaltschalter SP der Fehlerschutzvorrichtung 910 eingeschaltet. Wenn der Kurzschlussfehler an einem beliebigen der Mehrzahl von T-Typ-Dreistufenbrückenarmen 930 auftritt, wird der Schutzschaltschalter SP der Fehlerschutzvorrichtung 910 ausgeschaltet, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit der Schaltung zu verbessern. Ob der Kurzschlussfehler an einem beliebigen der Mehrzahl von T- Typ-Dreistufenbrückenarmen 930 auftritt, kann durch Überwachen bestimmt werden, ob einer der vorstehenden Fälle an jedem der T-Typ-Dreistufenbrückenarme 930 auftritt.
  • Es sollte verstanden werden, dass eine in der Fehlerschutzvorrichtung 910 enthaltene Steuerung 911 kommunikativ mit dem Schutzschaltschalter SP verbunden und eingerichtet ist, um das Ein-/Ausschalten des Schutzschaltschalters SP zu steuern. Die Steuerung 911 kann eine entsprechende Schaltung und Komponente enthalten, um die vorstehenden Fälle des Kurzschlussfehlers zu überwachen, oder kann eine Anweisung von außen unter Verwendung einer Schnittstellenschaltung empfangen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerung 911 getrennt von der Fehlerschutzvorrichtung 910 bereitgestellt werden, das heißt als separate Komponente bereitgestellt werden. Zusätzlich zu den vorstehenden Fällen kann ein anderes technisches Mittel weiter verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt. Diese können basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt.
  • Es sollte verstanden werden, dass die IGBTs als ein Beispiel für die Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten verwendet werden, die im in 9 gezeigten T-Typ-Dreistufenbrückenarm 930 enthalten sind. 9 zeigt Beispiele eines Kollektors und eines Emitters von jeder dieser Halbleiterschalterkomponenten. Wenn diese Halbleiterschalterkomponenten eine Halbleiterschalterkomponente in einem anderen Typ verwenden, beispielsweise ein MOSFET, werden der Kollektor und der Emitter entsprechend durch einen Drain und eine Source ersetzt. Daher sollten der in 9 gezeigte Kollektor und der Emitter als beispielhafte Repräsentationen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten verstanden werden.
  • 10 ist ein Blockdiagramm von Prinzipien einer Fünfstufenschaltung, die eine Fehlerschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Anmeldung enthält. Wie in 10 gezeigt, umfasst die Fünfstufenschaltung 1000 eine Fehlerschutzvorrichtung 1010, einen Kondensatorbrückenarm 1020 und einen Fünfstufenbrückenarm 1030. Die Fehlerschutzvorrichtung 1010 enthält einen Schutzschaltschalter SP. Der in 10 gezeigte Schutzschaltschalter SP kann dem in einer der Ausführungsformen in 2 bis 5 oder einer beliebigen möglichen Kombination oder Varianten dieser Ausführungsformen gezeigten Schutzschaltschalter SP entsprechen. Der Kondensatorbrückenarm 1020 weist drei Ausgangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodenausgangsport P, einen negativen Elektrodenausgangsport N und einen Referenzausgangsport M. Dementsprechend weist der Fünfstufenbrückenarm 1030 drei Eingangsports auf: jeweils einen positiven Elektrodeneingangsport P', einen negativen Elektrodeneingangsport N' und einen Referenzeingangsport M'. Der Fünfstufenbrückenarm 1030 weist ferner einen externen Ausgangsport O auf, der eingerichtet ist, um einen Ausgangsspannungspegel für eine Last der nächsten Stufe oder ein externes Netzwerk bereitzustellen. Der positive Elektrodenausgangsport P ist mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden. Der negative Elektrodenausgangsport N ist mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden. Ein Ende der Fehlerschutzvorrichtung 1010 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden, und das andere Ende ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Auf diese Weise besteht eine Eins-zu-Eins-Verbindungsbeziehung zwischen jedem Ausgangsport des Kondensatorbrückenarms 1020 und jedem Eingangsport des Fünfstufenbrückenarms 1030, und der Referenzausgangsport M ist unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung 1010 indirekt mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Es sollte verstanden werden, dass eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die in dieser Ausführungsform dieser Anmeldung erwähnt sind, lediglich relative Konzepte sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird ein Port als positive Elektrode bezeichnet, und der andere Port wird als negative Elektrode bezeichnet. Dies sollte nicht als Einschränkung ausgelegt werden.
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 10 enthält der Kondensatorbrückenarm 1020 zwei Kondensatoren: C1 und C2. Die Kondensatoren: C1 und C2 sind zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N in Reihe geschaltet. Ein Zwischenknoten zwischen den Kondensatoren: C1 und C2 ist mit dem Referenzausgangsport M verbunden. Der Fünfstufenbrückenarm 1030 enthält insgesamt acht Halbleiterschalterkomponenten, die jeweils als S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S8 bezeichnet sind. Es sollte verstanden werden, dass jede der Halbleiterschalterkomponenten: S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 und S8, die im Fünfstufenbrückenarm 1030 enthalten sind, ein Paar von IGBTs und Dioden ist, die mit den IGBTs in einer anti-parallelen Verbindungsbeziehung verbunden sind. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können diese Halbleiterschalterkomponenten alternativ implementiert werden, indem eine andere Halbleiterkomponente mit ähnlichen Funktionen verwendet wird, beispielsweise ein MOSFET, ein GTR, ein GTO oder eine andere geeignete Komponente. Ein Paar von Dioden ist entsprechend eingerichtet. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können diese Halbleiterkomponenten ferner einen HEMT verwenden, der auch als ein MODFET oder ein 2-DEGFET oder ein SDHT bezeichnet wird. Diese können basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 10 sind die Halbleiterschalterkomponenten: S1 und S2 zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport P' und dem Referenzeingangsport M' in Reihe geschaltet, und die Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S4 sind zwischen dem Referenzeingangsport M' und dem negativen Elektrodeneingangsport N' in Reihe geschaltet. Die Halbleiterschalterkomponenten: S2 und S3 sind verbunden. Ein Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S2 und S3 ist mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Die Halbleiterschalterkomponenten: S5 und S7 sind in Reihe geschaltet und dann jeweils mit einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S1 und S2 und dem externen Ausgangsport O des Fünfstufenbrückenarms 1030 verbunden. Die Halbleiterschalterkomponenten: S6 und S8 sind in Reihe geschaltet und dann jeweils mit einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S4 und dem externen Ausgangsport O des Fünfstufenbrückenarms 1030 verbunden. Die Halbleiterschalterkomponenten: S7 und S8 sind verbunden. Ein Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S7 und S8 ist mit dem externen Ausgangsport O des Fünfstufenbrückenarms 1030 verbunden. Die Halbleiterschalterkomponenten: S1, S2, S3 und S4 sind zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport P' und dem negativen Elektrodeneingangsport N' in Reihe geschaltet. Die Halbleiterschalterkomponenten: S5, S7, S8 und S6 sind zwischen dem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S1 und S2 und dem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S4 in Reihe geschaltet. Der Fünfstufenbrückenarm 1030 enthält ferner zwei Kondensatoren: Ca und Cb. Ein Ende des Kondensators: Ca ist mit einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S2 und S5 verbunden, und das andere Ende ist mit einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S3 und S6 verbunden. Ein Ende des Kondensators: Cb ist mit einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S5 und S7 verbunden, und das andere Ende ist mit einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten: S6 und S8 verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S1, S5 und S7 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S1, S5 und S7 umfasst, mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden, und der positive Elektrodenausgangsport P wird mit dem positiven Elektrodeneingangsport P' verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S4, S6 und S8 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S4, S6 und S8 umfasst, mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden, und der negative Elektrodenausgangsport N wird mit dem negativen Elektrodeneingangsport N' verbunden. Wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S2, S5 und S7 eingeschaltet werden oder wenn die Halbleiterschalterkomponenten: S3, S6 und S8 eingeschaltet werden, wird der externe Ausgangsport O unter Verwendung eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S2, S5 und S7 umfasst, oder eines Arms, der die Halbleiterschalterkomponenten: S3, S6 und S8 umfasst, mit dem Referenzeingangsport M' verbunden, und der Referenzausgangsport M wird unter Verwendung der Fehlerschutzvorrichtung 1010 indirekt mit dem Referenzeingangsport M' verbunden. Auf diese Weise kann durch Ein-/Ausschalten jeder Halbleiterschalterkomponente, die im Fünfstufenbrückenarm 1030 enthalten ist, die Spannungsausgabe vom externen Ausgangsport O unter der ersten Spannung, die an den positiven Elektrodenausgangsport P angelegt wird, der zweiten Spannung, die an den negativen Elektrodenausgangsport N angelegt wird, und der dritten Spannung, die an den Referenzausgangsport M angelegt wird, umgeschaltet werden, um eine Dreistufenausgabe zu implementieren. Zusätzlich wird durch Verwendung eines Spannungsteilungsarms, der durch Verwendung der Kondensatoren: Ca und Cb oder unter Bezugnahme auf eine Gestaltung eines Steuersignals gebildet werden kann, ferner eine Ausgabe einer vierten Stufe und einer fünften Stufe bereitgestellt. Diese können basierend auf einer herkömmlichen Technologie implementiert werden. Details werden hierin nicht beschrieben.
  • Immer noch mit Bezug auf 10 sind, wenn ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S3 und S4 zur gleichen Zeit, der negative Elektrodeneingangsanschluss N' und der Referenzeingangsport M' in einer Kurzschlussweise verbunden. Falls eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' aufrechterhalten wird, wird der Kondensator C2 umgangen. In diesem Fall wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C1 angelegt. Wenn ein symmetrischer Entwurf an den Kondensatorbrückenarm 1020 angelegt wird, nehmen die Kondensatoren: C1 und C2 jeweils eine Hälfte der Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N an. Daher kann, wenn die Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C1 angelegt wird, der Kondensator C1 zweimal eine Spannung in einem normalen Entwurf annehmen, wodurch ein Überspannungsschaden verursacht wird. Ferner können eine Schaltung und eine Vorrichtung weiter beschädigt werden, nachdem der Schaden weiter verteilt ist. Folglich wird die Zuverlässigkeit der Schaltung stark reduziert. In ähnlicher Weise sind, wenn ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S1 und S2 zur gleichen Zeit, der positive Elektrodeneingangsanschluss P' und der Referenzeingangsport M' in einer Kurzschlussweise verbunden. Falls eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' aufrechterhalten wird, wird der Kondensator C1 umgangen. In diesem Fall wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport P und dem negativen Elektrodenausgangsport N insgesamt an den Kondensator C2 angelegt, wodurch ein Überspannungsschaden verursacht wird. Auf diese Weise muss die Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des Trennschalters SP eingestellt werden. Insbesondere, ob ein Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt, kann durch Überwachen eines der folgenden Fälle bestimmt werden: Eine Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' und dem Referenzeingangsport M' wird überwacht. Wenn die Spannung kleiner als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S3 und S4 gleichzeitig. Alternativ wird eine Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannung kleiner als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S1 und S2 gleichzeitig. Alternativ wird eine Abnahmerate einer Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsanschluss N' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannungsabnahmerate größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S3 und S4 gleichzeitig. Alternativ wird eine Abnahmerate einer Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss P' und dem Referenzeingangsport M' überwacht. Wenn die Spannungsabnahmerate größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an den Halbleiterschalterkomponenten auftritt: S1 und S2 gleichzeitig. Alternativ wird ein Strom überwacht, der vom positiven Elektrodeneingangsanschluss P' zum negativen Elektrodeneingangsanschluss N' fließt und durch die Halbleiterschalterkomponente verläuft: S1, S2, S3 oder S4. Wenn der Strom größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler an der entsprechenden Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1, S2, S3 oder S4. Alternativ wird eine Spannung zwischen einem Kollektor und einem Emitter überwacht, wenn die Halbleiterschalterkomponente: S1, S2, S3 oder S4 eingeschaltet wird. Wenn die Spannung größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler an der entsprechenden Halbleiterschalterkomponente auftritt: S1, S2, S3 oder S4. Auf diese Weise kann durch Überwachen der vorstehenden Fälle, zum Beispiel Überwachen einer Spannung und eines Stroms einer spezifischen Halbleiterschalterkomponente, bestimmt werden, ob ein Kurzschlussfehler am Fünfstufenbrückenarm 1030 auftritt, und eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport M und dem Referenzeingangsport M' wird durch Ein-/Ausschalten des Schutzschaltschalters SP zeitlich eingestellt, um einen Überspannungsschaden an einem Halbbuskondensator zu vermeiden und die Zuverlässigkeit einer Schaltung zu verbessern. Zusätzlich kann auch ein Strom, der durch den Schutzschaltschalter SP fließt, überwacht werden. Wenn der Strom größer als ein spezifischer Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Kurzschlussfehler am Fünfstufenbrückenarm 1030 auftritt.
  • Es sollte verstanden werden, dass eine in der Fehlerschutzvorrichtung 1010 enthaltene Steuerung 1011 kommunikativ mit dem Schutzschaltschalter SP verbunden und eingerichtet ist, um das Ein-/Ausschalten des Schutzschaltschalters SP zu steuern. Die Steuerung 1011 kann eine entsprechende Schaltung und Komponente enthalten, um die vorstehenden Fälle des Kurzschlussfehlers zu überwachen, oder kann eine Anweisung von außen unter Verwendung einer Schnittstellenschaltung empfangen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerung 1011 getrennt von der Fehlerschutzvorrichtung 1010 bereitgestellt werden, das heißt als separate Komponente bereitgestellt werden. Zusätzlich zu den vorstehenden Fällen kann ein anderes technisches Mittel weiter verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Kurzschlussfehler an der Halbleiterschalterkomponente auftritt. Diese können basierend auf einer spezifischen Anwendungsumgebung eingestellt und verbessert werden. Dies ist hierin nicht spezifisch beschränkt.
  • Es sollte verstanden werden, dass die IGBTs als ein Beispiel für die Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten verwendet werden, die im in 10 gezeigten Fünfstufenbrückenarm 1000 enthalten sind. 10 zeigt Beispiele eines Kollektors und eines Emitters von jeder dieser Halbleiterschalterkomponenten. Wenn diese Halbleiterschalterkomponenten eine Halbleiterschalterkomponente in einem anderen Typ verwenden, beispielsweise ein MOSFET, werden der Kollektor und der Emitter entsprechend durch einen Drain und eine Source ersetzt. Daher sollten der in 10 gezeigte Kollektor und der Emitter als beispielhafte Repräsentationen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten verstanden werden.
  • Eine in dieser Anmeldung bereitgestellte spezifische Ausführungsform kann durch eine beliebige oder eine Kombination von Hardware, Software, Firmware oder einer Solid-State-Logikschaltung implementiert werden und kann unter Bezugnahme auf Signalverarbeitung, Steuerung und/oder eine dedizierte Schaltung implementiert werden. Die Vorrichtung oder die Vorrichtung, die in einer spezifischen Ausführungsform dieser Anmeldung bereitgestellt wird, kann einen oder mehrere Prozessoren (beispielsweise einen Mikroprozessor, eine Steuerung, einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA)) enthalten. Diese Prozessoren verarbeiten verschiedene computerausführbare Anweisungen, um einen Betrieb der Vorrichtung oder der Vorrichtung zu steuern. Die Vorrichtung oder die Vorrichtung, die in einer spezifischen Ausführungsform dieser Anmeldung bereitgestellt wird, kann einen Systembus oder ein Datenübertragungssystem enthalten, das alle Komponenten miteinander koppelt. Der Systembus kann eine beliebige von unterschiedlichen Busstrukturen oder eine beliebige Kombination von unterschiedlichen Busstrukturen enthalten, beispielsweise einen Speicherbus oder eine Speichersteuerung, einen Peripheriebus, einen universellen seriellen Bus und/oder einen Prozessor oder einen lokalen Bus, der eine beliebige der Mehrzahl von Busstrukturen verwendet. Die Vorrichtung oder Vorrichtung, die in einer spezifischen Ausführungsform dieser Anmeldung bereitgestellt wird, kann getrennt bereitgestellt werden, kann ein Teil eines Systems sein oder kann ein Teil einer anderen Vorrichtung oder Vorrichtung sein.
  • Eine spezifische Ausführungsform, die in dieser Anmeldung bereitgestellt wird, kann ein computerlesbares Speichermedium enthalten oder in Kombination mit einem computerlesbaren Speichermedium sein, beispielsweise eine oder mehrere Speichervorrichtungen, die eine nichttemporäre Datenspeicherung bereitstellen können. Das computerlesbare Speichermedium/die Speichervorrichtung kann eingerichtet sein, um Daten, einen Programmierer und/oder Anweisungen zu speichern. Die Vorrichtung oder Vorrichtung wird in die Lage versetzt, verwandte Operationen unter Verwendung der Daten, des Programmierers und/oder der Anweisungen zu implementieren, wenn ein Prozessor der Vorrichtung oder Vorrichtung, die in der spezifischen Ausführungsform dieser Anmeldung bereitgestellt wird, die Daten, den Programmierer und/oder die Anweisungen ausführt. Das computerlesbare Speichermedium/die Speichervorrichtung kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten: flüchtig, nichtflüchtig, dynamisch, statisch, lesbar/beschreibbar, Nur-Lese-, Direktzugriffs-, sequentieller Zugriff, ortsadressierbar, dateiadressierbar und inhaltsadressierbar. In einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen kann das computerlesbare Speichermedium/die Speichervorrichtung in eine Vorrichtung oder eine Vorrichtung integriert sein, die in einer spezifischen Ausführungsform dieser Anmeldung bereitgestellt wird, oder zu einem gemeinsamen System gehören. Das computerlesbare Speichermedium/die Speichervorrichtung kann eine optische Speichervorrichtung, eine Halbleiterspeichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung und/oder dergleichen enthalten; oder kann einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Flash-Speicher, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM), ein Register, eine Festplatte, eine entfernbare Magnetplatte, eine beschreibbare und/oder wiederbeschreibbare optische Platte (CD), eine digital versatile Disc (DVD), eine massive Speichervorrichtung oder ein geeignetes Speichermedium in irgendeiner anderen Form enthalten.
  • Das Vorstehende ist Implementierungen der Ausführungsformen dieser Anmeldung. Es sollte angemerkt werden, dass eine sequentielle Anpassung, Kombination und Löschung an den Schritten in den Verfahren, die in den spezifischen Ausführungsformen dieser Anmeldung beschrieben sind, gemäß einer tatsächlichen Anforderung durchgeführt werden können. In den vorstehenden Ausführungsformen weist die Beschreibung jeder Ausführungsform jeweilige Schwerpunkte auf. Für einen Teil, der in einer Ausführungsform nicht im Detail beschrieben ist, siehe verwandte Beschreibungen in anderen Ausführungsformen. Es versteht sich, dass die in den begleitenden Zeichnungen und den Ausführungsformen dieser Anmeldung gezeigte Struktur keine spezifische Einschränkung an der zugehörigen Vorrichtung oder dem zugehörigen System darstellt. In einigen anderen Ausführungsformen dieser Anmeldung kann die zugehörige Vorrichtung oder das zugehörige System mehr oder weniger Komponenten als die in den spezifischen Ausführungsformen und den begleitenden Zeichnungen gezeigten enthalten; oder in der zugehörigen Vorrichtung oder dem zugehörigen System können einige Komponenten kombiniert werden, oder einige Komponenten können geteilt werden, oder Komponenten sind auf unterschiedliche Weisen angeordnet. Ein Fachmann versteht, dass verschiedene Anpassungen oder Änderungen an Operationen und Details des Verfahrens und des Vorrichtungslayouts, die in den spezifischen Ausführungsformen aufgezeichnet sind, vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der spezifischen Ausführungsformen dieser Anmeldung abzuweichen; und mehrere Verbesserungen und Polieren können ferner vorgenommen werden, ohne vom Prinzip dieser Anmeldung abzuweichen. Die Verbesserungen und Polieren sollen in den Schutzbereich dieser Anmeldung fallen.

Claims (20)

  1. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem, wobei das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem umfasst: einen Kondensatorbrückenarm, wobei der Kondensatorbrückenarm einen positiven Elektrodenausgangsport, einen negativen Elektrodenausgangsport und einen Referenzausgangsport zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport und dem negativen Elektrodenausgangsport umfasst; einen Wechselrichterbrückenarm, wobei der Wechselrichterbrückenarm einen positiven Elektrodeneingangsport, einen negativen Elektrodeneingangsport und einen Referenzeingangsport zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport umfasst, wobei der positive Elektrodeneingangsport mit dem positiven Elektrodenausgangsport verbunden ist und der negative Elektrodeneingangsport mit dem negativen Elektrodenausgangsport verbunden ist, wobei der Wechselrichterbrückenarm ferner mindestens eine Halbleiterschalterkomponente umfasst, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport verbunden ist, und mindestens eine Halbleiterschalterkomponente, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport verbunden ist, und; und eine Fehlerschutzvorrichtung, wobei die Fehlerschutzvorrichtung zwischen dem Referenzeingangsport des Wechselrichterbrückenarms und dem Referenzausgangsport des Kondensatorbrückenarms verbunden ist und die Fehlerschutzvorrichtung konfiguriert ist, um eingeschaltet zu werden, so dass der Referenzausgangsport des Kondensatorbrückenarms mit dem Referenzeingangsport des Wechselrichterbrückenarms verbunden ist oder die Fehlerschutzvorrichtung konfiguriert ist, um ausgeschaltet zu werden, so dass der Referenzausgangsport aufgrund des Blockierens der Fehlerschutzvorrichtung nicht mit dem Referenzeingangsport verbunden werden kann, wodurch die Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport durch Ein-/Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung eingestellt werden kann.
  2. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei die Fehlerschutzvorrichtung basierend auf einem Größenwert oder einer Variation einer Spannung zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport oder zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport oder einem Größenwert oder einer Variation eines Stroms zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport oder zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport ausgeschaltet wird.
  3. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei, dass die Fehlerschutzvorrichtung basierend auf dem Größenwert oder der Variation der Spannung zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport oder dem negativen Elektrodeneingangsport ausgeschaltet wird, umfasst: wenn die Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport kleiner als ein erster Schwellenwert ist, wird die Fehlerschutzvorrichtung ausgeschaltet; oder wenn die Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, wird die Fehlerschutzvorrichtung ausgeschaltet; oder wenn eine Abnahmerate der Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport größer als ein dritter Schwellenwert ist, wird die Fehlerschutzvorrichtung ausgeschaltet; oder wenn eine Abnahmerate der Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport größer als ein vierter Schwellenwert ist, wird die Fehlerschutzvorrichtung ausgeschaltet.
  4. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fehlerschutzvorrichtung ferner basierend auf einem Strom, der durch die Fehlerschutzvorrichtung fließt, ausgeschaltet wird.
  5. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Fehlerschutzvorrichtung basierend auf einem Strom, der durch die mindestens eine Halbleiterschalterkomponente fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode der mindestens einen Halbleiterschalterkomponente angelegt wird, ausgeschaltet wird.
  6. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Fehlerschutzvorrichtung einen primären Schutzschalter umfasst, der primäre Schutzschalter einen ersten Schalttransistor und einen zweiten Schalttransistor umfasst, der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor in umgekehrter Richtung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport in Reihe geschaltet sind und die Fehlerschutzvorrichtung durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des ersten Schalttransistors und des zweiten Schalttransistors ein- und ausgeschaltet wird.
  7. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fehlerschutzvorrichtung einen primären Schutzschalter umfasst, die Fehlerschutzvorrichtung durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des Schutzschalters ein- und ausgeschaltet wird.
  8. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 6, wobei die Fehlerschutzvorrichtung ferner umfasst: eine Hochimpedanzkomponente, wobei die Hochimpedanzkomponente und der primäre Schutzschalter zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport parallel geschaltet sind.
  9. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 6, wobei die Fehlerschutzvorrichtung ferner umfasst: einen Varistor, wobei der Varistor und der primäre Schutzschalter zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport parallel geschaltet sind.
  10. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 9, wobei die Fehlerschutzvorrichtung ferner umfasst: einen mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter, wobei der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter, der Varistor und der primäre Schutzschalter zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport parallel geschaltet sind, der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter eingeschaltet wird, nachdem der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor des primären Schutzschalters eingeschaltet wurden, und der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter ausgeschaltet wird, bevor der erste Schalttransistor und der zweite Schalter eingeschaltet werden.
  11. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 8, wobei die Fehlerschutzvorrichtung ferner umfasst: einen mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter, und einen Hilfsschutzschalter, wobei der Hilfsschutzschalter einen dritten Schalttransistor und einen vierten Schalttransistor umfasst und der dritte Schalttransistor und der vierte Schalttransistor in umgekehrter Richtung in Reihe geschaltet sind und dann zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport mit dem mechanischen Hochgeschwindigkeitsschutzschalter in Reihe geschaltet sind; der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter und der Hilfsschutzschalter in Reihe geschaltet sind und dann zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport mit dem Varistor und dem primären Schutzschalter parallel geschaltet sind; und der dritte Schalttransistor und der vierte Schalttransistor des Hilfsschutzschalters und der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter eingeschaltet werden, nachdem der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor des primären Schutzschalters eingeschaltet wurden, der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter ausgeschaltet wird, bevor der erste Schalttransistor und der zweite Schalttransistor des primären Schutzschalters ausgeschaltet werden, und der dritte Schalttransistor und der vierte Schalttransistor des Hilfsschutzschalters ausgeschaltet werden, bevor der mechanische Hochgeschwindigkeitsschutzschalter ausgeschaltet wird.
  12. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wechselrichterbrückenarm einen ANPC-Dreistufenbrückenarm umfasst, der ANPC-Dreistufenbrückenarm eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die in Reihe zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport geschaltet sind, und eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die in Reihe zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport geschaltet sind, umfasst, und die Fehlerschutzvorrichtung ferner basierend auf einem Strom, der durch jede der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten angelegt wird, ausgeschaltet wird.
  13. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wechselrichterbrückenarm einen NPC-Dreistufenbrückenarm umfasst, der NPC-Dreistufenbrückenarm eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsanschluss in Reihe geschaltet sind, und eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsanschluss in Reihe geschaltet sind, umfasst, und die Fehlerschutzvorrichtung ferner basierend auf einem Strom, der durch jede der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten angelegt wird, ausgeschaltet wird.
  14. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wechselrichterbrückenarm einen T-Typ-Dreistufenbrückenarm umfasst, der T-Typ-Dreistufenbrückenarm eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem positiven Elektrodeneingangsanschluss und dem negativen Elektrodeneingangsanschluss in Reihe geschaltet sind, umfasst, und die Fehlerschutzvorrichtung ferner basierend auf einem Strom, der durch jede der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten angelegt wird, ausgeschaltet wird.
  15. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wechselrichterbrückenarm Halbleiterschalterkomponenten S1 und S2 umfasst, die zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport in Reihe geschaltet sind, wobei Halbleiterschalterkomponenten S3 und S4 zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport und Halbleiterschalterkomponenten S5 und S6 in Reihe geschaltet sind, wobei die Halbleiterschalterkomponenten: S2 und S3 miteinander verbunden sind, ein Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten S2 und S3 mit dem Referenzeingangsport verbunden ist, die Halbleiterschalterkomponenten S5 und S6 in Reihe geschaltet sind und dann jeweils mit einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten S1 und S2 und einem Zwischenknoten zwischen den Halbleiterschalterkomponenten S3 und S4 verbunden sind.
  16. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wechselrichterbrückenarm einen Fünfstufenbrückenarm umfasst, der Fünfstufenbrückenarm eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsanschluss in Reihe geschaltet sind, und eine Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsanschluss in Reihe geschaltet sind, umfasst, und die Fehlerschutzvorrichtung ferner basierend auf einem Strom, der durch jede der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten fließt, oder einer Spannung, die zwischen einer ersten Übertragungselektrode und einer zweiten Übertragungselektrode von jeder der Mehrzahl von Halbleiterschalterkomponenten angelegt wird, ausgeschaltet wird.
  17. Photovoltaik-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fehlerschutzvorrichtung umfasst: einen mechanischen Unterbrecher, die Fehlerschutzvorrichtung durch Steuern des Ausschaltens des mechanischen Unterbrechers ausgeschaltet wird.
  18. Fehlerschutzvorrichtung, die auf ein Photovoltaik-Stromerzeugungssystem angewendet wird, wobei das Photovoltaik-Stromerzeugungssystem einen Kondensatorbrückenarm, einen Wechselrichterbrückenarm und die Fehlerschutzvorrichtung umfasst, der Kondensatorbrückenarm einen positiven Elektrodenausgangsport, einen negativen Elektrodenausgangsport und einen Referenzausgangsport zwischen dem positiven Elektrodenausgangsport und dem negativen Elektrodenausgangsport umfasst, der Wechselrichterbrückenarm einen positiven Elektrodeneingangsport, einen negativen Elektrodeneingangsport und einen Referenzeingangsport zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport umfasst, der positive Elektrodeneingangsport mit dem positiven Elektrodenausgangsport verbunden ist, der negative Elektrodeneingangsport mit dem negativen Elektrodenausgangsport verbunden ist, der Wechselrichterbrückenarm ferner mindestens eine Halbleiterschalterkomponente, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport verbunden ist, und mindestens eine Halbleiterschalterkomponente, die zwischen dem Referenzeingangsport und dem negativen Elektrodeneingangsport verbunden ist, umfasst, und die Fehlerschutzvorrichtung zwischen dem Referenzeingangsport des Wechselrichterbrückenarms und dem Referenzausgangsport des Kondensatorbrückenarms verbunden ist und die Fehlerschutzvorrichtung konfiguriert ist, um eingeschaltet zu werden, so dass der Referenzausgangsport des Kondensatorbrückenarms mit dem Referenzeingangsport des Wechselrichterbrückenarms verbunden ist oder die Fehlerschutzvorrichtung konfiguriert ist, um ausgeschaltet zu werden, so dass der Referenzausgangsport aufgrund des Blockierens der Fehlerschutzvorrichtung nicht mit dem Referenzeingangsport verbunden werden kann, wodurch die Verbindungsbeziehung zwischen dem Referenzausgangsport und dem Referenzeingangsport eingestellt werden kann, indem das Ein-/Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung gesteuert wird.
  19. Fehlerschutzvorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Steuern der Fehlerschutzvorrichtung, um ausgeschaltet zu werden, basierend auf einem Größenwert oder einer Variation einer Spannung zwischen dem Referenzeingangsport und dem positiven Elektrodeneingangsport oder dem negativen Elektrodeneingangsport umfasst: wenn die Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung; oder wenn die Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung; oder wenn eine Abnahmerate der Spannung zwischen dem negativen Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport größer als ein dritter Schwellenwert ist, Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung; oder wenn eine Abnahmerate der Spannung zwischen dem positiven Elektrodeneingangsport und dem Referenzeingangsport größer als ein vierter Schwellenwert ist, Ausschalten der Fehlerschutzvorrichtung.
  20. Fehlerschutzvorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Verfahren ferner umfasst: Steuern der Fehlerschutzvorrichtung, um basierend auf einem Strom, der durch die Fehlerschutzvorrichtung fließt, ausgeschaltet zu werden.
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