ES2554944T3 - Convertidor modular multietapa con conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos - Google Patents

Convertidor modular multietapa con conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos Download PDF

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Abstract

Submódulo (13) para un convertidor modular multietapa (1) con - al menos un acumulador de energía unipolar (14), - un primer y un segundo borne de conexión (16,17) y - un circuito semiconductor de potencia, que presenta conmutadores semiconductores de potencia (T1,T4,19) que pueden cerrarse y abrirse por medio de una señal de control y diodos libres (D1,D2), conectados en paralelo con un conmutador semiconductor de potencia asignado (T1,T4) en sentido contrario, pudiendo generarse, en función del control de los conmutadores semiconductores de potencia (T1,T4,19), la caída de tensión en uno o todos los acumuladores de energía (14) o una tensión nula entre el primer y el segundo borne de conexión (16,17) y formando el circuito semiconductor de potencia una rama de puenteo (18), que se encuentra entre los puntos de potencial del primer y segundo borne de conexión (16,17), caracterizado porque solo los conmutadores semiconductores de potencia dispuestos en la rama de puenteo (18) son conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos (19), que pueden cerrarse y abrirse por medio de una señal de control tanto en su dirección de paso como también en contra de su dirección de paso conmutable.

Description

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DESCRIPCION
Convertidor modular multietapa con conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos
La presente invention se relaciona con un submodulo para un convertidor modular multietapa con al menos un acumulador de energla unipolar, un primer y un segundo borne de conexion y un circuito semiconductor de potencia, que presenta conmutadores semiconductores de potencia que pueden cerrarse y abrirse por medio de una senal de control y diodos libres, conectados en paralelo con un conmutador semiconductor de potencia asignado en sentido contrario, pudiendo generarse, en funcion del control de los conmutadores semiconductores de potencia, la calda de tension en uno o todos los acumuladores de energla o una tension nula entre el primer y el segundo borne de conexion y formando el circuito semiconductor de potencia una rama de puenteo, que se encuentra entre los puntos de potencial del primer y segundo borne de conexion.
Un submodulo tal se conoce ya, por ejemplo, gracias a la DE 101 03 031 o el artlculo "Concepto modular de convertidor para aplicaciones de acoplamiento a red a altas tensiones” (Modulares Stromrichterkonzept fur Netzkopplungsanwendungen bei hohen Spannungen, Marquardt et al, ETG-Fachtagung 2002). All! se muestra un convertidor multietapa, que presenta modulos de fase, que presentan en cada caso una conexion de tension AC para una fase de una red de corriente alterna a conectar, as! como dos terminales de CC, previstos para la conexion de un circuito intermedio de tension CC. Entre la conexion de tension AC y cada conexion de tension CC se extiende una rama de modulo de fase. Ambas ramas de modulo de fase de un modulo de fase se interconectan con las demas ramas de modulo de fase como un llamado "puente de Graetz”. Ademas, cada rama de modulo de fase muestra un circuito en serie de submodulos, equipados, en cada caso, con un condensador de almacenamiento unipolar. Con el condensador de almacenamiento se conecta en paralelo un circuito en serie de dos semiconductores de potencia conmutadores con capacidad para cerrarse y abrirse, con los que se conecta en paralelo en cada caso un diodo libre en sentido contrario. En el circuito en serie se disponen los citados conmutadores semiconductores de potencia controlables con la misma direccion de paso. El submodulo conocido muestra ademas dos terminales de conexion, estando un borne de conexion conectado directamente con un polo del condensador de almacenamiento y el otro borne de conexion con el punto de potencial, que se encuentra entre ambos conmutadores semiconductores de potencia controlables. En funcion del control de los conmutadores semiconductores de potencia puede aplicarse por consiguiente o bien la calda de tension de condensador en el condensador de almacenamiento o una tension nula en ambos terminales de conexion de cada submodulo. Debido al circuito en serie puede ajustarse la tension total de cada rama de modulo de fase por etapas, fijandose la altura de las etapas mediante la calda de tension en el condensador de almacenamiento.
De la practica del arte se conocen ademas los conmutadores semiconductores de potencia controlables con capacidad para cerrarse y abrirse, que son conductores inversos. Estos conmutadores semiconductores de potencia no precisan mas ningun diodo libre conectado en paralelo en sentido contrario. Los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos presentan frente a los conmutadores semiconductores de potencia no conductores inversos la ventaja de que en estos en operation normal se produce una menor calda de tension de paso, de forma que se reducen las perdidas frente a los conmutadores semiconductores de potencia no conductores inversos. Los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos tienen, sin embargo, el inconveniente de que estos son caros, en comparacion con los conmutadores semiconductores de potencia sin conductividad inversa ya comercializados.
Es objeto de la invencion, por tanto, proporcionar un submodulo del tipo citado inicialmente, que tenga menores perdidas en operacion normal y por otra parte sea tambien economico.
La invencion resuelve este objetivo por el hecho de que solo los conmutadores semiconductores de potencia dispuestos en la rama de puenteo son conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos, que tanto pueden cerrarse y abrirse por medio de una senal de control en su direction de paso como tambien pueden conducir contra su direccion de paso conectable.
En el contexto de la invencion se proporciona un submodulo para un convertidor modular multietapa, que presenta conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos. Como tanto los submodulos del tipo citado inicialmente, como tambien conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos se conocen, serla obvia la sustitucion completa de los hasta ahora empleados conmutadores semiconductores de potencia no conductores inversos por conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos. Un submodulo de este tipo se identificarla entonces, en cada caso, por menores tensiones de paso y por consiguiente menores perdidas de funcionamiento que el submodulo conocido. Conforme a la invencion se ha reconocido, sin embargo, que los conmutadores semiconductores de potencia, dispuestos entre los terminales de conexion, se cargan mas que los conmutadores semiconductores de potencia no dispuestos entre los terminales de conexion. Este conocimiento es el resultado de calculos y simulaciones complejos, que no pretenden ser objeto de la presente invencion. Debido a este conocimiento, en el contexto de la invencion los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos controlables con capacidad para cerrarse y abrirse se disponen solamente en la rama de puenteo del submodulo, que se encuentra entre los puntos de potencial de los terminales de conexion. Estos son por consiguiente los
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conmutadores semiconductores de potencia, que, en operacion normal del submodulo, particularmente en caso de aplicaciones en el campo de la transferencia y distribucion de energla, estan cargados de manera especialmente fuerte. Mediante el empleo de conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos con capacidad para cerrarse y abrirse puede reducirse la tension de paso. Los conmutadores semiconductores de potencia menos fuertemente cargados son, en el contexto de la invencion, en adelante conmutadores semiconductores de potencia, que no presentan ninguna conductividad inversa y con los que, por consiguiente, tal y como se conoce del estado actual de la tecnica, no se conectan diodos libres en paralelo en direccion contraria. Estos conmutadores semiconductores de potencia son considerablemente menos caros de obtener. Como los conmutadores semiconductores de potencia menos caros solo se utilizan en las partes menos fuertemente cargadas del submodulo, las perdidas, originadas debido a una elevada tension de paso, son aceptables.
Conforme a una ordenacion preferente de la invencion se preve un acumulador de energla unipolar, con el que se conecta en paralelo un circuito en serie de conmutadores semiconductores de potencia con capacidad para cerrarse y abrirse controlables con la misma direccion de paso, estando el primer borne de conexion conectado con un primer polo del acumulador de energla y el segundo borne de conexion con un punto de potencial situado entre los conmutadores semiconductores de potencia controlables. El circuito de un submodulo de este tipo se conoce fundamentalmente, siendo sin embargo el conmutador semiconductor de potencia altamente cargado conforme a la invencion un conmutador semiconductor de potencia conductor inverso. Este conmutador semiconductor de potencia esta mas cargado durante la operacion, de forma que el empleo de solo un conmutador semiconductor de potencias conductor inverso en la rama de puenteo entre los terminales de conexion es ya suficiente, para reducir las perdidas de funcionamiento. El conmutador semiconductor de potencia no situado entre los terminales de conexion es, como en el estado actual de la tecnica, un conmutador semiconductor de potencia no conductor inverso, al que se conecta en paralelo un diodo libre en sentido contrario.
A pesar de esto, conforme a otra variante de la invencion se preven un primer acumulador de energla y un segundo acumulador de energla conectado en serie al primer acumulador de energla y en la rama de puenteo se disponen dos conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos con la misma direccion de paso, estando el punto de potencial entre los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos conectado con el punto de potencial entre el primer y el segundo acumuladores de energla y estando la rama de puenteo conectada a traves de un primer conmutador semiconductor de potencia con un primer diodo libre en sentido contrario con un polo del segundo acumulador de energla y a traves de un segundo conmutador semiconductor de potencia con diodo libre en sentido contrario con un polo del primer acumulador de energla, de forma que la rama de puenteo se conmute entre los conmutadores semiconductores de potencia no conductores inversos y disponiendose todos los conmutadores semiconductores de potencia en serie y con la misma direccion de paso. Conforme a este ventajoso desarrollo ulterior se proporciona un modulo doble, que se conoce asimismo como tal. En el caso del modulo doble indicado se selecciona en el contexto de la invencion solo los conmutadores semiconductores de potencia situados entre terminales de conexion como conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos, pues estos conmutadores semiconductores de potencia durante la operacion de un convertidor multietapa estan mas cargados que los conmutadores semiconductores de potencia no situados entre los terminales de conexion.
Conforme a una ordenacion preferente de la invencion, cada conmutador semiconductor de potencia conductor inverso se configura de tal forma que tenga una calda de tension de paso lo mas baja posible. Los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos, por ejemplo, los transistores bipolares de puerta aislada (Insulated Gate Bipolar Transistors - IGBT-) conductores inversos, se pueden optimizar de diferentes maneras. En este contexto existe una interaccion entre la llamada carga de "Reverse-Recovery" (del ingles “recuperacion inversa”) en modo diodo por una cara y la tension de paso tanto en modo diodo como tambien en modo conmutador semiconductor de potencia por la otra cara. As! conlleva una baja Carga de recuperacion inversa mayores tensiones de paso tanto en modo IGBT como tambien en modo diodo. La optimizacion del IGBT conductor inverso puede conducir, por tanto, o bien a bajas perdidas de paso o a pequenas perdidas de conmutacion. Conforme a este desarrollo ulterior favorable, los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos se optimizan para bajas tensiones de paso.
Convenientemente se preve una unidad de control para controlar los conmutadores semiconductores de potencia controlables, configurandose la unidad de control de tal forma que los conmutadores semiconductores de potencia no conductores inversos se conecten mas lentamente en comparacion con todos los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos controlables. Si el/los conmutador(es) semiconductor(es) de potencia dispuesto(s) entre los terminales de conexion se optimizan a bajas tensiones de paso, resultan altas cargas del acumulador, si el conmutador semiconductor de potencia conductor inverso actua como diodo, o sea conduce una corriente en contra de su direccion de paso conmutable. Las altas cargas del acumulador de los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos conducen, sin embargo, en el caso del o de los semiconductor(es) de potencia conductor(es) inverso(s) no conmutador(es) conectados en serie en realidad a altas perdidas de insercion. Las altas perdidas de insercion son en los conmutadores semiconductores de potencia menos fuertemente cargados, no dispuestos en la rama de puenteo, sin embargo, menos molestas, pues estos conmutadores semiconductores de potencia, tal y como se ha reconocido en el contexto de la invencion, estan menos fuertemente cargados. Mediante
la insercion mas lenta se limitan las altas corrientes de insercion, de forma que se reduzca el peligro de una destruccion de estos conmutadores semiconductores de potencia.
Conforme a otro desarrollo ulterior adecuado, los conmutadores semiconductores de potencia no dispuestos en la rama de puenteo se optimizan de forma que tengan una carga del acumulador lo mas baja posible. La baja carga del 5 acumulador minimiza de nuevo las perdidas de insercion en los conmutadores semiconductores de potencia conectados en serie de la rama de puenteo, que son conductores inversos y estan especialmente cargados. De este modo se minimizan las perdidas de insercion de los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos fuertemente cargados. Las mayores perdidas de paso de los conmutadores semiconductores de potencia menos fuertemente cargados son menos molestas.
10 Convenientemente se preve una unidad de control para controlar los conmutadores semiconductores de potencia controlables, configurandose la unidad de control de manera que los conmutadores semiconductores de potencia no conductores inversos se conecten mas lentamente, en comparacion con los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos controlables. Esto reduce las perdidas, que surgen en los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos en modo diodo debido a las altas cargas del acumulador, a costa
15 de las perdidas de insercion de los conmutadores semiconductores de potencia no conductores inversos. Esto es ventajoso, pues estos ultimos estan menos fuertemente cargados.
La invention se relaciona tambien con un convertidor multietapa con un submodulo conforme a una de las anteriores reivindicaciones.
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Otras configuraciones convenientes y ventajas de la invencion son objeto de la siguiente description de ejemplos de ejecucion de la invencion en referencia a las Figuras de los disenos, remitiendo los mismos slmbolos de referencia a piezas de igual efecto y mostrando
Figura 1 un ejemplo de ejecucion del convertidor multietapa conforme a la invencion,
Figura 2 un submodulo conforme al estado actual de la tecnica,
Figura 3 un sustrato de un IGBT como conmutador semiconductor de potencia con diodo libre conectado en
paralelo en sentido opuesto,
Figura 4 un sustrato de un conmutador semiconductor de potencia conductor inverso,
Figura 5 un submodulo conforme a la Figura 2, que presenta solamente conmutadores semiconductores de
potencia conductores inversos,
Figura 6 un ejemplo de ejecucion del submodulo conforme a la invencion,
Figura 7 otro ejemplo de ejecucion del submodulo conforme a la invencion,
Figura 8 el submodulo conforme a la Figura 7 con interruptores de puenteo y
Figura 9 otro ejemplo de ejecucion del submodulo conforme a la invencion.
La Figura 1 muestra un ejemplo de ejecucion del convertidor multietapa conforme a la invencion en una representation esquematica. Puede reconocerse que el convertidor multietapa presenta tres modulos de fase 2, 3 y 35 4, teniendo cada modulo de fase 2, 3, 4 una conexion de tension AC 5 as! como dos terminales de CC 6 y 7. Cada
conexion de tension AC 5 esta conectado con una fase 8 de una red de corriente alterna no representada en las figuras. Para la separation galvanica entre el convertidor 1 y la red de corriente alterna sirve un transformador 9 con un arrollamiento primario 10 y uno secundario 11. Entre la conexion de tension AC 5 y cada uno de los terminales de CC 6 y 7 forma cada modulo de fase 2, 3 y 4 dos ramas de modulo de fase 12. Las ramas de modulo de fase de 40 todos los modulos de fase 2, 3, 4 se interconectan juntos en un circuito de puenteo. Ademas, cada rama de modulo de fase dispone de un circuito en serie de submodulos 13, equipados, en cada caso, con uno o varios condensadores unipolares 14 como acumulador de energla.
La Figura 2 muestra la ordenacion de un submodulo conforme al estado actual de la tecnica. Puede reconocerse que el submodulo presenta un condensador unipolar 14, con el que se conecta en paralelo un circuito en serie 15, 45 en el que se conectan en serie dos conmutadores semiconductores de potencia T1 y T2 con capacidad para cerrarse y abrirse por medio de una senal de control. Dichos conmutadores semiconductores de potencia T1 y T2 son no conductores inversos, de forma que con ellos se conecta en cada caso un diodo libre D1 o D2 en paralelo en sentido contrario. El punto de potencial entre los conmutadores semiconductores de potencia controlables T1 y T2 o
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entre los diodos libres D1 y D2 esta conectado con un segundo borne de conexion 17, estando un polo del condensador de almacenamiento 14 conectado con un primer borne de conexion 16. En el caso de los conmutadores semiconductores de potencia T1 y T2 se trata, en el ejemplo mostrado, de un as! denominado IGBT, pudiendo emplearse tambien otros conmutadores semiconductores de potencia con capacidad para cerrarse y abrirse, como por ejemplo GTO, IGCT o similares.
Si el conmutador semiconductor de potencia T1 se lleva a su posicion de paso, en la que se posibilita un flujo de corriente a traves de T1 en la direccion de paso mostrada, el conmutador semiconductor de potencia T2 se tiene que llevar a su posicion de bloqueo, para evitar un cortocircuito del condensador de almacenamiento 14. Lo mismo se aplica en caso inverso. Si el conmutador semiconductor de potencia T1 se conmuta a su posicion de paso, el conmutador semiconductor de potencia T2 se lleva a su posicion de bloqueo, de forma que en los terminales de conexion 16 y 17 caiga la tension de condensador Uc del condensador de almacenamiento 14. En el caso inverso, el primer borne de conexion 16 esta conectado a traves del conmutador semiconductor de potencia T2 con capacidad para abrirse con el primer borne, de forma que una tension nula caiga en los terminales de conexion 16, 17. En una rama de modulo de fase 12 mostrada en la Figura 1, que presenta por ejemplo submodulos 13 conformes a la Figura 2 en un circuito en serie, puede por consiguiente elevarse y reducirse por etapas la tension, que cae en la rama de modulo de fase 12 completa, determinandose la altura de las etapas por la altura de la tension del capacitor Uc. Esta se gula claramente por la capacidad de bloqueo de los conmutadores semiconductores de potencia T1 o T2. Esta se encuentra, conforme al actual estado actual de la tecnica entre 1 kV y 10 kV. En aplicaciones de alta tension se conectan, por consiguiente, varios cientos de submodulos 12 en serie. Alternativamente, los conmutadores semiconductores de potencia T1 y T2 pueden estar tambien para un circuito en serie de conmutadores semiconductores de potencia, de forma que se eleve la tension de bloqueo de los conmutadores y por consiguiente la altura de los niveles de tension.
Del estado actual de la tecnica se conocen por otra parte los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos, que pueden tanto cerrarse y abrirse por medio de una senal de control en su direccion de paso como tambien ser conductores en contra de su direccion de paso conmutable. Con otras palabras, puede interrumpirse un flujo de corriente en la direccion de paso, si el conmutador semiconductor de potencia conductor inverso se lleva a su posicion de bloqueo. El flujo de corriente a traves de los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos en la direccion de paso puede posibilitarse entonces solo si estos se llevan de su posicion de bloqueo a su posicion de paso activamente por medio de una senal de control. Para una corriente, que fluya en una direccion contraria a la direccion de paso, el conmutador semiconductor de potencia conductor inverso permanece siempre conductor, independientemente de la senal de control aplicada. Para esta direccion de flujo, el semiconductor de potencia actua por tanto como un diodo. Mediante la conductividad inversa, la conexion en paralelo de un diodo en direccion contraria se ha vuelto innecesaria.
La Figura 3 muestra un sustrato de un IGBT no conductor inverso con diodo libre conectado en sentido contrario. Puede reconocerse que para el IGBT con capacidad para cerrarse y abrirse sobre un sustrato se disponen cuatro chips semiconductores, previendose para los diodos dos chips.
La Figura 4 muestra un sustrato de un IGBT conductor inverso, designado all! por RC-IGBT. Puede reconocerse que sobre un sustrato se disponen seis chips RC-IGBT. Todos los chips se utilizan por consiguiente tanto en la direccion de paso, aunque tambien en la direccion de diodo opuesta, en el caso de un IGBT conductor inverso. En el caso de un IGBT no conductor inverso, tal y como se representa esquematicamente en la Figura 3, en contraste, solo se utilizan cuatro chips en la direccion de paso o dos chips en el modo diodo. Por consiguiente, en el caso de un IGBT conductor inverso, el flujo de corriente se distribuye en ambas direcciones sobre mas chips semiconductores. Ya por este motivo muestra el IGBT conductor inverso una menor tension de paso que un conmutador semiconductor de potencia correspondientemente disenado sin conductividad inversa. Es por tanto obvio equipar un submodulo conforme a la Figura 2 solamente con IGBTs conductores inversos 19, tal y como se representa en la Figura 5.
La Figura 6 muestra un ejemplo de ejecucion conforme a la presente invencion. Puede reconocerse en comparacion con la Figura 2, que en la rama de puenteo 18 extendida entre los terminales de conexion 16 y 17 se dispone un conmutador semiconductor de potencia conductor inverso 19. Fuera de la rama de puenteo 18 se preve, sin embargo, un IGBT no conductor inverso T1, con el que se conecta en paralelo de nuevo un diodo D1 en sentido contrario. En comparacion con el submodulo representado en la Figura 5, el submodulo conforme a la Figura 6 es, por consiguiente, considerablemente mas economico. Mediante calculos complejos podrla extraerse que, particularmente en aplicaciones en el ambito de la transferencia de energla, el conmutador semiconductor de potencia T2 o 19 dispuesto en la rama de puenteo 18 estan mas cargados que el conmutador semiconductor de potencia T1. Por consiguiente, es completamente suficiente conforme a la invencion, disponer los caros IGBT conductores inversos unicamente en la rama de puenteo 18, pero no fuera de la rama de puenteo 18.
El IGBT conductor inverso 19 puede ahora optimizarse en dos direcciones. Por una parte, puede ajustarse de tal forma, que en el haya una menor calda de tension de paso. La tension de paso es la tension que cae en el
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conmutador semiconductor de potencia 19 para ambas direcciones de flujo. Una baja tension de paso tiene menores perdidas como resultado. Sin embargo, si el IGBT conductor inverso se optimiza de forma que tenga bajas tensiones de paso tanto en modo IGBT como tambien en modo diodo, esto ocurre por motivos flsicos solo a coste de mayores cargas de recuperacion inversa. Una alta carga de recuperacion inversa tiene, sin embargo, como resultado altas perdidas de insercion.
Si en la Figura 6 fluye ahora una corriente del primer borne de conexion 16 a traves del IGBT conductor inverso 19 en modo diodo al borne de conexion 17, puede, debido a las altas cargas de recuperacion inversa del IGBT conductor inverso 19, ocurrir que, al insertar T1, o sea, al llevar al conmutador semiconductor de potencia no conductor inverso T1 de su posicion de bloqueo a su posicion de paso, fluya una corriente tan alta a traves de T1, que lo destruya. Por este motivo, este esta conectado en el contexto de un ejemplo de ejecucion de la invencion con una unidad de control, que a traves de la conexion de puerta de T1 proporciona una insercion de T1 mas lenta frente a la operacion de desconexion del IGBT. De este modo se evita la destruction de T1. Como el conmutador semiconductor de potencia no conductor inverso T1 esta menos fuertemente cargado que el conmutador semiconductor de potencia conductor inverso 19, este tendra aun reservas termicas, de forma que las altas perdidas de insercion puedan aceptarse a ralz de una generation de calor. Si con un flujo de corriente del borne de conexion 17 a traves del conmutador semiconductor de potencia conductor inverso 19 al borne de conexion 16 el conmutador semiconductor de potencia 19 se lleva a su posicion de bloqueo, aunque se produzcan altas perdidas de apagado, estas pueden aceptarse sin embargo considerando las menores perdidas de paso.
La Figura 7 muestra otro ejemplo de ejecucion de la invencion. Puede reconocerse que, en comparacion con la Figura 6, el primer borne de conexion 16 esta conectado con un polo diferente del condensador de almacenamiento unipolar 14. De nuevo se dispone en la rama de puenteo 18 un IGBT conductor inverso, mientras que el conmutador semiconductor de potencia, que no se encuentra entre los terminales de conexion 16 y 17, de nuevo un IGBT no conductor inverso, se dispone con diodo libre paralelo D1 en sentido contrario.
La Figura 8 muestra el ejemplo de ejecucion de la invencion conforme a la Figura 6, donde, sin embargo, el submodulo 13 puede puentearse con un tiristor 20 o un interruptor mecanico 21. Esto es necesario en caso de fallo, para poder puentear el submodulo defectuoso en la rama de modulo de fase 12, de forma que pueda continuar el funcionamiento del convertidor.
La Figura 9 muestra otro ejemplo de ejecucion del submodulo 13 conforme a la invencion, que puede calificarse tambien como modulo doble. En contraste con los submodulos 13 hasta ahora presentados, el submodulo 13 mostrado en la Figura 9 muestra un circuito en serie de dos condensadores de almacenamiento 14 y 22. El circuito en serie de dos condensadores de almacenamiento 14 y 22 esta conectado en paralelo con un circuito en serie de conmutadores semiconductores de potencia 23. En el circuito en serie 23 se integra la rama de puenteo 18. La rama de puenteo 18 se encuentra entre los puntos de potencial del primer 16 y del segundo borne de conexion 17. En la rama de puenteo 18 se disponen dos conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos 19 con capacidad para cerrarse y abrirse por medio de una senal de control. El punto de potencial entre dichos conmutadores semiconductores de potencia 19 esta conectado con el punto de potencial entre los condensadores de almacenamiento 14 y 22. El colector del primer conmutador semiconductor de potencia T1 esta conectado con un terminal libre o el polo libre del segundo condensador de almacenamiento 22. Este primer conmutador semiconductor de potencia no conductor inverso T1 esta de nuevo conectado en paralelo con un diodo libre D1 en sentido contrario. Ademas, se preve un cuarto conmutador semiconductor de potencia T4, que une la rama de puenteo 18 con un polo libre o un terminal del primer condensador de almacenamiento 14. A tal efecto, el emisor del conmutador semiconductor de potencia no conductor inverso T4 esta conectado con dicho terminal del condensador de almacenamiento 14. Al conmutador semiconductor de potencia T4 se le conecta de nuevo en paralelo un diodo libre en sentido contrario. Conforme a este circuito puede ahora aplicarse o bien la calda de tension en el condensador de almacenamiento 14 o en el condensador de almacenamiento 22 a los terminales de conexion 16, 17. Tambien puede producirse la tension total, o sea la suma de la tension del condensador de almacenamiento 14 y de la tension del condensador de almacenamiento 22, entre los terminales de conexion 16 y 17.
El segundo y tercer conmutador semiconductor de potencia 19 del circuito en serie 23 son conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos 19. Ambos se proyectan de nuevo para bajas perdidas de paso y forman una carga de recuperacion inversa comparativamente alta. Para evitar una destruccion de T1 y T4, estos se conectan, a traves de una unidad de control no mostrada, lentamente, en comparacion con los tiempos de conmutacion del conmutador semiconductor de potencia conductor inverso 19, en la rama de puenteo 18. Ademas, seran aqul correspondientemente de aplicacion las ejecuciones del conmutador conforme a la Figura 6. Particularmente, los conmutadores 19 dispuestos en la rama de puenteo 18 estan mas cargados que los T1 y T4 no dispuestos en el interruptor de puenteo.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Submodulo (13) para un convertidor modular multietapa (1) con
    - al menos un acumulador de energla unipolar (14),
    - un primer y un segundo borne de conexion (16,17) y
    5 - un circuito semiconductor de potencia, que presenta conmutadores semiconductores de potencia (T1,T4,19) que
    pueden cerrarse y abrirse por medio de una senal de control y diodos libres (D1,D2), conectados en paralelo con un conmutador semiconductor de potencia asignado (T1,T4) en sentido contrario, pudiendo generarse, en funcion del control de los conmutadores semiconductores de potencia (T1,T4,19), la calda de tension en uno o todos los acumuladores de energla (14) o una tension nula entre el primer y el segundo borne de conexion (16,17) y formando 10 el circuito semiconductor de potencia una rama de puenteo (18), que se encuentra entre los puntos de potencial del primer y segundo borne de conexion (16,17),
    caracterizado porque solo los conmutadores semiconductores de potencia dispuestos en la rama de puenteo (18) son conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos (19), que pueden cerrarse y abrirse por medio de una senal de control tanto en su direccion de paso como tambien en contra de su direccion de paso conmutable.
    15 2. Submodulo (13) segun la reivindicacion 1, caracterizado porque se preve un acumulador de energla unipolar (14),
    con el que un circuito en serie (15) de conmutadores semiconductores de potencia controlables conectables y desconectables se conecta en paralelo con la misma direccion de paso, conectandose el primer borne de conexion (16) con un polo del acumulador de energla (14) y el segundo borne de conexion (17) con un punto de potencial situado entre los conmutadores semiconductores de potencia controlables (T1, 19).
    20 3. Submodulo (13) segun la reivindicacion 1, caracterizado porque se preven un primer y un segundo acumulador de
    energla (22) conectado en serie respecto del primer acumulador de energla (14) y en la rama de puenteo (18) se disponen dos conmutadores semiconductores de potencia (19) conductores inversos con la misma direccion de paso, estando el punto de potencial entre los conmutadores semiconductores de potencia (19) conductores inversos conectado con el punto de potencial entre el primer (14) y el segundo acumuladores de energla (22), estando la 25 rama de puenteo (18) conectada a traves de un primer (T1) conmutador semiconductor de potencia con un primer diodo libre (D1) inverso con el segundo acumulador de energla (22) y a traves de un segundo conmutador semiconductor de potencia (T4) con diodo libre inverso (D4) con el primer acumulador de energla (14), de forma que la rama de puenteo (18) se conmuta entre los conmutadores semiconductores de potencia (T1,T4) conductores no inversos, disponiendose todos los conmutadores semiconductores de potencia (T1,T4,19) en serie y con la misma 30 direccion de paso.
  2. 4. Submodulo (13) segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque cada conmutador semiconductor de potencia conductor inverso (19) esta hecho de tal manera que en el caiga lo menos posible la tension de paso.
  3. 5. Submodulo (13), caracterizado por una unidad de control para controlar los conmutadores semiconductores de 35 potencia controlables (T1, T4,19), configurandose la unidad de control de tal forma que los conmutadores
    semiconductores de potencia no conductores inversos (T1, T4) se conecten mas despacio en comparacion con los conmutadores semiconductores de potencia conductores inversos controlables (19).
  4. 6. Submodulo (13) segun una de las anteriores reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los diodos (D1, D4) no dispuestos en la rama de puenteo (18) presentan una carga del acumulador lo mas baja posible.
    40 7. Convertidor multietapa (1) con un submodulo (13) segun una de las anteriores reivindicaciones.
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