RU2402144C2 - Коммутационная ячейка и схема преобразователя для переключения большого количества уровней напряжения - Google Patents

Коммутационная ячейка и схема преобразователя для переключения большого количества уровней напряжения Download PDF

Info

Publication number
RU2402144C2
RU2402144C2 RU2008135336/07A RU2008135336A RU2402144C2 RU 2402144 C2 RU2402144 C2 RU 2402144C2 RU 2008135336/07 A RU2008135336/07 A RU 2008135336/07A RU 2008135336 A RU2008135336 A RU 2008135336A RU 2402144 C2 RU2402144 C2 RU 2402144C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power semiconductor
semiconductor switch
controlled
switching
unidirectional
Prior art date
Application number
RU2008135336/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008135336A (ru
Inventor
Сринивас ПОННАЛУРИ (CH)
Сринивас ПОННАЛУРИ
Кристоф ХАДЕРЛИ (CH)
Кристоф ХАДЕРЛИ
Original Assignee
Абб Рисерч Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Абб Рисерч Лтд filed Critical Абб Рисерч Лтд
Publication of RU2008135336A publication Critical patent/RU2008135336A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2402144C2 publication Critical patent/RU2402144C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837—Flying capacitor converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности. Коммутационная ячейка содержит первый накопитель (2) энергии и второй накопитель (3) энергии, подключенные последовательно друг с другом, первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели (S1, S2, S3, S4), подключенные последовательно, причем первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели (S1, S2, S3, S4) представляют собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока. Первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) соединен с первым накопителем (2) энергии, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) соединен со вторым накопителем (3) энергии. Третий накопитель (4) энергии соединен с точкой соединения между первым и вторым силовым полупроводниковым переключателем (S2) и точкой соединения между третьим и четвертым силовым полупроводниковым переключателем (S4). Переключающий элемент (А) с управляемой двунаправленной передачей тока соединен с точкой соединения между вторым и третьими силовыми полупроводниковыми переключателями (S2, S3) и с точкой соединения между первым (2) и вторым (3) накопителями энергии. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области схем преобразователя. Она основана на коммутационном элементе и на схеме преобразователя для переключения большого количества уровней напряжения в соответствии с вводными частями независимых пунктов формулы изобретения.
Уровень техники
В настоящее время силовые полупроводниковые переключатели все чаще используют в технологии преобразования и, в частности, в схемах преобразователей для переключения большого количества уровней напряжения. Такие схемы преобразователей, предназначенные для переключения большого количества уровней напряжения, в частности, описаны в публикации “A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self Voltage Balancing”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.37, No.2, March/April 2001, в которой коммутационная ячейка, имеющая первый накопитель энергии и второй накопитель энергии, последовательно соединенный с первым накопителем энергии, представлена на фиг.1 в схеме преобразователя для переключения, например, трех уровней напряжения. Кроме того, коммутационная ячейка имеет первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели, в которой первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели в каждом случае представляют собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока; первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели соединены последовательно, причем первый силовой полупроводниковый переключатель соединен с первым накопителем энергии, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель соединен со вторым накопителем энергии. Точка соединения между вторым силовым полупроводниковым переключателем и третьим силовым полупроводниковым переключателем соединена, в частности, непосредственно, с точкой соединения между первым накопителем энергии и вторым накопителем энергии. Кроме того, третий накопитель энергии соединен с точкой соединения между первым силовым полупроводниковым переключателем и вторым силовым полупроводниковым переключателем и с точкой соединения между третьим силовым полупроводниковым переключателем и четвертым силовым полупроводниковым переключателем.
В случае схем преобразователей на основе коммутационных ячеек в соответствии с публикацией “A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self Voltage Balancing”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.37, No.2, March/April 2001 возникает проблема, состоящая в том, что, когда, например, требуется обеспечить переключение большого количества уровней напряжения, например пяти или семи уровней напряжения, количество требуемых силовых полупроводниковых переключателей и количество требуемых накопителей энергии существенно увеличивается, как показано на фиг.1, в соответствии с публикацией “A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self Voltage Balancing”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.37, No.2, March/April 2001. Это сопровождается очень большими издержками при производстве схемы и из-за применения силовых полупроводниковых переключателей также очень плотной компоновкой схемы управления, что обычно приводит к повышенной восприимчивости к уровню помех и, следовательно, к низкой доступности. Кроме того, такие схемы преобразователей занимают много места.
В публикации “Soft-Switched Three-Level Capacitor Clamping Inverter with Clamping Voltage Stabilization”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.36, No.4, July/August 2000 также описывается коммутационная ячейка, имеющая первый накопитель энергии и второй накопитель энергии, соединенный последовательно с первым накопителем энергии и имеющий первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели; при этом первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели в каждом случае представляют собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемым однонаправленным направлением передачи тока; первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели соединены последовательно; первый силовой полупроводниковый переключатель соединен с первым накопителем энергии, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель соединен со вторым накопителем энергии. Кроме того, предусмотрен третий накопитель энергии, который соединен с точкой соединения между первым силовым полупроводниковым переключателем и вторым силовым полупроводниковым переключателем и с точкой соединения между третьим силовым полупроводниковым переключателем и четвертым силовым полупроводниковым переключателем. Кроме того, предусмотрен переключающий элемент с управляемым двунаправленным направлением передачи тока, который подключен через первую индуктивность и первый трансформатор к точке соединения между вторым и третьим силовыми полупроводниковыми переключателями и который соединен через вторую катушку индуктивности и второй трансформатор с точкой соединения между первым накопителем энергии и вторым накопителем энергии.
Сущность изобретения
В связи с этим цель изобретения состоит в создании коммутационной ячейки, с помощью которой становится возможным реализовать простую и надежную схему преобразователя для переключения большого количества уровней напряжения с использованием малого количества компонентов, которая, кроме того, занимала бы мало места. Кроме того, изобретение направлено на создание такой схемы преобразователя. Эти цели достигаются с помощью свойств пунктов 1 и 14 формулы изобретения. Предпочтительные признаки изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Коммутационная ячейка, в соответствии с изобретением, предназначенная для переключения большого количества уровней напряжения, имеет первый накопитель энергии и второй накопитель энергии, соединенный последовательно с первым накопителем энергии. Кроме того, коммутационная ячейка имеет первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели, причем первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели в каждом случае представляют собой управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые переключатели с управляемой однонаправленной передачей тока; первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели соединены последовательно, при этом первый силовой полупроводниковый переключатель соединен с первым накопителем энергии, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель соединен со вторым накопителем энергии. Кроме того, третий накопитель энергии соединен с точкой соединения между первым силовым полупроводниковым переключателем и вторым силовым полупроводниковым переключателем и точкой соединения между третьим силовым полупроводниковым переключателем и четвертым силовым полупроводниковым переключателем. В соответствии с изобретением переключающий элемент с управляемой двунаправленной передачей тока теперь соединен непосредственно с точкой соединения между вторым и третьим силовыми полупроводниковыми переключателями и непосредственно с точкой соединения между первым накопителем энергии и вторым накопителем энергии. Таким образом, предпочтительно, становится возможным установить или регулировать ток в точке соединения между первым накопителем энергии и вторым накопителем энергии в обоих направлениях. Кроме того, с помощью коммутационной ячейки в соответствии с изобретением становится возможным реализовать схему преобразователя, которая совместно с силовыми полупроводниковыми переключателями схемы преобразователя переключает, например, пять и семь уровней напряжения без необходимости использования множества переключающих элементов схемы преобразователя, которыми требуется управлять, что привело бы к существенному увеличению расходов. Кроме того, количество накопителей энергии, предпочтительно, остается без изменения. Затраты на изготовление схемы такого преобразователя могут соответствующим образом поддерживаться на низком уровне при использовании коммутационной ячейки в соответствии с изобретением, при этом также можно аналогично поддерживать малую плотность компоновки цепей управления переключающих элементов. Это означает, что такая схема преобразователя с коммутационной ячейкой в соответствии с изобретением может быть построена с очень малыми издержками, она мало подвержена воздействию взаимных помех и требует минимального места для размещения.
Эти и другие цели, преимущества и свойства настоящего изобретения будут понятны из следующего подробного описания предпочтительных вариантов воплощения изобретения, которые следует рассматривать совместно с чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - первый вариант воплощения коммутационной ячейки в соответствии с изобретением;
фиг.2 - первый вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения с коммутационной ячейкой по фиг.1,
фиг.2а - второй вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения со вторым вариантом воплощения коммутационной ячейки в соответствии с изобретением;
фиг.3 - третий вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количество уровней напряжения с третьим вариантом воплощения коммутационной ячейки в соответствии с изобретением;
фиг.4 - четвертый вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенный для переключения большого количества уровней напряжения с четвертым вариантом воплощения коммутационной ячейкой в соответствии с изобретением,
фиг.5 - пятый вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения с пятым вариантом воплощения коммутационной ячейки в соответствии с изобретением;
фиг.6 - шестой вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения с шестым вариантом воплощения коммутационной ячейки в соответствии с изобретением;
фиг.7 - седьмой вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения с седьмым вариантом воплощения коммутационной ячейки в соответствии с изобретением;
фиг.7а - восьмой вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения с восьмым вариантом воплощения коммутационной ячейки в соответствии с изобретением;
фиг.8 - девятый вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения с девятым вариантом воплощения коммутационной ячейки в соответствии с изобретением; и
фиг.8а - десятый вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения с десятым вариантом воплощения коммутационной ячейки в соответствии с изобретением.
Позиции, указанные на чертежах, и соответствующие им элементы перечислены в списке условных обозначений. В принципе, идентичные элементы обозначены на чертежах идентичными номерами ссылочных позиций. Описанные варианты воплощения представляют лишь примеры осуществления изобретения и не ограничивают объем изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 иллюстрируется первый вариант воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением. Кроме того, на фиг.2 показан первый вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения, с использованием коммутационной ячейки по фиг.1. В соответствии с фиг.2 схема преобразователя для переключения большого количества уровней напряжения имеет первый силовой полупроводниковый переключатель S7 и второй силовой полупроводниковый переключатель S8, который включен последовательно с первым силовым полупроводниковым переключателем S7. В соответствии с фиг.2 точка соединения между первым силовым полупроводниковым переключателем S7 и вторым силовым полупроводниковым переключателем S8 также формирует фазовое соединение, иллюстрируемое в качестве примера фазы R. В соответствии с фиг.1 и фиг.2 коммутационная ячейка 1 имеет первый накопитель 2 энергии и второй накопитель 3 энергии, соединенный последовательно с первым накопителем 2 энергии. Кроме того, коммутационная ячейка 1 имеет первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели S1, S2, S3, S4, причем первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели S1, S2, S3, S4 в каждом случае представляют собой управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые переключатели с управляемой однонаправленной передачей тока. В соответствии с фиг.1 каждый из первого, второго, третьего и четвертого силовых полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4 коммутационной ячейки 1, которые в каждом случае воплощены как управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые переключатели с управляемой однонаправленной передачей тока, сформированы в качестве примера на основе биполярного транзистора с изолированным затвором (IGВТ, БТИЗ) и с использованием диода, который подключен встречно-параллельно с биполярным транзистором. Однако также рассматривается возможность воплощения упомянутого выше управляемого двунаправленного силового полупроводникового переключателя, например, на основе силового MOSFET (ПТМОП, полевой транзистор со структурой металл - оксид - полупроводник) с добавлением подключенного встречно-параллельного диода. В соответствии со схемой преобразователя по фиг.2 первый и второй силовые полупроводниковые переключатели S7, S8 схемы преобразователя в каждом случае представляют собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока. В этом случае каждый из первого и второго силовых полупроводниковых переключателей S7, S8, которые в каждом случае воплощены как управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока, в соответствии с фиг.2 сформированы в качестве примера на основе биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ) и диода, соединенного встречно-параллельно с биполярным транзистором. Однако также предусматривается возможность воплощения упомянутого выше управляемого двунаправленного силового полупроводникового переключателя, например, на основе силового ПТМОП с добавлением включенного встречно-параллельного диода.
В соответствии с фиг.1 и фиг.2 первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели S1, S2, S3, S4 коммутационной ячейки 1 соединены последовательно, при этом первый силовой полупроводниковый переключатель S1 соединен с первым накопителем 2 энергии, а четвертый силовой полупроводниковый переключатель S4 соединен со вторым накопителем 3 энергии. Кроме того, третий накопитель 4 энергии соединен с точкой соединения между первым силовым полупроводниковым переключателем S1 и вторым силовым полупроводниковым переключателем S2 и с точкой соединения между третьим силовым полупроводниковым переключателем S3 и четвертым силовым полупроводниковым переключателем S4.
В соответствии с изобретением переключающий элемент А с управляемой однонаправленной передачей тока соединен непосредственно с точкой соединения между вторым и третьим силовыми полупроводниковыми переключателями S2, S3 и непосредственно с точкой соединения между первым накопителем 2 энергии и вторым накопителем 3 энергии. Таким образом, предпочтительно, становится возможным установить или регулировать ток в точке соединения между первым накопителем 2 энергии и вторым накопителем 3 энергии в обоих направлениях. Кроме того, с помощью коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением становится возможным реализовать схему преобразователя, которая совместно с силовыми полупроводниковыми переключателями схемы преобразователя переключает, например, пять и семь уровней напряжения без значительного увеличения количества переключающих элементов схемы преобразователя, которыми требуется управлять. Кроме того, количество накопителей 2, 3, 4 энергии, предпочтительно, остается без изменения. Затраты на изготовление такой схемы преобразователя, соответствующим образом, можно поддерживать на низком уровне при использовании коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением, в котором также можно поддерживать малую плотность компоновки цепей управления элементов переключателей. Это означает, что такая схема преобразователя с коммутационной ячейкой 1 в соответствии с изобретением может быть построена с очень простой компоновкой, незначительно подвержена взаимным помехам и занимает минимальное место.
Как показано, в качестве примера, в варианте воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением на фиг.2а, а также на фиг.3 - фиг.8а, варианты воплощения которых будут подробно описаны ниже, коммутационная ячейка 1 обычно соединена с первым силовым полупроводниковым переключателем S7 схемы преобразователя и вторым силовым полупроводниковым переключателем S8 схемы преобразователя. Совместно с коммутационной ячейкой 1 в соответствии с изобретением, в частности в соответствии с фиг.2 - фиг.8а, реализована схема преобразователя, которая позволяет переключать, например, пять и семь уровней напряжения без необходимости использования множества переключающих элементов схемы преобразователя, которыми требуется управлять, и в результате чего значительно увеличились бы затраты. Если с помощью схемы преобразователя переключают только пять уровней напряжения, количество избыточных комбинаций состояний переключения относительно уровня напряжения увеличивается, то есть, например, один и тот же уровень напряжения при фазовом соединении может быть установлен с помощью множества комбинаций состояний переключения силовых полупроводниковых переключателей S7, S8 схемы преобразователя, первого, второго, третьего и четвертого силовых полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4 коммутационной ячейки 1 и переключающего элемента А. В результате, становится возможным, например, обеспечить более однородное использование возможностей переключающих элементов схемы преобразователя, которыми требуется управлять, и третий накопитель 4 энергии может быть выполнен с малыми размерами, поскольку третий накопитель 4 энергии можно как заряжать, так и разряжать с использованием избыточных комбинаций состояний переключения. Затраты на изготовление схемы преобразователя такого типа могут, кроме того, поддерживаться на малом уровне при использовании коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением, при этом, кроме того, эксплуатационные затраты в отношении переключающих элементов, которыми требуется управлять, аналогичным образом можно поддерживать на низком уровне. Это означает, что такая схема преобразователя в соответствии с изобретением, с коммутационной ячейкой 1 в соответствии с изобретением может быть построена с очень простой компоновкой, она является надежной и занимает очень мало места.
В соответствии с фиг.2 - 8а в схеме преобразователя согласно изобретению обычно первый силовой полупроводниковый переключатель S7 схемы преобразователя соединен с точкой соединения между первым силовым полупроводниковым переключателем S1 коммутационной ячейкой 1 и вторым силовым полупроводниковым переключателем S2 коммутационной ячейкой 1, а второй силовой полупроводниковый переключатель S8 схемы преобразователя соединен с точкой соединения между третьим силовым полупроводниковым переключателем S3 коммутационной ячейки 1 и четвертым силовым полупроводниковым переключателем S4 коммутационной ячейки 1. В результате схема преобразователя в соответствии с изобретением реализована чрезвычайно просто, поэтому она незначительно подвержена взаимным помехам и экономит место.
В соответствии с фиг.1 и фиг.2 переключающий элемент А с управляемой двунаправленной передачей тока коммутационной ячейки 1 имеет два соединенных встречно-последовательно управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых переключателя S5, S6 с управляемой однонаправленной передачей тока. Управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые переключатели S5, S6 с управляемой однонаправленной передачей тока в каждом случае могут быть воплощены в соответствии с силовыми полупроводниковыми переключателями S1, S2, S3, S4, S7, S8, как отмечено выше. В случае встречно-последовательного соединения управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых переключателей S5, S6 с управляемой однонаправленной передачей тока существуют две возможности, то есть либо в соответствии с фиг.1 и фиг.2, или в соответствии со вторым вариантом воплощения схемы преобразователя согласно изобретению для переключения большого количества уровней напряжения по второму варианту воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением по фиг.2а.
На фиг.3 показан третий вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением для переключения большого количества уровней напряжения с третьим вариантом воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением, в котором переключающий элемент А с управляемой двунаправленной передачей тока имеет один управляемый однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель S9 с управляемой однонаправленной передачей тока и четыре однонаправленных силовых полупроводниковых переключателя D1, D2, D3, D4 с неуправляемой однонаправленной передачей тока. В этом случае управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель S9 с управляемой однонаправленной передачей тока может быть воплощен в соответствии с силовыми полупроводниковыми переключателями S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, как отмечено выше. Кроме того, четыре однонаправленных силовых полупроводниковых переключателя D1, D2, D3, D4 с неуправляемой однонаправленной передачей тока воплощены в качестве примера в каждом случае как диоды, которые подключены в соответствии с фиг.3 к управляемому двунаправленному силовому полупроводниковому переключателю S9 с однонаправленной передачей тока, переключающего элемента А. Переключающий элемент А, сформированный в соответствии с фиг.3, имеет только один управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель S9 с управляемой однонаправленной передачей тока, в результате чего дополнительно уменьшается плотность компоновки цепей управления и, таким образом, дополнительно понижается восприимчивость к помехам. Кроме того, могут быть уменьшены потери на переключение.
На фиг.4 иллюстрируется четвертый вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения, с четвертым вариантом воплощения коммутационной ячейки 1, в котором переключающий элемент А с управляемой двунаправленной передачей тока содержит первый и второй управляемые однонаправленные силовые полупроводниковые переключатели S10, S11 с управляемой однонаправленной передачей тока, и первый, и второй однонаправленные силовые полупроводниковые переключатели D5, D6 с неуправляемой однонаправленной передачей тока. В этом случае управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые переключатели S10, S11 с управляемой однонаправленной передачей тока могут быть воплощены в каждом случае в соответствии с силовыми полупроводниковыми переключателями S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, как отмечено выше. Кроме того, два однонаправленных силовых полупроводниковых переключателя D5, D6 с неуправляемой однонаправленной передачей тока воплощены в качестве примера. В соответствии с фиг.4 первый управляемый однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель S10 с управляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента А и первый однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель D5 с неуправляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента А соединены последовательно. Кроме того, второй управляемый однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель S11 с управляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента А и второй однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель D6 с неуправляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента А соединены последовательно. Кроме того, последовательная цепь, сформированная первым управляемым однонаправленным силовым полупроводниковым переключателем S10 с управляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента А, и первый однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель D5 с неуправляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента А соединены встречно-параллельно с последовательной цепью, сформированной вторым управляемым однонаправленным силовым полупроводниковым переключателем S11 с управляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента А и вторым однонаправленным силовым полупроводниковым переключателем D6 с неуправляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента А.
В пятом варианте (фиг.5) воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения, включающем в себя пятый вариант воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением, переключающий элемент А с управляемой двунаправленной передачей тока содержит управляемый силовой полупроводниковый переключатель S12 с управляемой двунаправленной передачей тока. Переключающий элемент А, сформированный в соответствии с фиг.5, соответственно имеет только один управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель S12, в результате чего можно дополнительно уменьшить плотность компоновки цепей управления и, таким образом, можно дополнительно снизить восприимчивость к взаимным помехам. Кроме того, потери на переключение могут быть уменьшены. Кроме того, уменьшаются потери энергии в открытом состоянии, поскольку только один управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель S12 предусмотрен в переключающем элементе А с управляемой двунаправленной передачей тока.
На фиг.6 показан шестой вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения, с шестым вариантом выполнения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением. На фиг.6 коммутационная ячейка 1 содержит два дополнительных силовых полупроводниковых переключателя S1.1, S1.2, подключенных последовательно между соединением первого силового полупроводникового переключателя S1 с первым накопителем 2 энергии, и два дополнительных силовых полупроводниковых переключателя S4.1, S4.2, также подключенных последовательно между соединением четвертого силового полупроводникового переключателя S4 со вторым накопителем 2 энергии. В общем, в коммутационной ячейке 1, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S1.1, S1.2 последовательно подключен между соединением первого силового полупроводникового переключателя S1 с первым накопителем 2 энергии, и в дополнение к этому, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S4.1, S4.2 подключен последовательно между соединением четвертого силового полупроводникового переключателя S4 со вторым накопителем 2 энергии. Каждый дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S1.1, S1.2, S4.1, S4.2 представляет собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока. В этом случае дополнительные силовые полупроводниковые переключатели S1.1, S1.2, S4.1, S4.2 могут быть воплощены в виде силовых полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S11, как упомянуто выше. Переключающий элемент А сформирован в соответствии с фиг.1 или фиг.2, в котором, конечно, также может быть предусмотрен переключающий элемент в соответствии с фиг.2а-5. Если с помощью схемы преобразователя переключают только пять уровней напряжения, все силовые полупроводниковые переключатели S1, S1.1, S1.2, S2, S3, S4, S4.1, S4.2, S5, S6, S7, S8, предпочтительно, могут быть выполнены для работы с одним и тем же блокирующим напряжением. В случае, по меньшей мере, двух дополнительных силовых полупроводниковых переключателей S1.1, S1.2, последовательно подключенных между соединением первого силового полупроводникового переключателя S1 с первым накопителем 2 энергии и, по меньшей мере, двух дополнительных силовых полупроводниковых переключателей S4.1, S4.2, последовательно подключенных между соединением четвертого силового полупроводникового переключателя S4 со вторым накопителем 2 энергии, как показано на фиг.6, последовательно подключенные силовые полупроводниковые переключатели S1.1, S1.2, S4.1, S4.2 теперь предпочтительно могут быть синхронизированы со смещением для лучшего распределения потерь на переключение. В случае только одного дополнительного силового полупроводникового переключателя S1.1, который последовательно подключен между соединением первого силового полупроводникового переключателя S1 с первым накопителем 2 энергии, и только одного дополнительного силового полупроводникового переключателя S4.1, последовательно подключенного между соединением четвертого силового полупроводникового переключателя S4 со вторым накопителем 2 энергии, последовательно подключенный силовой полупроводниковый переключатель S1.1, S4.1, предпочтительно, может быть выполнен с удвоенным блокирующим напряжением. При этом упомянутые дополнительные силовые полупроводниковые переключатели S1.1, S4.1 могут тогда работать с более низкой частотой переключения, чем первый силовой полупроводниковый переключатель S1 коммутационной ячейки 1 и, соответственно, четвертый силовой полупроводниковый переключатель S4 коммутационной ячейки 1, так, что потери в открытом состоянии дополнительных силовых полупроводниковых переключателей S1.1, S4.1 можно в целом поддерживать на низком уровне. В качестве примера в этом случае такой дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S1.1, S4.1 с удвоенным блокирующим напряжением может быть выполнен как интегрированный тиристор, который соединен через управляющий электрод (IGCT, ИКЗТ - интегрированный коммутируемый по затвору запираемый тиристор), или тиристор с запираемым затвором (GTO, ТЗЗ) в каждом случае со встречно-параллельно подключенным диодом, в котором первый силовой полупроводниковый переключатель S1 и четвертый силовой полупроводниковый переключатель S4 могут представлять собой, например, биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) или силовой ПТМОП в каждом случае со встречно-параллельным подключенным диодом. Каскадная система преобразователя, предпочтительно, может быть очень легко построена, например, с использованием вариантов воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением, представленным на фиг.6.
На фиг.7 показан седьмой вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения, с седьмым вариантом воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением. Кроме того, на фиг.7а показан восьмой вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения, с восьмым вариантом воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением. В общем, в случае коммутационной ячейки 1 по фиг.7 и фиг.7а, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S4.1, S4.2 подключен между соединением четвертого силового полупроводникового переключателя S4 со вторым накопителем 3 энергии. Каждый дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S4.1, S4.2 в каждом случае представляет собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока. В этом случае дополнительные силовые полупроводниковые переключатели S4.1, S4.2 могут быть воплощены в виде силовых полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S11, как упомянуто выше. Переключающий элемент А сформирован на фиг.7 и фиг.7а в соответствии с фиг.1 и фиг.2, соответственно, при этом, конечно, также предусматривается возможность формирования переключающего элемента в соответствии с фиг.2а-5. В случае одного дополнительного силового полупроводникового переключателя S4.1, как показано на фиг.7, дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S4.1 подключен встречно-последовательно относительно четвертого силового полупроводникового переключателя S4. В отличие от этого, в случае множества дополнительных силовых полупроводниковых переключателей S4.1, S4.2, как показано на фиг.7а, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S4.1 подключен встречно-последовательно относительно четвертого силового полупроводникового переключателя S4, и, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S4.2 подключен последовательно относительно четвертого силового полупроводникового переключателя S4. Каскадная система преобразователя аналогичным образом может быть построена очень просто, например с помощью вариантов воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с фиг.7 и в соответствии с фиг.7а, соответственно.
На фиг.8 показан девятый вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения в соответствии с девятым вариантом воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением. Кроме того, на фиг.8а иллюстрируется десятый вариант воплощения схемы преобразователя в соответствии с изобретением, предназначенного для переключения большого количества уровней напряжения в соответствии с десятым вариантом воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с изобретением. Обычно в случае коммутационной ячейки 1 по фиг.8 и фиг.8а, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S1.1, S1.2 подключен между соединением первого силового полупроводникового переключателя S1 со вторым силовым полупроводниковым переключателем S2. Каждый дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S1.1, S1.2 в каждом случае представляет собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока. В этом случае дополнительные силовые полупроводниковые переключатели S1.1, S1.2 могут быть воплощены в каждом случае в виде силовых полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, S11, как упомянуто выше. Переключающий элемент А сформирован на фиг.8 и фиг.8а, в соответствии с фиг.1 и фиг.2, соответственно, при этом, конечно, также предусматривается возможность формирования переключающего элемента в соответствии с фиг.2а-фиг.5. В случае одного дополнительного силового полупроводникового переключателя S1.1, как показано на фиг.8, дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S1.1 подключен встречно-последовательно относительно первого силового полупроводникового переключателя S1. В отличие от этого, в случае множества дополнительных силовых полупроводниковых переключателей S1.1, S1.2, как показано на фиг.8а, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S1.1 подключен встречно-последовательно относительно первого силового полупроводникового переключателя S1, и, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель S1.2 подключен последовательно относительно первого силового полупроводникового переключателя S1. Каскадная система преобразователя может быть построена очень просто, например также с помощью вариантов воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с фиг.8 и по фиг.8а, соответственно.
Очевидно, что специалист в данной области техники сможет свободно комбинировать все варианты воплощения коммутационной ячейки 1 в соответствии с фиг.2-8а, или со схемой преобразователя в соответствии с фиг.2-8а, а также между собой, как по одной, так и во множестве, для формирования системы преобразователя.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ
1 Коммутационная ячейка
2 Первый накопитель энергии
3 Второй накопитель энергии
4 Третий накопитель энергии
А Переключающий элемент коммутационной ячейки
S1 Первый силовой полупроводниковый переключатель коммутационной ячейки
S2 Второй силовой полупроводниковый переключатель коммутационной ячейки
S3 Третий силовой полупроводниковый переключатель коммутационной ячейки
S4 Четвертый силовой полупроводниковый переключатель коммутационной ячейки
S5 Управляемый силовой полупроводниковый переключатель переключающего элемента коммутационной ячейки
S6 Управляемый силовой полупроводниковый переключатель переключающего элемента коммутационной ячейки
S7 Первый силовой полупроводниковый переключатель схемы преобразователя
S8 Второй силовой полупроводниковый переключатель схемы преобразователя
S9 Управляемый силовой полупроводниковый переключатель переключающего элемента коммутационной ячейки
S10 Управляемый силовой полупроводниковый переключатель переключающего элемента коммутационной ячейки
S11 Управляемый силовой полупроводниковый переключатель переключающего элемента коммутационной ячейки
S12 Управляемый силовой полупроводниковый переключатель переключающего элемента коммутационной ячейки
D1, D2, D3, D4, D5, D6 Силовые полупроводниковые переключатели переключающего элемента коммутационной ячейки

Claims (16)

1. Коммутационная ячейка (1), содержащая первый накопитель (2) энергии и второй накопитель (3) энергии, подключенные последовательно друг с другом, первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели (S1, S2, S3, S4), причем первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели (S1, S2, S3, S4) представляют собой управляемые двунаправленные силовые полупроводниковые переключатели с управляемой однонаправленной передачей тока, при этом первый, второй, третий и четвертый силовые полупроводниковые переключатели (S1, S2, S3, S4) подключены последовательно, первый силовой полупроводниковый переключатель (S1) подключен к первому накопителю (2) энергии, четвертый силовой полупроводниковый переключатель (S4) подключен ко второму накопителю (3) энергии, третий накопитель (4) энергии, подключенный к точке соединения между первым силовым полупроводниковым переключателем (S1) и вторым силовым полупроводниковым переключателем (S2) и к точке соединения между третьим силовым полупроводниковым переключателем (S3) и четвертым силовым полупроводниковым переключателем (S4), и переключающий элемент (А) с управляемой двунаправленной передачей тока, соединенный непосредственно с точкой соединения между вторым и третьим силовыми полупроводниковыми переключателями (S2, S3) и непосредственно с точкой соединения между первым накопителем (2) энергии и вторым накопителем (3) энергии.
2. Коммутационная ячейка (1) по п.1, в которой переключающий элемент (А) с управляемой двунаправленной передачей тока включает в себя два соединенных встречно-последовательно управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых переключателя (S5, S6) с управляемой однонаправленной передачей тока.
3. Коммутационная ячейка (1) по п.1, в которой переключающий элемент (А) с управляемой двунаправленной передачей тока включает в себя один управляемый однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель (S9) с управляемой однонаправленной передачей тока и четыре однонаправленных силовых полупроводниковых переключателя (D1, D2, D3, D4) с неуправляемой однонаправленной передачей тока.
4. Коммутационная ячейка (1) по п.1, в которой переключающий элемент (А) с управляемой двунаправленной передачей тока включает в себя первый и второй управляемые однонаправленные силовые полупроводниковые переключатели (S10, S11) с управляемой однонаправленной передачей тока и первый и второй однонаправленные силовые полупроводниковые переключатели (D5, D6) с неуправляемой однонаправленной передачей тока.
5. Коммутационная ячейка (1) по п.4, в которой первый управляемый однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель (S10) с управляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента (А) и первый однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель (D5) с неуправляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента (А) подключены последовательно, при этом второй управляемый однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель (S11) с управляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента (А) и второй однонаправленный силовой полупроводниковый переключатель (D6) с неуправляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента (А) подключены последовательно, причем последовательная цепь, сформированная первым управляемым однонаправленным силовым полупроводниковым переключателем (S10) с управляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента (А) и первым однонаправленным силовым полупроводниковым переключателем (D5) с неуправляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента (А), соединена встречно-параллельно с последовательной цепью, сформированной вторым управляемым однонаправленным силовым полупроводниковым переключателем (S11) с управляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента (А) и вторым однонаправленным силовым полупроводниковым переключателем (D6) с неуправляемой однонаправленной передачей тока переключающего элемента (А).
6. Коммутационная ячейка (1) по п.1, в которой переключающий элемент (А) с управляемой двунаправленной передачей тока включает в себя управляемый силовой полупроводниковый переключатель (S12) с управляемой двунаправленной передачей тока.
7. Коммутационная ячейка (1) по любому из пп.1-6, в которой, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S1.1, S1.2) последовательно соединен между соединением первого силового полупроводникового переключателя (S1) с первым накопителем (2) энергии, и по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S4.1, S4.2) последовательно соединен между соединением четвертого силового полупроводникового переключателя (S4) со вторым накопителем (S2) энергии, при этом каждый дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S1.1, S1.2, S4.1, S4.2) представляет собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока.
8. Коммутационная ячейка (1) по любому из пп.1-6, в которой, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S4.1, S4.2) соединен между соединением четвертого силового полупроводникового переключателя (S4) со вторым накопителем (3) энергии, при этом каждый дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S4.1, S4.2) представляет собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока.
9. Коммутационная ячейка (1) по п.8, в которой в случае одного дополнительного силового полупроводникового переключателя (S4.1) этот дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S4.1) подключен встречно-последовательно относительно четвертого силового полупроводникового переключателя (S4).
10. Коммутационная ячейка (1) по п.8, в которой в случае множества дополнительных силовых полупроводниковых переключателей (S4.1, S4.2), по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S4.1) подключен встречно-последовательно относительно четвертого силового полупроводникового переключателя (S4), и, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S4.2) соединен последовательно относительно четвертого силового полупроводникового переключателя (S4).
11. Коммутационная ячейка (1) по любому из пп.1-6, в которой, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S1.1, S1.2) подключен между соединением первого силового полупроводникового переключателя (S1) со вторым силовым полупроводниковым переключателем (S2), при этом каждый дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S1.1, S1.2) представляет собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока.
12. Коммутационная ячейка (1) по п.11, в которой в случае одного дополнительного силового полупроводникового переключателя (S1.1) этот дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S1.1) подключен встречно-последовательно относительно первого силового полупроводникового переключателя (S1).
13. Коммутационная ячейка (1) по п.11, в которой в случае множества дополнительных силовых полупроводниковых переключателей (S1.1, S1.2), по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S1.1) подключен встречно-последовательно относительно первого силового полупроводникового переключателя (S1) и, по меньшей мере, один дополнительный силовой полупроводниковый переключатель (S1.2) подключен последовательно относительно первого силового полупроводникового переключателя (S1).
14. Схема преобразователя для переключения большого числа уровней напряжения, содержащая первый силовой полупроводниковый переключатель (S7), второй силовой полупроводниковый переключатель (S8), соединенный последовательно с первым силовым полупроводниковым переключателем (S7), и коммутационную ячейку (1) по любому из пп.1-13, соединенную с первым силовым полупроводниковым переключателем (S7) схемы преобразователя и со вторым силовым полупроводниковым переключателем (S8) схемы преобразователя.
15. Схема преобразователя по п.14, в которой первый силовой полупроводниковый переключатель (S7) схемы преобразователя соединен с точкой соединения между первым силовым полупроводниковым переключателем (S1) коммутационной ячейки (1) и вторым силовым полупроводниковым переключателем (S2) коммутационной ячейки (1), и второй силовой полупроводниковый переключатель (S8) схемы преобразователя соединен с точкой соединения между третьим силовым полупроводниковым переключателем (S3) коммутационной ячейки (1) и четвертым силовым полупроводниковым переключателем (S4) коммутационной ячейки (1).
16. Схема преобразователя по п.14 или 15, в которой первый и второй силовые полупроводниковые переключатели (S7, S8) схемы преобразователя представляют собой управляемый двунаправленный силовой полупроводниковый переключатель с управляемой однонаправленной передачей тока.
RU2008135336/07A 2006-02-01 2006-12-14 Коммутационная ячейка и схема преобразователя для переключения большого количества уровней напряжения RU2402144C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06405047 2006-02-01
EP06405047.9 2006-02-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008135336A RU2008135336A (ru) 2010-03-10
RU2402144C2 true RU2402144C2 (ru) 2010-10-20

Family

ID=36891686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008135336/07A RU2402144C2 (ru) 2006-02-01 2006-12-14 Коммутационная ячейка и схема преобразователя для переключения большого количества уровней напряжения

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7639515B2 (ru)
EP (1) EP1980013B1 (ru)
JP (1) JP5113078B2 (ru)
KR (1) KR101234404B1 (ru)
CN (1) CN101336508B (ru)
AT (1) ATE459131T1 (ru)
CA (1) CA2640688C (ru)
DE (1) DE502006006287D1 (ru)
HK (1) HK1125498A1 (ru)
RU (1) RU2402144C2 (ru)
WO (1) WO2007087732A1 (ru)

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE470983T1 (de) * 2007-03-30 2010-06-15 Abb Research Ltd Schaltzelle sowie umrichterschaltung zur schaltung einer vielzahl von spannungsniveaus mit einer solchen schaltzelle
EP2161825A1 (de) 2008-09-04 2010-03-10 ABB Research Ltd. Schaltzelle zur Schaltung von fünf oder mehr Spannungsniveaus
JP5417641B2 (ja) * 2009-04-01 2014-02-19 国立大学法人長岡技術科学大学 電力変換装置
CN101944852B (zh) 2009-07-07 2013-03-27 台达电子工业股份有限公司 多相开关电源转换电路
CN102403907B (zh) * 2009-07-07 2014-12-31 台达电子工业股份有限公司 多相开关电源转换电路
US8582331B2 (en) * 2009-07-20 2013-11-12 Vincotech Holdings S.à.r.l. Inverter topologies usable with reactive power
CN102255538B (zh) * 2010-05-19 2014-03-12 力博特公司 一种t型三电平逆变电路
JP5510146B2 (ja) * 2010-07-21 2014-06-04 富士電機株式会社 電力変換装置の制御回路
RU2523332C1 (ru) 2010-12-13 2014-07-20 Абб Текнолоджи Лтд. Многоуровневый преобразователь напряжения
EP2487786A3 (en) * 2011-02-08 2015-06-03 Fuji Electric Co., Ltd. Five-level power conversion device
JP5659877B2 (ja) * 2011-03-07 2015-01-28 富士電機株式会社 電力変換装置
WO2012146792A2 (es) * 2011-04-29 2012-11-01 Ingeteam Energy, S.A. Convertidor electrónico multinivel de potencia
JP5644943B2 (ja) 2011-06-10 2014-12-24 富士電機株式会社 半導体モジュール、上下アームキットおよび３レベルインバータ
JP5644944B2 (ja) 2011-07-05 2014-12-24 富士電機株式会社 マルチレベル変換回路
JP5803683B2 (ja) * 2012-01-13 2015-11-04 富士電機株式会社 マルチレベル電力変換回路
JP2013215043A (ja) 2012-04-02 2013-10-17 Fuji Electric Co Ltd マルチレベル電力変換装置
JP2013223274A (ja) 2012-04-13 2013-10-28 Fuji Electric Co Ltd マルチレベル電力変換装置
JP6040582B2 (ja) 2012-06-14 2016-12-07 富士電機株式会社 マルチレベル電力変換回路の保護制御方式
JP6111541B2 (ja) 2012-07-09 2017-04-12 富士電機株式会社 マルチレベル電力変換回路の制御方式
EP2733837A1 (de) * 2012-11-16 2014-05-21 ABB Technology AG Umrichter
US9252670B2 (en) * 2012-12-19 2016-02-02 General Electric Company Multilevel converter
JP6111726B2 (ja) * 2013-02-19 2017-04-12 富士電機株式会社 マルチレベル電力変換回路の制御方式
JP6079407B2 (ja) * 2013-04-22 2017-02-15 富士電機株式会社 マルチレベル変換回路
JP6146130B2 (ja) * 2013-05-21 2017-06-14 富士電機株式会社 電力変換装置のゲート駆動電源供給回路
CN104218832B (zh) * 2013-05-30 2016-12-28 阳光电源股份有限公司 一种单相五电平拓扑及逆变器
JP2015012621A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 富士電機株式会社 マルチレベル電力変換回路
WO2015049743A1 (ja) * 2013-10-02 2015-04-09 富士電機株式会社 ３レベルインバータ
JP6454939B2 (ja) * 2014-10-29 2019-01-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナ
US9966875B2 (en) * 2015-01-29 2018-05-08 Hongliang Wang Five-level topology units and inverter thereof
RU2671947C1 (ru) * 2015-06-23 2018-11-08 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Инвертор с возможностью заряда
CN106329975B (zh) * 2015-07-10 2019-02-12 台达电子企业管理（上海）有限公司 五电平变换装置
CN105226978B (zh) 2015-10-10 2018-04-10 阳光电源股份有限公司 一种五电平逆变器及其应用电路
US10075080B1 (en) * 2017-07-18 2018-09-11 Texas Instruments Incorporated Three-level converter using an auxiliary switched capacitor circuit
WO2019063078A1 (de) * 2017-09-28 2019-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Submodul für einen modularen mehrstufenumrichter
EP3573227A1 (en) 2018-05-23 2019-11-27 Nidec ASI S.A. Electric power converter
FR3081634B1 (fr) * 2018-05-23 2021-02-26 Nidec Asi Convertisseur de puissance electrique
US11336203B2 (en) * 2018-09-07 2022-05-17 Socovar S.E.C. Multilevel electric power converter
US10965221B1 (en) * 2020-09-01 2021-03-30 King Abdulaziz University Switched capacitor based boost inverter topology with a higher number of levels and higher voltage gain
CN112019076B (zh) * 2020-10-13 2021-04-09 深圳格瑞特新能源有限公司 高增益单相逆变器、控制方法及三相逆变器
CN112019075B (zh) * 2020-11-02 2021-04-09 深圳格瑞特新能源有限公司 高增益单相逆变器、控制方法及三相逆变器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3962629A (en) * 1975-05-15 1976-06-08 Alexandr Ivanovich Martyashin Device for measurement of parameters of compound electric circuit elements
US5493134A (en) * 1994-11-14 1996-02-20 North Carolina State University Bidirectional AC switching device with MOS-gated turn-on and turn-off control
SE511219C2 (sv) * 1998-01-27 1999-08-23 Asea Brown Boveri Omriktare där klampningsdioderna ersatts av en aktiv klampningskrets
DE10027575A1 (de) * 1999-09-02 2001-04-05 Abb Patent Gmbh ARCP Mehrpunktstromrichter mit potentialvariablen Zwischenkapazitäten
DE10061589C1 (de) * 2000-12-11 2002-07-25 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung mit Integriertem Verstärker
SE524477C2 (sv) * 2001-08-21 2004-08-17 Emerson Energy Systems Ab Arrangemang för en elektrisk omvandlare
JP4071675B2 (ja) 2003-05-27 2008-04-02 東芝三菱電機産業システム株式会社 無停電電源装置の並列運転システム
CA2540306C (en) * 2003-10-17 2013-04-30 Abb Research Ltd. Converter circuit for switching a large number of switching voltage levels
CN2710247Y (zh) * 2004-01-02 2005-07-13 英属开曼群岛凹凸微系国际有限公司 用于非线性负载的高效率转换器电路
ES2296142T3 (es) * 2004-06-18 2008-04-16 Abb Schweiz Ag Procedimiento para el tratamiento de errores en un circuito convertidor para la conmutacion de tres niveles de tension.
CN100456616C (zh) * 2004-12-08 2009-01-28 力博特公司 一种逆变电路及其逆变方法
CN1625037A (zh) * 2004-12-10 2005-06-08 华中科技大学 级联型多电平逆变器

Also Published As

Publication number Publication date
EP1980013A1 (de) 2008-10-15
JP2009525717A (ja) 2009-07-09
HK1125498A1 (en) 2009-08-07
DE502006006287D1 (de) 2010-04-08
CN101336508A (zh) 2008-12-31
ATE459131T1 (de) 2010-03-15
CA2640688A1 (en) 2007-08-09
US7639515B2 (en) 2009-12-29
CA2640688C (en) 2014-02-11
CN101336508B (zh) 2012-05-30
US20080315859A1 (en) 2008-12-25
JP5113078B2 (ja) 2013-01-09
WO2007087732A1 (de) 2007-08-09
EP1980013B1 (de) 2010-02-24
RU2008135336A (ru) 2010-03-10
KR20080094903A (ko) 2008-10-27
KR101234404B1 (ko) 2013-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2402144C2 (ru) Коммутационная ячейка и схема преобразователя для переключения большого количества уровней напряжения
US20170294850A1 (en) Multilevel converter
EP2946464B1 (en) A multilevel converter with hybrid full-bridge cells
US7663268B2 (en) Converters for high power applications
ES2959584T3 (es) Convertidor multinivel modular con pérdidas reducidas
US10608522B2 (en) Electrical circuit with auxiliary voltage source for zero-voltage switching in DC-DC converter under all load conditions
US9800175B2 (en) Five-level converting device
EP2590312A1 (en) Voltage source converter (VSC) with neutral-point-clamped (NPC) topology and method for operating such voltage source converter
US9525348B1 (en) Power converter having integrated capacitor-blocked transistor cells
US20130170255A1 (en) Apparatus for controlling the electric power transmission in a hvdc power transmission system
US20130099572A1 (en) Cell Based DC/DC Converter
JP2008259202A (ja) スイッチギア・セル、及びこのようなスイッチギア・セルを備え、複数の電圧レベルをスイッチングするためのコンバータ回路
US20150372612A1 (en) Converter cell with reduced power losses, high voltage multilevel converter and associated method
US10873254B2 (en) Electrical circuit for zero-voltage soft-switching in DC-DC converter under all load conditions
US20210013816A1 (en) Voltage source converter apparatus
CN107546974B (zh) 具有级联二极管电路的升压电路和逆变器拓扑
WO2017216291A1 (en) Modular multilevel converter and cell for reducing current conduction losses
CA2894127C (en) Switching stage, energy conversion circuit, and conversion stage for wind turbines comprising the energy conversion circuit
Modeer et al. High-voltage tapped-inductor buck converter auxiliary power supply for cascaded converter submodules
WO2014154265A1 (en) Hybrid power converter with modular multilevel strings (m2lc) in neutral point clamping topology
Radke et al. Low Commutation Inductance Using Standard Half Bridge IGBT Modules in High Power 3-Level (A)-NPC Inverters
Costa et al. Comparison of basic power cells for quad-active-bridge DC-DC converter in smart transformer
KR102261327B1 (ko) 인버터 시스템
CN108604877B (zh) 链式链路转换器的子模块
BR102020009758A2 (pt) Conversor bidirecional modular intercalado de múltiplas portas

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151215