[发明专利]用于转换多个电压级别的开关装置单元和变换器电路

说明书

技术领域

本发明涉及变换器电路领域。根据独立权利要求的前序，它基于 用于转换多个电压级别的变换器电路以及开关装置单元(Schaltzelle)。

背景技术

如今，在变换器技术中功率半导体开关更多地被使用，尤其是应 用于转换(Schaltung)多个电压级别的变换器电路中。用于转换多个电 压级别的这种变换器电路是在“具有自电压均衡的通用多级逆变器拓 扑”(A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self Voltage Balancing”，IEEE Transactions on Industry Applications，Vol.37，No.2， March/April2001)中给出的。在图1中相应于用于转换例如三个电压 级别的变换器电路给出了开关装置单元，开关装置单元具有第一能量 存储器和串联于第一能量存储器的第二能量存储器。此外开关装置单 元还具有第一、第二、第三和第四功率半导体开关，其中第一、第二、 第三和第四功率半导体开关分别是具有被控单向通电方向 (unidirektionaler Stromfuehrungsrichtung)的可控双向功率半导体开关， 第一、第二、第三和第四功率半导体开关串联，第一功率半导体开关 与第一能量存储器连接而第四功率半导体开关与第二能量存储器连 接。第二功率半导体开关与第三功率半导体开关的连接点和第一能量 存储器与第二能量存储器的连接点连接，尤其是直接连接。此外，第 三能量存储器和第一功率半导体开关与第二功率半导体开关的连接 点，且和第三功率半导体开关与第四功率半导体开关的连接点连接。

在基于根据在“具有自电压均衡的通用多级逆变器拓扑”(A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self Voltage Balancing”， IEEE Transactions on Industry Applications，Vol.37，No.2， March/April2001)的开关装置单元的变换器电路中是有问题的，即在 例如所期望的较高数量的要转换的电压级别的情况下，比如五个或七 个电压级别，必需的功率半导体开关的数量和必需的能量存储器的数 量显著增加，如根据在“具有自电压均衡的通用多级逆变器拓扑”(A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self Voltage Balancing”， IEEE Transactions on Industry Applications，Vol.37，No.2， March/April2001)的图1所示。由此有非常高的电路花费且就功率半 导体开关而言还有高出很多的控制花费，由此通常情况下产生了增大 的干扰敏感性和由此导致较低的可用性。此外这种变换器电路需要大 量的空间。

在“具有钳位电压稳定的软开关三级电容钳位逆变器” (Soft-Switched Three-Level Capacitor Clamping Inverter with Claming Voltage Stabilization，IEEE Transactions on Industry Applications， Vol.36，No。4，July/August2000)中也公开了具有第一能量存储器、 串联于第一能量存储器的第二能量存储器、和第一、第二、第三和第 四功率半导体开关的开关装置单元，其中第一、第二、第三和第四功 率半导体开关分别是具有被控单向通电方向的可控双向功率半导体 开关且第一、第二、第三和第四功率半导体开关串联，第一功率半导 体开关与第一能量存储器连接而第四功率半导体开关与第二能量存 储器连接。此外设置了第三能量存储器，第三能量存储器和第一功率 半导体开关与第二功率半导体开关的连接点及第三功率半导体开关 与第四功率半导体开关的连接点连接。此外设置了具有被控双向通电 方向的开关元件，其通过第一电感和第一变压器和第二功率半导体开 关与第三功率半导体开关的连接点连接，且其通过第二电感和第二变 压器和第一能量存储器与第二能量存储器的连接点连接

发明内容