[发明专利]有源三电平中性点钳位转换器模块

说明书

本发明涉及一种有源三电平中性点钳位转换器模块，具体涉及一种改进的有源中性点钳位(ANPC)转换器，用于将在正输入端子、中性输入端子和负输入端子处提供的DC输入电压转换成要供应给输出端子的AC输出电压。根据本发明的三电平转换器包括至少第一开关支路和第二开关支路，其中，第一开关支路和第二开关支路被各自装配以形成分开的半导体模块，并且其中，第一开关支路和第二开关支路的第一正直流端子和第二正直流端子、第一负直流端子和第二负直流端子、第一中性直流端子和第二中性直流端子以及第一交流端子和第二交流端子分别连接至彼此。

技术领域

本发明涉及一种改进的有源中性点钳位(ANPC)转换器，用于将在正输入端子、中性输入端子和负输入端子处提供的DC输入电压转换成要提供给输出端子的AC输出电压。

背景技术

DC-AC转换器通常用于不同的技术领域，例如可再生能源领域。由于技术进步和市场发展，对高效转换器的需求变得越来越重要。具体地，在可再生能源领域，例如，太阳能设备需要高效的DC-AC转换器来将可再生能源转换成通常可访问的形式，并且允许反馈到电网。在这方面，期望进一步减少DC-AC转换器内的传导损耗和开关损耗。

NPC转换器拓扑由于其干净和容易的设计和简单的控制实现而受欢迎。NPC转换器也被称为三电平转换器，因为AC输出电压是从三个电压电平即正、负和零DC电压产生的。随着功率场效应晶体管FET领域的发展，NPC转换器拓扑可以被用于高电压电力模块。在本发明的上下文中，电力模块将被理解为提供+/-600伏的AC电压。在这方面，NPC转换器会(至少部分地)要求承受1200伏的DC电压的额定电压。

NPC转换器包括三个功能不同的电路。第一，正开关电路向NPC转换器的输出端子供应在正输入端子处提供的正电压电平。第二，负开关电路向NPC转换器的输出端子供应在负输入端子处提供的负电压电平。第三，中性开关电路向NPC转换器的输出端子供应在中性输入端子处提供的中性电压电平。

因此，通过随后使得能够实现以下来将三电平AC电压提供给NPC转换器的输出：首先，正开关电路，其次，中性开关电路，之后，负开关电路，以及最后，NPC转换器。

由于已经得到的与这种转换器一起使用的广泛的和已确立的知识，并且由于其基于具有非常少的部件的相对简单的结构的事实，所有这些都有助于被充分证明的和可靠的性能，NPC转换器已经成为商业市场中广泛使用的解决方案。

然而，传统NPC转换器拓扑关于开关损耗和效率是不利的。特别地，传统三电平NPC转换器具有电力损耗在开关装置之间不均衡分布的缺点。这导致了限制输出电力能力的不均衡的热性能并且可能影响电力转换器可靠性。这个缺点是无法避免的，因为它在三电平NPC拓扑中是固有的。

因此，为了减轻上述缺点，研发了图19中描述的三电平有源中性点钳位(ANPC)拓扑(例如在2005年6月《IEEE Transactions on Industrial Electronics》第52卷第3期第855-868页T.Brückner,S.Bernet和H.Güldner“The Active NPC Converter and ItsLoss-Balancing Control”中示出)。三电平ANPC通过具有反并联二极管的开关装置替换钳位二极管以便为中性电流提供可控路径。因此，三电平ANPC能够提供一定的自由度来控制开关装置之间的损耗分布。由于此，与传统三电平NPC相比，全局热性能更均衡并且提高了输出电力能力。

图19中示出了传统三电平ANPC转换器的两个典型的换向状态。如与开关Sa5反并联的二极管和开关Sa2周围或者开关Sa6和与开关Sa3反并联的二极管周围的虚线所示，与负载电流的极性无关，总是存在两条通向转换器的中性点的路径。

必须注意，在图19以及本发明的以下描述中，总是仅示出和解释转换器的一个相支线(leg)。然而，对于本领域技术人员而言，清楚的是本发明当然也可以通过使用并联的多于一个的相支线而与多相转换器一起使用。