[发明专利]用于三电平转换器的开关分支及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于三电平转换器的开关分支以及用于控制三电平转换器的开关分支的方法。

背景技术

三电平转换器是指具有三个直流极的转换器。除了直流正极和直流负极外，三电平转换器还具有直流中性极。T.Brückner，S.Bernet and H.Güldner，″The Active NPC Converter and Its Loss-Balancing Control″，IEEE transactions on industrial electronics，Vol.52，No.3，June 2005中给出了三电平中性点钳位式转换器的示例。特别地，给出了有源的三电平中性点钳位式转换器的示例。

图1示出了三电平转换器的开关分支的示例。该开关分支包括六个二极管D1至D6和六个可控开关S1至S6。包括一个或多个如图1所示的开关分支的转换器可以作为整流器或逆变器工作。然后，根据所使用的调整方案控制这些开关S1至S6。

在开关分支的整流器操作中，当电流通过交流极AC流进开关分支时，交流极AC可以通过第一二极管D1和第二二极管D2与直流正极Udc+连接，并且可以通过第二二极管D2和第五开关S5或者通过第三开关S3和第六二极管D6与直流中性极NP连接。此外，在开关分支的整流器操作中，当电流通过交流极AC流出开关分支时，直流负极Udc-可以通过第四二极管D4和第三二极管D3与交流极AC连接，并且直流中性极NP可以通过第六开关S6和第三二极管D3或者通过第五二极管D5和第二开关S2与交流极AC连接。

在开关分支的逆变器操作中，当电流通过交流极AC流进开关分支时，交流极AC可以通过第三开关S3和第四开关S4与直流负极Udc-连接，并且通过第三开关S3和第六二极管D6或者通过第二二极管D2和第五开关S5与直流中性极NP连接。此外，在开关分支的逆变器操作中，当电流通过交流极AC流出开关分支时，直流正极Udc+可以通过第一开关S1和第二开关S2与交流极AC连接，并且直流中性极NP可以通过第五二极管D5和第二开关S2或者通过第六开关S6和第三二极管D3与交流极AC连接。

图1中的开关分支可以实施为一个集成功率模块，该集成功率模块包括主电路的二极管和可控开关。然后，冷却优化会呈现问题，例如，因为不同的部件通常对冷却有不同的要求。

该问题的一个解决方案是向不同的部件分配负载以便在这些部件之间分配功耗。因此，直流中性极NP和交流极AC之间的连接在如上所述的可替选连接路径之间交替。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法和用于实施该方法的设备，以解决或至少减轻上述问题。本发明的目的通过三电平转换器的开关分支、转换器、方法和计算机程序产品来实现，其中，这些开关分支、转换器、方法和计算机程序产品的特征如独立权利要求中所述。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。

本发明首先基于如下思想：开关分支的第一半导体开关、第一二极管、第五半导体开关和第五二极管存在于第一开关分支所特有的半导体模块中，并且开关分支的第四半导体开关、第四二极管、第六半导体开关和第六二极管存在于第二开关分支所特有的半导体模块中。本发明还基于如下思想：当转换器作为整流器工作时，控制半导体开关，以使得当电流通过交流极流进开关分支时，使所述电流始终流过第一二极管或第五半导体开关，并且以使得当电流通过交流极流出开关分支时，使所述电流始终流过第四二极管或第六半导体开关。此外或可替选地，当转换器作为逆变器工作时，控制半导体开关，以使得当电流通过交流极流进开关分支时，使所述电流始终流过第六二极管或第四半导体开关，并且以使得当电流通过交流极流出开关分支时，使所述电流流过第五二极管或第一半导体开关。

本发明的解决方案提供了如下优点：与所有部件位于相同外壳中的一个大型集成功率模块相比，可以优化存在于明确分离的模块中的部件实体的冷却。此外，由于以调制频率相互换向的半导体通常在物理上存在于相同的半导体模块内，因此可以最小化换向电流通路的漏感以及由漏感引起的功率突增。因而，也使由这样的功率突增引起的额外损耗和干扰最小化。

附图说明

现在，将参照附图并结合优选实施例详细地说明本发明，在附图中：

图1示出了根据实施例的三电平转换器的开关分支的电路图；

图2示出了根据实施例的三电平转换器的开关分支的电路图；

图3示出了半导体模块结构的示例；

图4示出了根据实施例的三电平转换器的开关分支的电路图；以及