專利名稱：用于三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支以及用于控制三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支的方法。
背景技術(shù)：
三電平轉(zhuǎn)換器是指具有三個(gè)直流極的轉(zhuǎn)換器。除了直流正極和直流負(fù)極外，三電平轉(zhuǎn)換器還具有直流中性極。T. Briickner，S. Bernet and H. Giildner，“ The Active NPC Converter and Its Loss-Balancing Control" , IEEE transactions on industrial electronics,Vol.52,No. 3,June 2005中給出了三電平中性點(diǎn)鉗位式轉(zhuǎn)換器的示例。特別地，給出了有源的三電平中性點(diǎn)鉗位式轉(zhuǎn)換器的示例。圖1示出了三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支的示例。該開關(guān)分支包括六個(gè)二極管Dl至 D6和六個(gè)可控開關(guān)Sl至S6。包括一個(gè)或多個(gè)如圖1所示的開關(guān)分支的轉(zhuǎn)換器可以作為整流器或逆變器工作。然后，根據(jù)所使用的調(diào)整方案控制這些開關(guān)Sl至S6。在開關(guān)分支的整流器操作中，當(dāng)電流通過交流極AC流進(jìn)開關(guān)分支時(shí)，交流極AC可以通過第一二極管Dl和第二二極管D2與直流正極Udc+連接，并且可以通過第二二極管D2 和第五開關(guān)S5或者通過第三開關(guān)S3和第六二極管D6與直流中性極NP連接。此外，在開關(guān)分支的整流器操作中，當(dāng)電流通過交流極AC流出開關(guān)分支時(shí)，直流負(fù)極Udc-可以通過第四二極管D4和第三二極管D3與交流極AC連接，并且直流中性極NP可以通過第六開關(guān)S6 和第三二極管D3或者通過第五二極管D5和第二開關(guān)S2與交流極AC連接。在開關(guān)分支的逆變器操作中，當(dāng)電流通過交流極AC流進(jìn)開關(guān)分支時(shí)，交流極AC可以通過第三開關(guān)S3和第四開關(guān)S4與直流負(fù)極Udc-連接，并且通過第三開關(guān)S3和第六二極管D6或者通過第二二極管D2和第五開關(guān)S5與直流中性極NP連接。此外，在開關(guān)分支的逆變器操作中，當(dāng)電流通過交流極AC流出開關(guān)分支時(shí)，直流正極Udc+可以通過第一開關(guān) Sl和第二開關(guān)S2與交流極AC連接，并且直流中性極NP可以通過第五二極管D5和第二開關(guān)S2或者通過第六開關(guān)S6和第三二極管D3與交流極AC連接。圖1中的開關(guān)分支可以實(shí)施為一個(gè)集成功率模塊，該集成功率模塊包括主電路的二極管和可控開關(guān)。然后，冷卻優(yōu)化會(huì)呈現(xiàn)問題，例如，因?yàn)椴煌牟考ǔ?duì)冷卻有不同的要求。該問題的一個(gè)解決方案是向不同的部件分配負(fù)載以便在這些部件之間分配功耗。 因此，直流中性極NP和交流極AC之間的連接在如上所述的可替選連接路徑之間交替。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法和用于實(shí)施該方法的設(shè)備，以解決或至少減輕上述問題。本發(fā)明的目的通過三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支、轉(zhuǎn)換器、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)，其中，這些開關(guān)分支、轉(zhuǎn)換器、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的特征如獨(dú)立權(quán)利要求中所述。在從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明首先基于如下思想開關(guān)分支的第一半導(dǎo)體開關(guān)、第一二極管、第五半導(dǎo)體開關(guān)和第五二極管存在于第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊中，并且開關(guān)分支的第四半導(dǎo)體開關(guān)、第四二極管、第六半導(dǎo)體開關(guān)和第六二極管存在于第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊中。本發(fā)明還基于如下思想當(dāng)轉(zhuǎn)換器作為整流器工作時(shí)，控制半導(dǎo)體開關(guān)，以使得當(dāng)電流通過交流極流進(jìn)開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過第一二極管或第五半導(dǎo)體開關(guān)，并且以使得當(dāng)電流通過交流極流出開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過第四二極管或第六半導(dǎo)體開關(guān)。此外或可替選地，當(dāng)轉(zhuǎn)換器作為逆變器工作時(shí)，控制半導(dǎo)體開關(guān)，以使得當(dāng)電流通過交流極流進(jìn)開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過第六二極管或第四半導(dǎo)體開關(guān)，并且以使得當(dāng)電流通過交流極流出開關(guān)分支時(shí)，使所述電流流過第五二極管或第一半導(dǎo)體開關(guān)。本發(fā)明的解決方案提供了如下優(yōu)點(diǎn)與所有部件位于相同外殼中的一個(gè)大型集成功率模塊相比，可以優(yōu)化存在于明確分離的模塊中的部件實(shí)體的冷卻。此外，由于以調(diào)制頻率相互換向的半導(dǎo)體通常在物理上存在于相同的半導(dǎo)體模塊內(nèi)，因此可以最小化換向電流通路的漏感以及由漏感引起的功率突增。因而，也使由這樣的功率突增引起的額外損耗和干擾最小化。


現(xiàn)在，將參照附圖并結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地說明本發(fā)明，在附圖中圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支的電路圖；圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支的電路圖；圖3示出了半導(dǎo)體模塊結(jié)構(gòu)的示例；圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支的電路圖；以及圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的三相三電平轉(zhuǎn)換器的主電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的應(yīng)用不限于任何特定的系統(tǒng)，而是可應(yīng)用于各種電力系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的使用不限于利用特定基頻的任何系統(tǒng)或任何特定電壓電平。圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支的電路圖。應(yīng)當(dāng)注意，該圖僅示出了理解本發(fā)明所必需的部件。該開關(guān)分支可以是諸如三相轉(zhuǎn)換器的多相轉(zhuǎn)換器的一個(gè)開關(guān)分支，或者是例如單相轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支。這樣的轉(zhuǎn)換器可以作為整流器和/或作為逆變器工作。圖2的開關(guān)分支包括交流極AC、直流正極Udc+、直流負(fù)極Udc-和直流中性極 NP。此外，該開關(guān)分支包括串聯(lián)連接在開關(guān)分支的直流正極Udc+與交流極AC之間的第一半導(dǎo)體開關(guān)Sl和第二半導(dǎo)體開關(guān)S2。第一二極管Dl與第一半導(dǎo)體開關(guān)Sl并聯(lián)連接，以及第二二極管D2與第二半導(dǎo)體開關(guān)S2并聯(lián)連接。此外，該開關(guān)分支包括串聯(lián)連接在開關(guān)分支的直流負(fù)極Udc-與交流極AC之間的第三半導(dǎo)體開關(guān)S3和第四半導(dǎo)體開關(guān)S4。第三二極管D3與第三半導(dǎo)體開關(guān)S3并聯(lián)連接，以及第四二極管D4與第四半導(dǎo)體開關(guān)S4并聯(lián)連接。此外，該開關(guān)分支包括第五半導(dǎo)體開關(guān)S5和第六半導(dǎo)體開關(guān)S6，其中，該第五半導(dǎo)體開關(guān)S5連接在第一半導(dǎo)體開關(guān)Sl和第二半導(dǎo)體開關(guān)S2之間的連接點(diǎn)與直流中性極NP之間， 該第六半導(dǎo)體開關(guān)S6連接在第三半導(dǎo)體開關(guān)S3和第四半導(dǎo)體開關(guān)S4之間的連接點(diǎn)與直流中性極NP之間。第五二極管D5與第五半導(dǎo)體開關(guān)S5并聯(lián)連接，并且第六二極管D6與第六半導(dǎo)體開關(guān)S6并聯(lián)連接。半導(dǎo)體開關(guān)Sl至S6可以是IGBT(絕緣柵雙極晶體管)或 FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或任何相應(yīng)的半導(dǎo)體開關(guān)。圖2還示出了控制裝置10，其中可以通過該控制裝置根據(jù)某一種調(diào)制方法控制開關(guān)Sl至S6。然而，本發(fā)明并不限于任何特定的調(diào)制方法。半導(dǎo)體開關(guān)Sl至S6的控制可以包括一個(gè)或更多個(gè)附加控制部件(未示出)。該開關(guān)分支配置還可以包括與交流極AC連接的交流濾波器(未示出)，該濾波器可以是例如L 型或LCL型。根據(jù)實(shí)施例，第一半導(dǎo)體開關(guān)Si、第一二極管D1、第五半導(dǎo)體開關(guān)S5和第五二極管D5存在于第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊11中，而第四半導(dǎo)體開關(guān)S4、第四二極管 D4、第六半導(dǎo)體開關(guān)S6和第六二極管D6存在于第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊12中。 在該上下文中，術(shù)語“半導(dǎo)體模塊”通常是指如下模塊該模塊包括布置在共同基板上且以適當(dāng)?shù)姆绞较嗷ル娺B接的若干個(gè)半導(dǎo)體元件。此外，第二半導(dǎo)體開關(guān)S2、第二二極管D2、第三半導(dǎo)體開關(guān)S3和第三二極管D3可以如圖2所示一樣存在于第三開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊13中。圖3示出了半導(dǎo)體模塊結(jié)構(gòu)的示例，其中，可以利用該半導(dǎo)體模塊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖2中的第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊11、第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊12和第三開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊13。圖3的逆變器分支模塊包括串聯(lián)連接的兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)， 每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)都按圖中所示的方式與二極管并聯(lián)連接。借助于圖3描述的半導(dǎo)體模塊結(jié)構(gòu)或相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，圖2的開關(guān)分支結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)施例，第二半導(dǎo)體開關(guān)S2和第二二極管D2存在于第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊中，而第三半導(dǎo)體開關(guān)S3和第三二極管D3存在于第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊中。圖4中示出了該實(shí)施例，圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支的電路圖。圖4的開關(guān)分支與圖2的開關(guān)分支相對(duì)應(yīng)，除了第二半導(dǎo)體開關(guān)S2和第二二極管 D2存在于第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊110中、以及第三半導(dǎo)體開關(guān)S3和第三二極管 D3存在于第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊120中。如上所述，包括一個(gè)或多個(gè)上述開關(guān)分支的轉(zhuǎn)換器可以作為整流器和/或逆變器工作。對(duì)于整流器工作模式和逆變器工作模式，下表示出了電流極性和根據(jù)所使用的調(diào)制方案可交替地連接到交流極AC的相應(yīng)直流極
工作模式整流器逆變器~~整流器~~逆變器~ 電流極性 ++
交流換向 Udc-/NP Udc+/NP Udc+/NP Udc-/NP~該表中的正(+)電流極性是指電流i通過交流極AC從開關(guān)分支流出的情況，如圖 2和圖4的箭頭所示。而負(fù)㈠電流極性是指電流流向相反方向(即，通過交流極AC流進(jìn)開關(guān)分支)的情況。根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)包括一個(gè)或多個(gè)上述開關(guān)分支的轉(zhuǎn)換器作為整流器工作時(shí)，控制開關(guān)分支的半導(dǎo)體開關(guān)Sl至S6，以使得當(dāng)電流通過交流極AC流進(jìn)開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過第一二極管Dl或第五半導(dǎo)體開關(guān)S5，并且以使得當(dāng)電流通過交流極AC流出開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過第四二極管D4或第六半導(dǎo)體開關(guān)S6?？商孢x地，或者此外， 當(dāng)包括一個(gè)或多個(gè)上述開關(guān)分支的轉(zhuǎn)換器作為逆變器工作時(shí)，控制開關(guān)分支的半導(dǎo)體開關(guān) Sl至S6，以使得當(dāng)電流通過交流極AC流進(jìn)開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過第六二極管D6 或第四半導(dǎo)體開關(guān)S4，并且以使得當(dāng)電流通過交流極AC流出開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過第五二極管D5或第一半導(dǎo)體開關(guān)Si。由于上述控制，當(dāng)流過交流極AC的電流具有某一極性時(shí)，換向半導(dǎo)體始終位于相同的半導(dǎo)體模塊內(nèi)。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)換器作為整流器工作時(shí)， 第一半導(dǎo)體模塊11、110的第一二極管Dl和第五半導(dǎo)體開關(guān)S5在電流通過交流極AC流進(jìn)開關(guān)分支時(shí)相互換向，并且第二半導(dǎo)體模塊12、120的第四二極管D4和第六半導(dǎo)體開關(guān)S6 在電流通過交流極AC流出開關(guān)分支時(shí)相互換向。以相似的方式，當(dāng)轉(zhuǎn)換器作為逆變器工作時(shí)，第一半導(dǎo)體模塊11、110的第六二極管D6和第四半導(dǎo)體開關(guān)S4在電流通過交流極AC 流進(jìn)開關(guān)分支時(shí)相互換向，并且第二半導(dǎo)體模塊12、120的第五二極管D5和第一半導(dǎo)體開關(guān)Sl在電流通過交流極AC流出開關(guān)分支時(shí)相互換向。此外，除了整流器工作模式和逆變器工作模式外，對(duì)于工作模式在整流器工作模式與逆變器工作模式之間變化的情況，可以存在中間過渡工作模式。于是，在過渡工作模式期間，換向至直流中性極NP以及從直流中性極NP換向可以是上述整流器工作模式與逆變器工作模式的混合。與整流器工作模式時(shí)期和逆變器工作模式時(shí)期相比，這樣的過渡工作模式時(shí)期通常占據(jù)更短的時(shí)間。過渡工作模式典型地通過直流中性極NP換向而出現(xiàn)，這意味著，典型地，通過將整流器模式的直流中性極NP電流通路改變成逆變器模式的直流中性極NP電流通路，建立在整流器工作模式與逆變器工作模式之間的過渡模式，以及通過將逆變器模式的直流中性極NP電流通路改變成整流器模式的直流中性極NP電流通路，建立在逆變器工作模式與整流器工作模式之間的過渡模式。然而，應(yīng)當(dāng)注意，如何實(shí)現(xiàn)整流器工作模式與逆變器工作模式之間的過渡與本發(fā)明的基本思想并不相關(guān)。根據(jù)實(shí)施例，可以通過將根據(jù)上述任意實(shí)施例的三個(gè)開關(guān)分支連接在一起來實(shí)現(xiàn)三相三電平轉(zhuǎn)換器。圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器的示例性電路圖，其中，該轉(zhuǎn)換器包括三個(gè)與圖2或圖4的開關(guān)分支對(duì)應(yīng)的開關(guān)分支。已通過如下方式將三個(gè)開關(guān)分支連接在一起將每個(gè)開關(guān)分支的直流正極Udc+連接在一起，將每個(gè)開關(guān)分支的直流負(fù)極Udc-連接在一起，并且將每個(gè)開關(guān)分支的直流中性極NP連接在一起。該圖僅示出了理解本發(fā)明所必需的部件。為了清楚，圖5未示出這些半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置。圖5的轉(zhuǎn)換器既可作為整流器也可作為逆變器。應(yīng)當(dāng)注意，在不背離本發(fā)明的基本思想的情況下，轉(zhuǎn)換器電路配置可以與圖5所示的配置不同。因而，示例性的三相轉(zhuǎn)換器包括分別具有交流極AC1、AC2和AC3 的三個(gè)開關(guān)分支。轉(zhuǎn)換器配置還可以包括與交流極AC1、AC2和AC3連接的交流濾波器(未示出)，該濾波器可以是例如L型或LCL型。每個(gè)開關(guān)分支均包括如上結(jié)合圖2和圖4所述的一樣所連接的第一二極管D11、D12、D13、第二二極管D21、D22、D23、第三二極管D31、D32、 D33、第四二極管D41、D42、D43、第五二極管D51、D52、D53以及第六二極管D61、D62、D63。 每個(gè)開關(guān)分支均還包括如上結(jié)合圖2和圖4所述的一樣所連接的第一半導(dǎo)體開關(guān)S11、S12、 S13、第二半導(dǎo)體開關(guān)S21、S22、S23、第三半導(dǎo)體開關(guān)S31、S32、S33、第四半導(dǎo)體開關(guān)S41、 S42、S43、第五半導(dǎo)體開關(guān)S51、S52、S53以及第六半導(dǎo)體開關(guān)S61、S62、S63。半導(dǎo)體開關(guān) Sll至S63可以是IGBT (絕緣柵雙極晶體管)或FET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或任何相應(yīng)的半導(dǎo)體開關(guān)。圖5中的示例性轉(zhuǎn)換器的直流中間電路可以包括所示出的電容器Cl和C2。根據(jù)所使用的電路配置，中間電路的結(jié)構(gòu)也可以不同。優(yōu)選地，以與上述方式相似的方式控制每個(gè)開關(guān)分支的半導(dǎo)體開關(guān)Sll至S63。根據(jù)上述的各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體開關(guān)的控制可以通過或經(jīng)由控制裝置10來執(zhí)行，其中該控制裝置也可以執(zhí)行開關(guān)的正常調(diào)制控制。還可以使用附加或獨(dú)立的邏輯或者物理單元(未示出)來執(zhí)行本發(fā)明的控制功能。本發(fā)明的功能可以使用例如獨(dú)立邏輯裝置來實(shí)現(xiàn)，該邏輯裝置可以例如獨(dú)立于開關(guān)的正常調(diào)制控制。根據(jù)上述實(shí)施例中的任何一個(gè)或其組合來控制半導(dǎo)體開關(guān)的控制裝置10和/或獨(dú)立邏輯裝置可以被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)單元或?qū)崿F(xiàn)為兩個(gè)以上獨(dú)立單元，這些獨(dú)立單元被配置成實(shí)施各個(gè)實(shí)施例的功能。這里，術(shù)語“單元”一般是指物理或邏輯實(shí)體，諸如物理設(shè)備或其一部分或者軟件例程。根據(jù)任何一個(gè)實(shí)施例的控制裝置10例如可以至少部分地通過設(shè)置有適當(dāng)軟件的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)或者相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，這樣的計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備至少包括提供用于算術(shù)運(yùn)算的存儲(chǔ)空間的工作存儲(chǔ)器(RAM) 和諸如通用數(shù)字信號(hào)處理器的中央處理單元(CPU)。該CPU可包括一組寄存器、算術(shù)邏輯單元和CPU控制單元。利用從RAM傳送到CPU的程序指令序列來控制CPU控制單元。CPU控制單元可包括用于基本操作的大量微指令。微指令的實(shí)施可以根據(jù)CPU設(shè)計(jì)而變化?？衫贸绦蛘Z言對(duì)程序指令進(jìn)行編碼，該程序語言可以是諸如C、Java等高級(jí)程序語言，或者是諸如機(jī)器語言或匯編語言的低級(jí)程序語言。計(jì)算機(jī)還可具有為寫有程序指令的計(jì)算機(jī)程序提供系統(tǒng)服務(wù)的操作系統(tǒng)。實(shí)施本發(fā)明的計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備、或者其一部分還可包括適當(dāng)?shù)挠糜诮邮绽鐪y(cè)試和/或控制數(shù)據(jù)的輸入裝置和用于輸出例如控制數(shù)據(jù)的輸出裝置。還可以使用一個(gè)或多個(gè)特定的集成電路、或者分立的電氣部件和器件來實(shí)現(xiàn)根據(jù)任一實(shí)施例的功能。本發(fā)明可以在現(xiàn)有的系統(tǒng)元件中實(shí)現(xiàn)或者通過以集中或分布的方式使用獨(dú)立的專用元件或器件來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支或轉(zhuǎn)換器可以包括例如可以用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功能中的處理器和存儲(chǔ)器。因此，例如在現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換器開關(guān)分支或轉(zhuǎn)換器中實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例所要求的全部修改和配置均可實(shí)現(xiàn)為作為添加或更新的軟件例程實(shí)施的軟件例程。如果本發(fā)明的至少部分功能通過軟件來實(shí)施，則可以提供這樣的軟件作為包括計(jì)算機(jī)程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，該計(jì)算機(jī)程序代碼當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使計(jì)算機(jī)或相應(yīng)的裝置執(zhí)行如上所述根據(jù)本發(fā)明的功能。這樣的計(jì)算機(jī)程序代碼可存儲(chǔ)或通常包含在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，諸如例如閃存或光存儲(chǔ)器的適當(dāng)存儲(chǔ)器，其中，計(jì)算機(jī)程序代碼被從存儲(chǔ)器加載到執(zhí)行程序代碼的一個(gè)或多個(gè)單元。此外，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這樣的計(jì)算機(jī)程序代碼例如可以經(jīng)由例如適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)被加載到執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序代碼的一個(gè)或多個(gè)單元，并且該計(jì)算機(jī)程序代碼可替換或更新現(xiàn)有的程序代碼。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言顯而易見的是，隨著技術(shù)進(jìn)步，可以各種方式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基本思想。因此，本發(fā)明及其實(shí)施例并不限于上述示例，而是可以在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種用于三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支，所述開關(guān)分支包括第一半導(dǎo)體開關(guān)(Si ；Sll, S12，S13)和第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2 ；S21, S22，S23)，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)和第二所述半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接在所述開關(guān)分支的直流正極(Udc+)與交流極 (AC ；ACl, AC2, AC3)之間；與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第一二極管(Dl ；Dll, D12，D13)、以及與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第二二極管(D2 ；D21，D22，D23)；第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3 ;S31，S32，S33)和第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4 ;S41，S42，S43)，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)和所述第四半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接在所述開關(guān)分支的直流負(fù)極(Udc-)與交流極 (AC ；AC1,AC2, AC3)之間；與所述第三半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第三二極管(D3 ；D31, D32，D33)、以及與所述第四半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第四二極管(D4;D41，D42，D43)；第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5 ；S51, S52，S53)，連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接點(diǎn)與直流中性極(NP)之間；第六半導(dǎo)體開關(guān)(S6;S61，S62，S63)，連接在所述第三半導(dǎo)體開關(guān)和所述第四半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接點(diǎn)與所述直流中性極(NP)之間；與所述第五半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第五二極管(D5 ；D51, D52，D53)、以及與所述第六半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第六二極管(D6 ；D61，D62，D63)；以及用于控制所述半導(dǎo)體開關(guān)的裝置(10)，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)(Si ;511，512，513)、所述第一二極管(Dl ；D11，D12，D13)、所述第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5 ；S51, S52，S53)和所述第五二極管(D5 ；D51, D52，D53)存在于第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(11 ；110)中；所述第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4;S41，S42，S43)、所述第四二極管(D4 ；D41，D42，D43)、所述第六導(dǎo)體開關(guān)(S6 ；S61, S62，S63)和所述第六二極管(D6 ；D61, D62，D63)存在于第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(12 ； 120)中；以及所述用于控制所述半導(dǎo)體開關(guān)的裝置(10)被配置成當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器作為整流器工作時(shí)，控制所述半導(dǎo)體開關(guān)，以使得當(dāng)電流通過所述交流極(AC)流進(jìn)所述開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過所述第一二極管(Dl ；D11，D12，D13)或所述第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5 ；S51, S52，S53)，并且以使得當(dāng)電流通過所述交流極(AC)流出所述開關(guān)分支時(shí)，使所述電流流過所述第四二極管(D4 ；D41, D42，D43)或所述第六半導(dǎo)體開關(guān)(S6 ；S61, S62，S63)；以及 / 或者當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器作為逆變器工作時(shí)，控制所述半導(dǎo)體開關(guān)，以使得當(dāng)電流通過所述交流極(AC)流進(jìn)所述開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過所述第六二極管(D6 ；D61，D62，D63)或所述第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4;S41，S42，S43)，并且以使得當(dāng)電流通過所述交流極流出所述開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終導(dǎo)流過所述第五二極管(D5 ；D51, D52，D53)或所述第一半導(dǎo)體開關(guān)(Si ；Sll, S12, S13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2 ；S21, S22，S23)、所述第二二極管(D2 ；D21, D22，D23)、所述第三導(dǎo)體開關(guān)(S3 ； S31，S32，S33)和所述第三二極管(D3 ；D31, D32，D33)存在于第三開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(13)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2 ；S21, S22，S23)和所述第二二極管(D2 ；D21, D22，D23)存在于所述第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(110)中；以及所述第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3 ；S31, S32，S33)和所述第三二極管(D3 ；D31, D32，D33)存在于所述第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(120)中。
4.一種三相三電平轉(zhuǎn)換器，其包括三個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的開關(guān)分支。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，每個(gè)開關(guān)分支的直流正極(Udc+)連接在一起，每個(gè)開關(guān)分支的直流負(fù)極(Udc-)連接在一起以及每個(gè)開關(guān)分支的直流中性極 (NP)連接在一起。
6.一種用于控制三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支的方法，所述開關(guān)分支包括第一半導(dǎo)體開關(guān)(Si ；S11，S12，S13)和第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2 ；S21，S22，S23)，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接在所述開關(guān)分支的直流正極(Udc+)與交流極 (AC ；ACl, AC2, AC3)之間；與所述第一半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第一二極管(Dl ；Dll, D12，D13)、以及與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第二二極管(D2 ；D21，D22，D23)；第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3 ;S31，S32，S33)和第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4 ;S41，S42，S43)，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)和第四半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接在所述開關(guān)分支的直流負(fù)極(Udc-)與交流極(AC; AC1,AC2, AC3)之間；與所述第三半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第三二極管(D3 ；D31, D32，D33)、以及與所述第四半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第四二極管(D4 ；D41, D42，D43)；第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5;S51，S52，S53)，連接在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接點(diǎn)與直流中性極(NP)之間；第六半導(dǎo)體開關(guān)(S6 ；S61, S62，S63)，連接在所述第三半導(dǎo)體開關(guān)和所述第四半導(dǎo)體開關(guān)之間的連接點(diǎn)與所述直流中性極(NP)之間；與所述第五半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第五二極管(D5 ；D51, D52，D53)、以及與所述第六半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接的第六二極管(D6 ；D61, D62，D63)，所述開關(guān)分支的特征在于，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)(Si ;511，512，513)、所述第一二極管(Dl ；D11，D12，D13)、所述第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5 ；S51, S52，S53)和所述第五二極管(D5 ；D51, D52，D53)存在于第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(11 ；110)中；所述第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4;S41，S42，S43)、所述第四二極管(D4 ；D41，D42，D43)、所述第六導(dǎo)體開關(guān)(S6 ；S61, S62，S63)和所述第六二極管(D6 ；D61, D62，D63)存在于第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(12 ； 120)中；以及所述方法的特征在于，所述方法包括當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器作為整流器工作時(shí)，控制所述半導(dǎo)體開關(guān)，以使得當(dāng)電流通過所述交流極(AC)流進(jìn)所述開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過所述第一二極管(Dl ；D11，D12，D13)或所述第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5 ；S51, S52，S53)，并且以使得當(dāng)電流通過所述交流極(AC)流出所述開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過所述第四二極管(D4 ；D41, D42，D43)或所述第六半導(dǎo)體開關(guān)(S6 ；S61, S62，S63)；以及/或者當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器作為逆變器工作時(shí)，控制所述半導(dǎo)體開關(guān)，以使得當(dāng)電流通過所述交流極(AC)流進(jìn)所述開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過所述第六二極管(D6 ；D61，D62，D63)或所述第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4;S41，S42，S43)，并且以使得當(dāng)電流通過所述交流極流出所述開關(guān)分支時(shí)，使所述電流始終流過所述第五二極管(D5 ；D51, D52，D53)或所述第一半導(dǎo)體開關(guān)(Si ；Sll, S12, S13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2;S21，S22，S23)、 所述第二二極管(D2 ;021，022，023)、所述第三導(dǎo)體開關(guān)(S3 ；S31, S32, S33)和所述第三二極管(D3 ；D31,D32,D33)存在于第三開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(1 中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2 ；S21, S22，S23)和所述第二二極管(D2 ；D21, D22，D23)存在于所述第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(110)中；以及所述第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3 ；S31, S32，S33)和所述第三二極管(D3 ；D31, D32，D33)存在于所述第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(120)中。
9.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序代碼，其中，在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述程序代碼使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于三電平轉(zhuǎn)換器的開關(guān)分支及其控制方法。該開關(guān)分支包括第一半導(dǎo)體開關(guān)(S1)和第二半導(dǎo)體開關(guān)(S2)；第一二極管(D1)和第二二極管(D2)；第三半導(dǎo)體開關(guān)(S3)和第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4)；第三二極管(D3)；第四二極管(D4)；第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5)和第六半導(dǎo)體開關(guān)(S6)；第五二極管(D5)；第六二極管(D6)；以及用于控制這些半導(dǎo)體開關(guān)的裝置(10)，其中，第一半導(dǎo)體開關(guān)(S1)、第一二極管(D1)、第五半導(dǎo)體開關(guān)(S5)、第五二極管(D5)在第一開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(11)中，并且第四半導(dǎo)體開關(guān)(S4)、第四二極管(D4)、第六半導(dǎo)體開關(guān)(S6)和第六二極管(D6)在第二開關(guān)分支所特有的半導(dǎo)體模塊(12)中。
文檔編號(hào)H02M7/483GK102468778SQ201110362369
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者泰勒·維塔寧 申請(qǐng)人:Abb公司