专利名称：转换器设备和装备有一个这样的设备的不间断电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如用在不间断电源中的诸如升压转换器和降压转换器之类的转换器以及整流器和逆变器的领域，具体地用在大功率不间断电源中，即具有一般包括在大约 IOOkVA和500kVA之间的功率。本发明更具体地涉及使得在第一类型的第一、第二和第三电压线上可用的第一电压能够以任意方向变换成第二类型的电压线上的电压的转换器设备，所述设备包括-第一主开关单元，连接到所述第一类型的第一电压线并且装备有第一主开关，-第二主开关单第二，连接到所述第一类型的第二电压线并且装备有第二主开关，-主开关点，连接到所述第二类型的电压线并且连接到所述第一和所述第二主开关单元，和-第三主开关，为所述第一和和所述第二主开关单元所共用，所述第三主开关连接在所述主开关点和第一类型的第三电压线之间。本发明还涉及不间断电源，包括施加AC输入电压的电源输入端、连接到所述输入端的整流器、连接在所述整流器的输出端上的符号相反的两个基本DC电压线、和连接到所述基本DC电压的电压线的逆变器，并且包括被设计为提供安全的电压的输出端。
背景技术：
正在发展逆变器以提高它们的效率并减少由开关频率(通常很低，即，大约几千赫兹)产生的噪声干扰。关于这一点，已经表明人们对使用呈现几个电平(一般为三个电平)上的拓扑的逆变器正感兴趣。参考根据现有技术的图1，在参考数字1下表示的三电平逆变器使得第一类型的第一、第二和第三电压线P、N、REF上可用的电压电平U/2、-U/2、UREF能够以任一方向变换成第二类型的电压线A上的电压VA。在所示的情况下，第一类型的电压线是具有基本DC 电压电平的线，第二类型的电压线是电压为AC的线。在与逆变器模式中的操作对应的方向上，电压VA和电流IA是AC的并且通过对来自于三个基本DC电压电平U/2、-U/2、UREF的主开关点CP上的脉冲滤波而获得。在与作为整流器操作对应的其它方向上，从AC电压VA 和电流IA中获得基本DC电压电平U/2、-U/2、UREF。使用的滤波装置包括连接在主开关点 CP和第二类型A的电压线之间的电感LF。滤波装置还包括连接在AC电压输出VA和与参考电压线REP呈现相同的电势的参考电压点之间的电容器CF。图1所示的转换器包括通过控制单元(未示出)控制的两个主开关单元UCI、UC2。 开关单元UC1、UC2分别包括正DC电压输入端和负DC电压输入端，分别连接到第一类型的第一和第二电压线P、N。每个开关单元UC1、UC2 —边连接到第一类型的第一或第二电压线 P、N和第一类型的第三电压线，另一边连接到主开关点CP。第一开关单元UCl包括连接在第一类型的第一电压线P和主开关点CP之间的第一主开关Kl。以同样的方式，第二开关单元UC2包括连接在第一类型的第二电压线N和主开关点CP之间的第二主开关K2。转换器包括第三主开关K3，为第一和第二开关单元所共用，并且连接在主开关点CP和第一类型的第三电压线REF之间。主开关K1、K2、K3的每一个可以包括至少一个晶体管和至少一个二极管，该二极管并联连接在所述晶体管上并且其方向为在所述晶体管被反向偏置时导通。当主开关Κ1、Κ2分别闭合时，主开关点CP上的电压基本上分别等于第一类型的第一电压线P、第一类型的第二电压线N上可用的DC电压+υΛ,-υΛ。因而，主开关Κ1、Κ2的导通状态分别对应于开关单元UCl、UC2的第一开关状态。在此第一开关状态下，主开关K1、 K2可以分别将功率从第一类型的第一电压线P、第一类型的第二电压线N传送到主开关点 CP。当主开关Kl、K2分别断开时，第三主开关K3使得所述主开关点CP上的电压能够为基本上等于所述第三电压线上可用的电压(即，参考电压)的值，其分别对应于开关单元UC1、 UC2的第二开关状态。参考根据现有技术的图2，在参考数字2下表示另一个三电平逆变器。此转换器呈现被称为钳位中点的拓扑，其可以缩写为“NPC”。此转换器还使得第一类型的第一、第二和第三电压线P、N、REF上的基本上DC电压电平U/2、-U/2、UREF能够以任一方向变换成第二类型的电压线A上的AC电压VA。图2所示的转换器还包括两个主开关单元UC1、UC2。开关单元UC1、UC2分别包括正DC电压输入端和负DC电压输入端，分别连接到第一类型的第一和第二电压线P、N。第一开关单元UCl包括连接在第一类型的第一电压线P和主开关点CP之间的第一主开关Kl。 以同样的方式，第二开关单元UC2包括连接在第一类型的第二电压线N和主开关点CP之间的第二主开关K2。转换器包括第三主开关K3，为第一和第二开关单元所共用，并且连接在主开关点CP和第一类型的第三电压线REF之间。在图2所示的转换器中，第一主开关Kl包括-第一晶体管T11，按照使得第一类型的第一电压线的电流流向主开关点CP的方式连接，-第二晶体管T12，与所述第一晶体管串联连接并且方向相同，-第一二极管D11，并联连接在所述第一晶体管上并且方向为在所述第一晶体管被反向偏置时导通，和-第二二极管D12，并联连接在所述第二晶体管上并且方向为在所述第二晶体管被反向偏置时导通。以同样的方式，第二主开关K2包括-第一晶体管T22，方向为使得电流从主开关点CP流向第一类型的第二电压线，-第二晶体管T21，与所述第一晶体管串联连接并且方向相同，
-第一二极管D22，并联连接在所述第一晶体管上并且方向为在所述第一晶体管被反向偏置时导通，和
-第二二极管D21，并联连接在所述第二晶体管上并且方向为在所述第二晶体管被反向偏置时导通。每个主开关单元UC1、UC2的晶体管T12、T21在导通时实质上根据AC电压VA的符号使得所述主开关单元的切换被激活。当AC电压VA与所述开关单元的输入端Ρ、Ν上可用的电压具有相同的符号时，其中每个开关单元UC1、UC2的晶体管Τ12、Τ21使得激活所述开关单元从第一开关状态到第二开关状态的切换。第三主开关Κ3就其而言包括第一和第二主开关ΚΙ、Κ2的第二晶体管Τ12、Τ21以及并联连接在所述第二晶体管上的第二二极管D12、D21。第三主开关还包括连接在第一类型的第三电压线(即，参考电压线REF)与第一和第二主开关K1、K2的第一和第二晶体管 TlU Τ22、Τ12、Τ21之间的连接线之间的二极管DP、DN。更确切地说，第三主开关K3的第二晶体管T12、T21以及二极管DP、DN分别串联连接在第一类型的第三电压线(即，参考电压线REF)和主开关点CP之间。当第一晶体管T11、T22截止时，二极管DP、DN使得发生从第一开关状态到第二开关状态的切换。当第二晶体管T12、T21导通时，与第一晶体管Til、 T22的截止有关的此第二开关状态使得在主开关点CP上获得基本上等于第一类型的第三电压线(即，参考电压UREF)上的电压的电压。用这种方法，第一或第二主开关的第一晶体管Til、T22在主开关点CP上提供幅度在第一开关状态下第一类型的第一或第二电压线上的电压的值与在第二开关状态下第一类型的第三电压线上的电压的值之间变化的脉冲。现有技术的转换器的一个缺点与它们的开关单元的主开关发生切换时的功率损耗有关。法国专利申请FR2936113描述了如上文所述的转换器，其中已经添加了使得能够获得软开关的开关辅助电路，具体地通过在零电压下闭合它们的主开关单元的主开关以及获得所述开关辅助电路的完全去磁。但是，这些开关辅助电路不能使得在主开关单元的所有主开关上实现软开关，具体地在转换后的功率包含不可忽略的无功分量的情况下。
发明内容
本发明目的是通过提出一种使得第一类型的第一、第二和第三电压线上可用的电压电平能够以任一方向变换成第二类型的电压线上的电压的转换器设备，来提供一种对现有技术的转换器的问题的解决方案，所述设备包括-第一主开关单元，连接到所述第一类型的第一电压线并且装备有第一主开关，-第二主开关单元，连接到所述第一类型的第二电压线并且装备有第二主开关，-主开关点，连接到所述第二类型的电压线并且连接到所述第一和所述第二主开关单元，和-第三主开关，为所述第一和所述第二主开关单元所共用，所述第三主开关连接在所述主开关点和第一类型的第三电压线之间。所述转换器设备的特征在于，它包括_第一、第二和第三电容器，分别连接在所述主开关点和第一类型的所述第一、所述第二和所述第三电压线之间，-第一辅助开关单元，连接在第一类型的第一电压线、第一类型的第二电压线和第一辅助开关点之间，-第二辅助开关单元，连接在第一类型的第一电压线、第一类型的第二电压线、第一类型的第三电压线和第二辅助开关点之间，和-变压器，装备有绕组，具有两个自由端和连接到公共点的两个端，所述公共点连接到所述主开关点，该两个自由端分别连接到所述第一辅助开关点和所述第二辅助开关
点ο第一辅助开关单元优选地包括-所述第一辅助开关单元的第一辅助开关，连接在第一类型的第一电压线和第一辅助开关点之间，和
-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关，连接在第一类型的第二电压线和所述第一辅助开关点之间。第二辅助开关单元优选地包括 -所述第二辅助开关单元的第一辅助开关，连接在第一类型的第一电压线和第二辅助开关点之间，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关，连接在第一类型的第二电压线和所述第二辅助开关点之间，和-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关，连接在第一类型的第三电压线和所述第二辅助开关点之间。根据一个实施例，该转换器设备的特征在于，-第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管，方向为将功率从第二辅助开关点传送到第一类型的第一电压线，和-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点。根据一个实施例，该转换器设备的特征在于，-该第一主开关是晶体管，连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从所述线传送到主开关点，-该第二主开关是二极管，连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述线传送到主开关点，-该第三主开关包括方向为将功率从第一类型的第三电压线传送到所述主开关点的晶体管以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管，-第一辅助开关单元的第一辅助开关是晶体管，方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到第一辅助开关点，-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关是二极管，方向为将功率从所述第一类型的第二电压线传送到所述第一辅助开关点，-第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管，方向为将功率从第二辅助开关点传送到第一类型的第一电压线，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点，-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向为将功率从第一类型的第三电压线传送到所述第二辅助开关点的晶体管以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管。根据一个实施例，该转换器设备的特征在于，-该第一主开关是二极管，连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从主开关点传送到所述线，-该第二主开关是晶体管，连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述主开关点传送到所述线，-该第三主开关包括方向为将功率从所述主开关点传送到第一类型的第三电压线的晶体管以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管，
-第一辅助开关单元的第一辅助开关是二极管，方向为将功率从第一辅助开关点传送到第一类型的第一电压线，-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关是晶体管，方向为将功率从所述第一辅助开关点传送到第一类型的第二电压线，-第二辅助开 关单元的第一辅助开关是二极管，方向为将功率从第二辅助开关点传送到第一类型的第一电压线，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点，-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向为将功率从所述第二辅助开关点传送到第一类型的第三电压线的晶体管以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管。根据一个实施例，该转换器设备的特征在于，-该第一主开关是晶体管，连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从所述线传送到该主开关点，-该第二主开关是晶体管，连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述主开关点传送到所述线，_该第三主开关包括方向相反的两个晶体管和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通，-第一辅助开关单元的第一辅助开关是晶体管，方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到第一辅助开关点，-第一辅助开关单元的第二辅助开关是晶体管，方向为将功率从第一辅助开关点传送到第一类型的第二电压线，-第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管，方向为将功率从第二辅助开关点传送到第一类型的第一电压线，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点，-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向相反的两个晶体管和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。根据一个实施例，该转换器设备的特征在于，-该第一主开关是二极管，连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从主开关点传送到所述线，-该第二主开关是二极管，连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述线传送到所述主开关点，_该第三主开关包括方向相反的两个晶体管和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通，-第一辅助开关单元的第一辅助开关是二极管，方向为将功率从第一辅助开关点传送到第一类型的第一电压线-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关是二极管，方向为将功率所述第一类型的第二电压线传送到所述第一辅助开关点，-第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管，方向为将功率从第二辅助开关点传送到第一类型的第一电压线，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点，-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向相反的两个晶体管和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。根据一个实施例，该转换器设备的特征在于，-第一主开关包括方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到主开关点的晶体管和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管，-第二主开关包括方向为将功率从主开关点传送到第一类型的第二电压线的晶体管和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管，_该第三主开关包括方向相反的两个晶体管和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通，-第一辅助开关单元的第一辅助开关，包括方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到第一辅助开关点的晶体管和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管，-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关包括方向为将功率从所述第一主开关点传送到第一类型的第二电压线的晶体管以及并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管，-第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管，方向为将功率从第二辅助开关点传送到第一类型的第一电压线，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点，-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向相反的两个晶体管和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。优选地-第一主开关包括连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从所述线传送到主开关点的第一晶体管、与所述第一晶体管串联连接并且方向相同的第二晶体管、分别并联连接在所述第一和所述第二晶体管的第一和第二二极管，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通，-第二主开关包括连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述主开关点传送到所述线的第一晶体管、与所述第一晶体管串联连接并且方向相同的第二晶体管、 分别并联连接在所述第一和所述第二晶体管的第一和第二二极管，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通，-该第三主开关包括所述第二晶体管、所述第二二极管以及连接在第一类型的第三电压线与所述第一和所述第二晶体管之间的连接线之间的二极管。优选地-第一辅助开关单元的第一辅助开关包括方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到第一辅助开关点的晶体管和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管，-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关包括方向为将功率从所述第一辅助开关点传送到第一类型的第二电压线的晶体管以及并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管。优选地-所述第二辅助开关单元的第一辅助开关包括连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从第二辅助开关点传送到所述线的第一二极管、与所述第一二极管串联连接并且方向相反的第一晶体管、和并联连接在所述第一晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的第二二极管，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关包括连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述线传送到所述第二辅助开关点的第一二极管、与所述第一二极管串联连接并且方向相反的第一晶体管、和并联连接在所述第一晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的第二二极管，_所述第二辅助开关单元的第三开关包括所述第一晶体管、所述第二二极管以及连接在第一类型的第三电压线与所述第一和所述第二二极管之间的连接线之间的二极管。该变压器绕组优选地具有基本上相等的匝数。本发明还涉及不间断电源，包括施加AC输入电压的电源输入端、连接到所述输入端的整流器、连接在所述整流器的输出端上的符号相反的两个基本DC电压线、连接到所述基本DC电压线并且包括被设计为提供安全的电压的输出端的逆变器，所述电源的特征在于，所述逆变器是如上所述的转换器设备并且从基本DC电压提供安全的AC电压。
通过下面对本发明的特定实施例的描述，其他优点和特征将变得更明显，这些特定实施例仅仅用于非限制性示例的目的给出并且表示在图中。图1表示三电平转换器的传统模型。图2表示根据现有技术的呈现“NPC”拓扑的三电平转换器。图3表示根据本发明的三电平转换器的模型。图4表示与图3所示的相似的转换器模型，其中第二辅助开关 单元的第一和第二开关已被二极管替代。图5表示根据本发明的降压类型的DC/DC转换器。图6表示根据本发明的升压类型的DC/DC转换器。图7表示根据本发明的包括为1的功率因数的逆变器。图8表示根据本发明的能够功率因数补偿的整流器。
图9表示根据本发明的能够操作在逆变器模式或整流器模式的可逆转换器。图10表示根据本发明的呈现“NPC”拓扑的可逆转换器。图IlA到IlQ是示出了图4所示的转换器设备的操作的时间图。图12是为了示出在负载中的电流为负时图4所示的转换器设备的操作的流入变压器的电流的时间图。图13表示根据本发明的不间断电源。
具体实施例方式参考图3，转换器设备包括在相同的参考数字下图1所示的元件。图3所示的转换器设备还包括分别连接在主开关点CP和第一类型的第一、第二和第三电压线P、N、REF之间的第一、第二和第三电容器CR1、CR2、CR3。当主开关ΚΙ、K2、K3 断开时，这些电容器使电压衰减(dampen)。图3所示的转换器设备还包括第一双电平的辅助开关单元UCX1，连接在第一类型的第一电压线P、第一类型的第二电压线N和第一辅助开关点CXl之间。此第一辅助开关单元UCXl包括连接在第一类型的第一电压线P和第一辅助开关点CXl之间的第一辅助开关KX1、和连接在第一类型的第二电压线N和所述第一辅助开关点CXl之间的第二辅助开关 KX4。图3所示的转换器设备还包括第二三电平的辅助开关单元UCX2，连接在第一类型的第一电压线P、第一类型的第二电压线N、第一类型的第三电压线REF和第二辅助开关点 CX2之间。此第二辅助开关单元UCX2包括连接在第一类型的第一电压线P和第二辅助开关点CX2之间的第一辅助开关KX12、连接在第一类型的第二电压线N和所述第二辅助开关点 CX2之间的第二辅助开关KX22、和连接在第一类型的第三电压线REF和所述第二辅助开关点CX2之间的第三辅助开关KX32。图3所示的转换器设备还包括装备有两个绕组m、N2的变压器。这些绕组m、N2 的两个自由端分别连接到第一辅助开关点和第二辅助开关点CX1、CX2。这些绕组m、N2的其它两个端就它们而言连接到公共点，公共点本身连接到主开关点CP。使用的变压器一般地是自耦变 压器，即，在初级和次级绕组之间没有绝缘体的变压器。绕组Ni、N2—般被反向绕制。变压器N1、N2的主要功能是充当在主开关K1、K2、K3 之一闭合之前将流经主开关点CP的主电流进行分流的电压源。流入变压器Ni、Ν2的电流 IR的变化一般受由于变压器Ν1、Ν2的漏电感引起的谐振现象支配，可以向变压器添加连接在绕组Ν1、Ν2共用的点和主开关点CP之间的电感部件LR的电感(图4)。因此，通过变压器的漏电感、可能的电感LR、以及电容器CR1、CR2、CR3之间的谐振现象，可以消除主开关 Κ1、Κ2、Κ3的端子处的电压。用这种方法可以减小主开关的闭合时的功率损耗。电容器CR1、 CR2、CR3也能够减小主开关K1、K2、K3断开时的功率损耗。转换器设备，使得第一和第二辅助开关单元的辅助开关1 1、1 4、1 12、1 22、1 32 在零电流下断开。转换器设备也使得能够通过变压器Ni、Ν2的漏电感、利用流入所述开关的电流的受控的变化来闭合这些辅助开关KXl、ΚΧ4、ΚΧ12、ΚΧ22、ΚΧ32。在图4所示的实施例中，第二辅助开关单元的第一和第二开关已被二极管替代。 电感LR也已经被添加在变压器的绕组Ni、Ν2的公共点和主开关点CP之间。此电感LR可以对应于变压器漏电感，在这 种情况下，图4示出了变压器的模型，并且电感LR不对应于特定的电感部件。在这种情况下，变压器绕组Ni、N2的公共点直接连接到主开关点CP。图4 所示的电感LR也可以对应于实际的部件。在后一种情况下，将电感LR添加到变压器的漏电感，并且变压器绕组Ni、N2的公共点通过此电感LR连接到主开关点CP。在下面描述的所有实施例中，电感LR可以连接在变压器绕组N1、N2的公共点和主开关点CP之间。二极管DAI、DA4用于在变压器Ni、N2的去磁期间保护第三辅助开关KX32。当主开关点CP处的电压VCOM为零时允许此去磁。用这种方法，需要非常弱的磁化电流IR，这使得能够最小化开关期间的功率损耗。变压器绕组m、N2 一般具有基本上相等的匝数，这使得能够获得转换器设备的对称的操作。在DC/AC转换具有功率因数1的情况下，也可以使用具有小于或大于1/2的变压比的变压器，其简化设备的控制。在图5所示的实施例中，转换器设备使得第一类型的第一、第二和第三电压线PP、 REF P上可用的三个DC电压电平U、UREF, U/2能够被转换为第二类型的电压线C上的DC 电压VC。这类转换器一般被称为降压DC/DC转换器。在图5所示的转换器设备中，第一主开关是连接到第一类型的第一电压线PP并且方向为将功率从所述线传送到主开关点CP的晶体管Tl，第二主开关是连接到第一类型的第二电压线REF并且方向为将功率从所述线传送到主开关点CP的二极管D2。该第三主开关就其而言包括方向为将功率从第一类型的第三电压线P传送到主开关点CP的晶体管T32 和与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管D31。就图5所示的转换器设备的第一辅助开关单元UCXl而言，第一辅助开关是方向为将功率从第一类型的第一电压线PP传送到第一辅助开关点CXl的晶体管TX1，第二辅助开关是方向为将功率从第一类型的第二电压线REF传送到所述第一辅助开关点CXl的二极管 DX4。就图5所示的转换器设备的第二辅助开关单元UCX2而言，第一辅助开关是方向为将功率从第二辅助开关点CX2传送到第一类型的第一电压线PP的二极管DA1，第二辅助开关是方向为将功率从第一类型的第二电压线REF传送到所述第二辅助开关点CX2的二极管 DA4。所述第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关就其而言包括方向为将功率从第一类型的第三电压线P传送到第二辅助开关点CX2的晶体管TX42以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管DX32。在图6所示的实施例中，转换器设备使得第二类型的电压线C上可用的DC电压VC 能够被转换为第一类型的第一、第二和第三电压线PP、REF、P上可用的三个DC电压电平U、 UREF, U/2。这类转换器一般被称为升压DC/DC转换器。在图6所示的转换器设备中，第一主开关是连接到第一类型的第一电压线PP并且方向为将功率从主开关点CP传送到所述线的二极管D1，第二主开关是连接到第一类型的第二电压线REF并且方向为将功率从所述主开关点CP传送到所述线的晶体管T2。该第三主开关就其而言包括方向为将功率从主开关点CP传送到第一类型的第三电压线P的晶体管T31和与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管D32。就图6所示的转换器设备的第一辅助开关单元UCXl而言，第一辅助开关是方向为将功率从第一辅助开关点CXl传送到第一类型的第一电压线PP的二极管DX1，第二辅助开关是方向为将功率从所述第一辅助开关点CXl传送到第一类型的第二电压线REF的晶体管 TX4。就图6所示的转换器设备的第二辅助开关单元UCX2而言，第一辅助开关是方向为将功率从第二辅助开关点CX2传送到第一类型的第一电压线PP的二极管DA1，第二辅助开关是方向为将功率从第一类型的第二电压线REF传送到所述第二辅助开关点CX2的二极管 DA4。第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关就其而言包括方向为将功率从第二辅助开关点CX2传送到第一类型的第三电压线P的晶体管TX32以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管DX42。在图7所示的实施例中，转换器设备使得第一类型的第一、第二和第三电压线P、 N、REF上可用的三个DC电压电平U/2、-U/2、UREF能够被转换为第二类型的电压线A上的 AC电压VA。此转换器是具有功率因数1的DC/AC逆变器。 在图7所示的转换器设备中，第一主开关是连接到第一类型的第一电压线P并且方向为将功率从所述线传送到主开关点CP的晶体管Tl，第二主开关是连接到第一类型的第二电压线N并且方向为将功率从所述主开关点CP传送到所述线的晶体管T2。第三主开关就其而言包括方向相反的两个晶体管T31、T32和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管D31、D32，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。就图7所示的转换器设备的第一辅助开关单元UCXl而言，第一辅助开关是方向为将功率从第一类型的第一电压线P传送到第一辅助开关点CXl的晶体管TX1，第二辅助开关是方向为将功率从所述第一辅助开关点CXl传送到第一类型的第二电压线N的晶体管TX4。就图7所示的转换器设备的第二辅助开关单元UCX2而言，第一辅助开关是方向为将功率从第二辅助开关点CX2传送到第一类型的第一电压线P的二极管DA1，所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是方向为将功率从第一类型的第二电压线N传送到所述第二辅助开关点CX2的二极管DA4。所述第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关就其而言包括方向相反的两个晶体管TX32、TX42和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管DX32、 DX42，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。在图8所示的实施例中，转换器设备使得第二类型的电压线A上可用的AC电压VA能够被转换为第一类型的第一、第二和第三电压线P、N、REF上的三个DC电压电平 U/2、-U/2、UREF0此转换器是具有功率因数补偿的AC/DC整流器。在图8所示的转换器设备中，第一主开关是连接到第一类型的第一电压线P并且方向为将功率从主开关点CP传送到所述线的二极管D1，第二主开关是连接到第一类型的第二电压线N并且方向为将功率从所述线传送到所述主开关点CP的二极管D2。第三主开关就其而言包括方向相反的两个晶体管T31、T32和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管D31、D32，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。就图8所示的转换器设备的第一辅助开关单元UCXl而言，第一辅助开关是方向为将功率从第一辅助开关点CXl传送到第一类型的第一电压线P的二极管DX1，第二辅助开关是方向为将功率从第一类型的第二电压线N传送到所述第一辅助开关点CXl的二极管DX4。就图8所示的转换器设备的第二辅助开关单元UCX2而言，第一辅助开关是方向为将功率从第二辅助开关点CX2传送到第一类型的第一电压线P的二极管DA1，第二辅助开关是方向为将功率从第一类型的第二电压线N传送到所述第二辅助开关点CX2的二极管DA4。 第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关就其而言包括方向相反的两个晶体管TX32、TX42 和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管DX32、DX42，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。在图9所示的实施例中，转换器设备使得第一类型的第一、第二和第三电压线P、 N、REF上可用的三个DC电压电平U/2、-U/2、UREF能够以任一方向被转换为第二类型的电压线A上的AC电压VA。此DC/AC转换器是可逆的并且使得能够操作在逆变器模式或整流器模式。在图9所示的转换器设备中，第一主开关包括方向为将功率从第一类型的第一电压线P传送到主开关点CP的晶体管Tl以及并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管D1。第二主开关包括方向为将功率从主开关点CP传送到第一类型的第二电压线N的晶体管T2和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管D2。第三主开关就其而言包括方向相反的两个晶体管T31、 T32和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管D31、D32，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。
就图9所示的转换器设备的第一辅助开关单元UCXl而言，第一辅助开关包括方向为将功率从第一类型的第一电压线P传送到第一辅助开关点CXl的晶体管TXl以及并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管DX1。所述第一辅助开关单元UCXl的第二辅助开关包括方向为将功率从所述第一主开关点CXl传送到第一类型的第二电压线N的晶体管TX4以及并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管DX4。就图9所示的转换器设备的第二辅助开关单元UCX2而言，第一辅助开关是方向为将功率从第二辅助开关点CX2传送到第一类型的第一电压线P的二极管DA1，第二辅助开关是方向为将功率从第一类型的第二电压线N传送到所述第二辅助开关点CX2的二极管DA4。 所述第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关就其而言包括方向相反的两个晶体管TX32、 TX42和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管DX32、DX42，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。参考图10，转换器设备包括在相同的参考数字下图2所示的元件。图10所示的转换器设备还包括第一双电平的辅助开关单元UCX1，连接在第一类型的第一电压线P、第一类型的第二电压线N和第一辅助开关点CXl之间。此第一辅助开关单元UCXl包括连接在第一类型的第一电压线P和第一辅助开关点CXl之间的第一辅助开关。此第一辅助开关包括方向为将功率从第一类型的第一电压线P传送到第一辅助开关点 CXl的晶体管TXl和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管DXl。第一辅助开关单元UCXl还包括连接在第一类型的第二电压线N和第一辅助开关点CXl之间的第二辅助开关。第一辅助开关单元的此第二辅助开关包括方向为将功率从第一辅助开关点CXl传送到第一类型的第二电压线N的晶体管TX4以及并联连接在此晶体管上并且方向为在此晶体管被反向偏置时导通的二极管DX4。图10所示的转换器设备还包括第二三电平的辅助开关单元UCX2，连接在第一类型的第一电压线P、第一类型的第二电压线N、第一类型的第三电压线REF和第二辅助开关点CX2之间。 图10所示的转换器设备的此第二辅助开关单元UCX2包括连接在第一类型的第一电压线P和第二辅助开关点CX2之间的第一辅助开关(KX12)。此第一辅助开关KX12包括连接到第一类型的第一电压线P并且方向为将功率从第二辅助开关点CX2传送到所述线的第一二极管DA12、与所述第一二极管串联连接并且方向相反的第一晶体管TX12、和并联连接在所述第一晶体管上并且方向为在所述第一晶体管被反向偏置时导通的第二二极管DX12。图10所示的转换器设备的第二辅助开关单元UCX2包括连接在第一类型的第二电压线N和第二辅助开关点CX2之间的第二辅助开关KX22。此第二辅助开关KX22包括连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述线传送到所述第二辅助开关点CX2的第一二极管DA22、与所述第一二极管串联连接并且方向相反的第一晶体管TX22、和并联连接在所述第一晶体管上并且方向为在所述第一晶体管被反向偏置时导通的第二二极管DX22。图10所示的转换器设备的第二辅助开关单元UCX2包括连接在第一类型的第三电压线REF和第二辅助开关点CX2之间的第三辅助开关KX32。此第三开关KX32包括上述第一晶体管TX12、TX22、上述第二二极管DX12、DX22以及连接在第一类型的第三电压线REF 与所述第一和所述第二二极管之间的连接线之间的二极管DXP、DXN。图10所示的转换器设备还包括装备有两个绕组m、N2的变压器。这些绕组m、 N2的两个自由端分别连接到第一辅助开关点和第二辅助开关点CX1、CX2。这些绕组m、N2 的其它两个端就它们而言连接到公共点，公共点本身连接到主开关点CP。下面参考图IlA到IlQ描述图4所示的转换器设备的操作。应当注意，图5到10 所示的实施例的详细操作可以容易地由下面参考图4所示的实施例进行的描述推出。在时间tl之前，仅有第一主开关Kl闭合(图11)，并且主开关点CP上的电压VCOM 等于第一类型的第一电压线P上的电压，即U/2 (图11H)。在时间tl，第一主开关Kl断开，而第三主开关K3闭合(图IlA和11B)。同时，第一辅助开关单元UCXl的第一辅助开关KXl和第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32 闭合(图1ID和11E)，负的电流IR流入变压器Nl、N2 (图11G)。第三和第二电容器CR3、 CR2放电到变压器N1、N2中，而第一电容器CRl充电(图11J)。从而在电感LR、第一、第二和第三电容器CR1、CR2、CR3之间发生谐振现象，直到主开关点CP上的电压VCOM变得等于第一类型的第三电压线REF上的电压，即参考电压UREF(图11H)。此谐振现象伴随有主开关点CP上的电压VCOM的缓慢变化，这使得第一主开关Kl能够在受控的电压电平下断开 (图 11J)。在时间t2，主开关点CP上的电压VCOM等于第一类型的第三电压线REF上的电压， 即参考电压UREF(图11H)，并且流过第三主开关K3的电流13基本上等于负载电流(图 111)。在从第一辅助开关单元UCXl的第一辅助开关KXl和第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32的闭合开始计算的时间段T2MAX之后，这两个开关再次断开。选择时间段 T2MAX以使得，在此时间段期满时，主开关点CP上的电压VCOM等于第一类型的第三电压线 REF上的电压，即参考电压UREF。从而，在分别用IXl和1X32表示的为零的电流(图IlN和 11Q)的情况下执行第一辅助开关单元UCXl的第一辅助开关KXl和第二辅助开关单元UCX2 的第三辅助开关KX32的闭合，这能够限制功率损耗。
在时间t3，第三主开关K3断开，而第二主开关K2闭合(图IlB和11C)。同时，第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32和第一辅助开关单元UCXl的第二辅助开关KX4 闭合(图IlE和11F)，并且负的电流IR流入变压器m、N2(图11G)。第二电容器CR2放电到变压器Ni、N2中，而第一和第三电容器CR1、CR3充电(图11J)。在电感LR、第一、第二和第三电容器CR1、CR2、CR3之间再次发生谐振现象，直到主开关点CP上的电压VCOM变得等于第一类型的第二电压线N上的电压，即_U/2(图11H)。此谐振现象伴随有主开关点CP 上的电压VCOM的缓慢变化，这使得第三主开关K3能够在受控的电压电平下断开。在时间 t4，主开关点CP上的电压VCOM等于第一类型的第二电压线N上的电压， 即-U/2(图11H)，并且流过第二主开关K2的电流12基本上等于负载电流(图11L)。在从第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32和第一辅助开关单元UCXl的第二辅助开关KX4的闭合开始计算的时间段T2MAX之后，这两个开关再次断开。选择时间段T2MAX以使得，在此时间段期满时，主开关点CP上的电压VCOM等于第一类型的第二电压线N上的电压，即-U/2。因而，在分别用1X32和1X4表示的为零的电流(图IlQ和110)下执行第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32和第一辅助开关单元UCXl的第二辅助开关KX4的断开。因此，这些开关的断开发生在零电流下，这能够限制功率损耗。在时间t5，在第三主开关K3的闭合之前，第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关 KX32和第一辅助开关单元UCXl的第二辅助开关KX4闭合(图IlE和11F)，并且正的电流 IR开始流入变压器N1、N2(图11G)，并逐渐增大(图11G)同时流入第二主开关K2的电流 12的值逐渐减小(图11L)。在时间t6，流入变压器m、N2的电流IR达到与流入负载的电流ICOM对应的值(图 11G)，并且流入第二主开关K2的电流12的值被抵消(图11L)。同时，第二主开关K2断开， 而电流12为零，这能够限制功率损耗。第三和第一电容器CR3、CR1放电到变压器m、N2中 (图11)，而第二电容器0 2充电。从而在电感LR、第一、第二和第三电容器CR1、CR2、CR3 之间发生谐振现象，直到主开关点CP上的电压VCOM变得等于第一类型的第三电压线REF 上的电压，即参考电压UREF (图11H)。在时间t7，主开关点CP上的电压VCOM等于参考电压UREF(图11H)。同时，第三主开关K3在零电压下(图11H)闭合(图11B)，这能够限制功率损耗。一旦第三主开关K3 闭合，电感LR、第一、第二和第三电容器CR1、CR2、CR3之间的谐振现象就停止，并且流入变压器Ni、N2的电流IR减小直到它被抵消(图11G)，而流入第三主开关K3的电流13增大 (图 111)。在时间t8，主开关点CP上的电压VCOM等于第一类型的第三电压线REF上的电压， 即参考电压UREF(图11H)，并且流过第三主开关K3的电流13基本上等于负载电流(图 IlD。在从第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32和第一辅助开关单元UCXl的第二辅助开关KX4的闭合开始计算的时间段T3MAX之后，这两个开关再次断开。已经选择时间段T3MAX以使得，在此时间段期满时，流入变压器m、N2的电流IR被抵消。从而，在分别用1X32和1X4表示的为零的电流(图IlQ和110)下执行第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32和第一辅助开关单元UCXl的第二辅助开关KX4的闭合，这能够限制功率损
^^ ο在时间t9，在第一主开关Kl的闭合之前，第一辅助开关单元UCXl的第一辅助开关KXl和第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32闭合(图IlD和11E)，并且正的电流 TR开始逐渐增大地流入变压器m、N2 (IlG)，同时流入第三主开关K3的电流13的值逐渐减小(图111)。在时间tlO，流入变压器Ni、N2的电流IR达到与流入负载的电流ICOM对应的值 (图11G)，并且流入第三主开关K3的电流13被抵消(图111)。同时，第三主开关K3断开， 而电流13为零，这能够限制功率损耗。第二和第三电容器CR2、CR3充电到变压器N1、N2中 (图11J)，而第一电容器CRl放电。从而在电感LR、第一、第二和第三电容器CR1、CR2、CR3 之间发生谐振现象，直到主开关点CP上的电压VCOM变得等于第一类型的第一电压线P上的电压，即U/2(图11H)。 在时间tll，主开关点CP上的电压VCOM等于第一类型的第一电压线上的电压 U/2(图11H)，并且第一主开关Kl的端子处的电压Vl达到零值(图11J)。同时，第一主开关Kl在零电压下(图111)闭合(图11A)，这能够限制功率损耗。一旦第一主开关Kl闭合，电感LR、第一、第二和第三电容器CR1、CR2、CR3之间的谐振现象就停止，并且流入变压器Μ、Ν2的电流IR减小直到它被抵消(图11G)，而流入第一主开关Kl的电流Il增大(图 11K)。在时间tl2，主开关点CP上的电压VCOM等于第一类型的第一电压线P上的电压， 即U/2 (图11H)，并且负载电流基本上等于流过第一主开关Kl的电流11 (图11K)。在从第一辅助开关单元UCXl的第一辅助开关KXl和第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32 的闭合开始计算的时间段T3MAX之后，这两个开关再次断开。已经选择时间段T3MAX以使得，在这次时间段期满时，流入变压器m、N2的电流IR被抵消。从而，在分别用IXl和1X32 表示的为零的电流(图IlN和11Q)下执行第一辅助开关单元UCXl的第一辅助开关KXl和第二辅助开关单元UCX2的第三辅助开关KX32的闭合，这能够限制功率损耗。在负载电流ICOM为负的情况下，流入变压器Ni、N2的电流IR的变化如图12所示，并且以同样的方式施加上述操作。从而，根据本发明的转换器无论负载的功率因数如何都能够限制主开关K1、K2、K3 发生开关工作时的功率损耗。上述转换器设备可被用于诸如图12所示的不间断电源101中。此不间断电源包括电源输入端102，来自于第一三相电源系统的可变输入电压施加到该电源输入端102。不间断电源包括整流器103，所述整流器一边连接到电源输入端102，另一边连接到两个输出线104或基本DC电压总线。不间断电源包括与上文描述的转换器设备之一对应的逆变器 106，所述逆变器连接在输出端线104和输出端107之间，被设计为将安全的三相AC电压提供给负载108。DC电压总线104还通过DC/DC转换器110连接到电池109。从图13可以看出，固态开关111和112使得能够在第一三相电源系统的电源输入端102和也为三相的第二电源系统的电源输入端113之间选择。从而，可以通过第一安全的电源系统经由不间断电源101为负载供电，并且如果需要的话可以切换到第二电源系统。
权利要求
1.一种转换器设备，使得第一类型的第一、第二和第三电压线(P、N、REF ;PP、REF、P)上可用的电压电平(U/2、-U/2、UREF ；U.UREF.U/2)能够以任一方向被变换成第二类型的电压线(A ；C)上的电压(VA ；VC)，所述设备包括-第一主开关单元(UCl)，连接到所述第一类型的第一电压线(P ；PP)并且装备有第一主开关(Kl ；Tl ;T11、D11、T12、D12 ；Tl、Dl ；Dl),-第二主开关单元(UC2)，连接到第一类型的所述第二电压线(N ；REF)并且装备有第二主开关(K2 ；T2 ；T22、D22、T21、D21 ；T2、D2 ；D2)，-主开关点(CP)，连接到所述第二类型的电压线(A;C)并且连接到所述第一主开关单元和所述第二主开关单元，和-第三主开关(K3 ；T3 ；DP、T12、D12、DN、T21、D21 ；T31、D31、T32、D32 ；T31、D32 ；T32、 D31)，为所述第一主开关单元和所述第二主开关单元所共用，所述第三主开关连接在所述主开关点(CP)和第一类型的第三电压线(REF ；P)之间， 其特征在于，它包括-第一、第二和第三电容器(CR1、CR2、CR3)，分别连接在所述主开关点(CP)和第一类型的所述第一、所述第二和所述第三电压线之间，-第一辅助开关单元(UCXl)，连接在第一类型的第一电压线、第一类型的第二电压线和第一辅助开关点(CXl)之间，-第二辅助开关单元(UCX2)，连接在第一类型的第一电压线、第一类型的第二电压线、 第一类型的第三电压线和第二辅助开关点(CX2)之间，和-变压器，装备有绕组(Ni、N2)，所述绕组具有两个自由端和连接到公共点的两个端， 所述公共点连接到所述主开关点，该两个自由端分别连接到所述第一辅助开关点和所述第二辅助开关点。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该第一辅助开关单元(UCXl)包括 -所述第一辅助开关单元的第一辅助开关(KXl ；TXl ；DXl ；TXU DXl)，连接在第一类型的第一电压线(P ；PP)和第一辅助开关点(CXl)之间，和-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关(KX4 ；TX4 ；DX4 ；TX4、DX4)，连接在第一类型的第二电压线(N;REF)和所述第一辅助开关点(CXl)之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，该第二辅助开关单元(UCX2)包括 -所述第二辅助开关单元的第一辅助开关(KX12 ；DAl ；DA12、TX12、DX12)，连接在第一类型的第一电压线(P ；PP)和第二辅助开关点(CX2)之间，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关(KX22 ；DA4 ；DA22、TX22、DX22)，连接在第一类型的第二电压线(N;REF)和所述第二辅助开关点(CX2)之间，和-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关(KX32 ；TX12、TX22、DX12、DX22、DXP、DXN ； TX32、DX32、TX42、DX42 ；TX32、DX42 ；TX42、DX32)，连接在该第一类型的第三电压线(REF ；P) 和所述第二辅助开关点(CX2)之间。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，-第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管(DAl)，方向为将功率从第二辅助开关点(CX2)传送到第一类型的第一电压线，和-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管(DA4)，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点(CX2)。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于-该第一主开关是晶体管(Tl)，连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从所述线传送到该主开关点(CP)，-该第二主开关是二极管(D2)，连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述线传送到该主开关点(CP)，-该第三主开关包括方向为将功率从第一类型的第三电压线传送到所述主开关点 (CP)的晶体管(T32)以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管(D31)，-该第一辅助开关单元的第一辅助开关是晶体管(TXl)，方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到第一辅助开关点(CXl)，_所述第一辅助开关单元的第二辅助开关是二极管(DX4)，方向为将功率从所述第一类型的第二电压线传送到所述第一辅助开关点(CXl)，-该第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管(DAl)，方向为将功率从第二辅助开关点(CX2)传送到第一类型的第一电压线，_所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管(DA4)，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点(CX2)，_所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向为将功率从第一类型的第三电压线传送到所述第二辅助开关点(CX2)的晶体管(TX42)以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管(DX32)。
6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于 -该第一主开关是二极管(Dl)，连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从该主开关点(CP)传送到所述线，-该第二主开关是晶体管(T2)，连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述主开关点(CP)传送到所述线，-该第三主开关包括方向为将功率从所述主开关点(CP)传送到第一类型的第三电压线的晶体管(T31)以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管(D32)，-第一辅助开关单元的第一辅助开关是二极管(DXl)，方向为将功率从第一辅助开关点(CXl)传送到第一类型的第一电压线，_所述第一辅助开关单元的第二辅助开关是晶体管(TX4)，方向为将功率从所述第一辅助开关点(CXl)传送到第一类型的第二电压线，-该第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管(DAl)，方向为将功率从第二辅助开关点(CX2)传送到第一类型的第一电压线，_所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管(DA4)，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点(CX2)，-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向为将功率从所述第二辅助开关点 (CX2)传送到第一类型的第三电压线的晶体管(TX32)以及与所述晶体管串联连接并且方向相同的二极管(DX42)。
7.根据权利要求3所述的设备，其特征在于-该第一主开关是晶体管(Tl)，连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从所述线传送到该主开关点(CP)，-该第二主开关是晶体管(T2)，连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述主开关点(CP)传送到所述线，-该第三主开关包括方向相反的两个晶体管(T31、T3》和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管(D31、D32)，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。-该第一辅助开关单元的第一辅助开关是晶体管(TXl)，方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到第一辅助开关点(CXl)，-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关是晶体管(ΤΧ4)，方向为将功率从所述第一辅助开关点(CXl)传送到第一类型的第二电压线，-该第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管(DAl)，方向为将功率从第二辅助开关点(CX2)传送到第一类型的第一电压线，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管(DA4)，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点(CX2)，-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向相反的两个晶体管(ΤΧ32、ΤΧ42)和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管(DX32、DX42)，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。
8.根据权利要求3所述的设备，其特征在于-该第一主开关是二极管(Dl)，连接到第一类型的第一电压线并且方向为将功率从该主开关点(CP)传送到所述线，-该第二主开关是二极管(D2)，连接到第一类型的第二电压线并且方向为将功率从所述线传送到所述主开关点(CP)，-该第三主开关包括方向相反的两个晶体管(T31、T3》和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管(D31、D32)，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。-第一辅助开关单元的第一辅助开关是二极管(DXl)，方向为将功率从第一辅助开关点(CXl)传送到第一类型的第一电压线，-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关是二极管(DX4)，方向为将功率从所述第一类型的第二电压线传送到所述第一辅助开关点(CXl)，-该第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管(DAl)，方向为将功率从第二辅助开关点(CX2)传送到第一类型的第一电压线，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管(DA4)，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点(CX2)，-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向相反的两个晶体管(ΤΧ32、ΤΧ42)和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管(DX32、DX42)，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。
9.根据权利要求3所述的设备，其特征在于-该第一主开关包括方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到该主开关点(CP) 的晶体管(Tl)和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管(Dl)，-该第二主开关包括方向为将功率从该主开关点(CP)传送到第一类型的第二电压线的晶体管(T2)和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管(D2)，-该第三主开关包括方向相反的两个晶体管(T31、T3》和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管(D31、D32)，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通，-该第一辅助开关单元的第一辅助开关包括方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到第一辅助开关点(CXl)的晶体管(TXl)和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管(DXl)，-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关包括方向为将功率从所述第一主开关点 (CXl)传送到第一类型的第二电压线的晶体管(ΤΧ4)以及并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管(DX4)，-该第二辅助开关单元的第一辅助开关是二极管(DAl)，方向为将功率从第二辅助开关点(CX2)传送到第一类型的第一电压线，-所述第二辅助开关单元的第二辅助开关是二极管(DA4)，方向为将功率从第一类型的第二电压线传送到所述第二辅助开关点(CX2)，-所述第二辅助开关单元的第三辅助开关包括方向相反的两个晶体管(ΤΧ32、ΤΧ42)和分别并联连接在所述晶体管上的两个二极管(DX32、DX42)，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通。
10.根据权利要求1到3中的任何一个所述的设备，其特征在于-该第一主开关(Ki)包括连接到第一类型的第一电压线(P)并且方向为将功率从所述线传送到主开关点(CP)的第一晶体管(Tll)、与所述第一晶体管串联连接并且方向相同的第二晶体管01 、分别并联连接在所述第一和所述第二晶体管上的第一和第二二极管 (DlU D12)，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通，-该第二主开关(K2)包括连接到第一类型的第二电压线(N)并且方向为将功率从所述主开关点(CP)传送到所述线的第一晶体管(T22)、与所述第一晶体管串联连接并且方向相同的第二晶体管(T21)、分别并联连接在所述第一和所述第二晶体管上的第一和第二二极管(D22、D21)，所述二极管中的每一个的方向为在它与之并联连接的晶体管被反向偏置时导通，-该第三主开关(K3)包括所述第二晶体管(T12、T21)、所述第二二极管(D12、D21)以及连接在第一类型的第三电压线(REF)与所述第一和所述第二晶体管(T11、T22、T12、T21) 之间的连接线之间的二极管(DP、DN)。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于-该第一辅助开关单元的第一辅助开关包括方向为将功率从第一类型的第一电压线传送到第一辅助开关点(CXl)的晶体管(TXl)和并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管(DXl)，-所述第一辅助开关单元的第二辅助开关包括方向为将功率从所述第一辅助开关点(CXl)传送到第一类型的第二电压线的晶体管(TX4)以及并联连接在所述晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的二极管(DX4)。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于-所述第二辅助开关单元(UCX2)的第一辅助开关(KX12)包括连接到第一类型的第一电压线(P)并且方向为将功率从第二辅助开关点(CX2)传送到所述线的第一二极管 (DA12)、与所述第一二极管串联连接并且方向相反的第一晶体管(TX12)、和并联连接在所述第一晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的第二二极管(DX12)，-所述第二辅助开关单元(UCX2)的第二辅助开关(KX22)包括连接到第一类型的第二电压线(N)并且方向为将功率从所述线传送到所述第二辅助开关点(CX2)的第一二极管 (DA22)、与所述第一二极管串联连接并且方向相反的第一晶体管(TX22)、和并联连接在所述第一晶体管上并且方向为在所述晶体管被反向偏置时导通的第二二极管(DX22)，-所述第二辅助开关单元(UCX2)的第三开关(KX32)包括所述第一晶体管(TX12、 TX22)、所述第二二极管(DX12、DX22)以及连接在第一类型的第三电压线(REF)与所述第一和所述第二二极管(DA12、DA22、DX12、DX22)之间的连接线之间的二极管(DXP、DXN)。
13.根据权利要求1到12中的任何一个所述的设备，其特征在于，该变压器绕组(Ni、 N2)具有基本上相等的匝数。
14.一种不间断电源(101)，包括施加AC输入电压的电源输入端(102)、连接到所述输入端的整流器(103)、连接在所述整流器的输出端上的符号相反的两个基本DC电压线、 连接到所述基本DC电压线并且包括被设计为提供安全的电压的输出端(107)的逆变器 (106)，其特征在于，所述逆变器是根据上述权利要求中的一个的转换器设备并且从基本DC 电压提供安全的AC电压。
全文摘要
一种三电平的可逆转换器，包括分别装备有第一和第二主开关(K1、K2)的两个主开关单元(UC1、UC2)、主开关点(CP)和为这两个主开关单元所共用的第三主开关(K3)，其特征在于，它包括电容器(CR1、CR2、CR3)，连接在所述主开关点(CP)和所述三个电平之间；第一双电平的辅助开关单元(UCX1)，连接到第一辅助开关点(CX1)；第二三电平的辅助开关单元(UCX2)，连接到第二辅助开关点(CX2)；和装备有绕组(N1、N2)的变压器，连接在该主开关点(CP)和该辅助开关点(CX1、CX2)之间。具有此转换器的不间断电源(101)。
文档编号H02M7/537GK102237814SQ20111010478
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者科伦丁·里泽特 申请人:Mge Ups系统公司