半导体切换电路的制作方法

在输电网中，交流(AC)功率通常转换成直流(DC)功率用于经由高架线和/或海底电缆的传输。这个转换消除对于补偿由传输线路或电缆所强加的AC电容负载效应的需要，并且降低每公里线路和/或电缆的成本，并且因而在功率需要通过长距离传送时变为成本有效的。

HVDC功率转换器用来将AC功率转换成DC功率。半导体切换元件、例如晶闸管是HVDC功率转换器的关键组件，并且充当可控整流器，其用来将AC功率转换成DC功率并且反之亦然。

按照本发明的方面，提供一种供在HVDC功率转换器中使用的半导体切换电路，包括：

主要电流支路，包含主要半导体切换元件，并且电流在主要半导体切换元件接通时流经该主要半导体切换元件；

辅助电流支路，与主要电流支路并联或者反并联连接，辅助电流支路包含辅助电路，辅助电路包含多个有源辅助半导体切换元件，其被连接以形成有源切换桥，辅助电流支路还包含能量存储装置和/或阻抗装置，有源切换桥具有在操作上与其连接的控制单元，控制单元配置成切换有源切换桥以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路的备选电流通路，由此流经主要电流支路的电流转向成流经备选电流通路，以调节流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个，其中控制单元配置成切换有源切换桥以布置备选电流通路有选择地经过能量存储装置和/或阻抗装置。

包含配置成创建经由辅助电流支路并且由此经由能量存储装置和/或阻抗装置的备选电流通路的控制单元允许按照本发明的半导体切换电路提供用于通过有选择地将辅助电路的能量存储装置和/或阻抗装置连接到主要半导体切换元件以修改流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个来改进主要半导体切换元件的切换性能的一系列功能。

另外，控制单元用来将辅助电路切换出具有主要电流通路的电路的能力准许在不存在用于调节流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个的需要时去除备选电流通路。这意味着，只有当需要辅助电路执行其功能时，才要求辅助电路保持连接到主要半导体切换元件。否则，如果辅助电路在它没有被要求这样做时保持连接到主要半导体切换元件，则在其期间辅助电路连接到主要半导体切换元件的时间中的所得到的增加将会要求辅助电路的每个组件的电气额定中的对应增加，因而导致具有更高损耗并且具有增加的尺寸和重量的辅助电路。

此外，提供有源切换桥以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此准许创建经由辅助电流支路的备选电流通路准许控制单元布置经过其备选电流通路经过辅助电流支路的路线，使得电流能够流经辅助电流支路中的各种路线。这是因为有源切换桥的结构准许其配置提供流经其中的电流的多于一个的路线。这又准许辅助电路组件的布置在保持其功能性的同时提供更紧凑和更廉价的辅助电路。

在本发明的实施例中，控制单元可配置成切换有源切换桥以布置备选电流通路有选择地经过和旁路能量存储装置和/或阻抗装置。

按照这种方式配置控制单元准许辅助电路按照不同方式连接到主要半导体切换元件以提供不同功能，并且由此导致多功能辅助电路。

用于改进主要半导体切换元件的切换性能的该系列范围可包含但不限于电流的变化率的调节、电压的变化率的调节、AC电压分级、DC电压分级以及主要半导体切换元件的反向恢复和阻塞行为的调节。

常规地，已知使用可饱和电抗器来控制由切换元件所遭遇的电流的变化率。可饱和电抗器对于设计能够是笨重和复杂的。另外，要求可饱和电抗器的复杂物理几何结构以取得最佳电阻和电感参数。

控制单元可配置成切换有源切换桥，以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路的备选电流通路，由此流经主要电流支路的电流转向成流经备选电流通路，以调节流经主要半导体切换元件的电流的变化率和跨主要半导体切换元件出现的电压的变化率中的一个或多个。

按照这种方式配置控制单元准许上述可饱和电抗器的尺寸和复杂度中的降低，而无需使主要半导体切换元件暴露于电流和电压的高变化率。

控制单元可配置成切换有源切换桥，以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路的备选电流通路，由此流经主要电流支路的电流转向成流经备选电流通路，以调节跨主要半导体切换元件的出现电压，并且由此提供主要半导体切换元件的AC和/或DC电压分级。

另外，有源切换桥的结构可适合准许辅助电路单独或同时地执行AC和DC电压分级功能。

在主要半导体切换元件的反向恢复期间，主要电流支路遭遇反向恢复电流的流动，直到主要半导体切换元件中的反向恢复电荷耗尽。

控制单元可配置成切换有源切换桥，以便将辅助电路连接到具有主要电流支路的电路中以及从其断开，并且由此有选择地创建经由辅助电流支路的备选电流通路，由此流经主要电流支路的反向恢复电流转向成流经备选电流通路，以调节流经主要半导体切换元件的反向恢复电流。通过将反向恢复电流转向成在备选电流通路中流动，防止反向恢复电流流出半导体切换电路。这对于具有相异恢复特性的多个串联连接的主要半导体切换电路能够是有利的。

半导体切换电路可包含可连接到电气网络的电路端子。主要和辅助电流支路可在电路端子之间延伸。辅助电流支路可配置成当流经主要电流支路的电流转向成流经备选电流通路时存储能量。控制单元可配置成切换有源切换桥，以便有选择地将所存储能量释放到电路端子的至少一个中。

辅助电路中的有源切换桥的配置可根据辅助电路所要求的功能而变化。有源切换桥的不同配置的示例被描述如下,但不限于。

在本发明的实施例中，阻抗装置可与能量存储装置和/或有源切换桥串联或并联连接，和/或能量存储装置和/或阻抗装置可连接在有源切换桥内。

在本发明的另外实施例中，多个有源辅助半导体切换元件可在第一与第二桥端子之间按照半桥布置与能量存储装置并联连接。

在本发明的其他实施例中，多个有源辅助半导体切换元件可定义第一和第二组有源辅助半导体切换元件，以及第一和第二组有源辅助半导体切换元件可在第一与第二桥端子之间按照全桥布置与能量存储装置并联连接。这种布置准许电流在第一与第二桥端子之间在任一方向上流经有源切换桥。

在本发明的这类实施例中，辅助电路可包含分支，该分支包含能量存储和阻抗装置的串联连接。第一和第二组有源辅助半导体切换元件可与分支并联连接，以在第一与第二桥端子之间定义全桥布置。

第一和第二组有源辅助半导体切换元件中的一个可包含通过对应桥端子所分隔的第一和第二对有源辅助半导体切换元件，第一对有源辅助半导体切换元件通过第一结点来分隔，第二对有源辅助半导体切换元件通过第二结点来分隔。

当辅助电路包含分支时，辅助电路可包含一对有源切换元件或无源电流检查元件，该对有源切换元件或无源电流检查元件跨第一和第二结点连接，该对有源切换元件或无源电流检查元件之间的第三结点连接到分支的串联连接的能量存储和阻抗装置之间的第四结点。

无源电流检查元件是准许电流仅在一个方向上流经其中的任何装置、例如二极管。

可选地，阻抗装置可跨第一和第二结点连接。

有源切换桥可以是多电平有源切换桥。

能量存储装置可以是或者可包含电容器。阻抗装置可包含电感器和/或电阻器。

多个有源辅助半导体切换元件的至少一个可以可切换成工作在阻抗模式中以便对流经其中的电流呈现阻抗，并且其中备选电流通路在被创建时经过辅助半导体切换元件，其被切换成工作在其阻抗模式中。优选地，可切换成工作在阻抗模式中的所述或每个有源辅助半导体切换元件是或者包含晶体管，其可切换成工作在三极管模式中。

将多个有源辅助半导体切换元件的至少一个配置成可切换成工作在阻抗模式中实现从辅助电路中省略阻抗装置，而没有不利地影响辅助电路用来对流经其中的电流呈现阻抗的能力，因而提供辅助电路的尺寸和重量中的进一步降低。

所述或每个辅助半导体切换元件可以是或者可包含晶体管。晶体管、特别是结合宽带隙半导体材料的那些晶体管具有合乎需要的高压性能特性。

多个有源辅助半导体切换元件的至少一个可以是双向半导体切换元件。

主要电流支路可包含单个主要半导体切换元件或者多个主要半导体切换元件。

当主要电流支路包含单个主要半导体切换元件时，辅助电流支路可连接在主要半导体切换元件的第一与第二连接端子之间，由此主要和辅助电流支路共同定义半导体切换组合件。这种布置允许有源切换桥中的每个辅助半导体切换元件共享与单个主要半导体切换元件关联的任何电压分级电路系统，和/或与单个主要半导体切换元件共享功率供应。

每个有源辅助半导体切换元件可以是或者可包含单个半导体切换装置。备选地，每个有源辅助半导体切换元件可包含多个半导体切换装置，例如多个串联连接或并联连接的半导体切换装置。

前述布置准许按照可用有源辅助半导体切换元件的性能额定来设计辅助电路支路的配置。

主要电流支路可包含串联连接的主要半导体切换元件的主串，主串具有其上游端处的上游连接端子和其下游端处的下游连接端子。辅助支路可连接在主串的上游与下游连接端子之间。

辅助电流支路可包含多个辅助电路。多个辅助电路的至少两个可串联连接，和/或多个辅助电路的至少两个可并联连接。

按照这种方式所配置的主要和辅助电流支路提供设计辅助半导体切换元件的电压额定和主要半导体切换元件的电压额定方面的相当大的灵活性。

另外，在辅助电流支路中包含多个辅助电路还增加经过其备选电流通路能够经过辅助电流支路的路线的数量，因而增加用于改进主要半导体切换元件的切换性能的可能功能的范围。这是因为它准许备选电流通路的布置以便经过能量存储和/或阻抗装置的各种组合以执行各种功能。

此外，在辅助电流支路中包含多个辅助电路实现通过主动改变备选电流通路经过的能量存储装置和/或阻抗装置的数量按照逐步方式来调节流经主要半导体切换元件的电流和跨主要半导体切换元件出现的电压中的一个或多个。

每个辅助电路的能量存储和/或阻抗装置的额定可与辅助电路的数量成反比地降低。

可提供一种半导体切换设备，其包括如上文所述的多个并联连接的半导体切换电路和/或上文所述的多个串联连接的半导体切换电路。与通过单个这种半导体开关电路是可能的相比，这种半导体切换设备合乎需要地支持更大电流和电压的切换。

控制单元可以是单个控制单元，或者包含一组控制子单元，每个控制子单元与多个有源辅助半导体切换元件的相应的有源辅助半导体切换元件关联。

现在参照附图通过非限制性示例来描述本发明的优选实施例，附图包括：

图1通过示意形式示出按照本发明的第一实施例的半导体切换电路；

图2通过示意形式示出转换器腿；

图3通过示意形式示出当阀接通并且由此传导正向电流时形成的等效电路；

图4通过示意形式示出其在从传导模式到阻塞模式的相应转变期间的相应反向恢复状态的晶闸管；

图5通过图表形式图示形成图2的转换器腿的部分的晶闸管的传导和阻塞模式内的不同状态；

图6至图8通过示意形式示出图1的半导体切换电路的辅助电路在它被切换以创建流经其中的备选电流通路时的各种配置；

图9通过示意形式示出按照本发明的第二实施例的半导体切换电路；

图10至图14通过示意形式示出图9的半导体切换电路的辅助电路在它被切换以创建流经其中的备选电流通路时的各种配置；

图15至图21通过示意形式分别示出按照本发明的第三、第四、第五、第六、第七、第八和第九实施例的半导体切换电路；以及

图22a至图22c通过示意形式示出有源双向半导体切换元件的各种配置。

按照本发明的第一实施例的第一半导体切换电路在图1中示出，并且通常通过参考数字10来表示。

第一半导体切换电路10包括主要和辅助电流支路12、14。

主要电流支路12包含采取晶闸管16形式的主要半导体切换元件。当晶闸管16接通时，电流流经主要电流支路12。当晶闸管16关断时，阻塞电流流经主要电流支路12。

晶闸管16是具有三个内部结点的四层(P₁、N₁、P₂、N₂)装置。第一内部结点位于P₁与N₁层之间、即靠近阳极端子。第二内部结点位于P₂与N₂层之间、即靠近阴极端子。第三内部结点位于N₁与P₂层之间。在协调中，跨这些内部结点发生的电子空穴活动使晶闸管16遭遇传导、反向恢复和阻塞(即，反向或正向阻塞)模式的任一种。

辅助电流支路14与主要电流支路12并联连接。辅助电流支路14包含辅助电路18。辅助电路18包含多个有源辅助半导体切换元件，其被连接以形成有源切换桥。更具体来说，一对有源辅助半导体切换元件在第一与第二桥端子之间按照半桥布置与能量存储装置并联连接。辅助电路18还包含阻抗装置20，其与有源切换桥串联连接。

在所示实施例中，每个有源辅助半导体切换元件是晶体管22，其与二极管反并联连接，以及能量存储装置是电容器24。另外，每个晶体管22可切换成工作在三极管模式中以便对流经其中的电流呈现阻抗。晶体管22和电容器24的每个对于与晶闸管的电压额定的兼容性而被定额。

有源切换桥具有在操作上与其连接的控制单元26。将领会，控制单元26可以是配置成控制多个有源半导体切换元件的切换的单个控制单元26，或者可包含一组控制子单元，由此每个控制子单元配置成控制多个晶体管22的相应晶体管的切换。

控制单元26配置成切换有源切换桥，以便将辅助电路18连接到具有主要电流支路12的电路中以及从其断开。通过将辅助电路18连接到具有主要电流支路12的电路中以及从其断开，有选择地创建经由辅助电流支路14的备选电流通路。因此，流经主要电流支路12的电流转向成流经备选电流通路并且流经阻抗装置20。

另外，控制单元26配置成切换有源切换桥以布置备选电流通路有选择地经过和旁路电容器24、通过多个晶体管22和电容器24的半桥布置所实现的特征。

通过改变晶体管22的状态，电容器24有选择地被旁路或插入到辅助电路18中。这有选择地引导电流经过电容器24或者使电流旁路电容器24，使得辅助电路18对流经其中的电流呈现零或正电压。

当晶体管22配置成直接将桥端子连接在一起时，旁路电容器24。这使辅助电路18中的电流直接在桥端子之间传递并且旁路电容器24，以及因此辅助电路18对流经其中的电流呈现零电压。

当晶体管22配置成允许辅助电路18中的电流流入和流出电容器24时，将电容器24插入到辅助电路18中。电容器24则对其存储能量进行充电或放电，以便对流经其中的电流呈现非零电压。

为了本说明书的目的，参照其HVDC功率转换器中的使用来描述本发明。然而将领会,HVDC功率转换器中的本发明的所述使用只是要图示本发明的工作，本发明并不局限于在HVDC功率转换器中使用，并且本发明的所述使用经过必要修改适用于要求半导体切换的其他应用。

图2通过示意形式示出组成六脉冲桥布置中的一相的转换器腿30。转换器腿30在第一与第二DC端子32、34之间延伸，并且包含通过AC端子40所分隔的第一和第二阀36、38。每个阀36、38包含多个串联连接的晶闸管16，每个晶闸管16属于相应的第一半导体切换电路10。

在对应的备选电流通路不存在的情况下，给定阀36、38中的每个晶闸管16的操作参照图3至图5描述如下。

图3示出当阀36、38接通并且由此传导正向电流I_F时形成的等效电路。在这个阶段，每个晶闸管16表示跨其阳极和阴极端子的“通态”电阻。

图4示出其从传导模式到阻塞模式的转变期间的反向恢复状态(由此反向恢复电流流经阀36、38)中的每个晶闸管16。反向恢复电流的流动因每个晶闸管16中存储的电荷而发生。对于给定晶闸管16，所存储电荷在晶闸管16能够进入其正向阻塞模式之前必须耗尽，以便防止它重新触发为传导。

图5通过图表形式图示晶闸管16的传导模式(状态1a、1b、1c和1d)和阻塞模式(状态2a、2b、2c和2d)中的不同状态。

每个晶闸管16在充分电流施加于其栅极端子时被触发。如由状态1a所示，晶闸管16暴露于接通之后的前数μs期间来自外部电路的快速上升正向电流。在前数μs期间激活仅靠近栅极端子的晶闸管16的小部分。因此，必须限制电流的上升率，以便防止装置的小部分在接通期间暴露于高电流幅度。这避免局部过热并且最终避免装置故障。

每个晶闸管16最终达到其全通态(如由状态1b所示)。这时，每个晶闸管16通过转换器电流重叠(其当电流从另一个转换器腿(其组成六脉冲桥布置的另一相)的阀(未示出)换向到阀36、38时存在)来传导交流波形。当阀36、38携带全转换器腿电流时，每个晶闸管16传导直流波形(如由状态1c所示)。这后面是晶闸管16通过随后转换器电流重叠来传导交流波形(如由状态1d所示)。

当流经给定晶闸管16的电流下降低于其“保持电流”值时，发起其阻塞模式。给定晶闸管16中存储的电荷使反向恢复电流I_RRM流经晶闸管16，并且由此流经阀36、38。

阀36、38中的串联连接的晶闸管16因不同反向恢复电荷电平Q_RR1、Q_RR(n)而可具有相异恢复特性。因此，在两个晶闸管16的情况下Q_RR1 < Q_RR(n)时，串联连接的晶闸管16在不同时间支持恢复电压，如由图6中的状态2b所示。在这种情况下，Q_RR1比Q_RR(n)更快地耗尽。因此，一个晶闸管16建立反向恢复电压V_QRR1，其高于另一晶闸管16的反向恢复电压V_QRR(n)并且在另一晶闸管16的反向恢复电压V_QRR(n)之前发生。此后，在某个时间周期之后，所有晶闸管16建立其反向阻塞电压(如由状态2c所示)，这被保持直到阀36、38准备好开始正向阻塞(如由状态2d所示)。

相异Qrr值可通过不同条件例如反向恢复之前的电流的变化率和每个晶闸管16的掺杂特性来影响。因此，难以确定未管理恢复特性时的正向阻塞电压之前的时间延迟。

在晶闸管16支持正向阻塞电压之前，每个晶闸管16中的电压变化从反向阻塞电压到正向阻塞电压发生。如果电压的所产生的上升率足够高，则电容充电电流将在每个晶闸管16中流动。如果电容充电电流变为过大，则非预计晶闸管触发可发生。这种触发是破坏性的，并且可损害HVDC功率转换器的操作。

当具有预先建立电流的电涌放电器跨每个阀36、38连接时，阀36、38当处于其阻塞模式中时将遭遇接通时电流的大的上升率。另外，这能够导致足够高以使其接通的跨阀36、38的电压的上升率。

如上文所述的每个晶闸管16的切换性能能够经过每个第一半导体切换电路10在传导、反向恢复和阻塞模式的各种阶段形成备选电流通路以形成下列任一个的操作来改进：

●与晶闸管16并联连接的阻抗电容电路；或者

●与晶闸管16并联连接的阻抗电路。

阻抗电容和阻抗电路的示例在图6至图8中示意示出。将会理解，阻抗电容电路可通过将辅助电流支路14与主要电流支路12反并联连接来与对应的晶闸管16反并联连接。

这些电路的每个的形成将流经晶闸管16的电流转向成流经备选电流通路，并且由此使每个辅助电路18能够执行特定功能以改进对应的晶闸管16的切换性能。用于改进每个晶闸管16的切换性能的该系列功能包含但不限于电流的变化率的调节、电压的变化率的调节、AC电压分级、DC电压分级以及晶闸管16的反向恢复和阻塞行为的调节。

为了形成与晶闸管16并联连接的阻抗电容电路，控制单元26切换辅助电路18的晶体管22以布置备选电流通路流经电容器24，并且由此将电容器24插入到辅助电路18中，如图6所示。这导致电容与阻抗装置20串联连接以形成阻抗电容电路，并且由此导致阻抗电容电路与晶闸管16并联连接。这准许辅助电路18提供对电流的变化率的调节、电压的变化率的调节和晶闸管16的AC电压分级。

为了形成与晶闸管16并联连接的阻抗电路，控制单元26切换辅助电路18的晶体管22以布置备选电流通路旁路辅助电路18的电容器24。这导致阻抗装置20与晶闸管16并联连接。这准许辅助电路18提供晶闸管16的DC电压分级。另外，备选电流通路经过的晶体管22可切换成工作在其三极管模式中，以便对流经其中的电流呈现阻抗，如图7所示。

此外，一个晶体管22可在另一晶体管接通的同时切换成工作在其三极管模式中，以便使辅助电路18能够同时提供对应的晶闸管16的AC和DC分级，如图8所示。

设想在本发明的其他实施例中，可从每个辅助电路18中省略阻抗装置20。这是因为所要求的阻抗能够经过一个或多个晶体管22切换成工作在三极管模式中来提供。将多个有源辅助半导体切换元件的至少一个配置成可切换成工作在阻抗模式中实现从辅助电路18中省略阻抗装置20，而没有不利地影响辅助电路18用来对流经其中的电流呈现阻抗的能力，因而提供辅助电路18的尺寸和重量中的进一步降低。

还设想，在本发明的还有其他的实施例中：

●阻抗装置可与电容器串联或并联连接；

●阻抗装置可与有源切换桥并联连接；和/或

●阻抗装置可连接在有源切换桥内。

还设想，在本发明的其他实施例中：

●每个二极管可通过另一种类型的无源电流检查元件、即准许电流仅在一个方向上流经其中的任何其他装置来取代；

●有源切换桥可通过另一种类型的有源切换桥、例如多电平有源切换桥来取代；

●电容器可通过能够存储和释放能量的另一种类型的能量存储装置来取代；和/或

●阻抗装置可包含电感器和/或电阻器。

按照本发明的第二实施例的第二半导体切换电路110在图9中示出，并且通常通过参考数字110来表示。第二半导体切换电路110的结构和操作与第一半导体切换电路10类似，并且相似特征共用相同参考数字。

第二半导体切换电路110与第一半导体切换电路10的不同之处在于，在第二半导体切换电路110中，多个晶体管22定义第一和第二组晶体管22，以及第一和第二组晶体管22在第一与第二桥端子之间按照全桥布置与电容器24并联连接。

通过改变晶体管22的状态，电容器24有选择地被旁路或插入到辅助电路18中。这有选择地引导电流经过电容器24或者使电流旁路电容器24，使得辅助电路18对流经其中的电流呈现零或正或者负电压。

当晶体管22配置成直接将桥端子连接在一起时，旁路电容器24。这使辅助电路18中的电流直接在桥端子之间传递并且旁路电容器24，以及因此辅助电路18对流经其中的电流呈现零电压。

当晶体管22配置成允许辅助电路18中的电流流入和流出电容器24时，将电容器24插入到辅助电路18中。电容器24则对其存储能量进行充电或放电，以便对流经其中的电流呈现非零电压。

这种布置准许电流在第一与第二桥端子之间在任一方向上流经有源切换桥。晶体管22和电容器24的全桥布置有利地准许任何所形成电路与晶闸管16并联或者反并联连接，而无需变更主要与辅助电流支路12、14之间的连接。辅助电路18通过其全桥布置能够工作在四个象限中，并且能够控制成形成如图10至图13中所示的阻抗电容和阻抗电路的每个，以便执行以上参照第一半导体切换电路10所述的各种功能。

另外，控制单元26可切换辅助电路18的晶体管22以布置备选电流通路流经电容器24，并且由此将电容器24插入到辅助电路18中，使得阻抗电容电路与晶闸管16反并联连接，如图14所示。这准许流经主要电流支路12的反向恢复电流转向成流经备选电流通路，以调节流经晶闸管16的反向恢复电流。

通过将反向恢复电流转向成在备选电流通路中流动，防止反向恢复电流流出第二半导体切换电路110，并且由此防止反向恢复电流流出对应的阀36、38，因而避免由反向恢复电流所引起的问题。这对于具有相异恢复特性的串联连接的晶闸管16是特别有益的。

可选地，在本发明的实施例中，辅助电流支路14可配置成当流经主要电流支路12的电流转向成流经备选电流通路时存储能量(例如使用电容器24)，以及控制单元26可配置成切换有源切换桥，以便有选择地将所存储能量释放到对应的AC端子40和/或DC端子32、34中。

将会理解，虽然为了说明的清楚的目的而从与以下实施例对应的附图中省略控制单元26，但是为了本说明书的目的，在以下实施例的每个中，控制单元26仍然在操作上与相应的有源切换桥连接。

按照本发明的第三实施例的第三半导体切换电路210在图15中示出，并且通常通过参考数字210来表示。第三半导体切换电路210的结构和操作与第一半导体切换电路10类似，并且相似特征共用相同参考数字。

第三半导体切换电路210与第一半导体切换电路10的不同之处在于，第三半导体切换电路210的辅助电流支路14包含多个串联连接的辅助电路18。第三半导体切换电路210的每个辅助电路18包含一对晶体管22，其在第一与第二桥端子之间按照半桥布置与能量存储装置并联连接。辅助电流支路14还包含阻抗装置20，其与串联连接的辅助电路18串联连接。

串联连接的辅助电路18共同定义链式链路转换器。链式链路转换器的结构经由将多个辅助电路18的电容器(各提供其自己的电压)插入到链式链路转换器中来准许跨链式链路转换器的组合电压的积聚，其高于从其个别辅助电路18的每个可用的电压。链式链路转换器的结构还经由将多个这类晶体管22(各呈现其自己的阻抗)插入到链式链路转换器中来准许跨链式链路转换器的组合阻抗的积聚，其高于从其具有工作在三极管模式中的一个或多个晶体管22的辅助电路18的每个可用的阻抗。

因此，除了形成以上参照第一和第二半导体切换电路110所述的阻抗电容和阻抗电路的每个之外，在辅助电流支路14中包含多个辅助电路18还实现通过主动改变电容器24、阻抗装置20和/或工作在三极管模式中、备选电流通路经过的晶体管22的数量按照逐步方式来调节流经晶闸管16的电流和跨晶闸管16出现的电压中的一个或多个。

每个辅助电路18的电容器24和/或阻抗装置20的额定可与辅助电路18的数量成反比地降低。

按照本发明的第四实施例的第四半导体切换电路310在图16中示出，并且通常通过参考数字310来表示。第四半导体切换电路310的结构和操作与第三半导体切换电路210类似，并且相似特征共用相同参考数字。

第四半导体切换电路310与第三半导体切换电路210的不同之处在于，在第四半导体切换电路310中，每个辅助电路18包含多个晶体管22，其定义第一和第二组晶体管22。在每个辅助电路18中，并且第一和第二组晶体管22在第一与第二桥端子之间按照全桥布置与电容器24并联连接。

按照本发明的第五实施例的第五半导体切换电路410在图17中示出，并且通常通过参考数字410来表示。第五半导体切换电路410的结构和操作与第四半导体切换电路310类似，并且相似特征共用相同参考数字。

第五半导体切换电路410与第四半导体切换电路310的不同之处在于，在第五半导体切换电路410中，辅助电路18a中的一个包含代替其电容器24的分支，由此该分支是电阻器和电容器24的串联连接，以及辅助电路18b的另一个通过具有一对晶体管22(其在第一与第二桥端子之间按照半桥布置与电阻器并联连接)的另外辅助电路18来取代。

本发明的辅助电路18可按照不同方式来配置，以便定义具有多电平有源切换桥的辅助电路18。

按照本发明的第六实施例的第六半导体切换电路510在图18中示出，并且通常通过参考数字510来表示。第六半导体切换电路510的结构和操作与第二半导体切换电路110类似，并且相似特征共用相同参考数字。

第六半导体切换电路510与第二半导体切换电路110的不同之处在于，在第六半导体切换电路510中，第一和第二组晶体管22中的一个包含通过对应的桥端子所分隔的第一和第二对晶体管22，第一对晶体管22通过第一结点来分隔，第二对晶体管22通过第二结点来分隔，以及阻抗装置20跨第一和第二结点连接。

按照本发明的第七实施例的第七半导体切换电路610在图19中示出，并且通常通过参考数字610来表示。第七半导体切换电路610的结构和操作与第六半导体切换电路510类似，并且相似特征共用相同参考数字。

第七半导体切换电路610与第六半导体切换电路510的不同之处在于，在第七半导体切换电路610中，第一和第二组晶体管22均包含通过对应的桥端子所分隔的第一和第二对晶体管22。在这个实施例中，每个第一对晶体管22通过相应的第一结点来分隔，以及每个第二对晶体管22通过相应的第二结点来分隔。辅助电流支路14包含两个阻抗装置20，由此每个阻抗装置20跨相应对的第一和第二结点连接。

按照本发明的第八实施例的第八半导体切换电路710在图20中示出，并且通常通过参考数字710来表示。第八半导体切换电路710的结构和操作与第六半导体切换电路510类似，并且相似特征共用相同参考数字。

第八半导体切换电路710与第六半导体切换电路510的不同之处在于，在第八半导体切换电路710中，阻抗装置20不是跨第一和第二结点连接，而是辅助电路18包含分支42，其包含电容器24和阻抗装置20的串联连接。第一和第二组晶体管22与分支42并联连接，以在第一与第二桥端子之间定义全桥布置。

辅助电路18还包含一对二极管44。该对二极管44跨第一和第二结点连接。该对二极管44之间的第三结点连接到分支42的串联连接的电容器24和阻抗装置20之间的第四结点。

虽然用于跨第一和第二结点的连接的优选选项是图20所示的该对二极管44，但是设想在本发明的其他实施例中，该对二极管44可通过能够主动控制成执行类似功能性的晶体管来取代。

按照本发明的第九实施例的第九半导体切换电路810在图21中示出，并且通常通过参考数字810来表示。第九半导体切换电路810的结构和操作与第八半导体切换电路710类似，并且相似特征共用相同参考数字。

第九半导体切换电路810与第八半导体切换电路710的不同之处在于，在第九半导体切换电路810中，第一和第二组晶体管22均包含通过对应的桥端子所分隔的第一和第二对晶体管22。在这个实施例中，每个第一对晶体管22通过相应的第一结点来分隔，以及每个第二对晶体管22通过相应的第二结点来分隔。辅助电流支路14包含两对二极管44。每对二极管44跨相应对的第一和第二结点连接。每对二极管44之间的相应第三结点连接到分支42的串联连接的电容器24和阻抗装置20之间的第四结点。

包含配置成创建经由辅助电流支路14并且由此经由电容器24和/或阻抗装置20的备选电流通路的控制单元26允许上述半导体切换电路的每个提供用于通过有选择地将辅助电路18的电容器24和/或阻抗装置20连接到晶闸管16以修改流经晶闸管16的电流和跨晶闸管16出现的电压中的一个或多个来改进对应的晶闸管16的切换性能的一系列功能。

另外，控制单元26用来将辅助电路18切换出具有主要电流通路的电路的能力准许在不存在用于调节流经晶闸管16的电流和跨晶闸管16出现的电压中的一个或多个的需要时去除备选电流通路。这意味着，只有当需要辅助电路18执行其功能时，才要求辅助电路18保持连接到晶闸管16。否则，如果辅助电路18在它没有被要求这样做时保持连接到晶闸管16，则在其期间辅助电路18连接到晶闸管16的时间中的所得到的增加将会要求辅助电路18的每个组件的电气额定中的对应增加，因而导致具有更高损耗并且具有增加的尺寸和重量的辅助电路18。

此外，提供有源切换桥以便将辅助电路18连接到具有主要电流支路12的电路中以及从其断开，并且由此准许创建经由辅助电流支路14的备选电流通路准许控制单元26布置经过其备选电流通路经过辅助电流支路14的路线，使得电流能够流经辅助电流支路14中的各种路线。这是因为，如上文参照本发明的各个实施例所述的，有源切换桥的结构准许其配置为流经其中的电流提供多于一个的路线。这又准许辅助电路组件的布置以便在保持其功能性的同时提供更紧凑和更廉价的辅助电路18。

每个有源辅助半导体切换元件的结构在其他实施例中可变化。

设想在本发明的其他实施例中，晶体管和二极管的反并联连接对可由晶体管取代。

设想在本发明的还有其他的实施例中，每个晶体管22可由省略三极管模式的另一个晶体管来取代。

设想在本发明的另外其他的实施例中，每个晶体管22可由有源双向半导体切换元件来取代。这种双向半导体切换元件可包含：

●一对反串联连接的有源半导体切换元件，如图22a和图22b所示；或者

●按照全桥布置与有源半导体切换元件并联连接的多个二极管，如图22c所示。