电力转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本文中描述的实施例一般地涉及一种电力转换装置。
【背景技术】
[0002]通常，经常出现的情况是，转换器包括二极管钳位型3电平电路。相对于这样的转换器，出现了对通过利用诸如碳化硅元件的低损耗器件将转换器器件小型化的需求。然而，就当前可用的碳化硅元件而言，没有已知的可承受高压的元件。因此，有必要将碳化硅元件布置成串联，或者将碳化硅元件和现存硅元件结合来采用多电平。在这两种方法中，串联元件的布置具有缺点，例如，电阻损耗的增加、组件总数的增加以及平衡控制的必要性。因此，相比起将元件布置成串联，多电平被认为更实用。
[0003]关于多电平技术，飞跨电容的方法已经被建议作为一种方法，其中，可以减少开关元件的数量来减少输出电压的电平的数量。然而，在这样的方法中，电容器的数量增加。
[0004]二极管钳位的方法已经被提出用于限制多电平器件中电容器数量的增力卩。在二极管钳位的方法中，具有滤波电容电压(a filter capacitor voltage)的平衡电路是有必要的，以便可以增大转换器器件的大小。除了二极管钳位的方法以外，其他方法包括单相全桥转换器(逆变器)的AC(交流)输入/输出点以串联的方式连接的级联方法，以及灰度控制方法。
[0005]在相关技术中，可以减少电容器的数目的同时保证高的电击穿强度。然而，开关元件的数目随着输出电压的电平的数目增加，因此，转换器器件的小型化是困难的。
[0006]因此，考虑使用将多个不同的电平转换器以串联的方式连接的多电平转换器。然而，对于每个电平转换器来说，抑制电平转换器的电容器的过电压的电路是必需的。尽管用于抑制过电压的保护电路包括用于执行快速放电的放电电阻器，但保护电路需要具有能承受大电流的容量，所以，存在一种保护电路变得更大的趋势。因此，减小电力转换装置的尺寸是有困难的。
【附图说明】
[0007]图1描绘了根据第一实施例的电力转换装置的多电平转换器。
[0008]图2描绘了根据第一实施例的与输到多电平转换器的输出电压命令相对应的各个转换器的命令值电压。
[0009]图3描绘了根据第一实施例的由在单相2电平转换器和单相3电平转换器中所包括的各个开关器件执行的开关控制。
[0010]图4描绘了当满足Vthrl> = Vref> = -Vthrl的条件时，多电平转换器的单相3电平转换器的电流路径。
[0011]图5描绘了当满足Vthr2> = Vref>Vthrl的条件时，多电平转换器的单相3电平转换器的电流路径。
[0012]图6描绘了当满足Vref>Vthr2的条件时，多电平转换器的单相3电平转换器的电流路径。
[0013]图7描绘了根据第一实施例的双向旁路开关和过电压抑制电路被操作时的电流路径。
[0014]图8描绘了根据第一实施例的变形的电力转换装置中双向旁路开关被操作时的电流路径。
[0015]图9是描绘了根据第一实施例的变形的电力转换装置中的电容器中产生过电压时的过程的流程图。
[0016]图10描绘了根据第一实施例的第二变形的由控制模块执行的控制中双向旁路开关被操作并且单相3电平转换器的开关器件引入OFF状态时的电流路径。
[0017]图11描绘了根据第二实施例的电力转换装置的多电平转换器。
[0018]图12描绘了根据第二实施例的控制模块开始给各个电容器充电时的电流路径。
[0019]图13描绘了当由于单相2电平转换器的电容器的初始电压达到所要的初始电压值，根据第二实施例的控制模块仅继续对单相3电平转换器的电容器充电时的电流路径。
[0020]图14是描绘了根据第二实施例的电力转换装置中的初始充电过程的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0021]根据本发明，提供了一种电力转换装置，尽管其具有较少的部件，其也能提供恰当的控制。
[0022]根据实施例，一般地，电力转换装置包括第一转换器，该第一转换器连接到第二转换器。该第一转换器包括第一电容器，该第二转换器包括第二电容器，该第二电容器串联连接到第三电容器。所述电容器各自与相应的电阻器并联连接。该电力转换装置还包括旁路开关，该旁路开关与该第一转换器并联连接并且与该第二转换器串联连接。控制模块被配置为通过对该第一转换器、该第二转换器以及该旁路开关进行操作来控制单相输出电压。
[0023]根据另一实施例，一般地，用于车辆的电力转换装置是将单相交流电转换为直流电的电力转换装置。该电力转换装置包括单相2电平转换器、单相3电平转换器，以及双向旁路开关。该单相2电平转换器包括电容器。在该单相2电平转换器中，具有自灭弧能力并被布置为与该电容器并联的第一开关器件和第二开关器件，经由连接到提供单相交流电的电源的第一连接点连接成串联的两个元件；布置为与该电容器并联的第三开关器件和第四开关器件，经由第二连接点连接成串联的两个元件；以及对于每个开关器件都有二极管与该开关器件反向并联连接。该单相3电平转换器包括串联连接的两个电容器。在该单相3电平转换器中，被布置为与该等串联连接的电容器并联的第五开关器件和第六开关器件经由连接到该第二连接点的第三连接点连接成串联的两个元件，被布置为与连接成串联的两个元件的电容器并联的第七开关器件和第八开关器件经由第四连接点连接为串联的两个元件，将第九开关器件和第十开关器件以相反极性串联连接的双向开关被设置在从该第四连接点到中性点的路径中，并且对于每个开关器件都有二极管与该开关器件反向并联连接。在该双向旁路开关中，连接成串联的两个元件的第十一开关器件和第十二开关器件被布置为与该单相2电平转换器并联，被布置为与该第十一开关器件反向并联的二极管和被布置为与该第十二开关器件反向并联的二极管以相反的极性彼此连接。
[0024](第一实施例)
[0025]图1描绘了电力转换装置11的多电平转换器。电力转换装置11可以被安装在，例如，车辆，比如汽车中。如图1所示，根据该第一实施例的多电平转换器I被配置为使得单相3电平转换器50和单相2电平转换器40串联连接。
[0026]多电平转换器I经由具有电感组件的无源元件2被连接到电力系统等的交流电源100。多电平转换器I将单相交流电转换成直流电，并且，此后，将直流电供应给电操作机器
3。在该实施例中，安装上电力转换装置11的车辆并没有限制，电力转换装置11可以被安装到各种类型的车辆上。
[0027]多电平转换器I包括用于抑制在单相3电平转换器50中的电容段150的电容器15a、15b中的过电压的过电压抑制电路130。双向旁路开关120与单相2电平转换器40并联连接。
[0028]控制模块180对单相3电平转换器50，单相2电平转换器40以及双向旁路开关120进行控制。尽管控制模块180被描绘成在多电平转换器I的外部，控制模块180也可以被合并到多电平转换器I的内部。
[0029]单相2电平转换器40是单相转换器，并且包括开关器件4a至4d、电容器14a、电阻器14c和(回流)二极管6a至6d。开关器件4a至4d可以是自关断开关器件(例如，电子注入增强栅极晶体管，门极可关断晶闸管)。根据该实施例的单相2电平转换器40是SiC(碳化硅)器件。通过使用该SiC器件，可以降低开关损耗。
[0030]在单相2电平转换器40中，开关器件4a和开关器件4b串联连接。开关器件4a连接到电容器14a的正电位侧，以及开关器件4b连接到电容器14a的负电位侧。单相2电平转换器40具有在开关器件4a和开关器件4b之间的第一连接点41 (交流输入/输出点)。第一连接点41经由无源元件2连接到交流电源100。二极管6a与开关器件4a反向并联连接，二极管6b与开关器件4b反向并联连接。
[0031]双向旁路开关120与单相2电平转换器40并联连接。在双向旁路开关120中，开关器件21a和开关器件21b串联连接。二极管22a与开关器件21a反向并联连接，二极管22b与开关器件21b反向并联连接。
[0032]在单相2电平转换器40中，开关器件4c和开关器件4d串联连接。开关器件4c连接到电容器14a的正电位侧，开关器件4d连接到电容器14a的负电位侧。单相2电平转换器40在开关器件4c和开关器件4d之间具有连接到单相3电平转换器50的第二连接点42 (交流输入/输出点)。二极管6c与开关器件4c反向并联连接，二极管6d与开关器件4d反向并联连接。电阻器14c与电容器14a并联连接。
[0033]接下来，将对连接在单相2电平转换器40和电操作机器3之间的单相3电平转换器50进行说明。单相3电平转换器50包括两条电流路径、双向开关器件7、电容段150以及过电压抑制电路130。在单相3电平转换器50中所包含的所有开关器件5a至5f可以是自关断开关器件(例如，电子注入增强栅极晶体管、门极可关断晶闸管)。