中，电压结点182U84和186可具有正电压，而电 压结点188、190和192可具有负电压。在其他实施例中，电压结点182-192的每个可具有 电压极性的同构或其他异构混合。
[0045]DC-AC转换部分 180 还包括功率开关 194、196、198、200、202、204、206、208、210 和 212,其统称为开关194-212。在一些实施例中，开关194-212的一个或多个可W是绝缘栅双 极晶体管（IGBT)、场效应晶体管师T)或者适合于转换电压结点182-192之间的交替连接 的其他晶体管类型。在某些实施例中，开关194-212的一个或多个可W是适当的晶间管，例 如口极关断晶间管（GT0)或集成口极换向晶间管（IGCT)。DC-AC转换部分180还可包括谢 位二极管 214、216、218、220、222、224、226、228、230 和 232,其统称为二极管 214-230,其与 相应功率开关194-212并联W充当谢位二极管。换言之，二极管214-230可降低/消除切 换功率开关194-212的一个或多个时的突然电压尖峰。最后，使用开关194-212和二极管 214-230,电压结点交替禪合到AC输出234。
[0046] DC-AC转换部分180与先前所述的四级和五级形式类似地进行工作，W便通过将 电压结点182-192交替禪合到AC输出234,来取得预期电压电平。例如，当电压电平从电压 结点188、190或192来产生时，开关200可接通，W限制开关202上的电压应力。类似地，当 电压电平从电压结点182U84或186来产生时，开关226可接通，W限制开关204上的电压 应力。此外，在某些实施例中，可切换开关对（例如开关196和198或者开关228和230)， W降低对应开关和/或二极管（例如分别为开关202/二极管222和开关204/224)的电压 应力。因此，可用的电压的每个可用来产生可变频率AC信号，同时单独开关和/或二极管 上的电压应力可降低。
[0047] 图6示出功率转换器12的DC-AC转换部分250,其包括能够产生具有六级分辨率 的AC信号的备选六级单相配置。DC-AC转换部分250可与针对上述图4所述的五级单相配 置类似地进行操作。但是，DC-AC转换部分250的中也部分252配置成将AC输出254交替 禪合到两个不同电压结点256和258而不是单个电压结点（例如电压结点122)。
[0048] 图7示出功率转换器12的DC-AC转换部分258,其包括能够在AC输出260产生 具有走级分辨率的AC信号的备选走级单相配置。DC-AC转换部分258可按照与先前所述 的H、四、五和六级配置相似的方式来操作。具体来说，各种电压可经过通道262或264来 传导。当负载电流经过通道262来传导时，各开关-二极管对266阻塞经过通道264的电 流。为了降低开关-二极管对266上的电压应力，可激活开关268,W减少开关-二极管对 266阻塞的电压量。类似地，当负载电流经过通道264来传导时，开关-二极管对270阻塞 经过通道262的电流，其中开关272被激活，W降低开关-二极管对上的电压应力。
[0049] 图8示出用于从功率结点提供可变频率信号的过程300。过程300包括使用多个 开关或者多个二极管、经过功率转换单元中的多个电流通路的第一电流通路来传导负载电 流（框302)。例如，负载电流可经过正/负极电流通路来传导到较高电压结点、中间电压结 点或者较低电压结点，该取决于功率转换单元所创建的波形的预期输出。在其他实施例中， 负载电流可经过中性/中间电流通路（其连接到具有较高电流通路和较低电流通路的电压 电平之间的电压的一个或多个电压结点）来传导。在各个实施例中，可使用多个通道，其中 各通道包含多个电流通路。除了传导电流通路之外的电流通路可使用多个开关、多个二极 管或者其组合来阻塞（框304)。过程300还包括通过使一个或多个电压应力降低开关（其 通过将一个或多个开关的每个的与阻塞端相对的一端连接到中间电压，来降低被一个或多 个阻塞开关或二极管阻塞的电压）接通或者保持接通，来降低阻塞二极管或开关上的电压 应力（框306)。换言之，在阻塞电流/电压的通道中，开关和/或二极管可连接到中间电 压，W减少开关和/或二极管阻塞的电压量，由此降低开关和/或二极管上的电压应力，并 且实现较低功率开关（例如额定用于1200V而不是4500V的开关）的使用。
[0050] 如先前所述，通过使用具有较低额定电压（例如总共1700V)的功率开关，功率转 换器可W能够传导比使用具有较高额定电压（例如3300V及W上）的功率开关的功率转 换器要大的电流。此外，功率转换器可比使用更昂贵的较高功率开关（例如额定用于4500 V的开关）的功率转换器更廉价地制造。此外，功率转换器可在无需复杂变压器或另外的开 关的情况下实现，由此降低制造功率转换器的复杂度和成本。此外，功率转换器分辨率可W 是某种程度模块化的，从而通过堆叠四级模块或者添加另外的电容器级来增加级数，由此 增加功率转换器的使用灵活性。
[0051] 本书面描述使用示例来公开本发明，其中包括最佳模式，W及还使本领域的技术 人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何结合的方法。本发明 的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果该 类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包括具有与权 利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则预计它们落入权利要求的范围之内。
[0052] 附图标记说明
【主权项】
1. 一种具有多个电流通道、用于转换功率的系统，包括： 第一通道，配置成传导电流供功率转换，其中，所述第一通道包括第一多个开关，其中 所述第一多个开关的至少一个配置成当电流经过所述多个电流通道的其余通道来传导时 阻塞经过所述第一通道的电流，并且所述第一多个开关的一个或多个其余开关配置成通过 在阻塞期间将所述第一多个开关的所述至少一个耦合到中间电压，来降低所述第一多个开 关的所述至少一个上的电压应力；以及 第二通道，配置成传导电流供功率转换，其中，所述第二通道包括第二多个开关，其中 所述第二多个开关的至少一个配置成当电流经过所述多个电流通道的其余通道来传导时 阻塞经过所述第二通道的电流，并且所述第二多个开关的一个或多个其余开关配置成通过 在阻塞期间将所述第二多个开关的所述至少一个耦合到中间电压，来降低所述第二多个开 关的所述至少一个上的电压应力。
2. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一通道包括第一多个二极管，其中所述第 一多个二极管的各二极管与所述第一多个开关的相应开关并联连接，以及所述第二通道包 括第二多个二极管，其中所述第二多个二极管的各二极管与所述第二多个开关的相应开关 并联连接。
3. 如权利要求1所述的系统，其中，所述多个通道包括配置成传导电流供功率转换的 第三通道，其中所述第三通道包括第三多个开关，所述第三多个开关的至少一个配置成当 电流经过所述多个电流通道的其余通道来传导时阻塞经过所述第三通道的电流，并且所述 第三多个开关的一个或多个其余开关配置成通过在阻塞期间将所述第三多个开关的至少 一个耦合到中间电压，来降低所述第三多个开关的所述至少一个上的电压应力。
4. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二多个开关包括绝缘栅双极晶体管 (IGBT)。
5. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二多个开关包括集成门极换向晶闸 管（IGCT)。
6. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二多个开关包括门极关断晶闸管 (GTO)。
7. -种用于转换功率的系统，包括： 各包括多个二极管-开关对的多个通道，其中所述二极管-开关对的第一子集配置成 在所述多个通道的相应通道的传导状态期间来传导电流，所述二极管-开关对的第二子集 配置成在阻塞状态期间阻塞经过所述相应通道的电流，以及所述多个二极管-开关对的至 少一个开关配置成在所述通道的阻塞状态期间将二极管-开关对的所述第二子集耦合到 多个输入电压的中间电压。
8. 如权利要求7所述的系统，其中，当所述多个通道的任何通道处于传导状态时，所 述多个通道的其余通道的每个处于阻塞状态。
9. 如权利要求7所述的系统，其中，所述多个二极管-开关对的所述二极管包括绝缘 栅双极晶体管（IGBT)、集成门极换向晶闸管（IGCT)、门极关断晶闸管（GTO)或者其组合。
10. 如权利要求7所述的系统，其中，所述多个通道配置成提供具有四个可用功率级 的输出AC信号。
【专利摘要】本发明提供用于功率转换的系统和方法。功率转换包括使用开关、二极管或者其组合、经过功率转换单元中的多个电流通路的第一电流通路来传导负载电流。功率转换还包括使用开关的一个或多个、二极管的一个或多个或者其组合来阻塞功率转换单元中的多个电流通路的一个或多个另外的电流通路。此外，功率转换包括通过将一个或多个开关的每个的与阻塞端相对的一端连接到中间电压结点，通过使用一个或多个电压应力降低开关以降低被一个或多个阻塞开关或二极管阻塞的电压，来降低一个或多个开关上的潜在电压应力。
【IPC分类】H02M5-44, H02M7-48
【公开号】CN104767392
【申请号】CN201510004156
【发明人】C.D.哈布尔特, A.M.里特, R.G.瓦戈纳
【申请人】通用电气公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年1月6日
【公告号】EP2897278A2, EP2897278A3, US20150194904...