用于转换多个电压级别的开关装置单元和变换器电路的制作方法

专利名称：用于转换多个电压级别的开关装置单元和变换器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及变换器电路领域。根据独立权利要求的前序，它基于用于转换多个电压级别的变换器电路以及开关装置单元(Schaltzelle)。
技术背景如今，在变换器技术中功率半导体开关更多地^皮使用，尤其是应 用于转换(Schaltung)多个电压级别的变换器电路中。用于转换多个电 压级别的这种变换器电路是在"具有自电压均衡的通用多级逆变器拓 朴，，(A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self Voltage Balancing",正EE Transactions on Industry Applications, Vol.37， No.2， March/Apri12001 )中给出的。在图1中相应于用于转换例如三个电压 级别的变换器电路给出了开关装置单元，开关装置单元具有第一能量 存储器和串联于第一能量存储器的第二能量存储器。此外开关装置单 元还具有第一、第二、第三和第四功率半导体开关，其中第一、第二、 第三和第四功率半导体开关分别是具有^&控单向通电方向 (unidirektionaler StromfUehrungsrichtung)的可控双向功率半导体开关， 第一、第二、第三和第四功率半导体开关串联，第一功率半导体开关 与第一能量存储器连接而第四功率半导体开关与第上能量存储器连 接。第二功率半导体开关与第三功率半导体开关的连接点和第一能量 存储器与第二能量存储器的连接点连接，尤其是直接连接。此外，第 三能量存储器和第一功率半导体开关与第二功率半导体开关的连接 点，且和第三功率半导体开关与第四功率半导体开关的连接点连接。在基于根据在"具有自电压均衡的通用多级逆变器拓朴"(A正EE Transactions on Industry Applications , Vol.37 , No.2, March/Apri12001 )的开关装置单元的变换器电路中是有问题的，即在 例如所期望的较高数量的要转换的电压级别的情况下，比如五个或七 个电压级别，必需的功率半导体开关的数量和必需的能量存储器的数 量显著增加，如才艮据在"具有自电压均衡的通用多级逆变器拓朴"(A Generalized Multilevel Inverter Topology with Self Voltage Balancing", IEEE Transactions on Industry Applications ， Vol.37 ， No.2， March/Apri12001 )的图1所示。由此有非常高的电路花费且就功率半 导体开关而言还有高出很多的控制花费，由此通常情况下产生了增大 的干扰敏感性和由此导致较低的可用性。此外这种变换器电路需要大 量的空间。在"具有钳位电压稳定的软开关三级电容钳位逆变器" (Soft-Switched Three-Level Capacitor Clamping Inverter with Claming Voltage Stabilization, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.36， No。 4， July/August2000)中也公开了具有第一能量存储器、 串联于第一能量存储器的笫二能量存储器、和第一、第二、第三和第四功率半导体开关的开关装置单元，其中第一、第二、第三和第四功 率半导体开关分别是具有被控单向通电方向的可控双向功率半导体开关且第一、第二、第三和第四功率半导体开关串联，第一功率半导 体开关与第一能量存储器连接而第四功率半导体开关与第二能量存 储器连接。此外设置了笫三能量存储器，第三能量存储器和笫一功率 半导体开关与第二功率半导体开关的连接点及第三功率半导体开关与第四功率半导体开关的连接点连接。此外设置了具有祐:控双向通电方向的开关元件，其通过第一电感和第一变压器和第二功率半导体开 关与第三功率半导体开关的连接点连接，且其通过第二电感和第二变 压器和第一能量存储器与第二能量存储器的连接点连接发明内容因此，本发明任务在于给出这样的开关装置单元，使用该开关装 置单元能够实现筒单和耐用的用于转换多个电压级别且具有少量元 件的变换器电路，此外变换器电路适于少的空间需求。此外还给出了这种变换器电路。这些任务通过权利要求1和14的特征来解决。在 所附权利要求书中给出了有利的本发明的变型。根据本发明用于转换多个电压级别的开关装置单元具有第 一能 量存储器和串联于第一能量存储器的第二能量存储器。此外开关装置 单元还具有第一、第二、第三和笫四功率半导体开关，其中第一、第 二、第三和第四功率半导体开关分别是具有#皮控单向通电方向的可控 双向功率半导体开关且第一、第二、第三和第四功率半导体开关串联， 而第一功率半导体开关与第一能量存储器连接和第四功率半导体开关与第二能量存储器连接。此外第三能量存储器和第一功率半导体开 关与笫二功率半导体开关的连^秦点，还和第三功率半导体开关与第四 功率半导体开关的连接点连接。根据本发明具有祐j空双向通电方向的 开关元件直接和第二与第三功率半导体开关的连接点连接且直接和 第一能量存储器与第二能量存储器的连接点连接。由此有利地在第一 能量存储器与第二能量存储器的连接点上的电流能够在两个方向上 调节或控制。此外借助根据本发明的开关装置单元能够实现变换器电 路，与变换器电路的功率半导体开关连接，例如转换五个和七个电压 级别，而不必显著增加变换器电路中要控制的开关元件的总数量。此 外，有利地，能量存储器的数量不变。因此，使用根据本发明的开关 装置单元，这种变换器电路的电路花费能够保持争支低，其中相应于开 关元件的控制花费同样能够保持较低。由此这种具有根据本发明的开 关装置单元的变换器电路全部可以非常简单地构建，具有较小的干扰 敏感性且需要最小空间。本发明这个和其它任务、优点和特征将从以下对本发明优选实施 例的具体介绍并结合附图而变得清楚。


显示了图1 根据本发明的开关装置单元的笫一实施例，图2根据本发明的用于转换多个电压级别且具有根据图1的开 关装置单元的变换器电路的第一实施例，图2a根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明的 开关装置单元第二实施例的变换器电路的笫二实施例，图3根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明开关 装置单元第三实施例的变换器电路第三实施例，图4根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明开关 装置单元的第四实施例的变换器电路的第四实施例，图5根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明开关 装置单元的第五实施例的变换器电路的第五实施例，图6根据本发明变换器电路的第六实施例，用于转换多个电压 级别且具有根据本发明开关装置单元的第六实施例，图7根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明开关 装置单元的第七实施例的变换器电路的第七实施例，图7a根据本发明用于转^:多个电压级别且具有根据本发明开 关装置单元第八实施例的变换器电路的第八实施例，图8根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明开关 装置单元第九实施例的变换器电路的第九实施例，及图8a根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明开 关装置单元第十实施例的变换器电路的第十实施例。在附图中使用的附图标记与其含义在附图标记列表中概括性地 列出。基本上在这些图中相同部分提供有相同附图标记。所述实施例 是本发明的示例而不起限制作用。附图标记列表1 开关装置单元2 第一能量存储器3 第二能量存储器4 第三能量存储器A 开关装置单元的开关元件51 开关装置单元的第一功率半导体开关52 开关装置单元的第二功率半导体开关53 开关装置单元的第三功率半导体开关54 开关装置单元的第四功率半导体开关55 开关装置单元的开关元件的可控功率半导体开关56 开关装置单元的开关元件的可控功率半导体开关57 变换器电路的第一功率半导体开关58 变换器电路的第二功率半导体开关59 开关装置单元开关元件的可控功率半导体开关510 开关装置单元开关元件的可控功率半导体开关511 开关装置单元开关元件的可控功率半导体开关512 开关装置单元开关元件的可控功率半导体开关 Dl、 D2、D3、 D4、D5、 D6 开关装置单元开关元件的功率半导体开关具体实施方式
在图1中描述了根据本发明开关装置单元l的第一实施例。此外， 在图2中显示了根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据图1的 开关装置单元的变换器开关的第一实施例。根据图2，用于转换多个 电压级别的变换器电路具有第一功率半导体开关S7以及串联于第一 功率半导体开关S7的笫二功率半导体开关S8。根据图2随后笫一功 率半导体开关S7与第二功率半导体开关S8的连接点构成了相位连接，比如所示相位R。根据图1和图2开关装置单元1具有第一能量 存储器2和串联于第一能量存储器2的第二能量存储器3。此外，开 关装置单元1还具有第一、笫二、第三和笫四功率半导体开关Sl、 S2、 S3、 S4，其中第一、第二、第三和第四功率半导体开关S1、 S2、 S3、 S4分别是具有^皮控单向通电方向的可控双向功率半导体开关。根据图 1,各个分别作为具有纟皮控单向通电方向的可控双向功率半导体开关 实施的开关装置单元1的第一、第二、第三和第四功率半导体开关S1、 S2、 S3、 S4，举例来说通过绝缘栅双极晶体管(IGBT)和通过与该双极 晶体管反并联(antiparallel)连接的二极管形成。也可以想到的是前面 提到的可控双向功率半导体开关例如作为具有另外的反并联连接的 二极管的功率MOSFET来实施。根据图2的变换器电路，变换器电路 的第一和第二功率半导体开关S7、 S8分别是具有纟皮控单向通电方向 的可控双向功率半导体开关。举例来讲，根据图2各个分别作为具有 被控单向通电方向的可控双向功率半导体开关实施的第一和第二功 率半导体开关S7、 S8通过绝缘4册双极晶体管(IGBT)和通过与双极晶 体管反并联连接的二极管形成。还可以想到的是前面提到的可控双向 功率半导体开关比如作为具有另外的反并联连接的二极管的功率MOSFET来实施。根据图1和图2，开关装置单元l的第一、第二、第三和第四功 率半导体开关Sl、 S2、 S3、 S4串联且第一功率半导体开关Sl与第一 能量存储器2连接和第四功率半导体开关S4与第二能量存储器3连 接。此外第三能量存储器4和第一功率半导体开关Sl与第二功率半 导体开关S2的连接点且和第三功率半导体开关S3与第四功率半导体 开关S4的连4秦点连4妄。冲艮据本发明，祐L控双向通电方向的开关元件A直接和第二与第三 功率半导体开关S2, S3的连接点连接并直接和第一能量存储器2与 第二能量存储器3的连接点连接。有利地，由此在第一能量存储器2 与第二能量存储器3的连接点上的电流能够在两个方向上调节或控制。此外借助根据本发明的开关装置单元l能够实现变换器电路，与 变换器电路的功率半导体开关连接，例如转换五个和七个电压级别， 而不必显著增加变换器电路中要控制的开关元件的总数量。此外，有利地，能量存储器2、 3、 4的数量不变。因此，使用根据本发明的开 关装置单元，这种变换器电路的电路花费能够保持较低，其中关于开 关元件的控制花费同样能够保持较低。由此这种具有根据本发明的开 关装置单元的变换器电路全部可以非常简单地构建，干扰敏感小且需 要最小空间。正如在图2中举例来说的^^艮据本发明的变换器电路的实施例所 示，还有在图3到图8a(其实施例以下还要具体介绍)中所示，开关 装置单元1通常与变换器电路的第一功率半导体开关S7连接，还与 变换器电路的第二功率半导体开关S8连接。关于根据本发明的开关 装置单元l，尤其是根据图2到图8a，实现了例如能够转^:五个和七 个电压级别的变换器电路而不必显著提高要控制的变换器电路的开 关元件总数量。如果借助变换器电路仅转换五个电压级别，有利地， 冗余开关状态组合或电压级别的数量增加了 ，即借助变换器电路的功 率半导体开关S7、 S8的更多的开关状态组合，开关装置单元1的第 一、第二、第三和第四功率半导体开关Sl、 S2、 S3、 S4的更多的开 关状态组合，还有开关元件A的更多的开关状态组合，例如同一电压 级别能够在相位连接处(Phasenanschluss)^皮调整。由此，能够例如达到 变换器电路的要控制的开关元件的均匀负荷，且第三能量存储器4能 够设置的小，因为借助冗余的开关状态组合既能够对笫三能量存储器 4充电，也能够对第三能量存储器4放电。使用根据本发明的开关装 置单元1,这种变换器电路能够有利地保持低的电路花费，其中关于 要控制的开关元件的控制花费同样能够保持较低。由此，使用根据本 发明开关装置单元1，这种根据本发明的变换器电路整个非常简单地 构建、耐用且仅需要少的空间。根据图2到图8a，在根据本发明的变换器电路中，通常变换器电路的第一功率半导体开关S7和开关装置单元1的第一功率半导体开 关Sl与开关装置单元1的第二功率半导体开关S2的连接点连接，且 变换器电路的第二功率半导体开关S8和开关装置单元1的第三功率 半导体开关S3与开关装置单元1的第四功率半导体开关S4的连接点 连#"。由此可以想到的是，简单地实现了根据本发明变换器电路，从 而实现较小的干扰敏感和节约的空间。才艮据图1和图2，开关装置单元1的具有^皮控双向通电方向的开 关元件A具有两个反串联(antiseriell)连接的具有被控单向通电方向 的可控双向功率半导体开关S5、 S6。如前所述，具有^皮控单向通电方 向的可控双向功率半导体开关S5、 S6能够分别相应于功率半导体开 关S1、 S2、 S3、 S4、 S7、 S8来实施。在具有祐_控单向通电方向的可 控双向功率半导体开关S5、 S6反串联连接时，仅存在两种可能，即 或者根据图1和图2，或者按照图2a，根据本发明用于转换多个电压 级别且具有根据本发明开关装置单元1第二实施例的变换器电路的第 二实施例。在图3中示出了根据本发明用于转换多个电压级别的变换器电路 的第三实施例，其具有根据本发明开关装置单元l的第三实施例。其 中具有祐:控双向通电方向的开关元件A具有有祐j空单向通电方向的 可控单向功率半导体开关S9和四个具有非被_控单向通电方向的单向 功率半导体开关D1、 D2、 D3、 D4。如前所述，具有^皮控单向通电方 向的可控双向功率半导体开关S9能够相应于功率半导体开关S1、S2、 S3、 S4, S5、 S6、 S7、 S8来实施。此外，四个具有非被控单向通电 方向的单向功率半导体开关D1、 D2、 D3、 D4,举例来说，分别作为 二^f及管实施，其相应于图3和开关元件A的具有被:控单向通电方向的 可控双向功率半导体开关S9连接。根据图3构成的开关元件A由此 仅具有唯一的具有被控单向通电方向的可控双向功率半导体开关S9, 因此控制花费进一步降低且出现了干扰敏感性的进一步改善。此外开 关损耗也能够降低。在图4中，描述了根据本发明用于转换多个电压级别的变换器电 路第四实施例，其具有根据本发明开关装置单元1的第四实施例。其 中具有被控双向通电方向的开关元件A具有第一和第二具有^皮控单 向通电方向的可控单向功率半导体开关SIO、 Sll，还具有第一和第二 具有非被控单向通电方向的单向功率半导体开关D5、 D6。如前所述， 具有被控单向通电方向的可控双向功率半导体开关SIO、 Sll能够分 别是相应于功率半导体开关Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6、 S7、 S8、 S9 实施。此外，这两个具有非^皮控单向通电方向的单向功率半导体开关 D5、 D6，举例来说，分别作为二极管实施。按照图4，开关元件A的 具有祐j空单向通电方向的第一可控单向功率半导体开关S10和开关元 件A的具有非^f皮控单向通电方向的第一单向功率半导体开关D5串联。 此外，开关元件A的具有^皮控单向通电方向的第二可控单向功率半导 体开关S11与开关元件A的具有非被控单向通电方向的第二单向功率 半导体开关D6串联。另外，开关元件A的具有^皮控单向通电方向的 第 一可控单向功率半导体开关S10与开关元件A的具有非^皮控单向通 电方向的笫一单向功率半导体开关D5的串联电路反并联地连接到开 关元件A的具有^皮控单向通电方向的第二可控单向功率半导体开关 Sll与开关元件A的具有非^皮控单向通电方向的第二单向功率半导体 开关D6的串联电路。根据图5,在根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发 明开关装置单元l的第五实施例的变换器电路的第五实施例中，具有 4皮控双向通电方向的开关元件A，其具有带^皮控双向通电方向的可控 功率半导体开关si2。根据图5构成的开关元件A由此仅具有唯一的 可控双向功率半导体开关S12,因此控制花费能够进一步降低且由此 出现了干扰敏感性的进一步改善。此外开关损耗也能够降低。另外， 有利地，导通损耗也降低，因为在具有祐:控双向通电方向的开关元件 A中仅设置了唯一的可控双向功率半导体开关S12。在图6中显示了根据本发明用于转换多个电压级别的变换器电路的第六实施例，其具有根据本发明开关装置单元l的第六实施例。在图6的开关装置单元1中第一功率半导体开关Sl与第一能量存储器2 的连接之间两个其它功率半导体开关Sl.l、 S1.2串联，其中第四功率 半导体开关S4与第二能量存储器2连接之间同样有两个其它功率半 导体开关S4.1、 S4.2串联进来。通常，在开关装置单元l中第一功率 半导体开关Sl与第一能量存储器2连接之间至少有一个其它功率半 导体开关Sl.l、 S1.2串联进来，此外，其中第四功率半导体开关S4 与第二能量存储器2连接之间至少有一个其它功率半导体开关S4.1、 S4.2串联进来。各个附加的功率半导体开关Sl.l、 S1.2、 S4.1、 S4.2 分别是具有净皮控单向通电方向的可控双向功率半导体开关。如前所 述，其它的功率半导体开关Sl.l, S1.2， S4.1， S4.2能够分别相应于 功率半导体开关S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6、 S7、 S8, S9, SIO、 Sll 来实施。开关元件A根据图l或图2构成，以下很明显也是可以理解 的，即根据图2a到图5构成开关元件。如果借助变换器电路仅切换五 个电压级别，所有功率半导体开关Sl、 SU、 S1.2、 S2、 S3、 S4、 S4.1、 S4.2、 S5、 S6、 S7、 S8能够有利地设置为相同的截止电压。如果至少 两个其它的功率半导体开关S1.1、S1.2串联进第一功率半导体开关Sl 与第 一能量存储器2连接之间，且至少两个其它功率半导体开关S4.1 、 S4.2串联进第四功率半导体开关S4与第二能量存储器2连接之间， 如图6所示，串联的功率半导体开关Sl.l、 S1.2、 S4.1、 S4.2能够有 利地以偏移的方式计时，从而更好地分摊开关损耗。如果只有唯一的 其它功率半导体开关SU串联进笫一功率半导体开关Sl与第一能量 存储器2连接之间且只有唯一的其它功率半导体开关S4.1串联进第四 功率半导体开关S4与第二能量存储器2连接之间，则串联的功率半 导体开关Sl.l、 S4.1能够以有利的方式设置有两倍的截止电压，其中 随后这些其它的功率半导体开关Sl.l、 S4.1能够用相比于开关装置单 元1的第一功率半导体开关Sl且相比于开关装置单元1的第四功率 半导体开关S4更低的转换频率来驱动，从而使其它功率半导体开关Sl.l、 S4.1的整个导通损耗能够保持很小。例如，这种具有两倍截止 电压的其它功率半导体开关Sl.l、 S4.1能够作为集成的通过控制电极 计算的闸流晶体管(IGCT-集成门极换向闸流晶体管)或具有总是反并 联连接的二极管的门控闸流晶体管(GTO),其中第一功率半导体开关 Sl和第四功率半导体开关S4例如可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 或具有分别反并联连接的二极管的功率MOSFET。借助根据本发明开 关装置单元1按照图6的实施例有利地，例如能够非常轻松地构建级 联的变换器系统。图7显示了根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明 开关装置单元1的第七实施例的变换器电路的第七实施例。此外，在 图7a中显示了根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明 开关装置单元1第八实施例的变换器电路的第八实施例。通常，在按 照图7和图7a的开关装置单元l中，第四功率半导体开关S4与第二 能量存储器3连接之间至少一个其它功率半导体开关S4.1、S4.2连入。 各个其它功率半导体开关S4.1、 S4.2分别是具有祐j空单向通电方向的 可控双向功率半导体开关。如前所述，其它功率半导体开关S4.1、 S4.2 能够分别相应于功率半导体开关Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6、 S7、 S8、 S9、 SIO、 Sll来实施。图7和图7a的开关单元A相应于图1和图2 构成，其中很明显也可以想到的是，根据图2a到图5构成开关元件。 如果是唯一的其它功率半导体开关S4.1，如图7所示，则其它功率半 导体开关S4.1反串联地与第四功率半导体开关S4连接。与此不同的 是，如果较多其它功率半导体开关S4.1、 S4.2,如图7a所示，则至少 一个其它功率半导体开关S4.1反串联地与第四功率半导体开关S4连 接且至少一个其它功率半导体开关S4.2与第四功率半导体开关S4串 行连接。借助参照图7和图7a的根据本发明的开关装置单元1的实施 例同样能够例如有利地非常轻^H也构建级联的变换器系统。明开关装置单元1第九实施例的变换器电路的第九实施例。此外在图8a中是根据本发明用于转换多个电压级别且具有根据本发明开关装 置单元1第十实施例的变换器电路的第十实施例。通常在开关装置单 元1中，根据图8和图8a笫一功率半导体开关Sl与笫二功率半导体 开关S2连接之间至少一个其它功率半导体开关Sl.l、 S1.2联入。各 个其它功率半导体开关Sl.l、 S1.2分别是具有被控单向通电方向的可 控双向功率半导体开关。如前所述，另外的功率半导体开关Sl.l、 S1.2 能够分别相应于功率半导体开关Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6、 S7、 S8、 S9、 SIO、 Sll实施。图8和图8a的开关元件A相应于图1或图2构 成，其中很明显也可想到的是，根据图2a到图5构成开关元件。如图 8所示，如果是唯一的附加功率半导体开关Sl.l，则附加功率半导体 开关S1.1反串联地与第一功率半导体开关S1连"I妄。与此不同，如图 8a所示，如果较多附加功率半导体开关Sl.l、 S1.2,至少一个其它功 率半导体开关SU反串联地与第一功率半导体开关Sl连接，且至少 一个附加功率半导体开关S1.2与笫一功率半导体开关Sl串行连接。 同样地，借助按照图8或图8a根据本发明开关装置单元1的实施例， 能够有利地例如非常轻杠、地构建级联的变换器系统。4艮明显，对于本领域的才支术人员，既可以一次，也可以多次地将 按照图2到图8a根据本发明开关装置单元1和根据图2到图8a变换 器电路的全部实施例相互组合为变换器系统。
权利要求
1.一种开关装置单元(1)，具有第一能量存储器(2)和串联于所述第一能量存储器(2)的第二能量存储器(3)，还具有第一、第二、第三和第四功率半导体开关(S1、S2、S3、S4)，其中所述第一、第二、第三和第四功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)分别是具有被控单向通电方向的可控双向功率半导体开关，且所述第一、第二、第三和第四功率半导体开关(S1、S2、S3、S4)串联，并且所述第一功率半导体开关(S1)与所述第一能量存储器(2)连接，且所述第四功率半导体开关(S4)与所述第二能量存储器(3)连接，还具有第三能量存储器(4)，所述第三能量存储器(4)和所述第一功率半导体开关(S1)与所述第二功率半导体开关(S2)的连接点连接，且和所述第三功率半导体开关(S3)与所述第四功率半导体开关(S4)的连接点连接，其特征在于，具有被控双向通电方向的开关元件(A)直接与所述第二与所述第三功率半导体开关(S2，S3)的连接点连接，且直接和所述第一能量存储器(2)与所述第二能量存储器(3)的连接点连接。
2. 根据权利要求1所述的开关装置单元(l)，其特征在于，所述 具有被控双向通电方向的开关元件(A)具有两个反串联连接的具有被 控单向通电方向的可控双向功率半导体开关(S5， S6)。
3. 根据权利要求1所述的开关装置单元(l)，其特征在于，所述 具有纟皮控双向通电方向的开关元件(A)具有带祐:控单向通电方向的可 控单向功率半导体开关(S9)，且具有非一皮控单向通电方向的四个单向 功率半导体开关(Dl, D2， D3, D4)。
4. 根据权利要求1所述的开关装置单元(l),其特征在于，所述 具有被控双向通电方向的开关元件(A)具有第 一和第二具有被控单向 通电方向的可控单向功率半导体开关(SIO、 Sll)，还具有笫一和第二具有非被控单向通电方向的单向功率半导体开关(D5、 D6)。
5. 根据权利要求4所述的开关装置单元(l)，其特征在于，所述 开关元件(A)的具有^皮控单向通电方向的所述第一可控单向功率半导 体开关(S10)和所述开关元件(A)的具有非^L控单向通电方向的所述第 一单向功率半导体开关(D5)串联，所述开关元件(A)的具有被^控单向通电方向的所述第二可控单向 功率半导体开关(S11)和所述开关元件(A)的具有非被控单向通电方向 的所述第二单向功率半导体开关(D6)串联，及所述开关元件(A)的具有被控单向通电方向的所述第一可控单向 功率半导体开关(S10)与所述开关元件(A)的具有非^皮控单向通电方向 的所述第一单向功率半导体开关(D5)的串行连接反并联于所述开关元 件(A)的具有^皮控单向通电方向的所述第二可控单向功率半导体开关 (S11)与所述开关元件(A)的具有非^皮控单向通电方向的所述第二单向 功率半导体开关(D6)的串行连接。
6. 根据权利要求1所述的开关装置单元(l),其特征在于，所述 具有被控双向通电方向的开关元件(A)具有带被控双向通电方向的可 控功率半导体开关(S12)。
7. 根据权利要求1到6中的任一项所述的开关装置单元(l)，其 特征在于，所述第一功率半导体开关(S1)与所述第一能量存储器(2)的 连接之间串行联入至少一个其它的功率半导体开关(Sl.l， S1.2),及所述第四功率半导体开关(S4)与所述第二能量存储器(2)的连接 之间串行联入至少一个其它功率半导体开关(S4.1， S4.2),其中各个其 它的功率半导体开关(Sl.l， S1.2, S4.1, S4.2)分别是具有被控单向通 电方向的可控双向功率半导体开关。
8. 根据权利要求1到6中的任一项所述的开关装置单元(l)，其 特征在于，所述第四功率半导体开关(S4)与所述第二能量存储器(3)的 连接之间联入至少一个其它功率半导体开关(S4.1, S4.2)，其中各个其 它的功率半导体开关(S4.1， S4.2)分别是具有被控单向通电方向的可控双向功率半导体开关。
9. 根据权利要求8所述的开关装置单元(l),其特征在于，在唯 一的其它的功率半导体开关(S4.1)的情况下，所述其它的功率半导体 开关(S4.1)反串联于所述第四功率半导体开关(S4)。
10. 根据权利要求8所述的开关装置单元(1),其特征在于，在较 多其它功率半导体开关(S4.1， S4.2)的情况下，至少一个其它功率半导 体开关(S4.1)反串联地与所述第四功率半导体开关(S4)连接，且至少一 个其它功率半导体开关(S4.2)串联于所述第四功率半导体开关(S4)。
11. 根据权利要求1到6中的任一项所述的开关装置单元(l)，其 特征在于，所述第一功率半导体开关(S1)与所述第二功率半导体开关 (S2)的连接之间有至少一个其它功率半导体开关(S1.1, S1.2)联入，其 中各个其它功率半导体开关(Sl.l， S1.2)分别是具有^皮控单向通电方向 的可控双向功率半导体开关。
12. 根据权利要求11所述的开关装置单元(l),其特征在于，在 唯一的其它功率半导体开关(S1.1)情况下，所述其它功率半导体开关 (S1.1)反串联地与所述第一功率半导体开关(S1)连接。
13. 根据权利要求11所述的开关装置单元(l)，其特征在于，在 较多其它功率半导体开关(Sl.l， S1.2)的情况下，至少一个其它功率半 导体开关(S1.l)反串联地与所述第 一功率半导体开关(Sl)连接，且至少 一个其它功率半导体开关(S1.2)串联地与所述第一功率半导体开关(S1) 连接。
14. 一种用于转换多个电压级别的变换器电路，具有第一功率半 导体开关(S7)和与所述第一功率半导体开关(S7)串联的第二功率半导 体开关(S8),其特征在于，根据权利要求1-13中任一项所述的开关装置单元(l)与所述变换 器电路的所述第一功率半导体开关(S7)连接，且与所述变换器电路的 所述第二功率半导体开关(S8)连4妾。
15. 根据权利要求14所述的变换器电路，其特征在于，所述变换器电路的所述第一功率半导体开关(S7)和所述开关装置单元(1)的所述 第一功率半导体开关(S1)与所述开关装置单元(1)的所述第二功率半导 体开关(S2)的连接点连接，及所述变换器电路的所述第二功率半导体开关(S8)和所述开关装置 单元(1)的所述第三功率半导体开关(S3)与所述开关装置单元(1)的所 述第四功率半导体开关(S4)的连接点连接。
16.根据权利要求14或15所述的变换器电路，其特征在于，所 述变换器电路的所述第 一和第二功率半导体开关(S7, S8)分别是具有 4皮控单向通电方向的可控双向功率半导体开关。
全文摘要
开关装置单元具有第一和与第一能量存储器(2)串联的第二能量存储器(3)，具有第一、第二、第三和第四功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)，其中第一、第二、第三和第四功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)分别是具有被控单向通电方向的可控双向功率半导体开关且第一、第二、第三和第四功率半导体开关(S1，S2，S3，S4)串联。第一功率半导体开关(S1)与第一能量存储器(2)连接而第四功率半导体开关(S4)与第二能量存储器(3)连接。第三能量存储器(4)，和第一与第二功率半导体开关(S2)之间连接点，还和第三与第四功率半导体开关(S4)之间连接点连接。为了实现用于转换多个电压级别的简单、耐用且紧凑的变换器电路，在开关装置单元(1)中一个具有被控双向通电方向的开关元件(A)直接和第二与第三功率半导体开关(S2，S3)连接点且直接和第一能量存储器(2)与第二能量存储器(3)的连接点连接。此外给出了具有这种开关装置单元的变换器电路。
文档编号H02M7/48GK101336508SQ200680052081
公开日2008年12月31日 申请日期2006年12月14日 优先权日2006年2月1日
发明者C·哈德利, S·庞纳卢里 申请人:Abb研究有限公司