电子系统的制作方法

本发明涉及一种具有多个开关元件和多个能量存储元件的电子系统。

背景技术：

使用逆变器，以便从由能量存储元件输出的直流电流产生具有周期性变化的电压幅值的电流。在来自现有技术的逆变器中，将半导体元件用作具有特别短的开关频率的开关元件。

此外，从现有技术中已知一种还被称为多电平逆变器或多级逆变器的技术，其中在该逆变器的工作过程中，分别具有一个能量存储元件的单独模块可以动态地在不同状态之间切换。这些模块可以彼此串联连接或彼此并联连接。此外可行的是，使这些模块被跨接。由此，通过这些能量存储元件的动态地实施的串联连接和并联连接而产生该逆变器的输出电压。

尤其由于大量的开关元件造成了已知的多电平逆变器的生产成本。此外，相对大量的开关元件还引起相对大的能量损失。

ep2408081a1和ep2595302a1公开了多种多电平逆变器，其中双极的逆变器单元与四个开关元件相连接并且单极的逆变器单元与两个开关元件相连接。这些逆变器单元可以通过开关这些开关元件而串联连接或被跨接。

技术实现要素：

相比之下，本发明所基于的目的在于，提出一种具有低生产成本和少的能量损失的可灵活切换的电子系统。该电子系统包括多个开关元件和多个能量存储元件。这些能量存储元件通过多个开关元件彼此连接。这些能量存储元件能够切换成第一、第二或第三状态。在该第一状态下，这些能量存储元件彼此串联连接。在该第二状态下，这些能量存储元件彼此并联连接。在该第三状态下，这些能量存储元件被跨接。这些能量存储元件中的两个分别通过这些开关元件中的至多三个相连接。

由于相对少量的开关元件被用于将这些能量存储元件彼此连接，使得该电子系统的生产成本保持较低。此外，由于能够将这些能量存储元件切换成三个不同的状态而实现了相对高的灵活性。

根据本发明的一个实施方案，该电子系统可以设计为逆变器。该逆变器尤其可以设计为：用于输出一个具有单一极性和周期性变化的电压幅值的电压作为输出电压。这些能量存储元件可以设计为用于输出直流电压。通过将这些开关元件切换成该第一状态和该第二状态来实现将直流电压转换成输出电压。

根据本发明的一个实施方案，这些开关元件和这些能量存储元件能够模块式地彼此连接。在此尤其被理解为，这些能量存储元件中的一个与这些开关元件中的多个共同构成一个模块。该模块例如可以包括一个壳体，该模块的多个开关元件和该能量存储元件被安排在该壳体中。通过模块式的可连接性实现了该电子系统的高灵活性。

例如可以分别将这些能量存储元件中的一个和这些开关元件中的三个安排在一个模块的壳体中。借助多个此类模块可以仅通过将多个模块彼此连接来构造该电子系统。于是，通过添加一个另外的模块或移除一个模块来改变该系统是特别简单且方便的。

根据本发明的一个实施方案，该系统可以包括一个设计为用于开关这些开关元件的控制元件。这是尤其有利的，以便使由该电子系统输出的电压特别精确地适配于要求。

根据本发明的一个实施方案，这些能量存储元件可以设计为电容器、蓄电池单元、太阳能电池单元和/或电磁储能器。电磁储能器例如可以包括一个线圈，电磁能量可以被存储在该线圈中。

根据本发明的一个实施方案，这些开关元件可以设计为机械开关器、晶体管和/或晶闸管。晶体管和/或晶闸管的使用是尤其有利的，以便能够实现特别短的开关时间。

根据本发明的一个实施方案，该电子系统可以包括指派给这些能量存储元件之一的至少一个解除激活元件。该能量存储元件通过该解除激活元件能够切换成解除激活的状态。在此，在本说明书的范围内，解除激活的状态尤其被理解为：该能量存储元件至多还通过一个电气接线端与另外的能量存储元件和开关元件相连接，使得没有电流能够流过该解除激活的能量存储元件。

该解除激活元件例如可以设计为与这些开关元件类似或相同。还可行的是，该解除激活元件设计为保险装置，当电流流量过大时，该保险丝将指派给该解除激活元件的能量存储元件解除激活。过大的电流可以归因于能量存储元件的故障，使得通过解除激活可以防止损坏该电子系统的其他部件。与这些开关元件类似或相同地设计该解除激活元件是尤其有利的，以便当已经确定故障时，能够将指派给该解除激活元件的能量存储元件解除激活。

根据本发明的一个实施方案，当这些能量存储元件中的多个第一能量存储元件并联连接时，这些能量存储元件的多个第二能量存储元件能够被跨接。由此进一步提高了该电子系统的灵活性。在这些第一能量存储元件彼此并联连接期间，例如可以省略这些第二能量存储元件。

根据本发明的一个实施方案，这些第二能量存储元件能够通过开关这些开关元件之一而被跨接。尤其可行的是，通过开关这些开关元件中的正好唯一一个，能够跨接这些第二能量存储元件。这可以实现将这些第二能量存储元件特别简单地跨接。

根据本发明的一个实施方案，当这些第二能量存储元件被跨接时，这些能量存储元件中的一个第三能量存储元件能够与这些第一能量存储元件并联地连接。这进一步提高了该电子系统的灵活性。

总之，本申请在此公开下述1的技术方案，下述2-10为本发明的优选技术方案：

1.电子系统，该电子系统包括多个开关元件(t)和多个能量存储元件(l；c)，其中这些能量存储元件(l；c)通过这些开关元件(t)彼此连接，其中这些能量存储元件(l；c)能够通过开关这些开关元件(t)选择性地切换成第一、第二或第三状态，其中在该第一状态下这些能量存储元件(l；c)彼此串联连接，其中在该第二状态下这些能量存储元件(l；c)彼此并联连接，并且其中在该第三状态下这些能量存储元件(l；c)被跨接，其特征在于，这些能量存储元件(l；c)中的两个相应地通过这些开关元件(t)中的至多三个相连接。

2.根据上述1所述的电子系统，其特征在于，该电子系统设计为逆变器。

3.根据上述1-2之一所述的电子系统，其特征在于，这些开关元件(t)和这些能量存储元件(l；c)能够模块式地彼此连接。

4.根据上述1-3中的至少一项所述的电子系统，其特征在于，该系统包括一个设计为用于开关这些开关元件(t)的控制元件。

5.根据上述1-4中的至少一项所述的电子系统，其特征在于，这些能量存储元件(l；c)设计为电容器、蓄电池单元、太阳能电池单元和/或电磁储能器。

6.根据上述1-5中的至少一项所述的电子系统，其特征在于，这些开关元件(t)设计为机械开关器、晶体管和/或晶闸管。

7.根据上述1-6中的至少一项所述的电子系统，其特征在于，该系统包括至少一个解除激活元件，该解除激活元件被指派给这些能量存储元件(l；c)中的一个能量存储元件，其中该能量存储元件(l；c)通过该解除激活元件能够切换成解除激活的状态。

8.根据上述1-7中的至少一项所述的电子系统，其特征在于，当这些能量存储元件(l；c)中的多个第一能量存储元件(l；c)并联连接时，这些能量存储元件(l；c)中的多个第二能量存储元件(l；c)能够被跨接。

9.根据上述8所述的电子系统，其特征在于，这些第二能量存储元件(l；c)能够通过开关这些开关元件(t)中的至少一个而被跨接。10.根据上述8-9之一所述的电子系统，其特征在于，当这些第二能量存储元件(l；c)被跨接时，这些能量存储元件(l；c)中的一个第三能量存储元件(l；c)能够与这些第一能量存储元件(l；c)并联地连接。

附图说明

本发明的其他特征和优点借助于参照附图对优选实施例进行的以下说明将变得清楚。在此，对于相同或类似的部件以及具有相同或类似的功能的部件使用相同的参考符号。

下面用字母t指代开关元件，用字母l或c指代能量存储元件。通过跟随相应的字母的数字可以将这些元件彼此区分开。

图1示出了具有根据本发明的一个实施方案的多个能量存储元件和开关元件的电子系统。

图2示出了图1中的该电子系统，其中这些开关元件中的相应几个开关元件与这些能量存储元件中的相应一个能量存储元件是一个模块的组成部分。

图3示出了根据本发明的一个实施方案的电子系统。

图4示出了根据本发明的一个实施方案的电子系统。

图5示出了根据本发明的一个实施方案的电子系统。

图6示出了根据本发明的一个实施方案的电子系统。

图7示出了根据本发明的一个实施方案的电子系统，该电子系统可以使这些能量存储元件中的多个第一能量存储元件彼此并联连接并且将这些能量存储元件中的多个第二能量存储元件跨接。

图8示出了具有另一个能量存储元件的图7中的电子系统。

图9示出了根据本发明的一个实施方案的电子系统，该电子系统可以使这些能量存储元件中的多个第一能量存储元件彼此并联连接并且将这些能量存储元件中的多个第二能量存储元件用一个另外的能量存储元件跨接。

具体实施方式

在图1中所示的该电子系统100包括多个开关元件t1至t15和多个能量存储元件c1至c5。在该电子系统100中，这些开关元件t1至t15设计为呈晶体管形式的半导体开关器。这些开关元件t1至t15可以切换成导电的状态和不导电的状态。下面仅说明哪些开关元件被切换成导电的状态。未提及的开关元件被切换成不导电的状态。

此外，该电子系统100包括两个与该能量存储元件c1相连接的输入端子和两个输出端子，其中一个输出端子与该开关元件t13连接并且一个输出端子与这两个开关元件t14和t15连接。然而还可行的是，以相反的顺序来连接该电子系统100，使得这些输入端子中的一个与该开关元件t13连接并且该另一个输入端子与这两个开关元件t14和t15相连接。在此情况下，这些输出端子与该能量存储元件c1相连接。

这些能量存储元件c1至c5中的每个具有一个第一接线端和一个第二接线端。这些能量存储元件c1至c5中的两个分别通过这些开关元件t1至t12中的三个相连接。在此，这些第一接线端分别通过这些开关元件t1、t4、t7和t10中的一个彼此连接。这些第二接线端分别通过这些开关元件t3、t6、t9和t12中的一个彼此连接。

该能量存储元件c2的该第二接线端通过该开关元件t2与该能量存储元件c1的该第一接线端相连接。以类似的方式，这些能量存储元件c3至c5的第二接线端通过这些开关元件t5、t8和t11分别与上述能量存储元件c2至c4的第一接线端相连接。

该能量存储元件c5通过这些开关元件t13至t15与这两个输出端子或输入端子相连接。

该电子系统100的连接可以实现将这些能量存储元件c1至c5切换成三种不同的状态。当开关元件t2、t5、t8、t11和t14导电地连接时，这些能量存储元件c1至c5可以串联连接。当开关元件t1、t3、t4、t6、t7、t9、t10、t12、t13和t15导电地连接时，这些能量存储元件c1至c5可以彼此并联地连接。当开关元件t3、t6、t9、t12和t15导电地连接时，这些能量存储元件c1至c5可以被跨接。替代性地，当开关元件t1、t4、t7、t10和t13导电地连接时，这些能量存储元件c1至c5也可以被跨接。当开关元件t1至t15中没有一个导电地连接时，该电子系统100解除激活。既不从这些能量存储元件c1至c5输出电流，也不在这些能量存储元件c1至c5中存储电流。在此状态下，没有电流可以被引导通过该电子系统100。

通过适当地开关这些开关元件t1至t15，该电子系统100可以作为逆变器运行，该逆变器从能量存储元件c1至c5的这些直流电压产生一个施加在这些输出端子处的具有周期性的电压幅值曲线的电压。

在图2中示例性地展示了，该电子系统100的这些开关元件t1至t15和这些能量存储元件c1至c5中的若干个可以以何种方式组合成多个模块200、201和202。这些模块200、201和202中的每个包括这些能量存储元件c1至c5中的一个和这些开关元件t1至t15中的三个。该模块200包括能量存储元件c1和开关元件t1至t3。该模块201包括能量存储元件c3和开关元件t4至t7。该模块202包括能量存储元件c5和开关元件t10、t14和t15。

分别通过多个相同的模块200、201或202可以以简单的方式模块式地构造该电子系统100。这允许特别简单地添加或移除多个模块并且允许高灵活性。

图3中的该电子系统300与图1和图2中的该电子系统100的不同之处尤其在于，不存在开关元件t13。由于该电子系统300包括仅一个输出端子和一个输入端子，可以免除该开关元件t13。于是，该输出端子或输入端子通过开关元件t14和t15与该能量存储元件c5相连接。

如在图4中可以看出的，还可行的是：在仅一个输出端子和输入端子的情况下，除了该开关元件t13之外，也不存在开关元件t14和t15。于是，该能量存储元件c5直接地与该输出端子或输入端子相连接。

在图5中所示的该电子系统500包括开关元件t1至t15和电磁储能元件l1至l5，这些电磁储能元件以与电子系统100的这些开关元件t1至t15和能量存储元件c1至c5相同的方式彼此连接。在该电子系统500中，这些开关元件t1至t15设计为晶闸管。

在图6中所示的该电子系统600与该电子系统500的不同之处尤其在于：多个晶闸管(例如场效晶体管或具有绝缘的栅电极的双极晶体管)被使用作为开关元件t1至t15。

在图7中所示的该电子系统700中，与图1中的该电子系统100相比，使用多个另外的开关元件t16至t18，以便在这些能量存储元件c1、c4和c5同时并联连接的情况下，可以实现将能量存储元件c2和c3跨接，其方式为：将开关元件t1、t3、t6、t9、t10、t12、t13、t15和t16切换成导电的状态。

在能量存储元件c2至c4同时被跨接的情况下，可以实现将能量存储元件c1和c5并联连接，其方式为：将开关元件t1、t3、t6、t9、t10、t12、t13、t15、t16和t17切换成导电的状态。

在该能量存储元件c2被跨接的情况下，可以实现将能量存储元件c1、c3、c4和c5并联连接，其方式为：将开关元件t1、t3、t6、t7、t9、t10、t12、t13、t15和t16切换成导电的状态。

在图8中所示的该电子系统800与图7中的该电子系统700的不同之处尤其在于所添加的、与能量存储元件c2串联连接的能量存储元件c6。因此，在该电子系统中该能量存储元件c2不再能够被跨接。然而，能量存储元件c3和c4仍然能够如前述地被跨接。

在图9中所示的该电子系统900与图8中的该电子系统800的不同之处尤其在于该能量存储元件c6的位置。该能量存储元件c6不与能量存储元件c2串联连接，而是单独地通过开关这些开关元件t16和t19调节成导电的状态。在能量存储元件c2至c4被跨接的情况下，该能量存储元件c6可以用作能量源。