[發明專利]高效半橋直流到交流轉換器

有效

• 申請號: 201110289348.3
• 申請日: 2011-08-01
• 公開（公告）號: CN102347702A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: E·特梅西;M·弗利希
• 申請（專利權）人: 文科泰克控股公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/5387
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 李芳華

技術領域

本發明涉及一種用于將直流(DC)輸入電壓轉換為交流(AC)輸出電壓的轉換器電路。具體地，本發明涉及一種用于轉換DC輸入電壓、以在它的輸出端子處提供AC輸出電壓的半橋逆變器。

背景技術

最近，存在對于高效功率轉換器的龐大需求，例如，以用作功率產生器中的太陽能逆變器，或者用作用于高速馬達驅動器的或者用于不間斷電源的功率轉換器。同時，通過利用應用于高功率應用的標準硅BJT/MOS-FET/IGBT技術替換基于SiC?MOS-FET或者JFET技術的電路來減小所述功率轉換器的成本越來越重要。

一般地，存在幾種在現有技術中已知的、采用MOS-FET/IGBT開關元件來改善功率轉換器的整體功率效率的技術。

具體地，在Temesi，和Frisch，Michael于2009年9月4日發表在《歐洲功率電子學》上的“具有功率模塊的NPC逆變器拓撲的優點”(“Advantages?of?NPC?Inverter?Topologies?with?Power?Modules”by?Temesi，and?Frisch，Michael，Power?Electronics?Europe，September?4，2009)中描述了具有MOS-FET/IGBT開關元件的高效功率轉換器。具體地，這篇文獻描述了一些基于NPC逆變器拓撲、而其它基于半橋拓撲的不同功率轉換器電路。具體地，在圖4中示出了所提出的半橋逆變器。

如圖4所圖示的，該半橋逆變器包括連接到DC+和連接到DC-輸入端子的半橋開關級。通過使能該半橋開關級的上部IGBT，能夠在輸出端子OUT處提供正電壓。通過使能該半橋開關級的下部IGBT，能夠在輸出端子OUT處提供負電壓。

在使能該上部和該下部IGBT之間的過渡時段中，該輸出端子可以被提供有來自中性(neutral)端子的中性電位，例如，提供有接地連接。經由兩個IGBT和兩個二極管來提供到該中性端子的連接。

由于該半橋開關級的設計，所以單個IGBT晶體管正在將輸入端子連接到輸出端子。據此，該設計的導通損耗比包括具有四個晶體管的開關級的NPC逆變器小。然而，用于連接該輸入和該輸出端子的單個晶體管需要較高的額定電壓，該額定電壓指定了該晶體管在非導通狀態中的電壓阻斷能力。據此，高額定電壓導致了對于開關性能的限制。

為了改善開關性能，已知提供了IGBT和MOS-FET的并聯電路。具體地，可以配置IGBT和MOS-FET的并聯電路，以將靜態損耗分派到該IGBT并且將開關損耗分派到該MOS-FET。進一步，MOS-FET的快速開關速度有利于減小該開關損耗。從而，為了改善整體效率，可以將該MOS-FET設置為在低功率時段期間或者在過渡時段期間承載電流，并且可以將該IGBT設置為在高功率時段中承載大多數的負載。

據此，IGBT和MOS-FET的并聯電路可以幫助改善所描述的半橋開關級的開關性能。然而，該并聯電路也會被限制為與圖4所示的該半橋一樣的高額定電壓；其中該必需的高額定電壓對MOS-FET以及IGBT的開關性能引入負面影響。

總的來說，用于改善功率轉換器的效率的已知技術不能按照令人滿意的方式來滿足高效半橋逆變器的需要。

發明內容

用于支撐本發明的目標是改善功率轉換器的效率，具體地，是改善上面描述的半橋逆變器的效率。用于支撐本發明的進一步目標是降低相關于為了高效功率轉換器所采用的技術的生產成本。

通過獨立權利要求的主題來解決這些目標中的至少一個。本發明的有利實施例服從于從屬權利要求。

本發明的一個實施例涉及一種用于轉換DC輸入電壓、以在輸出端子處提供AC輸出電壓的半橋逆變器，該半橋逆變器包括：第一開關電路和第二開關電路。該第一開關電路連接到至少一個輸入端子并且連接到該輸出端子，該第一開關電路被配置為在該輸出端子處提供高電壓電平或低電壓電平。該第二開關電路連接到該輸出端子，該第二開關電路被配置為提供到中間電壓電平的連接，該中間電壓電平位于該高電壓電平和該低電壓電平之間。該第二開關電路進一步連接到該至少一個輸入端子，以允許該第二開關電路在該輸出端子處提供該高電壓電平或該低電壓電平。

本發明的優點可以由利用不同的晶體管技術來實現用于通過該第二開關電路將該輸入端子連接到該輸出端子的附加導通路徑而得到。通過本發明在該輸入端子和該輸出端子之間提供兩條路徑，每一條路徑可以利用不同的晶體管來實現。因為可以為了不同的目的而優化不同的晶體管，所以利用不同晶體管來實現每一條路徑可用于改善的功率效率。