[發明專利]用于三電平轉換器的開關分支及其控制方法

有效

• 申請號: 201110362369.3
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102468778A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 泰勒·維塔寧
• 申請（專利權）人: ABB公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 朱勝;陳煒

技術領域

本發明涉及一種用于三電平轉換器的開關分支以及用于控制三電平轉換器的開關分支的方法。

背景技術

三電平轉換器是指具有三個直流極的轉換器。除了直流正極和直流負極外，三電平轉換器還具有直流中性極。T.Brückner，S.Bernet?and?H.Güldner，″The?Active?NPC?Converter?and?Its?Loss-Balancing?Control″，IEEE?transactions?on?industrial?electronics，Vol.52，No.3，June?2005中給出了三電平中性點鉗位式轉換器的示例。特別地，給出了有源的三電平中性點鉗位式轉換器的示例。

圖1示出了三電平轉換器的開關分支的示例。該開關分支包括六個二極管D1至D6和六個可控開關S1至S6。包括一個或多個如圖1所示的開關分支的轉換器可以作為整流器或逆變器工作。然后，根據所使用的調整方案控制這些開關S1至S6。

在開關分支的整流器操作中，當電流通過交流極AC流進開關分支時，交流極AC可以通過第一二極管D1和第二二極管D2與直流正極Udc+連接，并且可以通過第二二極管D2和第五開關S5或者通過第三開關S3和第六二極管D6與直流中性極NP連接。此外，在開關分支的整流器操作中，當電流通過交流極AC流出開關分支時，直流負極Udc-可以通過第四二極管D4和第三二極管D3與交流極AC連接，并且直流中性極NP可以通過第六開關S6和第三二極管D3或者通過第五二極管D5和第二開關S2與交流極AC連接。

在開關分支的逆變器操作中，當電流通過交流極AC流進開關分支時，交流極AC可以通過第三開關S3和第四開關S4與直流負極Udc-連接，并且通過第三開關S3和第六二極管D6或者通過第二二極管D2和第五開關S5與直流中性極NP連接。此外，在開關分支的逆變器操作中，當電流通過交流極AC流出開關分支時，直流正極Udc+可以通過第一開關S1和第二開關S2與交流極AC連接，并且直流中性極NP可以通過第五二極管D5和第二開關S2或者通過第六開關S6和第三二極管D3與交流極AC連接。

圖1中的開關分支可以實施為一個集成功率模塊，該集成功率模塊包括主電路的二極管和可控開關。然后，冷卻優化會呈現問題，例如，因為不同的部件通常對冷卻有不同的要求。

該問題的一個解決方案是向不同的部件分配負載以便在這些部件之間分配功耗。因此，直流中性極NP和交流極AC之間的連接在如上所述的可替選連接路徑之間交替。

發明內容

本發明的目的是提供一種方法和用于實施該方法的設備，以解決或至少減輕上述問題。本發明的目的通過三電平轉換器的開關分支、轉換器、方法和計算機程序產品來實現，其中，這些開關分支、轉換器、方法和計算機程序產品的特征如獨立權利要求中所述。在從屬權利要求中描述了本發明的優選實施例。

本發明首先基于如下思想：開關分支的第一半導體開關、第一二極管、第五半導體開關和第五二極管存在于第一開關分支所特有的半導體模塊中，并且開關分支的第四半導體開關、第四二極管、第六半導體開關和第六二極管存在于第二開關分支所特有的半導體模塊中。本發明還基于如下思想：當轉換器作為整流器工作時，控制半導體開關，以使得當電流通過交流極流進開關分支時，使所述電流始終流過第一二極管或第五半導體開關，并且以使得當電流通過交流極流出開關分支時，使所述電流始終流過第四二極管或第六半導體開關。此外或可替選地，當轉換器作為逆變器工作時，控制半導體開關，以使得當電流通過交流極流進開關分支時，使所述電流始終流過第六二極管或第四半導體開關，并且以使得當電流通過交流極流出開關分支時，使所述電流流過第五二極管或第一半導體開關。

本發明的解決方案提供了如下優點：與所有部件位于相同外殼中的一個大型集成功率模塊相比，可以優化存在于明確分離的模塊中的部件實體的冷卻。此外，由于以調制頻率相互換向的半導體通常在物理上存在于相同的半導體模塊內，因此可以最小化換向電流通路的漏感以及由漏感引起的功率突增。因而，也使由這樣的功率突增引起的額外損耗和干擾最小化。

附圖說明

現在，將參照附圖并結合優選實施例詳細地說明本發明，在附圖中：

圖1示出了根據實施例的三電平轉換器的開關分支的電路圖；

圖2示出了根據實施例的三電平轉換器的開關分支的電路圖；

圖3示出了半導體模塊結構的示例；

圖4示出了根據實施例的三電平轉換器的開關分支的電路圖；以及