[发明专利]用于转换电压的方法和电压转换装置

说明书

电压转换装置包括至少四个开关元件（40）的串联连接，该至少四个开关元件（40）各自包括至少一个关断型的半导体设备和与其反并联连接的续流二极管。该装置具有配置成在每个所述续流二极管停止导通时测量代表其两端的电压的参数的部件（41）和配置成取决于所述测量的结果在二极管停止导通的时刻控制存储在每个所述二极管中的电荷的量的布置（42）。

发明的技术领域和背景技术

本发明涉及电压转换装置，其包括至少四个开关元件的串联连接，该至少四个开关元件各自包括至少一个关断型的半导体设备和与其反并联连接的续流二极管，所述串联连接的相对末端配置成连接到不同的电势，从而导致所述串联连接两端的直流电压，并且该串联连接的中点配置成连接到装置的交流电压侧同时将该串联连接分成两半部分，所述装置还包括控制单元，其配置成控制开关元件的所述半导体设备以用于获得该装置的所述交流电压侧上的确定的交流电压，以及用于根据随附独立方法权利要求序言的转换电压的方法。

尽管本发明特别针对高压应用（其在这里意味着所述串联连接两端的直流电压超出1kV并且通常超出50kV），但本发明可应用于具有这些特征的任何电压转换装置，并且不受由这样的装置处理的功率、电流或电压的任何水平限制。连接至少两个所述开关元件以及由此在所述串联连接的每个所述半部分中串联至少两个半导体设备的原因实际上是为了获得高压开关能力，因为串联连接的半导体设备以及还有与其反并联连接的续流二极管然后可分享要由串联连接的开关元件获取并且在这些开关元件的阻塞状态中属于相同半部分的电压。

根据本发明采用电压源转换器形式的已知电压转换装置的一个示例在图1中示意地示出。这样的转换器通常具有三个相位臂（leg），但在图1中只示出一个相位臂1并且在这里具有四个开关元件2-5的串联连接，该四个开关元件2-5各自包括关断型的半导体设备6（例如IGBT），以及与其反并联连接的续流二极管7。该串联连接的相对末端连接到不同电势上的直流电压极8、9，从而导致该串联连接两端的直流电压。该串联连接的中点10配置成连接到在这里采用交流电压网11形式的交流电压侧。控制单元12配置成例如根据脉宽调制模式的直流电压脉冲，控制开关元件的半导体设备以用于获得装置的交流电压侧上确定的交流电压。

串联连接的开关元件的数量在实践中可比示出的要高得多（例如10-50），以用于增加转换器的电压处理能力。控制单元在执行所述控制时将大致上同时使一个半部分的所有半导体设备接通和关断，使得在实践中这些半导体设备将充当一个单个的开关。

本发明所针对的另一个类型的电压转换装置在图2中示意地示出，并且这也是电压源转换器，但它通过以下事实而与根据图1的装置不同：每个开关元件13一方面具有串联连接并且各自具有关断型的半导体设备16和与其反并联连接的续流二极管17的两个半导体组装件14、15以及另一方面具有至少一个能量存储电容器18。控制单元19配置成控制所述开关元件的半导体设备以获得两个开关状态，即第一开关状态和第二开关状态，其中所述能量存储电容器两端的电压和零电压分别跨开关元件的两个接线端20、21来供应以获得装置的交流电压侧22上确定的交流电压。例如在DE 101 03 031 A1和WO2007/023064 A1中公开了该类型的电压源转换器并且其通常称为多单元转换器或M2LC。

在介绍中限定类型的这些和其他电压转换装置共同的问题是要获得要由开关元件的串联连接获取的电压在这些开关元件上的均匀分布。重要的是，采取措施来获得此效果以用于降低传递损耗并且避免开关元件或整个装置的失败。串联连接的这样的开关元件两端的不同电压的发生的原因可能是开关元件的半导体设备中的电荷差，这是由于温度差或由于像半导体那样的时间差而引起。此外，由于信号传送引起的开关延迟、控制半导体设备的栅极单元的不同控制电压电平或半导体设备的不同传递特性可以导致开关差并且从而导致电压分享差。未在图中示出的无源组件中的差异可以是开关元件之间电压失去分享的另一原因。