[发明专利]模块开关、电换流器和用于驱动电换流器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电换流器的模块开关、电换流器以及用于驱动电换流器的方法。

背景技术

换流器是一种电路，其设计用于转换电能。为了中间存储电能量，存在处于直流电压上的中间回路，该中间回路通常由一个或多个电容器构成。与该中间回路并联地，针对交流电压的每个相例如有两个串联连接的、可激励的开关，其分别可以关联有续流二极管。这些开关被激励，使得可以在开关的连接点上截取交流电压。

示例性地，这种换流器可以是整流器或逆变器或一般而言是电流转换器。

在DE 101 03 031 A1中公开了一种电流转换器电路，其对于每相由多个串联连接的类似的子系统构建。每个子系统具有电容器，与该电容器并联连接有两个串联连接的可激励的开关，其分别具有续流二极管。一个相的子系统的电容器因此形成该相的中间回路。

已知的电流转换器电路的缺点在于，在各子系统中的电容器通常不具有相同的充电状态，使得在这些相的中间回路上的电压也并不相等。这在工作中、即在开关接通时导致再充电过程，伴随由此形成的这些相之间的振荡电流。

发明内容

本发明的任务是提出一种电换流器，其没有现有技术中的缺点。

本发明通过根据权利要求1所述的电换流器的模块开关、根据权利要求9所述的电换流器以及根据权利要求12所述的用于驱动电换流器的方法来解决该任务。

根据本发明的模块开关设置有由可控的第一功率半导体器件和第一二极管构成的串联电路以及由第二二极管和可控的第二功率半导体器件构成的第二串联电路。第一功率半导体器件和第一二极管的连接点形成模块开关的第一连接端，第二二极管和第二功率半导体器件的连接点形成模块开关的第二连接端。设置有电容器，其中第一串联电路和第二串联电路以及电容器彼此并联连接。

根据本发明的电换流器设计用于将两相的或多相的交流电压转换成可控的直流电压，或者相反。换流器设置有多个上述模块开关，其中针对交流电压的每个相串联连接有至少两个模块开关。可控的直流电压可以通过各个模块开关的开关状态而动态地具有正值和具有负值。

根据本发明的模块开关仅针对一个电流方向来设计。在相反的电流方向上，功率半导体器件阻塞电流流动。由此，电流方向在根据本发明的换流器中也不能反向。这带来了如下优点：(如果有的话)在换流器的相之间仅仅会形成平衡电流，而没有振荡电流。

在根据本发明的方法中，换流器的相的功率半导体器件切换为使得减小在这些相的由电容器形成的中间回路上的电压的偏差。由此可能的是，影响在换流器的这些相的由电容器形成的中间回路上的电压，使得其大致大小相同，从而于是使这些电压的偏差尽可能小。以此方式，可以避免在换流器的各个相之间的平衡电流。

在本发明的一个有利的实施形式中，当两个功率半导体器件关断或接通时，端子电压基本上等于负直流电压或正直流电压，或者当两个功率半导体器件之一关断而另一功率半导体器件接通时，端子电压基本上等于零。以此方式有利地可能的是，端子电压基本上等于负直流电压或基本上等于正直流电压或者基本上等于零。

特别合乎目的的是，功率半导体器件分别并联连接有续流二极管。这用于保护功率半导体器件。

例如，如果IGBT(IGBT＝绝缘栅双极性晶体管)用作功率半导体器件，则其仅具有有限阻塞能力。在该情况下，会是必要的是，各个IGBT的阻塞能力通过另一串联连接的二极管来提高。同样可能的是，各个IGBT分别与反并联的续流二极管连接。在后者的情况下，尽管在负的方向上的电流流动是可能的，然而该电流流动仅导致电容器充电直至已有的端子电压。随后，该电流流动停止并且再充电过程结束。借助续流二极管因此也可以避免在由多个模块开关构建的换流器的相之间的振荡电流。

借助根据本发明的模块开关可以以模块方式构建几乎任意的多级或多点换流器。例如，具有三个或五个工作点的多级换流器可以借助根据本发明的模块开关来实现。通过模块结构降低了实现这种多级换流器的开销并且由此也降低了成本。

附图说明

本发明的其他特征、应用可能性和优点从以下对本发明的实施例的描述中得到，这些实施例示出在相关的附图中。在此，所有所描述的或示出的特征本身或任意组合地形成本发明的主题，与其在权利要求中的概括或其引用无关，并且与其在说明书或附图中的表述和示出无关。

图1示出了电换流器的模块开关的一个实施例的电路图，

图2示出了具有补充器件的图1中的电路图，以及

图3和4分别示出了在使用图2的模块开关的情况下的电换流器的一个实施例的电路图。