專利名稱：五級功率轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率轉(zhuǎn)換器的電路配置技術(shù)，具體地涉及直接輸出五級電壓的五級功率轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
五級逆變器電路的一相被示為圖10中的現(xiàn)有技術(shù)。在圖10中，半導(dǎo)體開關(guān)Ql至Q8的串聯(lián)電路連接在其中直流單電源 bll、bl2、b21和b22串聯(lián)連接的直流組合電源BA2的正端子與負(fù)端子之間，并且作為串聯(lián)電路的中間連接點(diǎn)的半導(dǎo)體開關(guān)Q4和Q5的連接點(diǎn)是交流輸出點(diǎn)U。同樣，其中二極管DI和D4串聯(lián)連接的二極管串聯(lián)臂DAI連接在半導(dǎo)體開關(guān)Ql和Q2的連接點(diǎn)與半導(dǎo)體開關(guān)Q5和Q6的連接點(diǎn)之間，并且二極管串聯(lián)臂DAl內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)連接到直流單電源bll和bl2的連接點(diǎn)。以相同方式，其中二極管Dl和D5串聯(lián)連接的二極管串聯(lián)臂DA2連接在半導(dǎo)體開關(guān)Q2和Q3的連接點(diǎn)與半導(dǎo)體開關(guān)Q6和Q7的連接點(diǎn)之間，并且二極管串聯(lián)臂DA2內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)連接到直流單電源bl2和b21的連接點(diǎn)。其中二極管D3和D6串聯(lián)連接的二極管串聯(lián)臂DA3連接在半導(dǎo)體開關(guān)Q3和Q4的連接點(diǎn)與半導(dǎo)體開關(guān)Q7和Q8的連接點(diǎn)之間，并且二極管串聯(lián)臂DA3內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)連接到直流單電源b21和b22的連接點(diǎn)。在此，當(dāng)每一直流單電源的電壓為E且直流組合電源BA2的中間連接點(diǎn)的電位為0時，直流組合電源BA2的正端子的電位為+2E，而負(fù)端子的電位為-2E。在這種電路配置的情況下，+2E的電壓在半導(dǎo)體開關(guān)Ql至Q4導(dǎo)通且半導(dǎo)體開關(guān)Q5至Q8截止時被輸出到交流輸出點(diǎn)U，而+IE的電壓在半導(dǎo)體開關(guān)Q2至Q5導(dǎo)通且半導(dǎo)體開關(guān)Q6至Q8以及Ql截止時被輸出到交流輸出點(diǎn)U。同樣，零電壓在半導(dǎo)體開關(guān)Q3至Q6導(dǎo)通且Q7、Q8、Ql和Q2截止時被輸出到交流輸出點(diǎn)U。-IE的電壓在半導(dǎo)體開關(guān)Q4至Q7導(dǎo)通且Ql至Q3以及Q8截止時被輸出到交流輸出點(diǎn)U，而-2E的電壓在半導(dǎo)體開關(guān)Q5至Q8導(dǎo)通且Ql至Q4截止時被輸出到交流輸出點(diǎn)U。通過以此方式調(diào)節(jié)半導(dǎo)體開關(guān)Ql至Q8中的每一個的導(dǎo)通-截止操作，有可能將五級電壓輸出至交流輸出點(diǎn)U。在JP-A-2006-271042中公開了圖10所示的電路的具體操作。在圖10所示的電路中，當(dāng)電壓從直流組合電源BA2輸出至交流輸出點(diǎn)U時電流通過的半導(dǎo)體開關(guān)的數(shù)量是最大值為四個串聯(lián)。為此，半導(dǎo)體開關(guān)中的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通損耗增加，整個轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率降低，并且此外，存在尺寸減小和成本降低困難的問題。同樣，由于在直流單電源b 11、b 12、b21和b22之間的劃分的功率原則上不相等，因此即使當(dāng)從交流輸出點(diǎn)U輸出的電壓和電流具有正/負(fù)對稱交流波形時，也需要獨(dú)立的直流電源。為此，在作為輸入的直流組合電源BA2中需要可獨(dú)立供電的四個單電源，并且這極大地限制了轉(zhuǎn)換器的制造。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種五級功率轉(zhuǎn)換器，其中與以前已知的情況相比，通過減少輸出電流通過的半導(dǎo)體開關(guān)的數(shù)量來減少發(fā)生的損耗，并且此外，其中有可能用作為直流輸入電源的兩個單電源操作。為了解決以前所描述的問題，在本發(fā)明的第一方面，五級功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包括直流電源電路，其中第一和第二直流電源串聯(lián)連接，并且該直流電源電路包括三個端子；并聯(lián)連接到直流電源電路的第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，其中其二極管各自反并聯(lián)連接的2N(N是大于等于2的整數(shù))個半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)連接；由兩個串聯(lián)連接的其中二極管各自反并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的、并聯(lián)連接到第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路是連接到第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的中間連接點(diǎn)的兩個半導(dǎo)體開關(guān)元件的串聯(lián)連接電路部分；并聯(lián)連接到第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的電容器；以及連接在第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)與第一和第二直流電源的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的第一交流開關(guān)，其中第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)被用作交流端子。在本發(fā)明的第二方面，第二交流開關(guān)連接在第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián) 連接點(diǎn)與第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)之間。在本發(fā)明的第三方面，第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路中的、除構(gòu)成第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件以外的半導(dǎo)體開關(guān)元件各自由單獨(dú)的控制信號驅(qū)動。在本發(fā)明中，五級功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包括直流電源電路，其中第一和第二直流電源串聯(lián)連接，并且該直流電源電路包括三個端子；并聯(lián)連接到直流電源電路的第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，其中二極管各自反并聯(lián)連接的2N(N是大于等于2的整數(shù))個半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)連接；由兩個串聯(lián)連接的其中二極管各自反并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的、并聯(lián)連接到第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路是連接到第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的中間連接點(diǎn)的兩個半導(dǎo)體開關(guān)元件的串聯(lián)連接電路部分；并聯(lián)連接到第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的電容器；以及連接在第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)與第一和第二直流電源的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的第一交流開關(guān)，其中第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)被用作交流端子。作為其結(jié)果，有可能從兩個直流電源輸出五級電壓，并且有可能減少電流通過的半導(dǎo)體元件的數(shù)量。同樣，通過將第二交流開關(guān)連接在第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)與第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)之間，有可能進(jìn)一步減少電流通過的半導(dǎo)體元件的數(shù)量。結(jié)果，有可能增加轉(zhuǎn)換器的效率，降低該轉(zhuǎn)換器的價格，減小該轉(zhuǎn)換器的尺寸。


圖I是示出本發(fā)明的第一實(shí)施例的電路圖；圖2示出圖I的交流輸出波形的示例；圖3是示出圖I的電路的操作模式的模式圖；圖4是示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的電路圖；圖5是示出圖4的電路的操作模式的模式圖；圖6是示出本發(fā)明的第三實(shí)施例的電路圖；圖7是示出圖6的電路的操作模式的模式圖；圖8是示出本發(fā)明的第四實(shí)施例的電路圖9是示出圖8的電路的操作模式的模式圖；以及圖10是現(xiàn)有技術(shù)的五級逆變器電路的示例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的要點(diǎn)在于，其包括直流電源電路，其中第一和第二直流電源串聯(lián)連接，并且該直流電源電路包括三個端子；并聯(lián)連接到直流電源電路的第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，其中其二極管各自反并聯(lián)連接的2N(N是大于等于2的整數(shù))個半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)連接；由兩個串聯(lián)連接的其中二極管各自反并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的、并聯(lián)連接到第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的第三半導(dǎo)體開 關(guān)串聯(lián)電路，該第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路是連接到第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的中間連接點(diǎn)的兩個半導(dǎo)體開關(guān)元件的串聯(lián)連接電路部分；并聯(lián)連接到第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的電容器；以及連接在第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)與第一和第二直流電源的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的第一交流開關(guān)，其中第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)被用作交流端子。第一實(shí)施例圖I示出本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖I是示出五級逆變器的一相的電路圖。有可能通過使用三個這種電路來實(shí)現(xiàn)三相逆變器，并且通過使用兩個這種電路來實(shí)現(xiàn)單相逆變器。在各自具有2E電壓的直流單電源bl和b2串聯(lián)連接的配置中，直流組合電源BAl包括三個端子正端子、零端子和負(fù)端子。這是將IGBT應(yīng)用為半導(dǎo)體開關(guān)的一個示例。五級逆變器電路是，其中半導(dǎo)體開關(guān)Q2和Q3串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路QA1、其中半導(dǎo)體開關(guān)Q5和Q6串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路QA2、以及電容器C I并聯(lián)連接，半導(dǎo)體開關(guān)Ql連接在直流組合電源BAl的正端子與半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路QAl的一個端子之間，半導(dǎo)體開關(guān)Q4連接在直流組合電源BAl的負(fù)端子與半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路QAl的另一端子之間，其中具有反向耐壓的半導(dǎo)體開關(guān)(反向阻斷的半導(dǎo)體開關(guān))QRl和QR2反并聯(lián)連接的交流開關(guān)Sffl連接在半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路QA2的中間連接點(diǎn)與直流組合電源BAl的零端子之間，并且半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路QAl內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)用作交流輸出點(diǎn)U。具有這種電路配置的操作波形的示例在圖2中示出，而操作模式在圖3中示出?！澳Ｊ絀”是其中半導(dǎo)體開關(guān)Ql和Q2導(dǎo)通、Q4和交流開關(guān)SWl的半導(dǎo)體開關(guān)QRl截止、以及+2E的電壓被輸出到交流輸出點(diǎn)U的模式。此時，輸出電流通過的半導(dǎo)體開關(guān)是兩個開關(guān)Ql和Q2。此外，通過將半導(dǎo)體開關(guān)Q5和Q3截止且將Q6導(dǎo)通，施加到半導(dǎo)體開關(guān)的電壓如下。S卩，施加到半導(dǎo)體開關(guān)QRl的電壓被箝位在通過從直流單電源bl的電壓2E減去電容器Cl的電壓VCl所獲取的電壓，施加到半導(dǎo)體開關(guān)Q4的電壓被箝位在通過從直流組合電源BAl的正端子與負(fù)端子之間的電壓4E減去電容器Cl的電壓VCl所獲取的電壓，而施加到半導(dǎo)體開關(guān)Q5的電壓被箝位在電容器Cl的電壓VCl。此時，當(dāng)電容器Cl的電壓VCl被控制到IE時，交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q3、Q5和Q4的箝位電壓分別為1E、1E、1E和3E0“模式2”是其中Ql和Q3導(dǎo)通，Q2、Q4、Q5和SWl的QRl截止，以及通過從+2E的電壓減去電壓VCl所獲取的電壓被輸出到交流輸出點(diǎn)U的模式。此時，輸出電流通過的半導(dǎo)體開關(guān)是兩個開關(guān)Ql和Q3。此外，通過將半導(dǎo)體開關(guān)Q6導(dǎo)通，施加到交流開關(guān)SWl的電壓被箝位在通過從直流單電源bI的電壓2E減去電容器Cl的電壓VCl所獲取的電壓，并且施加到半導(dǎo)體開關(guān)Q2和Q5的電壓被箝位在VCl。同樣，當(dāng)電容器Cl的電壓VC I被控制到IE時，交流輸出點(diǎn)U的電壓為+1E，并且交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q2、Q5和Q4的箝位電壓分別為1E、1E、1E和3E。“模式3”是其中交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q2和Q6導(dǎo)通、半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q3、Q4和Q5截止、以及+VCl的電壓被輸出到交流輸出點(diǎn)U的模式。此時，輸出電流通過的三個半導(dǎo)體開關(guān)是交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q6和Q2。同樣，當(dāng)電容器Cl的電壓VCl被控制到+IE時，交流輸出點(diǎn)U的電壓為+1E，并且半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q3、Q4和Q5的箝位電壓分別為 1E、1E、2E 和 IE0“模式4”是其中交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q3和Q6導(dǎo)通、半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q2、Q4和Q5截止、以及零電壓被輸出到交流輸出點(diǎn)U的模式。此時，輸出電流通過的三個半導(dǎo)體開關(guān)是交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q6和Q3。同樣，當(dāng)電容器Cl的電壓VCl被控制到 +IE時，半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q2、Q4和Q5的箝位電壓分別為1E、1E、2E和IE0“模式5”是其中交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q5和Q2導(dǎo)通、半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q3、Q4和Q6截止、以及零電壓被輸出到交流輸出點(diǎn)U的模式。此時，輸出電流通過的三個半導(dǎo)體開關(guān)是交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q5和Q2。同樣，當(dāng)電容器Cl的電壓VCl被控制到+IE時，半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q3、Q4和Q6的箝位電壓分別為2E、1E、1E和IE0“模式6”是其中交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q3和Q5導(dǎo)通、半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q2、Q4和Q6截止、以及-VCl的電壓被輸出到交流輸出點(diǎn)U的模式。此時，輸出電流通過的三個半導(dǎo)體開關(guān)是交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q5和Q3。同樣，當(dāng)電容器Cl的電壓VCl被控制到+IE時，交流輸出點(diǎn)U的電壓為-1E，并且半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q2、Q4和Q6的箝位電壓分別為 2E、1E、1E 和 IE0作為“模式7”的條件，其是其中當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)Q2和Q4導(dǎo)通、半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q3和Q6以及交流開關(guān)SWl的半導(dǎo)體開關(guān)QR2截止、+VCl為-2E的電壓被輸出到交流輸出點(diǎn)U時的模式。此時，輸出電流通過的半導(dǎo)體開關(guān)是兩個開關(guān)Q4和Q2。此外，通過將半導(dǎo)體開關(guān)Q5導(dǎo)通，施加到交流開關(guān)SWl的電壓被箝位在通過將電容器Cl的電壓VCl加到直流單電源b2的電壓(-2E)所獲取的電壓，并且施加到半導(dǎo)體開關(guān)Q3和Q6的電壓被箝位在電容器Cl的電壓VCl。同樣，當(dāng)電容器Cl的電壓VCl被控制到IE時，交流輸出點(diǎn)U的電壓為-1E，并且交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q3和Q6的箝位電壓分別為1E、3E、1E和1E?！澳Ｊ?”是其中半導(dǎo)體開關(guān)Q3和Q4導(dǎo)通、半導(dǎo)體開關(guān)Ql和交流開關(guān)SWl的半導(dǎo)體開關(guān)QRl截止、以及-2E的電壓被輸出到交流輸出點(diǎn)U的模式。此時，輸出電流通過的半導(dǎo)體開關(guān)是兩個開關(guān)Q3和Q4。此外，通過將半導(dǎo)體開關(guān)Q2和Q6截止且將Q5導(dǎo)通，施加到交流開關(guān)SWl的電壓被箝位在通過將電容器Cl的電壓VCl加到直流單電源b2的電壓(-2E)所獲取的電壓，施加到半導(dǎo)體開關(guān)Ql的電壓被箝位在通過從直流組合電源BAl的正端子與負(fù)端子之間的電壓4E減去電容器Cl的電壓VCl所獲取的電壓，并且施加到半導(dǎo)體開關(guān)Q6的電壓被箝位在VCl。此時，當(dāng)電容器Cl的電壓VCl被控制到IE時，交流開關(guān)SWl以及半導(dǎo)體開關(guān)Q1、Q2和Q6的箝位電壓分別為1E、3E、1E和1E。根據(jù)“模式I”至“模式8”，五級電壓+2E、+1E、0、-IE和-2E可被輸出到交流輸出點(diǎn)U。在此，雖然“模式2”和“模式3”兩者都具有+IE的輸出，但是當(dāng)考慮來自交流輸出點(diǎn)U的交流輸出電流i的取向?yàn)檎龝r，電容器Cl在“模式2”中充電，相反，電容器Cl在“模式3”中放電。以相同的方式，當(dāng)-IE被輸出到交流輸出點(diǎn)U時，相同的關(guān)系還適用于“模式6”和“模式7”。為此，通過在+IE的電壓被輸出到交流輸出點(diǎn)U時任選地選擇“模式2”或“模式3”，以及在輸出-IE時任選地選擇“模式6”或“模式7”，調(diào)節(jié)電容器Cl的電壓VCl是可能的，并且有可能將VCl恒定地控制到IE附近。第二實(shí)施例圖4示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的電路圖，并且圖5示出其操作模式。與第一實(shí)施例的差異在于這一點(diǎn)，其中具有反向耐壓的半導(dǎo)體開關(guān)QR3和QR4反并聯(lián)連接的交流開關(guān)SW2附加地連接在其中半導(dǎo)體開關(guān)Q2和Q3串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路QAl內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)與其中半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路Q5和Q6串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路AQ2內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)之間。半導(dǎo)體開關(guān)的操作是，在從“模式I”到“模式8”的所有模式中，半導(dǎo)體開關(guān)Ql至Q6以及交流開關(guān)SWl的操作與第一實(shí)施例的電路(圖I)相同。同樣，半導(dǎo)體開關(guān)QR3和QR4以及添加的交流開關(guān)SW2的操作是，QR3在“模式I”至“模式3”中的每一個 中截止且在“模式4”至“模式8”中的每一個中導(dǎo)通，而QR4在“模式I”至“模式5”中的每一個中導(dǎo)通且在“模式6”至“模式8”中的每一個中截止。根據(jù)這些操作，由于當(dāng)零電壓在“模式4”和“模式5”中被輸出到交流輸出點(diǎn)U時SW2導(dǎo)通，因此在任一模式中輸出電流只通過兩個半導(dǎo)體(即交流開關(guān)SWl和SW2)，這比第一實(shí)施例的三個開關(guān)少(圖I)。因此，導(dǎo)通損耗減少，并且有可能增加轉(zhuǎn)換效率。第三實(shí)施例圖6示出本發(fā)明的第三實(shí)施例，并且圖7示出其操作模式。與第二實(shí)施例(圖4)的差異在于半導(dǎo)體開關(guān)Ql改變成半導(dǎo)體開關(guān)Qla和Qlb的串聯(lián)電路，并且半導(dǎo)體開關(guān)Q4改變成半導(dǎo)體開關(guān)Q4a和Q4b的串聯(lián)電路。在此，每一改變的半導(dǎo)體開關(guān)的操作如下。在“模式I”和“模式2”中，半導(dǎo)體開關(guān)Qla和Qlb兩者都導(dǎo)通，而半導(dǎo)體開關(guān)Q4a和Q4b兩者都截止。在“模式3”和“模式4”中，半導(dǎo)體開關(guān)Qla和Qlb中的僅一個導(dǎo)通，而半導(dǎo)體開關(guān)Q4a和Q4b兩者都截止。在“模式5”和“模式6”中，半導(dǎo)體開關(guān)Qla和Qlb兩者都截止，而半導(dǎo)體開關(guān)Q4a和Q4b中僅一個導(dǎo)通。在“模式7”和“模式8”中，Qla和Qlb兩者都截止,而Q4a和Q4b兩者都導(dǎo)通。通過采取這種操作，有可能用具有在第二實(shí)施例(圖4)中的半導(dǎo)體開關(guān)Ql和Q4原則上所需的3E的耐壓的一半的范圍內(nèi)的耐壓的半導(dǎo)體開關(guān)代替半導(dǎo)體開關(guān)Qla、Qlb、Q4a和Q4b。在此情況下，由于存在使用在多個模式之間變換的操作中具有低耐壓的半導(dǎo)體元件進(jìn)行的單獨(dú)開關(guān)，因此開關(guān)損耗減少，并且有可能減少損耗。例如，IGBT開關(guān)特性和具有若干kV或更大的高耐壓的IGBT的穩(wěn)態(tài)損耗特性比具有低耐壓的IGBT的特性糟得多。為了解決該問題，有可能應(yīng)用通過使用本實(shí)施例的技術(shù)而具有低耐壓和優(yōu)良特性的元件，并且有可能降低轉(zhuǎn)換損耗。第四實(shí)施例圖8示出本發(fā)明的第四實(shí)施例，并且圖9示出其操作模式。與第二實(shí)施例(圖4)的差異在于半導(dǎo)體開關(guān)Ql改變成半導(dǎo)體開關(guān)Qla、Qlb和Qlc的串聯(lián)電路，并且半導(dǎo)體開關(guān)Q4改變成半導(dǎo)體開關(guān)Q4a、Q4b和Q4c的串聯(lián)電路。在此，每一改變的半導(dǎo)體開關(guān)的操作如下。在“模式I”和“模式2”中，半導(dǎo)體開關(guān)Qla至Qlc都導(dǎo)通，而半導(dǎo)體開關(guān)Q4a至Q4c都截止。在“模式3”和“模式4”中，半導(dǎo)體開關(guān)Qla至Qlc中的僅一個截止，而半導(dǎo)體開關(guān)Q4a至Q4c中的僅一個導(dǎo)通。在“模式5”和“模式6”中，半導(dǎo)體開關(guān)Qla至Qlc中的僅一個導(dǎo)通，而半導(dǎo)體開關(guān)Q4a至Q4c中的僅一個截止。在“模式7”和“模式8”中，半導(dǎo)體開關(guān)Qla至Qlc都截止,而半導(dǎo)體開關(guān)Q4a至Q4c都導(dǎo)通。通過采取這種操作，有可能用具有IE耐壓的半導(dǎo)體開關(guān)來替代半導(dǎo)體開關(guān)Q Ia至Qlc以及Q4a至Q4c，該耐壓是圖4中的Ql和Q4原則上所需的3E耐壓的三分之一。因此，有可能應(yīng)用耐受原則上施加到圖8中的所有半導(dǎo)體開關(guān)的IE電壓的半導(dǎo)體。具體而言，當(dāng)配置具有若干kV或更大的高電壓輸出的轉(zhuǎn)換器時，有可能應(yīng)用具有低耐壓的、容易得到的、高性能的、低價的IGBT，并且有可能有助于增加轉(zhuǎn)換器的效率和降低該轉(zhuǎn)換器的價格。在該實(shí)施例中，給出當(dāng)反向阻斷的IGBT反并聯(lián)連接作為交流開關(guān)時的示例，但是交流開關(guān)還可用其中沒有反向耐壓的半導(dǎo)體開關(guān)和二極管組合的配置來實(shí)現(xiàn)。同樣，在該實(shí)施例中，給出具有從直流產(chǎn)生交流的逆變器電路的示例的描述，但是本發(fā)明還適用于從 交流產(chǎn)生直流的轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明是一種用于在配置高電壓、大容量轉(zhuǎn)換器時的電路技術(shù)，并且適用于馬達(dá)驅(qū)動逆變器、電網(wǎng)連接轉(zhuǎn)換器、直流電源等。
權(quán)利要求
1.一種五級功率轉(zhuǎn)換器，包括 直流電源電路，其中第一和第二直流電源串聯(lián)連接，并且所述直流電源電路包括三個端子； 并聯(lián)連接到所述直流電源電路的第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，其中其二極管各自反并聯(lián)連接的2N(N是大于等于2的整數(shù))個半導(dǎo)體開關(guān)元件串聯(lián)連接； 由兩個串聯(lián)連接的其中二極管各自反并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的、并聯(lián)連接到第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路是連接到所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的中間連接點(diǎn)的兩個半導(dǎo)體開關(guān)元件的串聯(lián)連接電路部分； 并聯(lián)連接到所述第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的電容器；以及 連接在所述第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述第一和第二直流電源的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的第一交流開關(guān)，其中 所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)被用作交流端子。
2.如權(quán)利要求I所述的五級功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 第二交流開關(guān)連接在所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)與所述第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路內(nèi)部的串聯(lián)連接點(diǎn)之間。
3.如權(quán)利要求I所述的五級功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 所述第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路中的、除構(gòu)成所述第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件以外的半導(dǎo)體開關(guān)元件各自由單獨(dú)的控制信號驅(qū)動。
全文摘要
五級功率轉(zhuǎn)換器包括直流電源，其中兩個直流電源串聯(lián)連接，并且該直流電源包括三個端子；以及并聯(lián)連接到直流電源的第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，其中2N個半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接；與第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)連接的第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路，該第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路是連接到第一半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的中間連接點(diǎn)的兩個半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)連接電路；并聯(lián)連接到第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的電容器；以及連接在第三半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的串聯(lián)連接點(diǎn)與直流電源的串聯(lián)連接點(diǎn)之間的第一交流開關(guān)，其中第二半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)電路的串聯(lián)連接點(diǎn)被用作交流端子。
文檔編號H02M7/48GK102638189SQ201210031670
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月8日
發(fā)明者大熊康浩, 小高章弘, 谷津誠 申請人:富士電機(jī)株式會社