[发明专利]用于测试开关单元的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测试被配置成级联型多电平变流器的部件的关断型半导体器件的功能的测试设备以及执行该测试的方法。

背景技术

级联型多电平变流器可以在各种情况下使用：用在直流电压要被转换成交流电压以及交流电压要被转换为直流电压的情况中(这样使用的示例为HVDC(高压直流)电厂的电站)；用在直流电压通常被转换为三相交流电压或三相交流电压被转换为直流电压的情况中；或用在交流电压首先被转换为直流电压然后该直流电压又被转换为交流电压的所谓背靠背换流站中；以及用在由自由悬挂的电容器构成直流电压侧的SVC(静止无功补偿器)中。然而，本发明并不限于这些应用，还可以想到其它应用，例如在用于机器、车辆等的不同类型的驱动系统中的应用。级联型多电平变流器可以包括任意数量的相臂，但其通常具有三个相臂以在其交流电压侧具有三相交流电压。

例如通过DE 101 03 031A1和WO 2007/023064A1，可以了解级联型多电平变流器，在DE 101 03 031A1和WO 2007/023064A1中公开了特定的级联型二电平变流器。该变流器也可被称为多单元变流器或M2LC。关于这种类型的变流器的运行，可以参照这些公开。这样的变流器的开关单元一方面具有串联连接的至少两个半导体组件，每个半导体组件具有关断型半导体器件以及与该关断型半导体器件反并联的续流二极管，而另一方面具有储能电容器和两个端子。开关单元被配置成通过这些端子相互连接，以形成串联连接，从而形成连接到变流器的直流电压侧的相反极的变流器相臂。开关单元的这些串联连接的中点形成相输出，并被配置成与变流器的交流电压侧连接。每个开关单元被配置成通过控制每个开关单元的那些半导体器件来获得两种开关状态，即第一开关状态和第二开关状态，在第一开关状态和第二开关状态中，在开关单元的两个端子上分别施加第二储能电容器上的电压和零电压，从而在相输出上获得确定的交流电压。开关单元的串联连接包括电感装置。

级联型多电平变流器的开关单元除了这些公开所示出的外观形式外，还可以有其它的外观形式，例如每个开关单元可以具有多于一个的储能电容器，只要可以控制开关单元使其在上述的两种状态之间切换即可。

此外，本发明主要但不排它地针对被配置成级联型多电平变流器的部件的关断型半导体器件的测试，其中该变流器被配置成传输高电力。基于此，为了说明，下文将主要讨论传输高电力的情况，但不以任何方式将本发明限制于此。当这样的级联型多电平变流器用于传输高电力时，这也意味着处理高压，并且由开关单元的这些储能电容器上的电压来确定变流器的直流侧电压。这意味着，要针对大量的半导体器件来串联连接相当多数量的这种开关单元，即要在每个这种开关单元中串联连接这些半导体组件，而当这些相臂中的开关单元的数量相当多时，这种类型的级联型多电平变流器特别令人关注。大量的串联连接的这种开关单元意味着，可以控制这些开关单元以在上述第一状态和第二状态之间改变，并由此已在上述相输出处获得非常接近正弦电压的交流电压。这已经可以通过基本上较低的开关频率而获得，该开关频率基本比DE 101 03 031A1的图1中所示类型的已知的级联型多电平变流器中所通常使用的开关频率更低，其中，这个已知的级联型多电平变流器具有至少一个关断型半导体器件以及与这至少一个关断型半导体器件反并联的至少一个续流二极管。这能够获得基本上较低的损耗，也显著地减轻了滤波、谐波电流以及无线电干扰的问题，因此使得设备的成本可以更低。

例如在用于传输电力的电厂的变流站中提供和架设这种类型的级联型多电平变流器之前，测试半导体器件并由此确保这种开关单元的正常功能当然是非常重要的。然后，还有必要了解的是，当半导体器件及其对应的开关单元被构建到该半导体器件打算用于的那个级联型多电平变流器时，该半导体器件在与一般条件相同或至少与一般条件可比较的条件下能够理想地工作。然而，构造和组装整个这样的级联型多电平变流器并控制其开关单元以用于测试其半导体器件的正常功能不是切实可行的。

因此，将高度期望具有如引言中所定义的用于测试关断型半导体器件的功能的测试设备，该测试设备能够对这种半导体器件的功能进行可靠的测试，而不会涉及不可接受的高复杂度和由此产生的高成本。

发明内容

本发明的目的是提供引言中所定义的类型的测试设备，该测试设备可以用于在与该关断型半导体器件所打算用于的那个级联型多电平变流器类似的条件下，可靠地测试该半导体器件，其中，该测试设备将会基本上比级联型多电平变流器本身简单而且成本更低。