[发明专利]用于模块化的多级转换器的双模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高压范围中的转换器的子模块，具有第一能量存储器、与第一能量存储器并联连接的由第一和第二可接通和断开的功率半导体开关单元组成的第一半导体串联电路、与在第一和第二功率半导体开关单元之间的电势点相连的第一连接端子、与第一能量存储器串联的第二能量存储器、与第二能量存储器并联布置的由第三和第四可接通和断开的功率半导体开关单元组成的第二半导体串联电路、以及与在第三和第四功率半导体开关单元之间的电势点相连的第二连接端子。

本发明还涉及一种用于在高压范围转换电压或电流的转换器，该转换器具有相模块，该相模块在两个直流电压接头之间延伸并且分别具有用于连接交流电压网的相的交流电压接头，其中至少一个相模块具有由双极子模块组成的串联电路。

背景技术

这样的子模块和这样的转换器已经由EP 1920526B1公开。在那里描述的转换器是所谓的模块化的多级转换器并且具有相模块组件，该相模块组件在两个反向极化的直流电压接头之间延伸并且分别具有用于连接交流电压网的相的交流电压接头。在其交流电压接头和每个其直接电压接头之间每个相模块组件形成阀支路。每个阀支路还具有由双极子模块组成的串联电路。每个子模块装备了两个彼此串连连接的能量存储器。在此，每个能量存储器与分别由两个可控的功率半导体组成的第一或第二串联电路并连布置，该可控的功率半导体分别与续流二极管反向并联连接。可接通和断开的功率半导体开关例如是IGBT、GTO或诸如此类。子模块的两个连接端子分别与位于第一或第二半导体串连电路的功率半导体开关之间的电势点相连。此外，还公开了一种中间抽头或连接支路，其将在能量存储器之间的电势点与在半导体串联电路之间的电势点相连。可接通和断开的功率半导体开关与调节相连，从而在输出端子中可以产生在能量存储器上降落的电压或者在两个能量存储器上降落的电压或者零电压。

在先公知的子模块与仅具有两个可断开的功率半导体开关和一个能量存储器的简单子模块相比具有优点。由此可以提高在连接端子之间降落的子模块的电压，从而可以减少在高压应用的情况下的子模块的数量。这一点例如可以易化转换器的调节。但是，通过提高端子上的电压也提高了对单个子模块的安全性要求。由此提高了所谓的联焰（Querzünden）的危险，如果在连接端子之间布置的功率半导体开关被击穿、也就是导通，则出现联焰。这种在连接端子上的短路导致高的短路电流，该高的短路电流可以导致在子模块上的不能挽回的损害。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，降低出现联焰的危险。

本发明的技术问题通过在第一半导体串联电路和第二半导体串联电路之间布置的连接开关单元、具有第一连接支路二极管的并且将在连接开关单元和第二功率半导体开关单元之间的电势点与在能量存储器之间的电势点相连接的第一连接支路、和具有第二连接支路二极管的并且将在连接开关单元和第三功率半导体开关单元之间的电势点与在能量存储器单元之间的电势点相连接的第二连接支路来解决，其中第一连接支路二极管和第二连接支路二极管彼此反向地面向。

从本文开头所提到的转换器出发，本发明的技术问题通过应用上面提到的子模块来解决。

按照本发明，模块化的多级转换器的子模块（其被构造为所谓的双极模块）不是如现有技术那样具有四个功率半导体开关单元。按照本发明，通过称为连接开关单元的功率半导体开关单元来增加功率半导体开关单元的数量。由此，在本发明的范围内存在总共五个功率半导体开关单元的串联电路，其与同样串联连接的两个能量存储器并联地布置。连接端子与在第一和第二或第四和第五功率半导体开关单元之间的电势点相连。通过这种方式在连接端子之间包括连接开关单元在内总共布置三个功率半导体开关单元。按照本发明，几乎排除了所有三个功率半导体开关单元同时击穿的概率。按照本发明，由此降低联焰的危险。

从在第二功率半导体开关单元和连接开关单元之间的电势点以及从在连接开关单元和第四功率半导体开关单元之间的电势点到在串联连接的能量存储器之间的电势点分别延伸连接支路。在此，连接支路分别具有连接支路二极管，连接支路二极管彼此反向地面向。连接支路二极管在故障情况下防止由于能量存储器放电引起的不期望的电流。通过这种方式提供了一种子模块，利用该子模块能够在功率半导体开关单元故障的情况下可靠地避免高的短路电流。

按照本发明的优选的实施方式，第一和第二连接端子经由至少一个半导体桥开关彼此连接。半导体桥开关用于在高的冲击电流的情况下桥接子模块。