[发明专利]高效半桥直流到交流转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将直流(DC)输入电压转换为交流(AC)输出电压的转换器电路。具体地，本发明涉及一种用于转换DC输入电压、以在它的输出端子处提供AC输出电压的半桥逆变器。

背景技术

最近，存在对于高效功率转换器的庞大需求，例如，以用作功率产生器中的太阳能逆变器，或者用作用于高速马达驱动器的或者用于不间断电源的功率转换器。同时，通过利用应用于高功率应用的标准硅BJT/MOS-FET/IGBT技术替换基于SiC MOS-FET或者JFET技术的电路来减小所述功率转换器的成本越来越重要。

一般地，存在几种在现有技术中已知的、采用MOS-FET/IGBT开关元件来改善功率转换器的整体功率效率的技术。

具体地，在Temesi，和Frisch，Michael于2009年9月4日发表在《欧洲功率电子学》上的“具有功率模块的NPC逆变器拓扑的优点”(“Advantages of NPC Inverter Topologies with Power Modules”by Temesi，and Frisch，Michael，Power Electronics Europe，September 4，2009)中描述了具有MOS-FET/IGBT开关元件的高效功率转换器。具体地，这篇文献描述了一些基于NPC逆变器拓扑、而其它基于半桥拓扑的不同功率转换器电路。具体地，在图4中示出了所提出的半桥逆变器。

如图4所图示的，该半桥逆变器包括连接到DC+和连接到DC-输入端子的半桥开关级。通过使能该半桥开关级的上部IGBT，能够在输出端子OUT处提供正电压。通过使能该半桥开关级的下部IGBT，能够在输出端子OUT处提供负电压。

在使能该上部和该下部IGBT之间的过渡时段中，该输出端子可以被提供有来自中性(neutral)端子的中性电位，例如，提供有接地连接。经由两个IGBT和两个二极管来提供到该中性端子的连接。

由于该半桥开关级的设计，所以单个IGBT晶体管正在将输入端子连接到输出端子。据此，该设计的导通损耗比包括具有四个晶体管的开关级的NPC逆变器小。然而，用于连接该输入和该输出端子的单个晶体管需要较高的额定电压，该额定电压指定了该晶体管在非导通状态中的电压阻断能力。据此，高额定电压导致了对于开关性能的限制。

为了改善开关性能，已知提供了IGBT和MOS-FET的并联电路。具体地，可以配置IGBT和MOS-FET的并联电路，以将静态损耗分派到该IGBT并且将开关损耗分派到该MOS-FET。进一步，MOS-FET的快速开关速度有利于减小该开关损耗。从而，为了改善整体效率，可以将该MOS-FET设置为在低功率时段期间或者在过渡时段期间承载电流，并且可以将该IGBT设置为在高功率时段中承载大多数的负载。

据此，IGBT和MOS-FET的并联电路可以帮助改善所描述的半桥开关级的开关性能。然而，该并联电路也会被限制为与图4所示的该半桥一样的高额定电压；其中该必需的高额定电压对MOS-FET以及IGBT的开关性能引入负面影响。

总的来说，用于改善功率转换器的效率的已知技术不能按照令人满意的方式来满足高效半桥逆变器的需要。

发明内容

用于支撑本发明的目标是改善功率转换器的效率，具体地，是改善上面描述的半桥逆变器的效率。用于支撑本发明的进一步目标是降低相关于为了高效功率转换器所采用的技术的生产成本。

通过独立权利要求的主题来解决这些目标中的至少一个。本发明的有利实施例服从于从属权利要求。

本发明的一个实施例涉及一种用于转换DC输入电压、以在输出端子处提供AC输出电压的半桥逆变器，该半桥逆变器包括：第一开关电路和第二开关电路。该第一开关电路连接到至少一个输入端子并且连接到该输出端子，该第一开关电路被配置为在该输出端子处提供高电压电平或低电压电平。该第二开关电路连接到该输出端子，该第二开关电路被配置为提供到中间电压电平的连接，该中间电压电平位于该高电压电平和该低电压电平之间。该第二开关电路进一步连接到该至少一个输入端子，以允许该第二开关电路在该输出端子处提供该高电压电平或该低电压电平。

本发明的优点可以由利用不同的晶体管技术来实现用于通过该第二开关电路将该输入端子连接到该输出端子的附加导通路径而得到。通过本发明在该输入端子和该输出端子之间提供两条路径，每一条路径可以利用不同的晶体管来实现。因为可以为了不同的目的而优化不同的晶体管，所以利用不同晶体管来实现每一条路径可用于改善的功率效率。