[发明专利]多电平电力变换器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2012年4月2日提交的日本专利申请No.2012-083932并要求其优先权，该申请的内容通过引用结合于此。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及多电平电力转换器的控制方法，该转换器用于将DC功率转换为AC功率或将AC功率转换为DC功率，具体地涉及安全地关断该转换器的中断控制方法。

2.相关技术描述

图4示出作为用于将DC功率转换为AC功率的电力转换器电路的五电平逆变器电路的示例。附图标记1和2表示构成DC电源组件的各自具有2Ed电压的串联连接的DC电源，具有正端电位P、负端电位N、和中点电位M。此DC电源系统一般可由具有两个串联连接的DC电源的AC电源系统构建而成，这些DC电源由整流器和大电容电容器（在图中未示出）构成。

符号S1、S7、S8、和S6指示串联连接在P侧电位和N侧电位之间的IGBT的四个半导体开关，这些IGBT各自具有反并联连接的二极管。符号S2和S5指示分别连接在IGBT S1和S7的连接点与IGBT S8和S6的连接点之间的IGBT，这些IGBT各自具有反并联连接的二极管。符号S9指示连接在DC电源1和2的串联连接点（M电位）与IGBT S7和S8的串联连接点之间的双向半导体开关。该双向半导体开关可由如图4所示的反向阻断IGBT的反并联连接构成、或者由如图9A和9B所示的不具有反向阻断能力的带二极管D1和D2的IGBT Q1和Q2的组合构成。图9A示出具有共同连接的集电极的IGBT Q1和IGBT Q2，且图9B示出具有共同连接的发射极的IGBT Q1和IGBT Q2。

附图标记10指示所谓快速电容器的电容器，该电容器被控制为在电容器两端具有平均电压Ed，并利用电容器的充电和放电现象产生DC电源1或2的中间电位的输出。这些组件的电路11U是用于U-相的电路。可类似地形成用于V-相的电路11V和用于W-相的电路11W来构建三相逆变器。

附图标记12指示AC电机，其为此逆变器系统上负载的示例。此电路构造的逆变器利用半导体开关的ON/OFF操作和电容器10两端的电压在此转换器的输出端子13处传输五个电平的输出：P电位、N电位、M电位、以及DC电源1或2的两个其它中间电位P电位(2Ed)-Ed和N电位(-2Ed)+Ed。图10示出输出电压Vout的波形的示例。

具有五个电平输出的此逆变器，相比具有双电平型的逆变器，生成更小的低阶谐波分量，且在半导体开关中产生减少的开关损耗。因此，可构建具有高效率的系统。图5和6示出诸如图4的五电平转换器之类的多电平转换电路的基本形式的电路。图5的电路具有从图4的电路中移除了IGBT S2和S5的构造。图6的电路具有其中图4中的IGBT S7和S9的功能由双向开关S12执行且IGBT S8和S9的功能由双向开关S13执行的构造。通过在图5的端子16和17之间或者在图6的端子18和19之间添加包括（多个）半导体开关的（多个）变换电路，可获得五个或更多个电平的多电平变换器电路。图4的电路是在图5的端子16和17之间添加IGBT S2和S5的示例。

图7示出七电平变换器电路作为多电平变换器电路的应用的第一示例。使用3Ed x2的DC电源电压，通过连接在IGBT S3的集电极和IGBT S4的发射极之间的充电有一单位电压Ed的电容器20与连接在IGBT S2的集电极和IGBTS5的发射极之间的充电有两单位电压2Ed的电容器21，可获得七个电平电位的输出。

图8示出所有开关元件表现出相同耐受电压的电路构造。图8的电路需要用作图7中IGBT S1和S6的每一个的这种开关的四个串联连接，以及图7中的IGBT S7和S8的每一个的这种开关的两个串联连接。为了使得每一个元件在此电路的静态状况下承受相等电压，一般将分压电阻器（图中未示出）与IGBT并联连接。然而，提供这样的分压电阻器并不导致在诸如开关过程之类的动态状况下的相等电压分享。因此，需要另一对策来解决开关过程中的相等电压分享。图11示出七电平变换器电路的变形，其中充电有一单位电压Ed的电容器22被连接在图8中的IGBT S7a和IGBT S7b的连接点（图11中的IGBT S10和IGBT S7的连接点）与图8中的IGBT S8a和IGBT S8b的连接点（图11中的IGBT S8和IGBT S11的连接点）之间。专利文献1公开了有关五电平逆变器电路的示例和多电平电路的基本电路。

[专利文献1]

PCT国际申请No.2009-525717