多级转换器的利记博彩app

技术领域

本发明涉及在阀厅中使用来将交流电（AC）转换成直流电（DC）并且反之亦然的模块化多级转换器和功率电子构建块。功率电子构建块每个包括至少两个子单元，其配置成并联连接。每个子单元在功率电子构建块中安装之前可以调整为全桥配置的子单元或半桥配置的子单元。在安装之前，子单元作为可以在现场制造和安装模块化多级转换器期间配置的模块化部件而出现。

这样的模块化多级转换器和功率电子构建块（其可以通过使用至少两个半或全桥可配置子单元而构建）提供高度灵活性并且在功率电子构建块内允许有非常紧凑的部件布置。

根据上文的模块化多级转换器可在各种情形中使用，其中将高压直流电转换成交流电并且反之亦然是必要的。模块化多级转换器还可用于将直流电压转换成三相交流电压或反之亦然。另外，模块化多级转换器还可在背对背站中使用，其中AC电压首先被变换成DC电压并且然后再次变换回AC电压。

背景技术：

模块化多级转换器通常具有类似立方体的设计并且包括采用半桥配置的单元。为了提供半桥单元，单元需要相应地在设计期间并且然后在制造期间配置。

WO 2009/115124说明电压源转换器，其包括连接到转换器的直流电压侧的极性相反的三个相脚。每个相脚包括开关元件的串联连接。这些开关元件包括两个端子、与二极管并联连接的两个半导体器件（在该情况下是IGBT（绝缘栅双极晶体管））和与串联连接的半导体器件以及二极管并联连接的能量存储电容器。一个端子连接到两个半导体器件之间的中点以及两个二极管之间的中点。另一个端子连接到能量存储电容器。半导体元件因此具有两个开关态，即第一开关态，其中输出电压是跨电容器的电压（U_c）；和第二开关态，其中输出电压是零。

根据WO 2009/115124的开关元件从而是半桥配置的。未示出开关元件的全桥配置，开关元件的示出实施例实现或提供全桥开关元件也是不可能的。这导致在涉及到建立电压源转换器时灵活性和紧凑性方面的某些限制。

另外，具有类似立方体设计的相脚的其他已知电压转换器或多级转换器可导致在尖角周围比较高的电场、由于不同母线或导体长度引起的多级转换器单元内子模块之间的信号延迟、高杂散电感和难以平衡电流。

技术实现要素：

鉴于上文，本发明的目标是提供多级转换器和功率电子构建块，其提供高灵活性并且比较易于操作。

有利地，本发明可提供功率电子构建块，其是紧凑且通用的。

在下面，术语功率电子构建块和模块化多级转换器单元采用描述相同部分的可互换方式使用。

目标通过多级转换器解决，该多级转换器包括根据独立权利要求1的至少两个模块化多级转换器单元或构造功率电子构建块。

用于多级转换器的功率电子构建块可包括半桥模块，其具有电容器单元和至少两个半导体开关、配置成控制该半导体开关的栅单元、电导体、至少第一和第二端子部分和子单元。子单元可包括在它们的DC链路处并联连接的至少两个半桥模块，并且其中电导体和两个端子部分可配置成采用至少两个不同方式连接到子单元以便对功率电子构建块提供半桥配置的子单元或全桥配置的子单元。

为了构建和配置功率电子构建块，因此提供有电导体以及第一和第二端子部分。通过使电导体以及第一和第二端子部分在不同位置连接到子单元，子单元则可以配置成形成全桥或半桥子单元。包括电导体以及第一和第二端子部分和潜在地额外的小的标准部件（例如连接器）的子单元从而可形成构建集或构建块，其在构建或组装多级转换器单元以及从而模块化多级转换器时允许有大量灵活性。

子单元可配置成安装在底座上以便形成功率电子构建块。该底座可具有圆形形状。

在实施例中，功率电子构建块可包括并联连接的至少两个子单元，其中这些子单元关于彼此对称布置。

在另一个实施例中，模块化多级转换器单元可包括并联连接的多个子单元，其中这些子单元关于彼此呈圆形对称布置。

在配置为全桥或半桥子单元后，子单元可彼此电互连，优选地通过DC链路以及第一和第二端子而并联。

对称布置和圆形对称布置（优选地在一个平面中）具有减少电场峰和使子单元之间的信号延迟减少的优势。

圆形对称布置具有在电容器与半导体开关之间相对低的杂散电感、减少的电场峰（没有尖角）和低信号延迟的优势。低杂散电感可提高部件可靠性。减少的电场强度可进一步导致优化的电晕屏蔽和优化的绝缘设计。

在实施例中，栅单元可包括栅极驱动器，这些栅极驱动器中的每个可被指派来控制半导体开关。

在为模块化多级转换器单元设计圆形布局时，栅单元在一个实施例中可布置在圆的中心以便实现紧凑设计。

栅极驱动器可与子单元分离。栅极驱动器可采用一个栅极驱动器驱动不同子单元的若干并联半导体开关这一方式设计和安装。

备选地，栅极驱动器可直接在子单元中集成，每个被指派来控制半导体开关。

在实施例中，电导体可包括机械中断器，其可以在多级转换器单元中安装子单元之前闭合或断开以便提供半桥或全桥配置的子单元。

当机械中断器处于断开位置时，子单元是全桥配置的子单元。

另一方面，当机械中断器处于闭合位置时，子单元是半桥配置的子单元。

备选地，当子单元配置为全桥子单元时，去除电导体可是可能的。

在优选实施例中，电导体在一个半桥模块的两个半导体开关之间的第一中点处与第一端并且在另一半桥模块的两个半导体开关之间的第二中点处与第二端连接。

然后通过使第一和第二端子部分在子单元的合适位置处连接并且通过闭合或断开机械中断器，可以容易将子单元配置为半桥子单元或全桥子单元。

在另外的实施例中，第一端子部分可固定连接到第一或第二中点并且第二端子部分可配置成在各种位置固定到子单元。

第二端子部分可在电容器单元与半导体开关中的一个之间连接到子单元，来提供半桥配置的子单元。第二端子部分可以位于DC+侧或DC-侧。

备选地，第二端子部分可连接到两个半导体开关之间的中点，其与其中布置第一端子部分以便提供全桥配置的子单元的中点相对。

在另外的实施例中，多级转换器单元可包括第一和第二导体桥，其配置成使对应电容器单元的每侧之间的两个半桥模块互连，使得这两个半桥模块通过第一和第二导体桥而并联连接。

导体桥可优选地采用子单元的两个配置安装：子单元的全桥和半桥配置。

导体桥可形成子单元或构建块的部分。

除上文外，第一和第二端子部分的连接位置可变化，用于在子单元中提供半桥或全桥电路的任何其他适合的连接落在本发明的范围内。

子单元可包括在正确位置处的连接插座，使得电导体、第一和第二端子部分以及导体桥可容易连接到标准子单元，例如经由相应插头。

半导体开关每个可包括二极管，其与半导体开关反并联布置或连接。

半导体开关可以是IGBT、双模式绝缘栅晶体管（BIGT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETT）、门极可关断晶闸管或IGCT。半导体开关可以是基于硅的或基于碳化硅的。

每个子单元可包括电晕屏蔽元件。备选地，转换器单元作为整体可包括电晕屏蔽元件。

电晕屏蔽从而可形成子单元和构建块的部分。备选地，电晕屏蔽可在组装的多级转换器单元周围形成。

然而，使电晕屏蔽元件在子单元中集成导致较少部件并且从而在模块化多级转换器的组装期间导致较少的复杂性。

每个多级转换器单元可根据特定设计建立为具有半桥子单元的基于半桥单元的多级转换器单元或具有全桥子单元的基于全桥单元的多级转换器单元。还可设想提供混合拓扑，由此多级转换器可包括串联和/或并联连接的全桥和半桥配置的子单元的混合。

典型地，模块化多级转换器单元可包括两至六个子单元。然而可设想任何其他数量并且其落在本发明的范围内。

模块化多级转换器单元可在模块化多级转换器中采用。

模块化多级转换器可包括多个多级转换器臂，例如六个，并且每个多级转换器臂可包括串联连接的多个多级转换器单元。每个多级转换器臂可包括半桥配置的多级转换器单元和全桥配置的模块化转换器单元。备选地，每个多级转换器臂可仅包括半桥或仅全桥配置的模块化多级转换器单元或其混合。

一般，在权利要求中使用的所有术语要根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非在本文另外明确定义。对“一个/该元件、部件、部分、布置、单元等”的所有引用要公开地解释为指元件、装置、部件、部分、布置、单元等中的至少一个实例，除非另外明确规定。本文公开的任何方法的步骤不必按所公开的确切顺序执行，除非明确规定。

附图说明

现在通过示例的方式参考附图描述本发明，其中：

图1示意图示配置成在子单元中使用的半桥模块，该子单元可在根据本发明的模块化多级转换器单元中使用；

图2示意图示配置成在根据本发明的模块化多级转换器单元中使用的子单元；

图3示意图示准备安装在根据本发明的模块化多级转换器单元中的半桥子单元；

图4示意图示准备安装在根据本发明的模块化多级转换器单元中的全桥配置的子单元；

图5a示意图示关于根据本发明的模块化多级转换器单元的实施例的自上而下视图；

图5b示意图示关于根据图5a的实施例、沿图5a的线V-V切割的横截面的侧视图；

图6a示意图示关于根据本发明的模块化多级转换器单元的另一个实施例的从上而下视图；

图6b示意图示关于根据图6a的实施例、沿图6a的线VI-VI切割的横截面的侧视图；

图7a示意图示关于根据本发明的模块化多级转换器单元的另一个实施例的自上而下视图；

图7b示意图示关于根据图7a的实施例、沿图7a的线VII-VII切割的横截面的侧视图；

图8a示意图示关于根据本发明的模块化多级转换器单元的另外的实施例的自上而下视图；以及

图8b示意图示关于根据图8a的实施例、沿图8a的线VIII-VIII切割的横截面的侧视图。

具体实施方式

本发明现在将在下文参考附图（其中示出本发明的某些实施例）更充分地描述。然而，本发明可以许多不同形式体现并且不应解释为局限于本文阐述的实施例；相反，这些实施例通过示例的方式提供使得本公开将是彻底和完整的，并将向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。类似的数字在整个描述中指类似的元件。

在下面，术语功率电子构建块和模块化多级转换器单元采用描述相同部件的可互换方式使用。

图1至8b分别图示功率电子构建块4a、4b、4c、4d和它的部件。多级转换器单元4a、4b、4c、4d配置成在模块化多级转换器（未示出）的模块化多级转换器臂（未示出）中使用。多级转换器单元4a、4b、4c、4d可包括至少两个子单元5a、5b、5a’、5b’、栅单元12和用于安装子单元5a、5b、5a’、5b’的底座16。底座16可是可选的；然而，某种支架或底座结构对于安装子单元5a、5b、5a’、5b’可是有用的。多级转换器单元4a、4b、4c、4d可进一步包括密封罩17，其配置成密封模块化多级转换器单元4a、4b、4c、4d的部件以与外部影响分离。

在功率电子构建块或模块化多级转换器单元4a、4b、4c、4d的实施例中（如在图5a至6b以及8a和8b中图示的），多级转换器单元4a、4b、4d包括六个子单元5a、5b。在如在图7a和7b中图示的实施例中，多级模块化转换器单元4c包括两个子单元5a、5b、5a’、5b’。

现在转向图3和4，每个子单元5a、5b包括两个半桥模块6、6’、两个导体桥36a、36b和导体布置28、28’。

半桥模块6包括具有一个或多个电容器22的电容器单元8和具有至少两个半导体开关24、24’和两个二极管30、30’的半导体单元10，如在图1中得到最好说明。半导体开关24、24’中的每个与两个二极管30、30’中的一个反并联连接。一对半导体开关24和二极管30与另一对半导体开关24’和二极管30’串联连接。这两对半导体开关24、24’和二极管30、30’与电容器单元8串联连接。

在图2至4中，半导体单元10、10’示出为包括两个半导体开关24、24’、24’’、24’’’，然而半导体单元10、10’包括超过仅仅两个半导体开关24、24’、24’’、24’’’（ 例如四个、六个或八个等），这是可能的。

导体布置28可包括第一和第二端子部分33a、33b和电导体32，其可选地包括如在图3中图示的机械中断器37。

备选地，导体布置28’可仅包括至少两个端子部分33a、33b，如在图4中图示的。

图1中图示的半桥模块6可以配置成在第一和第二端子部分33a、33b、33b’连接时提供+U_c或零的输出电压。

为了提供半桥模块6，第一和第二端子部分33a中的一个可在位置B处连接，该位置B对应于两个半导体开关24、24’之间的中点，并且第一和第二端子部分33b、33b’中的另一个可在电容器单元8的负侧上、电容器单元8或电容器22与第一半导体开关24之间、位置C处或电容器单元8或电容器22和第二半导体开关24’的正侧上、位置A处连接，图示为虚线第二端子部分32’。位置A、B和C（和A’、B’、C’）在图1至4中图示。

为了提供基本子单元5，如在图2中图示的，其可以配置为半桥子单元5a（对照图3）或全桥子单元（对照图4），两个半桥模块6、6’ 例如与一个半桥模块6的电容器单元8（其邻近另一个半桥模块6’的电容器单元8’）背对背并联连接在一起。第一导体桥36a可在电容器单元8、8’的负侧上在半桥模块6上的电容器单元8、8’和半导体开关24之间与一端连接，并且在另一个半桥模块6’的电容器单元8’和半导体开关24’’之间与另一端连接。第二导体桥36b可在电容器单元8、8’的正侧上在半桥模块6上的电容器单元8和半导体开关24’之间与一端连接，并且在另一个半桥模块6’的电容器单元8’和半导体开关24’’’之间与另一端连接。

基本子单元5（如在图2中示出的）可包括具有机械中断器37的电导体32和可选地第一或第二端子部分（未示出），其固定连接到两个半导体开关10、10’之间的中点中的一个。然而，提供基本子单元5，其没有第一和第二端子部分并且仅具有带机械中断器37的电导体32，这是可能的。在电导体32不包括中断器37（未在图中示出）的情况下，电导体32可未形成基本子单元5的部分并且它可作为独立部件连同第一和第二端子部分33a、33b一起被交付，使得基本子单元5可以在多级转换器组装期间配置为半桥或全桥子单元。

通过在位置A’和B’（图3）处或在两个中点B、B’（图4）处连接第一和第二端子部分33a、33b并且通过闭合或断开机械中断器37，基本子单元5现在可作为半桥配置的子单元5a（如在图3中示出的）或全桥配置的子单元5b（如在图4中示出的）而被采用。

半桥或全桥配置的子单元5a、5b、5a’、5b’从而提供构造紧凑且通用功率电子构建块4a、4b、4c、4d并且从而构造具有一些部件（例如基本子单元5、第一和第二端子部分33a、33b和电导体32）的模块化多级转换器的模块性和灵活性。

使用子单元5a、5b、5a’、5b’作为模块化多级转换器的基础促进替换零件的组装、维护以及替换零件管理的存储并且在建立和设计转换器自身期间提高灵活性。

如上文提到的，基本子单元5可包括两个半桥模块6、6’、具有机械中断器37的电导体32、第一和第二导体桥36a、36b和固定连接到两个中点（B、B’）中的一个的第一端子部分33a。第二端子部分33b然后可相应地连接到基本子单元以通过在自由中点B处连接它来提供全桥子单元5b或通过闭合机械中断器37和通过在位置A’处连接第二端子部分32b而提供半桥子单元5a，如分别在图3和4中示出的。

提供第二端子部分（未示出）中的两个或以上，由此这样的第二端子部分可包括中断器（未示出）并且在上文论述的位置A、A’、B、B’和/或C、C’处固定安装，这可是可能的。为了提供全桥5b或半桥子单元5a，第二端子部分的中断器然后将需要通过断开或闭合中断器而相应地调整使得一个第二端子部分的仅一个中断器闭合。

如在图2中图示的基本子单元5可以通过闭合或断开机械中断器37并且通过相应地连接第一和第二端子部分33a、33b而配置为半桥单元或全桥子单元5a、5b、5a’、5b’，如在图3和4中示出的。

在图4中，去除电导体32；备选地，机械中断器37可恰好端断开（对照图2）。

现在转向图3，电导体32在一个半桥单元模块6的半导体开关24、24’和二极管30、30’对与另一个半桥模块6’的半导体开关24’’、24’’’和二极管30’’、30’’’对之间连接。电导体32未与电导体接合或电连接，这些电导体分别使电容器单元8、8’与半导体单元10、10’和第一和第二导体桥36a、36b连接。电导体32在一个半桥模块6的中点B处和另一个半桥模块6’的中点B’处电连接到半桥模块6、6’。第一端子部分33a在中点B’处或备选地在另一个中点（B）处、从而在一个半桥模块6的半导体开关24、24’和二极管30、30’对之间或在另一个半桥模块6’的半导体开关24’’、24’’’和二极管30’’、30’’’对之间连接到一个半桥模块。第二端子部分33b在两个半桥模块6、6’中的任一个的电容器单元8、8’与半导体单元10、10’之间连接。

根据每个半导体开关24、24’、24’’、24’’’的开关态，根据图3的半桥配置的子单元5a现在可以提供+U_c或零作为输出电压。

现在参考图4，其图示全桥配置的子单元5b，机械中断器（未示出）断开，或备选地，如在图4中示出的，电导体32可完全被去除并且第二端子部分33b在中点（B）处、在一个半桥模块6的半导体开关24、24’和二极管30、30’对之间连接。因为在该配置中不需要电导体32，导体布置28’包括第一和第二端子部分33a、33b的大部分。如之前提到的，可能输出电压在该情况下可以是+U_c、零或-U_c，其取决于半导体开关10、10’的开关态。

第一和第二端子部分33a、33b、电导体32以及第一和第二导体桥36a、36b可经由插头/插座连接（未示出）而连接，它们在后者上被分别预先安装到布置在（标准）子单元5、5a、5b和半桥模块6、6’上的预先安装插座/插头连接（未示出）。

可进一步设想例如基本子单元5上的插座在组装第一和第二端子部分之前被密封使得工作人员可以根据模块化多级转换器的蓝图仅配置每个标准或基本子单元5。

在下面，在使用术语子单元5a、5b时，如果未另外阐明的话，意指半桥配置的子单元5a、全桥配置的子单元5b。

现在参考图5a至8b，其示出根据本发明的多级转换器单元4a、4b、4c、4d的不同实施例的示范性布置和配置，图5a图示关于圆形多级转换器单元4a（其包括六个半桥或全桥配置的子单元5a、5b（或其混合））的自上而下视图。子单元5a、5b在栅单元12周围呈圆形对称布置，该栅单元12在底座16上安置在中心。栅单元12可包括栅极驱动器26，栅极驱动器中的每个被指派给半导体开关24、24’、24’’、24’’’（未在图5a和5b中图示）。半桥或全桥配置的子单元5a、5b的部分由虚线指示，其包括栅单元12、电容器8和半导体单元10的一部分。在图5a中进一步示出旁路部分14，其可在需要多级转换器单元4a的旁路的情况下使用。子单元5a、5b固定到底座16，例如经由预先安装的连接部分（未示出）和补充连接部分（未示出）。

图5b图示母线，其使模块化多级转换器单元4a的部件互连并且其分别连接到之前和随后的多级转换器单元（未示出）。此外，如可以在图5b中看到的，栅单元12可分成两部分，例如用于提高冷却。每个部分可包括多个栅极驱动器26。

现在转向图6a和6b，其图示根据本发明具有另一个设计或布局的多级转换器单元4b，由此子单元5a、5b（半桥或全桥配置或其混合）的电容器单元8布置在圆形多级转换器单元4b的中心。栅单元12或在该情况下多个栅单元12、12’每个被指派给两个子单元5a、5b，如由围绕半导体单元12、电容器单元8和半导体单元10的一部分的虚线图示的，由此每个子单元5a、5b的半导体单元10在圆形底座16外围上或接近圆形底座16的外围紧挨对应栅单元12、12’布置。

同样在该布局或设计中，部件（即，电容器单元8、半导体单元10和栅单元12、12’）采用圆形对称设计来布置。

图7a和7b图示多级转换器单元4c的另一个布局，其包括在矩形底盘上沿直线布置的两个半桥或全桥配置的子单元5a、5b、5a’、5b’，一个子单元5a’、5b’在另一个子单元5a、5b之后。在图7a和7b图示的实施例中，子单元5a、5b、5a’、5b’一个接一个地布置，由此第一子单元5a、5b’的电容器单元8’紧挨半导体单元10’和栅单元12’布置，其后跟第二子单元5a、5b的电容器单元8和半导体以及栅单元10、12。

图7b图示两个子单元5a、5b、5a’、5b’的母线连接，其包括可连接到之前或随后的多级转换器单元（未示出）的端子。关于图7b中图示的实施例，可设想提供布置成行的超过两个子单元5a、5b、5a’、5b’。另外，子单元5a、5b、5a’、5b’的取向可改变使得第一子单元5a’、5b’的半导体和栅单元10’、12’面对第二子单元5a、5b的半导体单元和栅单元10、12。子单元5a、5b、5a’、5b’从而可采用镜像方式布置，其中电容器单元8、8’面对多级转换器单元4c的外侧布置。

图8a和8b再一次图示多级转换器单元4d的圆形对称设计。栅单元12布置在圆形多级转换器单元4d的中间或中心并且半导体单元10和电容器单元8在栅单元12周围的外围上呈圆形对称布置。底座16再次选为圆形。具有其栅极驱动器26的栅单元12可分成彼此略微间隔开的两个部分，例如以用于更好地冷却。再次，半桥或全桥配置的子单元5a、5b的部件（即，栅单元12、12’、电容器单元8、8’和半导体单元10、10’）被虚线所围绕。

图5a至8b中图示的所有实施例可包括旁路部分14，用于在不需要多级转换器单元4a、4b、4c、4d时绕过它。

另外，如在图中图示的多级转换器单元4a、4b、4c、4d中的每个可被密封罩17密封，该密封罩17可连接到底座16。底座16可备选地在密封罩17中集成，如在图5b、6b、7b和8b中图示的。

子单元5a、5b、5a’、5b’的图示实施例和模块化多级转换器单元4a、4b、4c、4d的布局或设计提供紧凑且鲁棒设计。模块化多级转换器单元4a、4b、4c、4d的圆形布局的半径可小至600mm。模块化多级转换器单元4a、4b、4c、4d的高度可小至250mm。

如在图7a和7b中图示的，模块化多级转换器单元4c的矩形实施例可具有300mm×1300mm的宽度和长度以及800mm的高度。

尽管在上文给出模块化多级转换器单元4a、4b、4c、4d的尺寸的指示，它落在本发明的范围内以提供具有其他尺寸的模块化多级转换器单元4a、4b、4c、4d或子单元5a、5b、5a’、5b’。

在图和详细描述中，栅单元12和栅极驱动器26示出为未在子单元5a、5b、5a’、5b’或基本子单元5中集成。然而，可选地，栅极驱动器和从而栅单元的部分可分别在子单元5a、5b、5a’、5b’和基本子单元5中集成。

此外，多级转换器可包括冷却系统（未示出），由此子单元5a、5b、5a’、5b’和基本子单元5分别提供有配置成连接到冷却系统的元件（未示出）。冷却系统或冷却系统的部分从而可分别在模块化多级转换器和多级转换器单元4a、4b、4c、4d的构建装备或模块化设计中集成。

子单元5、5a、5b、5a’、5b’可进一步包括电晕屏蔽元件（未示出）使得多级转换器单元4a、4b、4c、4d不需要在组装期间或组装后另外屏蔽。电晕屏蔽元件可优选地接近或邻近电容器单元8布置。

图示图2-4中的（基本）子单元5、5a、5b，其包括两个电容器单元8、8’，然而可设想使这两个电容器单元8、8’合并为一个电容器单元并且从而作为一个能量存储电容器并且这落入在本发明的范围内。

本发明在上文主要参考一些实施例描述。然而，如容易被本领域内技术人员意识到的，除上文公开的那些之外的其他实施例在本发明的范围内同样是可能的，如由附上的专利权利要求限定的。