電力轉換裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本文中描述的實施例一般地涉及一種電力轉換裝置。
【背景技術】
[0002]通常，經常出現的情況是，轉換器包括二極管鉗位型3電平電路。相對于這樣的轉換器，出現了對通過利用諸如碳化硅元件的低損耗器件將轉換器器件小型化的需求。然而，就當前可用的碳化硅元件而言，沒有已知的可承受高壓的元件。因此，有必要將碳化硅元件布置成串聯，或者將碳化硅元件和現存硅元件結合來采用多電平。在這兩種方法中，串聯元件的布置具有缺點，例如，電阻損耗的增加、組件總數的增加以及平衡控制的必要性。因此，相比起將元件布置成串聯，多電平被認為更實用。
[0003]關于多電平技術，飛跨電容的方法已經被建議作為一種方法，其中，可以減少開關元件的數量來減少輸出電壓的電平的數量。然而，在這樣的方法中，電容器的數量增加。
[0004]二極管鉗位的方法已經被提出用于限制多電平器件中電容器數量的增力卩。在二極管鉗位的方法中，具有濾波電容電壓(a filter capacitor voltage)的平衡電路是有必要的，以便可以增大轉換器器件的大小。除了二極管鉗位的方法以外，其他方法包括單相全橋轉換器(逆變器)的AC(交流)輸入/輸出點以串聯的方式連接的級聯方法，以及灰度控制方法。
[0005]在相關技術中，可以減少電容器的數目的同時保證高的電擊穿強度。然而，開關元件的數目隨著輸出電壓的電平的數目增加，因此，轉換器器件的小型化是困難的。
[0006]因此，考慮使用將多個不同的電平轉換器以串聯的方式連接的多電平轉換器。然而，對于每個電平轉換器來說，抑制電平轉換器的電容器的過電壓的電路是必需的。盡管用于抑制過電壓的保護電路包括用于執(zhí)行快速放電的放電電阻器，但保護電路需要具有能承受大電流的容量，所以，存在一種保護電路變得更大的趨勢。因此，減小電力轉換裝置的尺寸是有困難的。
【附圖說明】
[0007]圖1描繪了根據第一實施例的電力轉換裝置的多電平轉換器。
[0008]圖2描繪了根據第一實施例的與輸到多電平轉換器的輸出電壓命令相對應的各個轉換器的命令值電壓。
[0009]圖3描繪了根據第一實施例的由在單相2電平轉換器和單相3電平轉換器中所包括的各個開關器件執(zhí)行的開關控制。
[0010]圖4描繪了當滿足Vthrl> = Vref> = -Vthrl的條件時，多電平轉換器的單相3電平轉換器的電流路徑。
[0011]圖5描繪了當滿足Vthr2> = Vref>Vthrl的條件時，多電平轉換器的單相3電平轉換器的電流路徑。
[0012]圖6描繪了當滿足Vref>Vthr2的條件時，多電平轉換器的單相3電平轉換器的電流路徑。
[0013]圖7描繪了根據第一實施例的雙向旁路開關和過電壓抑制電路被操作時的電流路徑。
[0014]圖8描繪了根據第一實施例的變形的電力轉換裝置中雙向旁路開關被操作時的電流路徑。
[0015]圖9是描繪了根據第一實施例的變形的電力轉換裝置中的電容器中產生過電壓時的過程的流程圖。
[0016]圖10描繪了根據第一實施例的第二變形的由控制模塊執(zhí)行的控制中雙向旁路開關被操作并且單相3電平轉換器的開關器件引入OFF狀態(tài)時的電流路徑。
[0017]圖11描繪了根據第二實施例的電力轉換裝置的多電平轉換器。
[0018]圖12描繪了根據第二實施例的控制模塊開始給各個電容器充電時的電流路徑。
[0019]圖13描繪了當由于單相2電平轉換器的電容器的初始電壓達到所要的初始電壓值，根據第二實施例的控制模塊僅繼續(xù)對單相3電平轉換器的電容器充電時的電流路徑。
[0020]圖14是描繪了根據第二實施例的電力轉換裝置中的初始充電過程的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0021]根據本發(fā)明，提供了一種電力轉換裝置，盡管其具有較少的部件，其也能提供恰當的控制。
[0022]根據實施例，一般地，電力轉換裝置包括第一轉換器，該第一轉換器連接到第二轉換器。該第一轉換器包括第一電容器，該第二轉換器包括第二電容器，該第二電容器串聯連接到第三電容器。所述電容器各自與相應的電阻器并聯連接。該電力轉換裝置還包括旁路開關，該旁路開關與該第一轉換器并聯連接并且與該第二轉換器串聯連接?？刂颇K被配置為通過對該第一轉換器、該第二轉換器以及該旁路開關進行操作來控制單相輸出電壓。
[0023]根據另一實施例，一般地，用于車輛的電力轉換裝置是將單相交流電轉換為直流電的電力轉換裝置。該電力轉換裝置包括單相2電平轉換器、單相3電平轉換器，以及雙向旁路開關。該單相2電平轉換器包括電容器。在該單相2電平轉換器中，具有自滅弧能力并被布置為與該電容器并聯的第一開關器件和第二開關器件，經由連接到提供單相交流電的電源的第一連接點連接成串聯的兩個元件；布置為與該電容器并聯的第三開關器件和第四開關器件，經由第二連接點連接成串聯的兩個元件；以及對于每個開關器件都有二極管與該開關器件反向并聯連接。該單相3電平轉換器包括串聯連接的兩個電容器。在該單相3電平轉換器中，被布置為與該等串聯連接的電容器并聯的第五開關器件和第六開關器件經由連接到該第二連接點的第三連接點連接成串聯的兩個元件，被布置為與連接成串聯的兩個元件的電容器并聯的第七開關器件和第八開關器件經由第四連接點連接為串聯的兩個元件，將第九開關器件和第十開關器件以相反極性串聯連接的雙向開關被設置在從該第四連接點到中性點的路徑中，并且對于每個開關器件都有二極管與該開關器件反向并聯連接。在該雙向旁路開關中，連接成串聯的兩個元件的第十一開關器件和第十二開關器件被布置為與該單相2電平轉換器并聯，被布置為與該第十一開關器件反向并聯的二極管和被布置為與該第十二開關器件反向并聯的二極管以相反的極性彼此連接。
[0024](第一實施例)
[0025]圖1描繪了電力轉換裝置11的多電平轉換器。電力轉換裝置11可以被安裝在，例如，車輛，比如汽車中。如圖1所示，根據該第一實施例的多電平轉換器I被配置為使得單相3電平轉換器50和單相2電平轉換器40串聯連接。
[0026]多電平轉換器I經由具有電感組件的無源元件2被連接到電力系統(tǒng)等的交流電源100。多電平轉換器I將單相交流電轉換成直流電，并且，此后，將直流電供應給電操作機器
3。在該實施例中，安裝上電力轉換裝置11的車輛并沒有限制，電力轉換裝置11可以被安裝到各種類型的車輛上。
[0027]多電平轉換器I包括用于抑制在單相3電平轉換器50中的電容段150的電容器15a、15b中的過電壓的過電壓抑制電路130。雙向旁路開關120與單相2電平轉換器40并聯連接。
[0028]控制模塊180對單相3電平轉換器50，單相2電平轉換器40以及雙向旁路開關120進行控制。盡管控制模塊180被描繪成在多電平轉換器I的外部，控制模塊180也可以被合并到多電平轉換器I的內部。
[0029]單相2電平轉換器40是單相轉換器，并且包括開關器件4a至4d、電容器14a、電阻器14c和(回流)二極管6a至6d。開關器件4a至4d可以是自關斷開關器件(例如，電子注入增強柵極晶體管，門極可關斷晶閘管)。根據該實施例的單相2電平轉換器40是SiC(碳化硅)器件。通過使用該SiC器件，可以降低開關損耗。
[0030]在單相2電平轉換器40中，開關器件4a和開關器件4b串聯連接。開關器件4a連接到電容器14a的正電位側，以及開關器件4b連接到電容器14a的負電位側。單相2電平轉換器40具有在開關器件4a和開關器件4b之間的第一連接點41 (交流輸入/輸出點)。第一連接點41經由無源元件2連接到交流電源100。二極管6a與開關器件4a反向并聯連接，二極管6b與開關器件4b反向并聯連接。
[0031]雙向旁路開關120與單相2電平轉換器40并聯連接。在雙向旁路開關120中，開關器件21a和開關器件21b串聯連接。二極管22a與開關器件21a反向并聯連接，二極管22b與開關器件21b反向并聯連接。
[0032]在單相2電平轉換器40中，開關器件4c和開關器件4d串聯連接。開關器件4c連接到電容器14a的正電位側，開關器件4d連接到電容器14a的負電位側。單相2電平轉換器40在開關器件4c和開關器件4d之間具有連接到單相3電平轉換器50的第二連接點42 (交流輸入/輸出點)。二極管6c與開關器件4c反向并聯連接，二極管6d與開關器件4d反向并聯連接。電阻器14c與電容器14a并聯連接。
[0033]接下來，將對連接在單相2電平轉換器40和電操作機器3之間的單相3電平轉換器50進行說明。單相3電平轉換器50包括兩條電流路徑、雙向開關器件7、電容段150以及過電壓抑制電路130。在單相3電平轉換器50中所包含的所有開關器件5a至5f可以是自關斷開關器件(例如，電子注入增強柵極晶體管、門極可關斷晶閘管)。