[0034]在單相3電平轉(zhuǎn)換器50中的電流路徑中的一條包括開關(guān)器件5a、開關(guān)器件5b、二極管8a，以及二極管8b。開關(guān)器件5a、5b串聯(lián)連接。開關(guān)器件5a連接在電容段150的正電位和交流輸入/輸出點(diǎn)42a (連接到第二連接點(diǎn)42的連接點(diǎn))之間。開關(guān)器件5b連接在電容段150的負(fù)電位和交流輸入/輸出點(diǎn)42a之間。二極管8a與開關(guān)器件5a反向并聯(lián)連接，二極管8b與開關(guān)器件5b反向并聯(lián)連接。
[0035]單相3電平轉(zhuǎn)換器50的電流路徑的第二條包括開關(guān)器件5c、開關(guān)器件5d、二極管8c和二極管8d。開關(guān)器件5c、5d串聯(lián)連接。開關(guān)器件5c連接在電容段150的正電位和交流輸入/輸出點(diǎn)42b(經(jīng)由無(wú)源元件2連接到交流電源的第二連接點(diǎn))之間。交流輸入/輸出點(diǎn)42b還連接到雙向開關(guān)器件7。開關(guān)器件5d連接在電容段150的負(fù)電位和交流輸入/輸出點(diǎn)42b之間。二極管Sc與開關(guān)器件5c反向并聯(lián)連接，二極管8d與開關(guān)器件5d反向并聯(lián)連接。
[0036]正如所述，雙向開關(guān)器件7連接到交流輸入/輸出點(diǎn)42b。雙向開關(guān)器件7包括開關(guān)器件5e、5f，開關(guān)器件5e、5f以相反的極性彼此連接(例如，發(fā)射極端子到發(fā)射極端子)，二極管8e、8f以相反的極性彼此串聯(lián)連接(例如，陽(yáng)極到陽(yáng)極)。二極管Se與開關(guān)器件5e反向并聯(lián)連接，二極管8f與開關(guān)器件5f反向并聯(lián)連接。雙向開關(guān)器件7連接到電容段150。
[0037]電容段150包括電容器15a、電容器15b、電阻器15c以及電阻器15d。電容器15a和電容器15b彼此串聯(lián)連接。正電位線1a連接到電容器15a的正側(cè)，中性點(diǎn)9連接到電容器15a的負(fù)側(cè)。中性點(diǎn)9連接到電容器15b的正側(cè)，負(fù)電位線1b連接到電容器15b的負(fù)側(cè)。電阻器15c與電容器15a并聯(lián)連接，電阻器15d與電容器15b并聯(lián)連接。在根據(jù)第一實(shí)施例的單相3電平轉(zhuǎn)換器50中，電阻器與每個(gè)電容器并聯(lián)連接。電容段150在電容器15、15b之間的點(diǎn)處與過電壓抑制電路130連接。換句話說(shuō)，如圖1所描繪，在電容器15a、15b之間的一個(gè)點(diǎn)通過過電壓抑制電路130連接到中性點(diǎn)9。
[0038]過電壓抑制電路130包括電阻器33a、二極管32a、開關(guān)器件31a、二極管32b、開關(guān)器件31b以及電阻器33b。電阻器33a連接到正電位線10a，電阻器33a、開關(guān)器件31a以及二極管32a彼此連接。開關(guān)器件31a以及二極管32a連接到中性點(diǎn)9。在這里，二極管32a與開關(guān)器件31a反向并聯(lián)連接。中性點(diǎn)9、開關(guān)器件31b和二極管32b相互連接。開關(guān)器件31b和二極管32b連接到電阻器33b。電阻器33b連接到負(fù)電位導(dǎo)電線10b。二極管32b與開關(guān)器件31b反向并聯(lián)連接。過電壓抑制電路130連接到電操作機(jī)器3。
[0039]過電壓抑制電路130防止電容器15a、15b中的過電壓。
[0040]由于這樣的電路構(gòu)成，即使當(dāng)設(shè)置了過電壓抑制電路130時(shí)，在單相3電平轉(zhuǎn)換器50中使用的開關(guān)器件的數(shù)量是8 (開關(guān)器件5a至5f、開關(guān)器件31a、開關(guān)器件31b)，并且在單相3電平轉(zhuǎn)換器50中使用的電容器的數(shù)量變成2 (電容器15a、電容器15b)。因此，為了達(dá)到輸出電壓電平的數(shù)量所需的部件的數(shù)量可以減少。
[0041]如先前所述，根據(jù)該實(shí)施例的單相2電平轉(zhuǎn)換器40由表現(xiàn)出小開關(guān)損耗的碳化硅(SiC)器件等構(gòu)成，單相3電平轉(zhuǎn)換器50由具有高電擊穿強(qiáng)度的硅器件等構(gòu)成。因此，單相2電平轉(zhuǎn)換器40的開關(guān)損耗能夠小于單相3電平轉(zhuǎn)換器50的開關(guān)損耗。另一方面，與單相2電平轉(zhuǎn)換器40相比，單相3電平轉(zhuǎn)換器50具有更高的擊穿性質(zhì)。
[0042]在該實(shí)施例中，單相3電平轉(zhuǎn)換器50經(jīng)由正電位線1a和負(fù)電位線1b連接到電操作機(jī)器(其可以包括逆變器等)3，因此，由于供應(yīng)了過電壓控制電路130，單相3電平轉(zhuǎn)換器50的可靠性增加。另一方面，單相2電平轉(zhuǎn)換器40的可靠性沒有必要與單相3電平轉(zhuǎn)換器50的可靠性一樣高。因此，在單相2電平轉(zhuǎn)換器40上，設(shè)置了雙向旁路開關(guān)120而不是包括過電壓抑制電阻器的保護(hù)電路。因此，當(dāng)在電容器15a、15b、14a中的任何一個(gè)中產(chǎn)生過電壓時(shí)，可以通過對(duì)雙向旁路開關(guān)120進(jìn)行操作來(lái)使電流繞開單相2電平轉(zhuǎn)換器40以防止電流流過單相2電平轉(zhuǎn)換器40。例如，當(dāng)在電容器14a中產(chǎn)生過電壓時(shí)，雙向旁路開關(guān)120允許電流繞開單相2電平轉(zhuǎn)換器40，使得電流不流過單相2電平轉(zhuǎn)換器40，此后，電容器14a通過電阻器14c放電，從而，可以減少電容器14a的電壓。
[0043]雙向旁路開關(guān)120包括開關(guān)器件21a、21b以及二極管22a、22b，因此，相比起設(shè)置有需要散熱的電阻器的保護(hù)電路，雙向旁路開關(guān)120可以允許減少器件的大小并且減少部件的數(shù)量。例如，電阻器33a以及電阻器32b可能需要散熱，其一般需要較大的器件。
[0044]圖2描繪了根據(jù)第一實(shí)施例的與傳輸給多電平轉(zhuǎn)換器I的輸出電壓命令對(duì)應(yīng)的各個(gè)轉(zhuǎn)換器的命令值電壓。在圖2中，描繪了多電平轉(zhuǎn)換器I的輸出電壓命令值Vref 201、單相3電平轉(zhuǎn)換器50的命令值電壓202、單相2電平轉(zhuǎn)換器40的命令值電壓203以及單相2電平轉(zhuǎn)換器40的輸出電壓204。
[0045]也就是說(shuō)，在根據(jù)該實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置11中，多電平轉(zhuǎn)換器I的輸出電壓命令值Vref 201是通過將單相3電平轉(zhuǎn)換器50的命令值電壓202與單相2電平轉(zhuǎn)換器40的命令值電壓203彼此組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0046]然后，在根據(jù)該實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置11中，將具有低的開關(guān)損耗的單相2電平轉(zhuǎn)換器40的開關(guān)頻率設(shè)置成高于單相3電平轉(zhuǎn)換器50的開關(guān)頻率，此后，對(duì)單相2電平轉(zhuǎn)換器40進(jìn)行控制，使得單相2電平轉(zhuǎn)換器40遵循在輸出電壓命令值Vref 201中的精細(xì)變化。由于這樣的控制，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的電壓控制以及開關(guān)損耗的減少。
[0047]一般地，具有小的開關(guān)損耗的元件例如碳化硅器件通常具有低的電擊穿強(qiáng)度。鑒于上述情況，在該實(shí)施例中，為了允許具有高電擊穿強(qiáng)度的單相3電平轉(zhuǎn)換器50能在電壓方面做出大的改變，具有階梯狀波形的控制被施加到單相3電平轉(zhuǎn)換器50。
[0048]在該實(shí)施例中，相對(duì)于多電平轉(zhuǎn)換器I的輸出電壓命令值Vref 201，設(shè)置了允許電容器15a、15b產(chǎn)生輸出的閾值。例如，假設(shè)允許電容器15a、15b中的任一個(gè)產(chǎn)生輸出的電壓閾值為+-Vthrl。同樣，假設(shè)允許電容器15a、15b都產(chǎn)生輸出的電壓閾值為+_Vthr2?？刂颇K180基于輸出電壓命令值Vref是否超過電壓閾值+-Vthrl以及電壓閾值+_Vthr2來(lái)控制在單相3電平轉(zhuǎn)換器50中包含的開關(guān)器件5a至5f。
[0049]此外，控制模塊180執(zhí)行基于單相2電平轉(zhuǎn)換器40的命令值電壓203的控制，從而獲得單相2電平轉(zhuǎn)換器40的輸出電壓204。接下來(lái)，將對(duì)開關(guān)器件的具體控制進(jìn)行說(shuō)明。
[0050]圖3示出了由在多電平轉(zhuǎn)換器I中包含的開關(guān)器件5a_5f以及4a_4d執(zhí)行的開關(guān)控制。在圖3所示的實(shí)例中，示出了在單相3電平轉(zhuǎn)換器50側(cè)上的開關(guān)器件5a至5f的開關(guān)控制以及在單相2電平轉(zhuǎn)換器40側(cè)上的開關(guān)器件4a至4d的開關(guān)控制。
[0051]當(dāng)滿足Vthrl> = Vref> = -Vthrl的條件時(shí)(時(shí)間O至tl、t4至t5、t8或t8之后的時(shí)間)，控制模塊180使在單相3電平轉(zhuǎn)換器50中包含的開關(guān)器件5a和開關(guān)器件5c的組合或者在單相3電平轉(zhuǎn)換器50中包含的開關(guān)器件5b和開關(guān)器件5d的組合中的任何一個(gè)組合進(jìn)入ON狀態(tài)。因此，電容器15a、15b的電壓不在轉(zhuǎn)換器50的輸出電壓上疊加，控制模塊180通過將脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制應(yīng)用到單相2電平轉(zhuǎn)換器40來(lái)輸出整個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓命令值Vref。
[0052]圖4示出了當(dāng)滿足Vthrl〉= Vref> = -Vthrl的條件時(shí)，多電平轉(zhuǎn)換器I的單相3電平轉(zhuǎn)換器50的電流路徑。在圖4所示的實(shí)例中，進(jìn)行開關(guān)控制使得開關(guān)器件5a和開關(guān)器件5c的組合進(jìn)入ON狀態(tài)，并且使其他開關(guān)器件5b、5d至5f進(jìn)入OFF狀態(tài)。在這種情況下，電流流過由粗線401指示的路徑，因此，電容器15a、15b的電壓不可能被疊加在轉(zhuǎn)換器50的轉(zhuǎn)換器輸出電壓上。盡管圖4示出了僅使開關(guān)器件5a和開關(guān)器件5c的組合進(jìn)入ON狀態(tài)時(shí)的實(shí)例，但是其還可以被用作僅使開關(guān)器件5b和開關(guān)器件5d的組合進(jìn)入ON狀態(tài)時(shí)的實(shí)例。
[0053]回到圖3，當(dāng)滿足Vthr2> = Vref>Vthrl的條件時(shí)(時(shí)間tl至t2，t3至t4)，控制模塊180執(zhí)行控制，使得在單相3電平轉(zhuǎn)換器50中包含的開關(guān)器件5a、5e、5f進(jìn)入ON狀態(tài)。由于這樣的控制，電容器15a的電壓被加到轉(zhuǎn)換器50的轉(zhuǎn)換器輸出電壓，因此，單相2電平轉(zhuǎn)換器40根據(jù)由控制模塊180執(zhí)行的脈沖寬度調(diào)制控制來(lái)輸出差分電壓給轉(zhuǎn)換器50，該差分電壓通過從整個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓命令值Vref減去電容器15a的電壓獲得。
[0054]圖5示出了當(dāng)滿足Vthr2> = Vref>Vthrl的條件時(shí)，單相3電平轉(zhuǎn)換器50的...