技术摘要：
本发明涉及多电平飞跨电容器转换器模块，包括第一子模块和与第一子模块分离的第二子模块，其中，第一子模块和第二子模块中的至少一个经由DC电容器钳位至电力源，特别是DC源，并且其中，第一子模块和第二子模块中的至少一个包括与第一电容器不同的飞跨电容器和多个电力  全部
背景技术：
多电平转换器/逆变器和升压器正引起日益增长的相当多的兴趣，特别是在例如 太阳能发电厂或风能发电厂、电动车辆充电器的技术领域中。与简单的单电平逆变器相比， 多电平逆变器使得能够有较高的额定功率、较高的效率和较低的谐波失真。已知下述三种 基本的多电平逆变器架构：多点钳位(或二极管钳位)、飞跨电容器(即，相对于地浮置)和具 有单独的直流(DC)源的级联H桥。三电平中性点钳位(3L-NPC)转换器已经广泛用于高功率 中压应用。3L-NPC拓扑的主要缺点可以从功率器件之间的损耗分布不平衡中看出。三电平 ANPC(3L-ANPC)拓扑是通过使用开关器件替换3L-NPC钳位二极管来解决该问题的有效方 法。因此，3L-ANPC可以通过在换向策略中切换不同的零状态来改变功率器件的损耗分布。 原则上，飞跨电容器逆变器表现出如下架构：自动保证针对无源负载的电压平衡 特性，并且因此提供了针对多点钳位逆变器的有吸引力的替选方案。图1示出了现有技术的 3电平飞跨电容器转换器的一个支路，该3电平飞跨电容器转换器包括二极管(D1、D2、D3、 D4)、电容器(C_int、C1)以及形式上的开关或晶体管(T1、T2、T3、T4)。电容器中的一个电容 器(C_int)钳位至电力源(DC ，DC-)并且另一个电容器(C1)表示飞跨电容器，该飞跨电容器 相对于地电位浮置。转换器的3个支路中的每一个输出由转换器获得的所产生的交流电的 一个电流相位。类似地，图2示出了现有技术的5电平飞跨电容器转换器的示例，该5电平飞 跨电容器转换器包括六对晶体管和二极管以及两个飞跨电容器。本文中，为了方便起见，将 一对晶体管和二极管表示为电力开关。 然而，现在的飞跨电容器多电平转换器/逆变器和升压器拓扑尤其存在不能充分 符合以下需要：与所需电容器的低的电感连接、换向回路的低感应闭合以及来自功率模块 中的飞跨电容器拓扑的高的可获得的功率输出。 本发明的目的是提供满足上述需要的多电平飞跨电容器转换器模块。
技术实现要素：
本发明通过提供一种多电平飞跨电容器转换器模块来满足上述目的，该多电平飞 跨电容器转换器模块包括至少第一子模块和与第一子模块不同的第二子模块。在此处和以 下中，所谓的术语“转换器”包括DC至AC逆变器，但该术语不限于此。转换器可以例如至少部 分地以BUCK(降压DC至DC)功率转换器、BOOST(升压DC至DC)功率转换器或它们的组合的形 式来实现。例如，多电平转换器可以为3电平转换器或5电平转换器。第二子模块与第一子模 块分离并且可以形成在第二基板上，所述第二基板与其上形成有第一子模块的第一基板不 同。 第一子模块和第二子模块中的至少一个经由第一电容器(DC电容器)钳位至电力 4 CN 111555651 A 说　明　书 2/6 页 源，特别是DC源。例如，第一子模块包括DC电容器。此外，第一子模块和第二子模块中的至少 一个包括(其自身的、未被另一子模块共享的)(与DC电容器不同并且相对于地浮置)的飞跨 电容器和多个电力开关，所述多个电力开关中的每个电力开关包括半导体开关和二极管 (未与任何其他一个电力开关共享的其自身的半导体开关和二极管)或者由其组成。半导体 开关可以为晶体管例如MOSFET或绝缘栅双极型晶体管。飞跨电容器可以连接至多个电力开 关中的两个电力开关。彼此结合形成转换器的一个支路的第一子模块和第二子模块被配置 成基于由电力源输入的电流来输出一个单电流相位。所输出的电流相位可以被供应至交流 (AC)电网或某个电容性负载。 与现有技术不同，转换器电路的支路分布在至少两个子模块中(或者形成在至少 两个不同的基板上)。由于这种分布式拓扑，特别地，能够有利地实现与现有技术中已知的 拓扑相比的减小的外部DC链路电容器的电容从而实现成本降低并且功率输出增加。 根据实施方式，第一子模块被配置成输出交流电的电流相位的正半波，并且第二 子模块被配置成输出该电流相位的负半波。在这种情况下，第一子模块的第一飞跨电容器 连接至位于第一电力开关对中的电力开关之间的节点和位于第一二极管对中的二极管之 间的另一节点，第一电力开关对中的电力开关之一直接连接至电力源的正极，以及第二子 模块的第二飞跨电容器连接至位于第二电力开关对中的电力开关之间的节点和位于第二 二极管对中的二极管之间的另一节点，第二电力开关对中的电力开关之一直接连接至电力 源的负极。在此处和以下描述中，任何提及的电力开关对由串联连接的两个电力开关组成， 并且任何提及的二极管对由串联连接的两个二极管组成。第一二极管对和第二二极管对中 的二极管都不是各个子模块的电力开关之一的一部分。通过这种配置，可以提供非常有效 的DC至AC逆变器。 根据特定实施方式，提供了一种5电平DC至AC逆变器。在这种情况下，第一子模块 包括串联连接的三个电力开关和串联连接的附加的三个二极管、第一飞跨电容器和第二飞 跨电容器、以及第一电容器，其中，第一飞跨电容器连接至位于三个电力开关中的第一电力 开关与第二电力开关之间的节点和三个二极管中的第一二极管的阴极，并且其中，第二飞 跨电容器连接至位于三个电力开关中的第二电力开关与第三电力开关之间的另一节点和 三个二极管中的第二二极管的阴极。另外，第二子模块包括串联连接的三个电力开关和串 联连接的附加的三个二极管、第一飞跨电容器和第二飞跨电容器，其中，第一飞跨电容器连 接至位于三个电力开关中的第一电力开关与第二电力开关之间的节点和三个二极管中的 第一二极管的阴极，并且其中，第二飞跨电容器连接至位于三个电力开关中的第二电力开 关与第三电力开关之间的另一节点和三个二极管中的第二二极管的阴极。 根据可替选实施方式，支路电路与上面描述的方法不同地分布。在该可替选实施 方式中，第一子模块包括DC电容器和第二电容器，第二电容器连接在形成在第一子模块中 的第一电力开关对中的电力开关之间。此外，第二子模块包括飞跨电容器，该飞跨电容器连 接至形成在第二子模块中的第二电力开关对中的电力开关。此外，第一子模块和第二子模 块彼此电连接。第二子模块未被钳位至电力源并且包括输出，所述输出被配置成输出电流 相位并且定位在第二电力开关对中的电力开关之间。在5电平转换器的情况下，该实施方式 还可以包括第三子模块，第三子模块电连接至第一子模块和第二子模块并且包括另一飞跨 电容器，该另一飞跨电容器连接至形成在第三子模块中的第三电力开关对中的电力开关。 5 CN 111555651 A 说　明　书 3/6 页 在根据上述示例之一的多电平飞跨电容器转换器模块的操作期间，第一闭合换向 回路可以形成在第一子模块中，并且与第一闭合换向回路不同的第二闭合换向回路可以形 成在第二子模块中。 另外，提供了一种功率模块，其包括根据上述实施方式之一的多电平飞跨电容器 转换器模块。例如，功率模块可以适用于在太阳能发电厂、风能发电厂和水能发电厂中使 用。 此外，提供了上述实施方式中的任意实施方式的多电平飞跨电容器转换器模块至 少部分地作为BUCK功率转换器、BOOST功率转换器或它们的组合的用途/操作。因此，提供了 一种对由直流电力源提供的直流电进行逆变、升压或降压的方法。该方法包括下述步骤：提 供根据上述实施方式之一的多电平飞跨电容器转换器模块或者上述的功率模块；以及控制 多个电力开关以： a)借助于至少第一子模块和第二子模块将直流电逆变成交流电；或者 b)借助于第一子模块和第二子模块中的至少一个对直流电进行升压；或者 c)借助于第一子模块和第二子模块中的至少一个对直流电进行降压。 将参照附图描述本发明的附加的特征和优点。在描述中，参照旨在说明本发明的 优选实施方式的附图。应当理解，这样的实施方式不表示本发明的全部范围。 附图说明 图1示出了现有技术的3电平飞跨电容器转换器。 图2示出了现有技术的5电平飞跨电容器转换器。 图3示出了根据本发明的实施方式的3电平飞跨电容器转换器模块的一部分的电 路图。 图4示出了根据本发明的另一实施方式的5电平飞跨电容器转换器模块的一部分 的电路图。 图5示出了根据本发明的另一实施方式的3电平飞跨电容器转换器模块的一部分 的电路图。 图6示出了根据本发明的另一实施方式的5电平飞跨电容器转换器模块的一部分 的电路图。