功率單元及使用該功率單元的電力電子變換裝置的制作方法

文檔序號：11728171閱讀：307來源：國知局

本實用新型要求2016年12月16日提交的申請?zhí)枮?01621385878.2，名稱為“功率單元及使用該功率單元的電力電子變換裝置”的中國申請的優(yōu)先權，其內容通過引用合并于此。

技術領域

本實用新型涉及電力電子技術領域，特別涉及一種功率單元，以及使用這種功率單元的電力電子變換裝置。

背景技術：

受目前電力電子開關器件的耐壓等級所限，在高壓大功率應用場合中，功率單元串聯(lián)疊加的級聯(lián)式拓撲是一種較好的解決方案。傳統(tǒng)的級聯(lián)方案需要給每個功率單元配備一套光纖、輔助電源、控制板。而電壓等級的提高，需要級聯(lián)的功率單元的數(shù)量也增多，導致光纖、輔助電源及控制板的數(shù)量也急劇增加，系統(tǒng)結構設計復雜，成本高，同時也會降低系統(tǒng)的可靠性。

圖1、圖2所示為目前常用的靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator，SVG)的示意圖，其中該SVG包括三相電路，每相電路中的功率單元級聯(lián)連接。

如圖1所示，SVG的每一相電路都由多個功率單元1級聯(lián)而成，其中，每個功率單元包括第一端和第二端，每一相電路的第一個功率單元的第一端經過濾波器L分別連接到三相電網的A、B和C三相線路上，相鄰兩個功率單元的其中一個的第二端與另一個的第一端連接，每一相電路的最后一個功率單元的第二端相互連接。

如圖2所述，SVG的每一相電路都由8個功率單元P1至P8級聯(lián)而成，每個功率單元包括第一端和第二端，其中相鄰兩個功率單元的其中一個的第二端與另一個的第一端連接，例如，功率單元P1的第二端與功率單元P2的第一端連接，功率單元P2的第二端與功率單元P3的第一端連接，依次類推，功率單元P7的第二端與功率單元P8的第一端連接，三相電路中三個功率單元P1的第一端經過濾波電路(由電感、電阻和電容組成，例如LCL)分別連接于三相電網G的A、B和C相和負載R_load，三相電路中三個功率單元P8的第二端相互連接。每個功率單元中包括四個功率器件2，每個功率器件2由一個功率半導體開關S與一個二極管D構成，功率半導體開關S的集電極與二極管D的陰極連接，功率半導體開關S的發(fā)射極與二極管D的陽極連接。

單相SVG也包括多個功率單元，每個功率單元包括第一端和第二端，相鄰兩個功率單元其中一個的第一端與另一個的第二端連接。

圖1所示的功率單元1可以是H橋電路，也可以是其它電路拓撲結構，如半橋電路、三電平變換電路等。例如，以功率單元為H橋電路為例，H橋電路如圖3所示，包括功率半導體開關S1至S4和母線電容C。功率半導體開關S1的第一端連接于母線電容C的正極端和功率半導體開關S3的第一端，功率半導體開關S1的第二端連接于功率半導體開關S4的第一端，功率半導體開關S4的第二端連接于母線電容C的負極端和功率半導體開關S2的第二端，功率半導體開關S3的第二端連接功率半導體開關S2的第一端，功率半導體開關S1的第二端作為H橋電路的第一輸出端O₁，功率半導體開關S3的第二端作為H橋電路的第二輸出端O₂。

上述功率單元的級聯(lián)拓撲結構若應用于35KV的風電廠，通常有3種實現(xiàn)方案，具體方案描述如下：

1、每個功率單元采用H橋電路，且H橋電路中的功率半導體開關S1至S4可以選用低壓功率器件，例如低壓IGBT(Insulated Gate Bipolar Translator)。

優(yōu)點：低壓IGBT(例如1700V)目前工藝較成熟，且市場用量較大，其成本在可接受的范圍內，每個功率半導體開關由一個IGBT構成，無需考慮均壓問題。

缺點：由于單個功率器件電壓較低(例如1700V的IGBT，母線電容C兩端的直流母線電壓在1000V左右)，因而每相電路中需要用到約72級H橋電路級聯(lián)。H橋電路的數(shù)量較多，系統(tǒng)的可靠性將受影響，而且每個H橋電路配備一套光纖(高壓應用場合中通常使用光纖進行信號傳輸)，輔助電源及控制板，每個H橋電路都需要獨立控制。由于H橋電路的級聯(lián)數(shù)量多，此種方案會導致光纖、輔助電源及控制板的數(shù)量很多，使得整個系統(tǒng)的控制及結構設計變得復雜，成本增加，同時系統(tǒng)的可靠性將降低。

2、每個功率單元采用H橋電路，且H橋電路中的功率半導體開關S1至S4可以選用高壓功率器件，例如高壓IGBT(Insulated Gate Bipolar Translator))

優(yōu)點：單個功率器件耐壓較高(例如6500V的IGBT)，母線電容C兩端的直流母線電壓在3000V左右，因而每相電路中需要用到約18級H橋電路，減少了級聯(lián)的H橋電路的數(shù)量；同時減少了光纖、輔助電源、控制板的數(shù)量，可降低系統(tǒng)中這部分裝置的成本，并簡化了系統(tǒng)控制與結構設計，同時增加了可靠性。

缺點：高壓IGBT的成本遠遠高于低壓IGBT(6500V的IGBT成本遠遠高于1700V的IGBT成本的4倍)，導致采用高壓IGBT增加的成本會遠高于控制板以及光纖節(jié)省的成本，導致系統(tǒng)成本大幅增加。

3、每個功率單元采用H橋電路，且H橋電路中的功率半導體開關S1至S4可以選用低壓功率器件串聯(lián)連接而成，。

優(yōu)點：減少了級聯(lián)的H橋電路的數(shù)量，H橋電路的級聯(lián)數(shù)量與第二種方案相同，但是每個H橋電路中的功率半導體開關采用多個低壓功率器件串聯(lián)而成(例如采用4個1700V IGBT串聯(lián)而成等效1個6500V IGBT)，降低了系統(tǒng)成本。對比于第一種方案，這種方案中級聯(lián)的H橋電路的數(shù)量減少，光纖、輔助電源、控制板數(shù)量也減少，成本降低，且控制與結構簡化，可靠性增加；對比于第二種方案，采用多個低壓IGBT串聯(lián)等效一個高壓功率器件的成本低于單個高壓功率器件，這種由低壓功率器件串聯(lián)等效高壓功率器件的方案在總成本方面占優(yōu)勢。

缺點：低壓IGBT串聯(lián)應用存在不均壓的問題，為了解決該問題，需要給每個低壓IGBT配備鉗位板，導致鉗位板數(shù)量較多，降低了系統(tǒng)可靠性。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種功率單元，以及使用這種功率單元的電力電子變換裝置，從而至少在一定程度上克服由于相關技術的限制和缺陷而導致的一個或多個問題。

本實用新型的其它特性和優(yōu)點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本實用新型的實踐而習得。

根據(jù)本實用新型的一個方面，提供一種功率單元，其特征在于，包括：

多個功率變換電路，每個所述功率變換電路包括至少一具有多個功率半導體開關的橋臂，且每個所述功率變換電路包括第一輸出端和第二輸出端，其中所述多個變換電路中相鄰兩個所述功率變換電路的其中一者的所述第一輸出端與其中另一者的所述第二輸出端依次連接，剩余的兩個第一輸出端和第二輸出端形成所述功率單元的第一端和第二端；

本地控制器，用以輸出多個控制信號；以及

多個驅動電路，與所述本地控制器耦接，用以接收所述多個控制信號，并根據(jù)所述多個控制信號分別輸出各個驅動信號，來驅動所述多個功率半導體開關的導通或關斷，

其中所述多個功率變換電路相同，且所述多個控制信號的數(shù)量與每個所述功率變換電路中的所述功率半導體開關的數(shù)量相同，以及所述多個功率變換電路中相同位置的所述功率半導體開關所對應的所述控制信號相同，使得所述多個功率變換電路中相同位置的所述功率半導體開關同時導通或同時關斷。

根據(jù)一個實施例，其中所述功率單元還包括：

輔助電源，與所述本地控制器連接，用以為所述本地控制器供電。

根據(jù)一個實施例，其中所述多個驅動電路的數(shù)量與所述功率半導體開關的數(shù)量相同，每個所述驅動電路驅動對應的所述功率半導體開關的導通和關斷。

根據(jù)一個實施例，其中所述多個驅動電路與所述本地控制器直接連接，或者所述多個驅動電路與所述本地控制器通過磁隔離器件連接，或者所述多個驅動電路與所述本地控制器通過光隔離器件連接。

根據(jù)一個實施例，其中所述功率變換電路包括：

母線電容和電壓鉗位電路，所述母線電容的兩端并聯(lián)連接在所述橋臂的兩端，且所述電壓鉗位電路并聯(lián)連接于所述母線電容的兩端。

根據(jù)一個實施例，其中所述母線電容的兩端之間的母線電壓被所述電壓鉗位電路鉗位在一預定范圍內。

根據(jù)一個實施例，其中所述多個功率變換電路為n個所述功率變換電路，第1個所述功率變換電路的所述第一輸出端為所述功率單元的所述第一端，第1個所述功率變換電路的所述第二輸出端與第2個所述功率變換電路的所述第一輸出端連接，依次連接下去，直到第n-1個所述功率變換電路的所述第二輸出端與第n個所述功率變換電路的所述第一輸出端連接，第n個所述功率變換電路的所述第二輸出端為所述功率單元的所述第二端，其中n為大于1的自然數(shù)。

根據(jù)一個實施例，其中所述功率變換電路為H橋電路，其中所述H橋電路包括：

所述至少一橋臂，所述至少一橋臂包括第一橋臂和第二橋臂，所述第一橋臂和所述第二橋臂均包括上功率半導體開關和下功率半導體開關，所述第一橋臂的所述上功率半導體開關和所述下功率半導體開關的連接點為所述功率變換電路的第一輸出端，所述第二橋臂的所述上功率半導體開關和所述下功率半導體開關的連接點為所述功率變換電路的第二輸出端。

根據(jù)一個實施例，其中所述功率變換電路為半橋電路，所述半橋電路包括所述橋臂，其中所述橋臂包括：具有第一端和第二端的上功率半導體開關和下功率半導體開關，所述上功率半導體開關的所述第二端與所述下功率半導體開關的所述第一端連接于一連接點，該連接點為所述功率變換電路的第一輸出端，所述下功率半導體開關的所述第二端為所述功率變換電路的第二輸出端。

根據(jù)一個實施例，其中所述功率變換電路為二極管鉗位三電平電路，其中所述二極管鉗位三電平電路包括：

所述至少一橋臂，所述至少一橋臂包括第一橋臂和第二橋臂，所述第一橋臂和所述第二橋臂均包括各自的第一功率半導體開關、第二功率半導體開關、第三功率半導體開關和第四功率半導體開關，其中所述第一橋臂的所述第一功率半導體開關、所述第二功率半導體開關、所述第三功率半導體開關和所述第四功率半導體開關串聯(lián)連接，所述第一橋臂的所述第二功率半導體開關和所述第三功率半導體開關的連接點為所述功率變換電路的第一輸出端，所述第二橋臂的所述第一功率半導體開關、所述第二功率半導體開關、所述第三功率半導體開關和所述第四功率半導體開關串聯(lián)連接，所述第二橋臂的所述第二功率半導體開關和所述第三功率半導體開關的連接點為所述功率變換電路的第二輸出端；

第一母線電容、第二母線電容，其中所述第一母線電容和所述第二母線電容串聯(lián)連接后與所述第一橋臂和所述第二橋臂并聯(lián)連接；以及

第一開關、第二開關、第三開關和第四開關，其中所述第一開關和所述第二開關串聯(lián)后連接在所述第一橋臂的所述第一功率半導體開關和所述第二功率半導體開關的連接點和所述第一橋臂的所述第三功率半導體開關和所述第四功率半導體開關的連接點之間，所述第三開關和所述第四開關串聯(lián)后連接在所述第二橋臂的所述第一功率半導體開關和所述第二功率半導體開關的連接點和所述第二橋臂的所述第三功率半導體開關和所述第四功率半導體開關的連接點之間，所述第一開關和所述第二開關的連接點與所述第一母線電容和所述第二母線電容的連接點連接，所述第三開關和所述第四開關的連接點與所述第一母線電容和所述第二母線電容的連接點連接。

根據(jù)一個實施例，其中所述功率變換電路為飛跨電容三電平電路，其中所述飛跨電容三電平電路包括：

第一母線電容、第二母線電容，其中所述第一母線電容和所述第二母線電容串聯(lián)連接后與所述第一橋臂和所述第二橋臂并聯(lián)連接；以及

第一電容和第二電容，其中所述第一電容連接在所述第一橋臂的所述第一功率半導體開關和所述第二功率半導體開關的連接點和所述第一橋臂的所述第三功率半導體開關和所述第四功率半導體開關的連接點之間，所述第二電容連接在所述第二橋臂的所述第一功率半導體開關和所述第二功率半導體開關的連接點和所述第二橋臂的所述第三功率半導體開關和所述第四功率半導體開關的連接點之間。

根據(jù)一個實施例，其中所述功率變換電路為中性點可控三電平電路，其中所述中性點可控三電平電路包括：

所述至少一橋臂，所述至少一橋臂包括第一橋臂和第二橋臂，所述第一橋臂和所述第二橋臂均包括各自的上功率半導體開關和下功率半導體開關，其中所述第一橋臂的所述上功率半導體開關和所述下功率半導體開關的連接點為所述功率變換電路的第一輸出端，所述第二橋臂的所述上功率半導體開關和所述下功率半導體開關的連接點為所述功率變換電路的第二輸出端，

第一母線電容、第二母線電容，其中所述第一母線電容和所述第二母線電容串聯(lián)連接后與所述第一橋臂和所述第二橋臂并聯(lián)連接；以及

第一開關組和第二開關組，其中所述第一開關組連接在所述第一橋臂的所述上功率半導體開關和所述下功率半導體開關的連接點與所述第一母線電容和所述第二母線電容的連接點之間，所述第二開關組連接在所述第二橋臂的所述上功率半導體開關和所述下功率半導體開關的連接點與所述第一母線電容和所述第二母線電容的連接點之間。

根據(jù)本實用新型的另一個方面，提供了一種電力電子變換裝置，其特征在于，包括：

主控制器，用以輸出主控制信號；以及

至少前述實施例的功率單元，所述本地控制器與所述主控制器耦接，用以接收所述主控制信號，以產生相應的所述控制信號。

根據(jù)一個實施例，其中所述至少一功率單元為多個，相鄰兩個所述功率單元的其中一者的所述第二端與其中另一者的所述第一端連接，且每個所述功率單元的所述本地控制器與所述主控制器耦接。

根據(jù)一個實施例，其中所述本地控制器與所述主控制器通過光纖連接，或者所述本地控制器與所述主控制器直接電性連接。

現(xiàn)有技術的第一種方案中相當于每個功率單元100僅包括一個功率變換電路110，由于每個功率單元100對應一套光纖、輔助電源150及控制板等，且功率變換電路較多。因此，相較于現(xiàn)有技術的第一種方案，本實用新型實施方式的功率單元100包括多個功率變換電路110，可分擔更高的電壓，因此，功率單元100的數(shù)量也會較少，從而減少了光纖、輔助電源150及本地控制器120等的數(shù)量，簡化了電路結構，提升了系統(tǒng)可靠性。

現(xiàn)有技術的第二種方案是采用高壓功率器件從而減少級聯(lián)的功率單元100的數(shù)量，而高壓功率器件成本較高。本實用新型實施方式的功率單元100可采用低壓功率器件同樣實現(xiàn)減少功率單元100數(shù)量的目的，且相較于現(xiàn)有技術的第二種方案，本實用新型節(jié)約了成本。

現(xiàn)有技術的第三種方案是將多個相同的功率半導體開關串聯(lián)連接以等效為高壓功率器件，這樣為防止不均壓，需為每個功率半導體開關配置電壓鉗位電路。而本實用新型實施方式的功率單元100僅需為每個功率變換電路110配置電壓鉗位電路即可，從而可減少電壓鉗位電路的數(shù)量，減少成本，提高系統(tǒng)可靠性。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述其示例實施例，本實用新型的上述和其它目標、特征及優(yōu)點將變得更加顯而易見。

圖1為目前常用的靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator，SVG)的示意圖；

圖2為目前常用的靜止無功發(fā)生器更具體的示意圖；

圖3為H橋電路的示意圖；

圖4是根據(jù)本實用新型實施方式的一種功率單元100的示意圖；

圖5是根據(jù)本實用新型另一實施方式的一種功率單元100的示意圖；

圖6是根據(jù)本實用新型另一實施方式的一種功率單元100的示意圖；

圖7是根據(jù)本實用新型另一實施方式的一種功率單元100的示意圖；

圖8是根據(jù)本實用新型另一實施方式的一種功率單元的示意圖；

圖9是根據(jù)本實用新型另一實施方式的一種功率單元的示意圖；

圖10是根據(jù)本實用新型另一實施方式的一種功率單元的示意圖；

圖11是根據(jù)本實用新型另一實施方式的一種功率單元的示意圖；以及

圖12是根據(jù)本實用新型的一種電力電子變換裝置。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些實施方式使得本實用新型將更加全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。附圖僅為本實用新型的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重復描述。

此外，所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本實用新型的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本實用新型的技術方案而省略所述特定細節(jié)中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、方法、裝置、實現(xiàn)或者操作以避免喧賓奪主而使得本實用新型的各方面變得模糊。

圖4是本實用新型實施方式的一種功率單元100，包括：多個功率變換電路110-1…110-n、本地控制器120、以及多個驅動電路130。

其中每個功率變換電路110包括至少一具有多個功率半導體開關(如Q₁₁、Q₁₂)的橋臂111，且每個功率變換電路110包括第一輸出端O₁和第二輸出端O₂，其中多個變換電路中相鄰兩個功率變換電路110的其中一者的第一輸出端O₁與另一者的第二輸出端O₂依次連接，剩余的兩個第一輸出端和第二輸出端形成功率單元100的第一端(如第一個功率變換電路110的第一輸出端O₁)和第二端(如最后第一個功率變換電路110-n的第二輸出端O₂)。具體而言，多個功率變換電路為n個功率變換電路，第1個功率變換電路110-1的第一輸出端O₁為功率單元100的第一端，第1個功率變換電路110-1的第二輸出端O₂與第2個功率變換電路110-2的第一輸出端O1連接，依次連接，直到第n-1個功率變換電路的第二輸出端O₂與第n個功率變換電路110-n的第一輸出端O₁連接，第n個功率變換電路110-n的第二輸出端O₂為功率單元100的第二端，其中n為大于1的自然數(shù)。

本地控制器120用以輸出多個控制信號(未示出)。

多個驅動電路130與本地控制器120耦接，用以接收所述多個控制信號，并根據(jù)所述多個控制信號分別輸出各個驅動信號，來驅動功率半導體開關(如圖中的Q₁₁、Q₁₂、Q₁₃……Q_n4)的導通或關斷。

在圖4中，多個功率變換電路是都是相同的功率變換電路，且控制信號的數(shù)量與每個功率變換電路中的功率半導體開關的數(shù)量相同。多個功率變換電路中相同位置的功率半導體開關所對應的驅動電路130所接收的控制信號相同，使得多個功率變換電路中相同位置的功率半導體開關同時導通或同時關斷。

也就是說，每個功率單元100包括多個相同的功率變換電路，每個功率變換電路相同位置的功率半導體開關由相同的控制信號進行控制，因此，每個功率單元100中各個功率變換電路110的功能是相同的。

其中圖4是以功率變換電路110-1…110-n為H橋電路作為示例來說明的，然而本實用新型實施方式的功率變換電路110-1…110-n并不限于H橋電路。

另外，請參閱圖5，在某些實施方式中，功率單元100還包括輔助電源150。輔助電源150與本地控制器120連接，用以為本地控制器120供電。

由于每個功率單元100僅需配置一個輔助電源150，因此本實施方式的功率單元100所應用的電力電子變換裝置所需要的輔助電源150較少，節(jié)約成本且簡化電路結構。

在某些實施方式中，驅動電路130的數(shù)量與功率半導體開關的數(shù)量相同，每個驅動電路130驅動對應的功率半導體開關(如圖中的Q₁₁、Q₁₂、Q₁₃……Q_n4)的導通和關斷。

也就是說，每個驅動電路130用于傳輸一個控制信號給特定的功率半導體開關以控制其導通和關斷。

在某些實施方式中，多個驅動電路130與本地控制器120直接電連接。

在某些實施方式中，多個驅動電路130與本地控制器120通過磁隔離器件連接。

在某些實施方式中，多個驅動電路130與本地控制器120通過光隔離器件連接。

采用磁隔離器件具有更可靠、高性能、低功耗等優(yōu)點。采用光隔離器件具有信號單向傳輸、輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離、輸出信號對輸入端無影響、抗干擾能力強、工作穩(wěn)定、無觸點、使用壽命長、傳輸效率高等優(yōu)點。

另外，請參閱圖6，在某些實施方式中，功率變換電路還包括母線電容C和電壓鉗位電路160，母線電容C的兩端并聯(lián)連接在橋臂111的兩端，且電壓鉗位電路160并聯(lián)連接于母線電容C的兩端。

在本實施方式中，母線電容C的兩端之間的直流母線電壓被電壓鉗位電路160鉗位在預定范圍內。這里的預定范圍可以為本領域技術人員所熟知的各種工作電壓范圍，不再贅述。

由于在每個功率單元100中，相鄰的兩個功率變換電路的其中一者的第一輸出端與另一者的第二輸出端依次串聯(lián)連接，為避免出現(xiàn)不均壓的問題，可為每個功率變換電路的母線電容C的兩端設置電壓鉗位電路160，母線電容C與電壓鉗位電路160相并聯(lián)，并均并聯(lián)于橋臂111的兩端。如此一來，每個功率變換電路母線電容C的兩端之間的直流母線電壓就被鉗位在預定范圍內，使得每個功率變換電路不會出現(xiàn)過壓情況，有利于保護功率半導體開關。

由于在本實用新型實施方式的功率單元100僅需為每個功率變換電路的母線電容C的兩端配置電壓鉗位電路160，而不需要為每個功率半導體開關配置電壓鉗位電路，因此可減少電壓鉗位電路的數(shù)量，減少成本和電路復雜度，提高系統(tǒng)可靠性。

為便于說明，假設在某些實施方式中，多個功率變換電路為n個功率變換電路，第1個功率變換電路的第一輸出端O₁為功率單元100的第一端，第1個功率變換電路的第二輸出端O₂與第2個功率變換電路的第一輸出端O₁連接，依次連接下去，直到第n-1個功率變換電路的第二輸出端O₂與第n個功率變換電路的第一輸出端O₁連接，第n個功率變換電路的第二輸出端O₂為功率單元100的第二端，其中n為大于1的自然數(shù)。通常n遠大于1。

本實用新型實施方式的功率單元100所涉及的功率變換電路可采用不同的拓撲結構，以下以幾種不同的拓撲結構作為可選實施方式進行說明。然而，本實用新型并不局限于以下列舉的拓撲結構。

請參閱圖7，在某些實施方式中，每個功率變換電路均為H橋電路，H橋電路包括至少一橋臂，至少一橋臂包括第一橋臂和第二橋臂，每個橋臂均包括上功率半導體開關和下功率半導體開關。在本實施例中，以第1個功率變換電路110-1為例，該功率變換電路為H橋電路，包括橋臂111a和橋臂111b。橋臂111a包含上功率半導體開關Q₁₁和下功率半導體開關Q₁₂。橋臂111b包括上功率半導體開關Q₁₃和下功率半導體開關Q₁₄。其中，上功率半導體開關Q₁₁和下功率半導體開關Q₁₂的連接點為H橋電路110-1的第一輸出端O₁。上功率半導體開關Q₁₃和下功率半導體開關Q₁₄的連接點為H橋電路110-1的第二輸出端O₂。

在本實施例中，本地控制器120輸出4個控制信號，每個H橋電路可以對應一個驅動電路130，驅動電路130與本地控制器120耦接，且與上功率半導體開關Q₁₁和Q₁₃以及下功率半導體開關Q₁₂和Q₁₄的控制端相連，用以接收本地控制器130輸出的4個控制信號，并對控制信號進行處理以產生4個驅動信號輸出至H橋電路中上功率半導體開關Q₁₁和Q₁₃以及下功率半導體開關Q₁₂和Q₁₄的控制端，用以驅動上功率半導體開關Q₁₁和Q₁₃以及下功率半導體開關Q₁₂和Q₁₄的導通或關斷。驅動電路130與本地控制器120可以直接電連接；也可以通過磁隔離器件進行連接，例如變壓器；還可以通過光隔離器件連接，例如光耦或光纖等。

在本實施例中，本地控制器120輸出4個控制信號，每個H橋電路可以對應于4個驅動電路，驅動電路與本地控制器120耦接，且與H橋電路中的功率半導體開關的控制端一一對應連接，亦即，驅動電路的數(shù)量與功率半導體開關的數(shù)量相同，用以接收一個控制信號，并對控制信號進行處理以產生每一個驅動信號輸出至對應的功率半導體開關的控制端，用以驅動該功率半導體開關的導通或關斷。

在本實施例中，每個H橋電路的相同位置的功率半導體開關所對應的控制信號相同，例如，以H橋電路的橋臂111a的上功率半導體開關為例，具體而言第1個H橋電路的橋臂111a的上功率半導體開關Q₁₁，第2個H橋電路的橋臂111a的上功率半導體開關Q₂₁，依次類推，直至第n個H橋電路的橋臂111a的上功率半導體開關Q_n1所對應控制信號相同，使得上功率半導體開關Q₁₁、Q₂₁…Q_n1同時導通或同時關斷。

請參閱圖8，在某些實施方式中，每個功率變換電路均為半橋電路，半橋電路包括橋臂111，橋臂111包括具有第一端和第二端的上功率半導體開關(如Q₁₁)和下功率半導體開關(如Q₁₂)，上功率半導體開關的第二端與下功率半導體開關的第一端連接于連接點，該連接點為半橋電路的第一輸出端O₁，下功率半導體開關的第二端為半橋電路的第二輸出端O₂。在本實施例中，相鄰兩個功率變換電路的其中一者的第一輸出端與其中另一者的第二輸出端依次連接，具體而言，第1個半橋電路的第一輸出端O₁為功率單元的第一端，第1個半橋電路的第二輸出端O₂與第2個半橋電路的第一輸出端O₁連接，依次連接下去，第n-1個半橋電路的第二輸出端O₂與第n個半橋電路的第一輸出端O₁連接，第n個半橋電路的第二輸出端O₂為功率單元的第二端。

在本實施例中，本地控制器120輸出2個控制信號(未示出)，每個控制信號用以控制對應的橋臂的上功率半導體開關和下功率半導體開關的其中一者，且每個半橋電路可以對應一個驅動電路130，驅動電路130與本地控制器120耦接，且與上功率半導體開關Q₁₁以及下功率半導體開關Q₁₂的控制端相連，用以接收本地控制器130輸出的2個控制信號，并對控制信號進行處理以產生2個驅動信號輸出至H橋電路中的上功率半導體開關Q₁₁以及下功率半導體開關Q₁₂的控制端，用以控制上功率半導體開關Q₁₁以及下功率半導體開關Q₁₂的導通或關斷。

在本實施例中，每個半橋電路的相同位置的功率半導體開關所對應的控制信號相同，例如，以半橋電路的上功率半導體開關為例，第1個半橋電路的上功率半導體開關Q₁₁、第2個半橋電路的上功率半導體開關Q₂₁、依次類推直至第n個半橋電路的上功率半導體開關Q_n1所對應的控制信號相同，以至于上功率半導體開關Q₁₁、Q₂₁直至Q_n1同時導通或同時關斷。

請參閱圖9，在某些實施方式中，功率變換電路為二極管鉗位三電平電路，二極管鉗位三電平電路包括至少一橋臂，至少一橋臂包括第一橋臂111a和第二橋臂111b。第一橋臂111a和第二橋臂111b均包括第一功率半導體開關(如Q₁₁、Q₁₅)、第二功率半導體開關(如Q₁₂、Q₁₆)、第三功率半導體開關(如Q₁₃、Q₁₇)和第四功率半導體開關(如Q₁₄、Q₁₈)。二極管鉗位三電平電路還包括第一母線電容C₁、第二母線電容C₂、第一開關D₁、第二開關D₂、第三開關D₃和第四開關D₄。其中第一母線電容C₁和第二母線電容C₂串聯(lián)連接后與第一橋臂111a和第二橋臂111b并聯(lián)連接。第一橋臂111a的第一功率半導體開關Q₁₁、第二功率半導體開關Q₁₂、第三功率半導體開關Q₁₃和第四功率半導體開關Q₁₄串聯(lián)連接。第二功率半導體開關Q₁₂和第三功率半導體開關Q₁₃的連接點為第一輸出端O₁。第二橋臂111b的第一功率半導體開關Q₁₅、第二功率半導體開關Q₁₆、第三功率半導體開關Q₁₇和第四功率半導體開關Q₁₈串聯(lián)連接。第二功率半導體開關Q₁₆和第三功率半導體開關Q₁₇的連接點為第二輸出端O₂。第一開關D₁和第二開關D₂串聯(lián)后連接在第一橋臂111a的第一功率半導體開關Q₁₁和第二功率半導體開關Q₁₂的連接點和第三功率半導體開關Q₁₃和第四功率半導體開關Q₁₄的連接點之間。第三開關D₃和第四開關D₄串聯(lián)后連接在第二橋臂111b的第一功率半導體開關Q₁₆和第二功率半導體開關Q₁₇的連接點和第三功率半導體開關Q₁₇和第四功率半導體開關Q₁₈的連接點之間。第一開關D₁和第二開關D₂的連接點與第一母線電容C₁和第二母線電容C₂的連接點連接。第三開關D₃和第四開關D₄的連接點與第一母線電容C₁和第二母線電容C₂的連接點連接。在本實施例中，第一開關D₁和第二開關D₂為鉗位二極管，第一功率半導體開關、第二功率半導體開關、第三功率半導體開關和第四功率半導體開關為IGBT或者IGCT等。

在本實施例中，相鄰兩個功率變換電路的其中一者的第一輸出端與其中另一者的第二輸出端依次連接，具體而言，第1個二極管鉗位三電平電路的第一輸出端O₁為功率單元的第一端，第1個二極管鉗位三電平電路的第二輸出端O₂與第2個二極管鉗位三電平電路的第一輸出端O₁連接，依次連接下去，第n-1個二極管鉗位三電平電路的第二輸出端O₂與第n個二極管鉗位三電平電路的第一輸出端O₁連接，第n個二極管鉗位三電平電路的第二輸出端O₂為功率單元的第二端。

在本實施例中，本地控制器輸出8個控制信號，每個控制信號用以控制對應的第一功率半導體開關(如Q₁₁、Q₁₅)、第二功率半導體開關(如Q₁₂、Q₁₆)、第三功率半導體開關(如Q₁₃、Q₁₇)和第四功率半導體開關(如Q₁₄、Q₁₈)其中一者。每個二極管鉗位三電平電路的相同位置的功率半導體開關所對應的控制信號相同，例如，以二極管鉗位三電平電路的第一功率半導體開關為例，第1個二極管鉗位三電平電路的第一功率半導體開關Q₁₁、第2個二極管鉗位三電平電路的第一功率半導體開關Q₂₁、依次類推直至第n個二極管鉗位三電平電路的第一功率半導體開關Q_n1所對應的控制信號相同，以至于第一功率半導體開關Q₁₁、Q₂₁直至Q_n1同時導通或同時關斷。

請參閱圖10，在某些實施方式中，功率變換電路110為飛跨電容三電平電路。飛跨電容三電平電路包括至少一橋臂，至少一橋臂包括第一橋臂111a和第二橋臂111b。第一橋臂111a和第二橋臂111b均包括第一功率半導體開關(Q₁₁、Q₁₅)、第二功率半導體開關(Q₁₂、Q₁₆)、第三功率半導體開關(Q₁₃、Q₁₇)和第四功率半導體開關(Q₁₄、Q₁₈)。飛跨電容三電平電路還包括第一母線電容C₁、第二母線電容C₂、第一電容C₃和第二電容C₄。其中第一母線電容C₁和第二母線電容C₂串聯(lián)連接后與第一橋臂111a和第二橋臂111b并聯(lián)連接。第一橋臂111a的第一功率半導體開關Q₁₁、第二功率半導體開關Q₁₂、第三功率半導體開關Q₁₃和第四功率半導體開關Q₁₄串聯(lián)連接。第二功率半導體開關Q₁₂和第三功率半導體開關Q₁₃的連接點為第一輸出端O₁。第二橋臂111b的第一功率半導體開關Q₁₅、第二功率半導體開關Q₁₆、第三功率半導體開關Q₁₇和第四功率半導體開關Q₁₈串聯(lián)連接。第二功率半導體開關Q₁₆和第三功率半導體開關Q₁₇的連接點為第二輸出端O₂。第一電容C₃連接于第一橋臂111a的第一功率半導體開關Q₁₁和第二功率半導體開關Q₁₂的連接點與第一橋臂111a的第三功率半導體開關Q₁₃和第四功率半導體開關Q₁₄的連接點之間。第二電容C₄連接于第二橋臂111b的第一功率半導體開關Q₁₅和第二功率半導體開關Q₁₆的連接點與第二橋臂111b的第三功率半導體開關Q₁₇和第四功率半導體開關Q₁₈的連接點之間。

在本實施例中，相鄰兩個功率變換電路的其中一者的第一輸出端與其中另一者的第二輸出端依次連接，具體而言，第1個飛跨電容三電平電路的第一輸出端O₁為功率單元的第一端，第1個飛跨電容三電平電路的第二輸出端O₂與第2個飛跨電容三電平電路的第一輸出端O₁連接，依次連接下去，第n-1個飛跨電容三電平電路的第二輸出端O₂與第n個飛跨電容三電平電路的第一輸出端O₁連接，第n個飛跨電容三電平電路的第二輸出端O₂為功率單元的第二端。

在本實施例中，本地控制器輸出8個控制信號，每個控制信號用以控制對應的第一功率半導體開關(如Q₁₁、Q₁₅)、第二功率半導體開關(如Q₁₂、Q₁₆)、第三功率半導體開關(如Q₁₃、Q₁₇)和第四功率半導體開關(如Q₁₄、Q₁₈)其中一者。每個飛跨電容三電平電路的相同位置的功率半導體開關所對應的控制信號相同，例如，以飛跨電容三電平電路的第一功率半導體開關為例，第1個飛跨電容三電平電路的第一功率半導體開關Q₁₁、第2個飛跨電容三電平電路的第一功率半導體開關Q₂₁、依次類推直至第n個飛跨電容三電平電路的第一功率半導體開關Q_n1所對應的控制信號相同，以至于第一功率半導體開關Q₁₁、Q₂₁直至Q_n1同時導通或同時關斷。

請參閱圖11，在某些實施方式中，功率變換電路110為中性點可控三電平電路。中性點可控三電平電路包括至少一橋臂，至少一橋臂包括第一橋臂111a和第二橋臂111b。第一橋臂111a和第二橋臂111b均包括上功率半導體開關(如Q₁₁、Q₁₅)和下功率半導體開關(如Q₁₂、Q₁₆)。中性點可控三電平電路還包括第一母線電容C₁、第二母線電容C₂，第一開關組(如Q₁₃、Q₁₄)和第二開關組(如Q₁₇、Q₁₈)。其中第一母線電容C₁和第二母線電容C₂串聯(lián)連接后與第一橋臂111a和第二橋臂111b并聯(lián)連接。第一橋臂111a的上功率半導體開關Q₁₁和下功率半導體開關Q₁₂的連接點為第一輸出端O₁。第二橋臂111b的上功率半導體開關Q₁₅和下功率半導體開關Q₁₆的連接點為第二輸出端O₂。第一開關組(如Q₁₃、Q₁₄)連接在第一橋臂111a的上功率半導體開關Q₁₁和下功率半導體開關Q₁₂的連接點與第一母線電容C₁和第二母線電容C₂的連接點之間。第二開關組(如Q₁₇、Q₁₈)連接在第二橋臂111b的上功率半導體開關Q₁₅和下功率半導體開關Q₁₆的連接點與第一母線電容C₁和第二母線電容C₂的連接點之間。在本實施例中，第一開關組為由兩個功率半導體開關串聯(lián)而成，其中，該兩個功率半導體開關為雙向可控開關。

在本實施例中，相鄰兩個功率變換電路的其中一者的第一輸出端與其中另一者的第二輸出端依次連接，具體而言，第1個中性點可控三電平電路的第一輸出端O₁為功率單元的第一端，第1個中性點可控三電平電路的第二輸出端O₂與第2個中性點可控三電平電路的第一輸出端O₁連接，依次連接下去，第n-1個中性點可控三電平電路的第二輸出端O₂與第n個中性點可控三電平電路的第一輸出端O₁連接，第n個中性點可控三電平電路的第二輸出端O₂為功率單元的第二端。

在本實施例中，本地控制器輸出8個控制信號，每個控制信號用以控制對應的上功率半導體開關(如Q₁₁、Q₁₅)、下功率半導體開關(如Q₁₂、Q₁₆)、第一開關組(如Q₁₃、Q₁₄)和第二開關組(如Q₁₇、Q₁₈)其中一者。每個中性點可控三電平電路的相同位置的功率半導體開關所對應的控制信號相同，例如，以中性點可控三電平電路的第一功率半導體開關為例，第1個中性點可控三電平電路的第一功率半導體開關Q₁₁、第2個中性點可控三電平電路的第一功率半導體開關Q₂₁、依次類推直至第n個中性點可控三電平電路的第一功率半導體開關Q_n1所對應的控制信號相同，以至于第一功率半導體開關Q₁₁、Q₂₁直至Q_n1同時導通或同時關斷。