特許 7539907 ブリッジ回路のパワー半導体スイッチをオフにする方法、ブリッジ回路、およびブリッジ回路を含むインバータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-16

(45)【発行日】2024-08-26

(54)【発明の名称】ブリッジ回路のパワー半導体スイッチをオフにする方法、ブリッジ回路、およびブリッジ回路を含むインバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/483 20070101AFI20240819BHJP

【ＦＩ】

H02M7/483

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021548249

(86)(22)【出願日】2020-02-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-01

(86)【国際出願番号】 EP2020054048

(87)【国際公開番号】W WO2020169512

(87)【国際公開日】2020-08-27

【審査請求日】2022-10-21

(31)【優先権主張番号】102019104145.7

(32)【優先日】2019-02-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】515078095

【氏名又は名称】エスエムエイ ソーラー テクノロジー アクティエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＭＡ Ｓｏｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】シュティッケルマン，ウーヴェ

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０９０８８５５９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８５３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】Michael Gleissner, Robert Maier, Mark-M. Bakran，Comparison of fault-tolerant multilevel inverters，2017 19th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'17 ECCE Europe)，IEEE，2017年，Pages 1-10，https://ieeexplore.ieee.org/document/8099102，DOI: 10.23919/EPE17ECCEEurope.2017.8099102

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブリッジ回路（１）のパワー半導体スイッチをオフにする方法であって、
前記ブリッジ回路（１）の第１のＤＣ電圧接続部（２）は、第１のパワー半導体スイッチ（Ｔ１）を介して第１の中間点（３）に接続され、前記第１の中間点（３）は、第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）を介して前記ブリッジ回路（１）のＡＣ接続部（４）に接続され、前記ＡＣ接続部（４）は、第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）を介して、第２の中間点（５）に接続されており、前記第２の中間点（５）は、第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）を介して前記ブリッジ回路（１）の第２のＤＣ電圧接続部（６）に接続され、前記ブリッジ回路（１）の中性接続部（７）は、第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）を介して第１の中間点（３）に接続され、第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）を介して第２の中間点（５）に接続されており、
前記方法は、前記ブリッジ回路（１）内のすべてのパワー半導体スイッチ（Ｔ１～Ｔ６）がスイッチオフ状態にある構成（Ｋ－Ｏ）が確立されるスイッチオフプロセスを含み、
前記スイッチオフプロセスの過程で、前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）及び前記第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）が同時にスイッチオン状態になる構成（Ｋ－３、Ｋ－５、Ｋ－９）が意図的に確立される一方、前記第１パワー半導体スイッチ（Ｔ１）及び前記第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）はスイッチオフ状態にあることを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法において、
前記スイッチオフプロセスの開始時に存在し、前記第１のパワー半導体スイッチ（Ｔ１）と、前記第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）と、及び前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３パワー半導体スイッチ（Ｔ３）のいずれかとがスイッチオン状態にあり、他のすべてのパワー半導体スイッチ（Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）がスイッチオフ状態にある構成（Ｋ－Ａ、Ｋ－Ｂ）から開始して、
前記第１のパワー半導体スイッチ（Ｔ１）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項3】

請求項２に記載の方法において、
前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）が、前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、前記第１のパワー半導体スイッチ（Ｔ１）が、前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項２に記載の方法において、
前記第１のパワー半導体スイッチ（Ｔ１）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項２に記載の方法において、
前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）および前記第１のパワー半導体スイッチ（Ｔ１）が、前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行するように同時に制御されることを特徴とする方法。

【請求項6】

請求項２に記載の方法において、
前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行した後に、前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）がスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法において、
前記スイッチオフプロセスの開始時に存在し、前記第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）と、前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）と、及び前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）のいずれかとがスイッチオン状態にあり、他のすべてのパワー半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ６）はスイッチオフ状態にある構成から開始して、
前記第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、前記第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法において、
前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、前記第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項9】

請求項７に記載の方法において、
前記第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項10】

請求項７に記載の方法において、前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）および前記第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）が、前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行するように同時に制御されることを特徴とする方法。

【請求項11】

請求項７に記載の方法において、前記第６のパワー半導体が前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行した後、前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）または前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）がスイッチオフ状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法において、
前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）および前記第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）がスイッチオン状態にあり、他のすべてのパワー半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）がスイッチオフにある構成が、前記スイッチオフプロセスの過程で確立された後、前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）および第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）が、前記スイッチオフプロセスの過程で、スイッチオフ状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の方法において、
前記中性接続部（７）の電位に対して正である電位が、前記第１のＤＣ電圧接続部（２）に印加され、前記中性接続部（７）の電位に対して負の電位が前記第２のＤＣ電圧接続部（６）に印加され、前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）および前記第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）がスイッチオン状態にあり、他のすべてのパワー半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）がスイッチオフ状態にある構成が、前記スイッチオフプロセスの過程で確立された後、この構成から開始して、前記ＡＣ接続部（４）に正の電流が存在する場合、前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）がスイッチオン状態に移行し、前記ＡＣ接続部（４）に負の電流が存在する場合、前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）がスイッチオン状態に移行し、前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）および前記第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）が前記スイッチオフプロセスの過程でこの前にスイッチオフ状態に移行した後、前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）または前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）が、それぞれスイッチオフ状態に再び移行することを特徴とする方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の方法において、
前記第５パワー半導体スイッチ（Ｔ５）および前記第６パワー半導体スイッチ（Ｔ６）がスイッチオフ状態に移行した時点、および／または前記ＡＣ接続部（４）で電流のゼロ交差が発生した時点から、事前に定義可能な時間が経過した後、前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）または前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）が、それぞれ、前記スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行することを特徴とする方法。

【請求項15】

第１のパワー半導体スイッチ（Ｔ１）、第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）、第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）、第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）、第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）、第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）を有するブリッジ回路（１）において、
前記ブリッジ回路（１）の第１のＤＣ電圧接続部（２）は、前記第１のパワー半導体スイッチ（Ｔ１）を介して第１の中間点（３）に接続され、前記第１の中間点（３）は、前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）を介して前記ブリッジ回路（１）のＡＣ接続部（４）に接続され、前記ＡＣ接続部（４）は、前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）を介して第２の中間点（５）に接続され、前記第２の中間点（５）は、前記第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）を介して前記ブリッジ回路（１）の第２のＤＣ電圧接続部（６）に接続され、前記ブリッジ回路（１）の中性接続部（７）は、前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）を介して第１の中間点（３）に接続され前記第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）を介して前記第２の中間点（５）に接続され、さらに、スイッチオフ状態からスイッチオン状態に、またはその逆に移行すべく、前記ブリッジ回路（１）の前記パワー半導体スイッチ（Ｔ１～Ｔ６）を制御するための制御ユニット（８）を備え、前記制御ユニット（８）が、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されることを特徴とするブリッジ回路（１）。

【請求項16】

請求項１５に記載のブリッジ回路（１）において、
前記パワー半導体スイッチ（Ｔ１～Ｔ６）は、前記スイッチオン状態の前記第１のパワー半導体スイッチ（Ｔ１）が、前記第１のＤＣ電圧接続部（２）から前記第１の中間点（３）への電流の流れを可能にし、前記スイッチオン状態の前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）が、前記第１の中間点（３）から前記ＡＣ接続部（４）への電流の流れを可能にし、前記スイッチオン状態の前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）が、前記ＡＣ接続部（４）から前記第２の中間点（５）への電流の流れを可能にし、前記スイッチオン状態の前記第４のパワー半導体スイッチ（Ｔ４）が、前記第２の中間点（５）から前記第２のＤＣ電圧接続部（６）への電流の流れを可能にし、前記スイッチオン状態の前記第５のパワー半導体スイッチ（Ｔ５）が、前記第１の中間点（３）から前記中性接続部（７）への電流の流れを可能にし、前記スイッチオン状態の前記第６のパワー半導体スイッチ（Ｔ６）が、前記中性接続部（７）から前記第２の中間点（５）への電流の流れを可能にするように構成されており、
逆並列ダイオード（Ｄ１－Ｄ６）が、各パワー半導体スイッチ（Ｔ１～Ｔ６）にそれぞれ配置されており、各パワー半導体スイッチ（Ｔ１～Ｔ６）の前記スイッチオン状態で可能になる電流の流れ方向と反対の電流の流れを可能にするように、それぞれ構成されていることを特徴とするブリッジ回路。

【請求項17】

請求項１５または１６に記載のブリッジ回路（１）において、
前記第２のパワー半導体スイッチ（Ｔ２）および前記第３のパワー半導体スイッチ（Ｔ３）は電界効果トランジスタとして具体化され、他のパワー半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）はバイポーラトランジスタとして具体化されることを特徴とするブリッジ回路。

【請求項18】

請求項１５～１７のいずれか一項に記載の少なくとも１つのブリッジ回路（１）を備えるインバータ（９）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブリッジ回路内のパワー半導体スイッチをオフにする方法に関する。また、本発明は、そのような方法を実行するように構成された制御ユニットを有するブリッジ回路、およびそのようなブリッジ回路を含むインバータに関する。

【背景技術】

【0002】

ブリッジ回路は、ある形式の電流から別の形式に変換するためのパワーエレクトロニクスコンバータ回路、例えば、直流を交流に変換するためのインバータで使用される。ブリッジ回路は通常、直列および／または並列に接続された複数のパワー半導体スイッチの配置を含み、パワー半導体スイッチ間のリンク点は、ブリッジ回路の接続部を形成する。様々な数のパワー半導体スイッチの様々な配置は、当業者に知られているブリッジ回路の多様な異なるトポロジーをもたらす。

【0003】

ある形式の電流から別の形式の電流に変換するために、ブリッジ回路のパワー半導体スイッチは、特定のスイッチングパターンに従って動作中にオンとオフが切り替えられる。特に障害が発生した場合、たとえば過電流または過電圧が発生した場合、またはコンバータ回路の通常のシャットダウン中に、ブリッジ回路内のすべてのパワー半導体スイッチを、障害が発生した場合でも可能な限り迅速にスイッチオフ状態に移行させる必要がある。この場合、先行技術によれば、ブリッジ回路内のすべてのパワー半導体スイッチの制御信号を、ブリッジ回路内のパワー半導体スイッチをスイッチオフに移行する信号状態に即座に同時に変更することは明らかであり、広く普及している。

【0004】

電子部品の許容誤差のために、特に電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタなどの様々な技術のパワー半導体スイッチがブリッジ回路内で使用される場合、ブリッジ回路内の個々のパワー半導体スイッチは、スイッチオフ状態に移行するように制御された後、他のスイッチよりも迅速にスイッチオフ状態に移行する状況が発生する可能性がある。

【0005】

マルチレベルトポロジーのブリッジ回路では、機能原理の問題として、ブリッジ回路の入力接続部の様々な電位にリンクされた電圧レベルがブリッジ回路の出力接続部に適用される。その結果、ブリッジ回路内のすべてのパワー半導体スイッチが同時に制御される場合、上記のように異なるパワー半導体スイッチをスイッチオフ状態に移行させる速度が異なるために、ブリッジ回路に追加で存在するフリーホイールダイオードを介して発生する電流と連動して、コンバータ回路の通常の動作中よりも高い電圧が、ブリッジ回路内の個々のパワー半導体スイッチに一時的に印加される。これらのより高い電圧は、ブリッジ回路内の個々のパワー半導体スイッチの破壊につながる可能性がある。

【0006】

たとえば、ＥＰ２７７９３４５Ａ１公報は、第１のＤＣ電圧接続部が４つのパワー半導体スイッチを含む直列回路を介して第２のＤＣ電圧接続部に接続され、直列回路の第２の及び第３のパワー半導体スイッチ間のリンクポイントがＡＣ接続部を形成する３レベルトポロジーのブリッジ回路を開示している。直列回路の第１のパワー半導体スイッチと第２のパワー半導体スイッチの間、および直列回路の第３のパワー半導体スイッチと第４のパワー半導体スイッチの間のリンクポイントは、それぞれ、別のパワー半導体スイッチを介して中性接続部に接続され、したがって、これはさらに２つのパワー半導体スイッチのリンクポイントも形成する。このようなブリッジトポロジーは、ＡＮＰＣブリッジ回路（アクティブニュートラルポイントクランプブリッジ回路）とも称される。

【0007】

ＡＮＰＣブリッジ回路では、分割ＤＣリンク回路は通常、ブリッジ回路のＤＣ電圧接続部に接続され、分割ＤＣリンク回路の中心点は、ブリッジ回路の中性接続部に接続される。ＡＮＰＣブリッジ回路の通常の動作中、ＤＣリンク電圧の最大でも半分が各パワー半導体スイッチに印加される。対照的に、すべてのパワー半導体スイッチが同時に制御されてスイッチオフ状態に移行する場合、完全なＤＣリンク電圧、すなわち動作中に発生する電圧の値の２倍が個々のパワー半導体スイッチに印加される状況が生じる可能性がある。

【0008】

したがって、上記のＥＰ２７７９３４５Ａ１公報は、ＡＮＰＣブリッジ回路内のパワー半導体スイッチが、同時にではなく特定の順序でスイッチオフ状態に移行するように制御される、異なる形態のスイッチオフプロセスを説明している。この場合、直列回路の第１または第４のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの開始時にスイッチオン状態にある場合、前記スイッチは、上記のＥＰ２７７９３４５Ａ１公報に記載されているスイッチオフプロセスの過程で、他のすべてのパワー半導体スイッチの前に、すなわち最初に、常にスイッチオフ状態に移行する。

【0009】

故障が発生した場合に可能な限り迅速に安全な状態を確立することに関して、ブリッジ回路内で異なる技術のパワー半導体スイッチを使用する場合、上記ＥＰ２７７９３４５Ａ１公報のように、まず第一に、直列回路の第１または第４のパワー半導体スイッチではなく、直列回路の第２または第３のパワー半導体スイッチを制御して、他のすべてのパワー半導体スイッチの前にスイッチオフ状態に移行させることが有利である。

【0010】

上記のＥＰ２７７９３４５Ａ１公報に記載されているスイッチオフプロセスでは、特に、直列回路の第１および第２のパワー半導体スイッチ間、並びに、直列回路の第３及び第４のパワー半導体スイッチ間のリンクポイントの電位が変動する可能性があることも考慮されておらず、このため、ＤＣリンク電圧の半分を超える電圧がスイッチオフプロセスの過程で個々のパワー半導体スイッチに印加される可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

したがって、本発明の目的は、スイッチオフプロセスの過程で個々のパワー半導体スイッチで発生するブリッジ回路の通常の動作中よりも高い電圧なしに、ブリッジ回路内のすべてのパワー半導体スイッチがスイッチオフ状態にある構成を確立することが可能な、ブリッジ回路及び対応するブリッジ回路内のパワー半導体スイッチをオフにする方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

この目的は、本発明によれば、独立請求項１に記載の方法、独立請求項１５に記載のブリッジ回路、およびこのようなブリッジ回路を含む独立請求項１８に記載のインバータを用いて達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

【0013】

ブリッジ回路のパワー半導体スイッチをオフにするための本発明に係る方法は、ブリッジ回路の第１のＤＣ電圧接続部は、第１のパワー半導体スイッチを介して第１の中間点に接続され、第１の中間点は、第２のパワー半導体スイッチを介してブリッジ回路のＡＣ接続部に接続され、ＡＣ接続部は、第３のパワー半導体スイッチを介して、第２の中間点に接続されており、第２の中間点は、第４のパワー半導体スイッチを介してブリッジ回路の第２のＤＣ電圧接続部に接続され、ブリッジ回路の中性接続部は、第５のパワー半導体スイッチを介して第１の中間点に接続され、第６のパワー半導体スイッチを介して第２の中間点に接続されており、前記方法は、ブリッジ回路内のすべてのパワー半導体スイッチがスイッチオフ状態にある構成が確立されるスイッチオフプロセスを含む。そうすることにより、スイッチオフプロセスの過程で、第５のパワー半導体スイッチ及び第６のパワー半導体スイッチが同時にスイッチオン状態になる構成が意図的に確立される一方、第１パワー半導体スイッチ及び第４のパワー半導体スイッチはスイッチオフ状態にある。

【0014】

第５のパワー半導体スイッチと第６のパワー半導体スイッチが同時にスイッチオン状態にあるという事実の結果として、この構成は、第１のパワー半導体スイッチと第２のパワー半導体スイッチとの間の第１の中間点の電位、及び第３のパワー半導体スイッチと第４のパワー半導体スイッチとの間の第２の中間点の電位の双方の電位を、ブリッジ回路の中性接続部に存在する電位に恒久的にクランプし、その結果、もはや浮遊することができなくなる。その結果、最大で第１のＤＣ電圧接続部と中性接続部との間に印加される電圧、または第２のＤＣ電圧接続部と中性接続部との間に印加される電圧は、ブリッジ回路内の各パワー半導体スイッチに印加することができる。この場合、第１のパワー半導体スイッチおよび第４のパワー半導体スイッチのスイッチオフ状態は、第１のＤＣ電圧接続部と中性接続部との間、および第２のＤＣ電圧接続部と中性接続部との間の短絡を防止する。

【0015】

ブリッジ回路の通常の動作中に、例えば、第１のパワー半導体スイッチと、第６のパワー半導体スイッチと、及び第２のパワー半導体スイッチまたは第３パワー半導体スイッチのいずれかとがスイッチオン状態にあり、他のすべてのパワー半導体スイッチがスイッチオフ状態にある構成が発生する。スイッチオフプロセスの開始時にこの構成から開始して、本発明に係る方法の一実施例では、第１のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、第５のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行し得る。

【0016】

そうすることで、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチが、スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、第１のパワー半導体スイッチが、スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行し得る。

【0017】

しかしながら、第１のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行することもできる。

【0018】

代替的に、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチおよび第１のパワー半導体スイッチが、スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行するように同時に制御される。スイッチオフ状態への移行の時間的関係は、パワー半導体スイッチのそれぞれのスイッチング速度に起因する。

【0019】

本発明に係る方法のさらなる実施例では、第５のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行した後に、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行する。第１のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、第５のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行するという条件に関連して、この実施形態では、第１のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチもまた、スイッチオフプロセスの過程で、スイッチオフ状態に暗黙的に移行する。

【0020】

ブリッジ回路の通常の動作中に、例えば、第４のパワー半導体スイッチと、第５のパワー半導体スイッチと、及び第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチのいずれかとがスイッチオン状態にあり、他のすべてのパワー半導体スイッチはスイッチオフ状態にある構成が生じる。スイッチオフプロセスの開始時にこのような構成から開始して、本発明に係る方法のさらなる実施例では、第４のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、第６のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行し得る。

【0021】

そうすることで、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、第４のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行し得る。

【0022】

しかしながら、第４のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行することもできる。

【0023】

代替的に、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチおよび第４のパワー半導体スイッチが、スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行するように同時に制御され得る。スイッチオフ状態への移行の時間的関係は、パワー半導体スイッチのそれぞれのスイッチング速度に起因する。

【0024】

本発明に係る方法のさらなる実施例では、第６のパワー半導体がスイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行した後、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチがスイッチオフ状態に移行する。第４のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、第６のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行するという条件に関連して、第４のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行した後、この実施例では、第２のパワー半導体スイッチまたは第３のパワー半導体スイッチもまた、スイッチオフプロセスの過程で暗黙的にスイッチオフ状態に移行する。

【0025】

本発明に係る方法のさらなる実施例では、第５のパワー半導体スイッチおよび第６のパワー半導体スイッチがスイッチオン状態にあり、他のすべてのパワー半導体スイッチがスイッチオフにある構成が、スイッチオフプロセスの過程で確立された後、第５のパワー半導体スイッチおよび第６のパワー半導体スイッチが、スイッチオフプロセスの過程で、スイッチオフ状態に移行する。

【0026】

このケースでは、スイッチオフプロセスの過程で、第５のパワー半導体スイッチおよび第６のパワー半導体スイッチがスイッチオン状態にあり、他のすべてのパワー半導体スイッチがスイッチオフ状態にあるから開始して、ＡＣ接続部に正の電流が存在する場合、まず第３のパワー半導体スイッチがスイッチオン状態に移行し、ＡＣ接続部に負の電流が存在する場合、第２のパワー半導体スイッチがスイッチオン状態に移行し得る。第５のパワー半導体スイッチおよび第６のパワー半導体スイッチがスイッチオフプロセスの過程でこの前にスイッチオフ状態に移行した後、第３のパワー半導体スイッチまたは第２のパワー半導体スイッチが、それぞれスイッチオフ状態に再び移行する。このケースでは、中性接続部の電位に対して正の電位が第１のＤＣ電圧接続部に印加され、中性接続部の電位に対して負の電位が第２のＤＣ電圧接続部に印加されるという事実から、正電流または負電流としての電流方向が生じ、正の電位から負の電位または中性接続部の電位に流れる電流は、正の電流と称され、逆に、負の電位から正の電位または中性接続部の電位に流れる電流は、負の電流と称される。

【0027】

上記の実施例では、第５パワー半導体スイッチおよび第６パワー半導体スイッチがスイッチオフ状態に移行した時点、および／またはＡＣ接続部で電流のゼロ交差が発生した時点から、事前に定義可能な時間が経過した後、第３のパワー半導体スイッチまたは第２のパワー半導体スイッチが、それぞれ、スイッチオフプロセスの過程でスイッチオフ状態に移行し得る。

【0028】

本発明に係るブリッジ回路は、第１のパワー半導体スイッチ、第２のパワー半導体スイッチ、第３のパワー半導体スイッチ、第４のパワー半導体スイッチ、第５のパワー半導体スイッチ、第６のパワー半導体スイッチを有し、ブリッジ回路の第１のＤＣ電圧接続部は、第１のパワー半導体スイッチを介して第１の中間点に接続され、第１の中間点は、第２のパワー半導体スイッチを介してブリッジ回路のＡＣ接続部に接続され、ＡＣ接続部は、第３のパワー半導体スイッチを介して第２の中間点に接続され、第２の中間点は、第４のパワー半導体スイッチを介してブリッジ回路の第２のＤＣ電圧接続部に接続され、さらに、ブリッジ回路の中性接続部は、第５のパワー半導体スイッチを介して第１の中間点に接続され第６のパワー半導体スイッチを介して第２の中間点に接続される。本発明に係るブリッジ回路は、さらに、スイッチオフ状態からスイッチオン状態に、またはその逆に移行すべく、ブリッジ回路のパワー半導体スイッチを制御するための制御ユニットを備え、制御ユニットが、本発明に係る方法を実行するように構成されることを特徴とする。

【0029】

本発明に係るブリッジ回路の一実施例では、パワー半導体スイッチは、スイッチオン状態の第１のパワー半導体スイッチが、第１のＤＣ電圧接続部から第１の中間点への電流の流れを可能にし、スイッチオン状態の第２のパワー半導体スイッチが、第１の中間点からＡＣ接続部への電流の流れを可能にし、スイッチオン状態の第３のパワー半導体スイッチが、ＡＣ接続部から第２の中間点への電流の流れを可能にし、スイッチオン状態の第４のパワー半導体スイッチが、第２の中間点から第２のＤＣ電圧接続部への電流の流れを可能にし、スイッチオン状態の第５のパワー半導体スイッチが、第１の中間点から中性接続部への電流の流れを可能にし、スイッチオン状態の第６のパワー半導体スイッチが、中性接続部から第２の中間点への電流の流れを可能にするように構成されている。同時に、逆並列ダイオードが、各パワー半導体スイッチにそれぞれ配置されており、各パワー半導体スイッチのスイッチオン状態で可能になる電流の流れ方向と反対の電流の流れを可能にするように、それぞれ構成されている。

【0030】

本発明に係るブリッジ回路のさらなる実施例では、第２のパワー半導体スイッチおよび第３のパワー半導体スイッチは電界効果トランジスタ、特にＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴとして具体化され、他のパワー半導体スイッチはバイポーラトランジスタ、特にＳｉ技術のＩＧＢＴとして具体化される。

【0031】

本発明によるブリッジ回路のようなパワー半導体スイッチの配置は、例えば、いわゆるＡＮＰＣブリッジ回路に見られ、これは、３レベルのトポロジーとして、３つの電圧レベルをブリッジ回路のＡＣ電圧接続部に印加する。しかしながら、その構成はまた、３を超える電圧レベルを有するマルチレベルトポロジーの一部であり得る。この場合、さらなるパワー半導体スイッチは、第１のＤＣ電圧接続部および第２のＤＣ電圧接続部において第１～第４のパワー半導体スイッチと直列に接続され、その連結点は、さらなる中間点を形成し、これは、ブリッジ回路の中性接続部に接続することも、ダイオードまたはパワー半導体スイッチを介してブリッジ回路の中性接続部に接続することもできる。さらなるパワー半導体スイッチを制御するための示唆は、このケースでは本発明の示唆から容易に導き出すことができ、それによれば、可能な複数の中性接続部の１つに接続されたパワー半導体スイッチが同時にスイッチオン状態にある構成は、スイッチオフプロセスの過程で意図的に確立される。

【0032】

本発明に係るインバータは、本発明に係る少なくとも１つのブリッジ回路を含む。本発明に係るこのようなインバータは、例えば本発明による２つのブリッジ回路もまた、オフセット方式でクロックされる、例えば単相インバータであり、しかしながら、例えば、本発明に係る少なくとも３つのブリッジ回路がオフセット方式でクロックされる三相インバータであってもよい。

【0033】

本発明に係る方法の本説明において、状態への移行に関して言及された時間的関係は、常に、スイッチオンまたはスイッチオフ状態への移行の完了に関連しており、すなわち、プロセスの完了が上述の関係に準拠している場合、スイッチオンまたはスイッチオフ状態に移行するためのプロセスも時間の点で非常によく重複する可能性がある。しかしながら、パワー半導体スイッチをスイッチオンまたはスイッチオフ状態に移行するための制御プロセスは、別のパワー半導体スイッチのスイッチオンまたはスイッチオフ状態への移行が完了した場合のみ実行することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0034】

本発明は、図に基づいて以下により詳細に説明される。この場合、図は、本発明の実施形態を説明するために使用されるが、本発明を図示される態様に限定するものではない。

【図1】図１は、本発明に係るブリッジ回路を示す。

【図2】図２は、本発明に係る方法におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図3】図３は、本発明に係る方法のさらなる実施例におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図4】図４は、本発明に係る方法のさらなる実施例におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図5】図５は、本発明に係る方法のさらなる実施例におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図6】図６は、本発明に係る方法のさらなる実施例におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図7】図７は、本発明に係る方法のさらなる実施例におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図8】図８は、本発明に係る方法のさらなる実施例におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図9】図９は、本発明に係る方法のさらなる実施例におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図10】図１０は、本発明に係る方法のさらなる実施例におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図11】図１１は、本発明に係る方法のさらなる実施例におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を含む表を示す。

【図12】図１２は、本発明に係るインバータを示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１は、本発明に係るブリッジ回路１を示しており、ブリッジ回路１の第１のＤＣ電圧接続部２が、第１のパワー半導体スイッチＴ１、第２のパワー半導体スイッチＴ２、第３のパワー半導体スイッチＴ３および第４のパワー半導体スイッチＴ４を含む直列回路を介してブリッジ回路１の第２のＤＣ電圧接続部６に接続されている。第１のパワー半導体スイッチＴ１と第２のパワー半導体スイッチＴ２との間の連結点は、第１の中間点３を形成し、第３のパワー半導体スイッチＴ３と第４のパワー半導体スイッチＴ４との間の連結点は、第２の中間点５を形成する。ブリッジ回路１のＡＣ接続部４は、第２のパワー半導体スイッチＴ２と第３のパワー半導体スイッチＴ３との間の連結点によって形成されている。

【0036】

パワー半導体スイッチＴ１～Ｔ４は、スイッチオン状態の第１のパワー半導体スイッチＴ１が第１のＤＣ電圧接続部２から第１の中間点３に電流を流し、スイッチオン状態の第２のパワー半導体スイッチＴ２が第１の中間点３からＡＣ接続部４に電流を流し、スイッチオン状態の第３のパワー半導体スイッチＴ３がＡＣ接続部４から第２の中間点５に電流を流し、スイッチオン状態の第４のパワー半導体スイッチＴ４が第２の中間点５から第２のＤＣ電圧接続部６に電流を流すことを可能にする。逆並列ダイオードＤ１からＤ４は、パワー半導体スイッチＴ１～Ｔ４のそれぞれに配置され、それぞれ、スイッチオン状態のそれぞれのパワー半導体スイッチＴ１～Ｔ４で可能である電流の流れ方向と反対の電流の流れを可能にする。

【0037】

第１の中間点３と第２の中間点５との間に配置されるのは、第５のパワー半導体スイッチＴ５と第６のパワー半導体スイッチＴ６とを備える直列回路であり、その連結点はブリッジ回路１の中性接続部７を形成する。パワー半導体スイッチＴ５およびＴ６は、スイッチオン状態の第５のパワー半導体スイッチＴ５が、第１の中間点３から中性接続部７に電流を流し、スイッチオン状態の第６のパワー半導体スイッチＴ６が、中性接続部７から第２の中間点５に電流を流し得るように構成される。パワー半導体スイッチＴ５およびＴ６には、それぞれのパワー半導体スイッチＴ５またはＴ６のスイッチオン状態で可能になる電流の流れ方向と反対の電流の流れが、ダイオードＤ５およびＤ６を介して可能であるような方法で、それぞれ逆並列ダイオードＤ５およびＤ６が配置されている。

【0038】

本発明に係るブリッジ回路１は、制御入力を介してパワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６に制御信号Ｇ１～Ｇ６を供給する制御ユニット８を有し、制御信号を使用して、パワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６を制御し、スイッチオフ状態からスイッチオン状態に、またはその逆の状態に変換する。制御ユニット８は、制御方法を使用して、通常の動作中にパワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６をオンおよびオフに切り替えるように構成される。このような目的のために、当業者には様々な制御方法が知られている。しかしながら、制御ユニット８は、特に、スイッチオフプロセスを使用して、パワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６がすべてスイッチオフされた構成を確立するために、本発明による方法を実行するように構成される。

【0039】

図１の例示的な実施形態では、第２のパワー半導体スイッチＴ２および第３のパワー半導体スイッチＴ３は、電界効果トランジスタ、例えばＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴとして具体化され、パワー半導体スイッチＴ１、Ｔ４、Ｔ５およびＴ６は、バイポーラトランジスタ、例えばＳｉ技術のＩＧＢＴとして具体化される。パワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６の技術のそのような選択は、例えば、通常の動作中に、パワー半導体スイッチＴ１、Ｔ４、Ｔ５およびＴ６が、ＡＣ接続部４に存在する交流の周波数でオンおよびオフに切り替えられ、パワー半導体スイッチＴ２およびＴ３が、比較的高周波のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を使用して、互いに相補的な方法でオンおよびオフに切り替えられる制御方法を選択する場合、例えば、パワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６のスイッチング損失およびオン状態損失に関してブリッジ回路の最適化を可能にする。

【0040】

例えば、ＡＣ接続部４で出力される電圧の符号に応じて、第１および第３のパワー半導体スイッチＴ１、Ｔ３または第４および第２のパワー半導体スイッチＴ４、Ｔ２が、高周波ＰＷＭ信号を使用して互いに相補的な方法でオンおよびオフに切り替えられ、一方、他のそれぞれのパワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６が、ＡＣ接続部４に存在する交流の周波数でオンとオフが切り替わるが、使用する制御方法とは完全に独立しているような制御方法を使用する場合、他のパワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６、例えば、パワー半導体スイッチＴ１、Ｔ４またはパワー半導体スイッチＴ１～Ｔ４もまた、電界効果トランジスタとして具体化され、それぞれの他のものは、バイポーラトランジスタとして具体化され得る。また、すべてのパワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６は、電界効果トランジスタとして具体化され、またはすべてのパワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６は、バイポーラトランジスタとして具体化され得る。

【0041】

図２は、表の形で、第１、第２および第６のパワー半導体スイッチＴ１、Ｔ２およびＴ６がスイッチオン状態にあり、第３、第４および第５のパワー半導体スイッチＴ３、Ｔ４およびＴ５がスイッチオフ状態にある、スイッチオフ処理の開始時に存在する構成Ｋ－Ａから開始し、構成すべてのパワー半導体スイッチＴ１からＴ６がスイッチオフ状態にある構成Ｋ－Ｏが確立される、本発明による方法によるスイッチオフプロセスの可能な実施形態を示している。この目的のために、最初に、第２のパワー半導体スイッチＴ２がスイッチオフ状態に移行された構成Ｋ－１が確立される。次のステップでは、パワー半導体スイッチＴ１がスイッチオフ状態に移行し、構成Ｋ－２になる。第３のステップでは、第５のパワー半導体スイッチＴ５がスイッチオン状態に移行する。これにより、本発明による方法の特徴のように、第５のパワー半導体スイッチＴ５および第６のパワー半導体スイッチＴ６が同時にスイッチオン状態にある一方、第１のパワー半導体スイッチＴ１及び第４のパワー半導体スイッチＴ４はスイッチオフ状態にある構成Ｋ－３となる。次に、構成Ｋ－Ｏを確立するために、第５および第６のパワー半導体スイッチＴ５およびＴ６がスイッチオフ状態に移行される。これを行う際に、本例に示すように、パワー半導体スイッチＴ５およびＴ６は、スイッチオフ状態に移行するように同時に制御することができるが、スイッチオフ状態に任意の順序で順次移行するように制御することもできる。

【0042】

図３は、本発明による方法の実施形態におけるスイッチオフプロセスの過程にわたる構成のさらなる可能性を表の形で示している。スイッチオフプロセスの開始時に存在し、第１、第３、および第６のパワー半導体スイッチＴ１、Ｔ３、およびＴ６がスイッチオン状態にあり第２、第４および第５のパワー半導体スイッチＴ２、Ｔ４およびＴ５はスイッチオフ状態にある構成Ｋ－Ｂから開始し、ここでは、最初に、第１のパワー半導体スイッチＴ１がスイッチオフ状態に移行された構成Ｋ－４を確立することによってＫ－Ｏが確立される。続いて、第３のパワー半導体スイッチＴ３がスイッチオフ状態に移行すると、構成Ｋ－２が得られ、そこから、第５パワー半導体スイッチＴ５をスイッチオン状態に移行することにより、構成Ｋ－３が確立される。次に、構成Ｋ－Ｏを確立するために、第５および第６のパワー半導体スイッチＴ５およびＴ６は、同時制御によってスイッチオフ状態に移行される。代替的に、パワー半導体スイッチＴ５およびＴ６はまた、それらが任意の順序で順次スイッチオフ状態に移行するように制御され得る。

【0043】

図４は、本発明による方法におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を伴うさらなる例示的な実施形態を示す。スイッチオフプロセスの開始時に存在する構成Ｋ－Ａから開始して、構成Ｋ－Ｏは、ここでは、構成Ｋ－２を確立するための第１のステップにおいて、第１および第２のパワー半導体スイッチＴ１およびＴ２を同時に制御することによって、上記の例示的な実施形態のようにそれらを順次スイッチオフ状態に移行させるのではなく、確立される。次に、これに基づいて、構成Ｋ－３は、第５のパワー半導体スイッチＴ５をスイッチオン状態に移行することによって確立される。次に、本例示的な実施形態では、最初に第５のパワー半導体スイッチＴ５をスイッチオフ状態に転送することによって構成Ｋ－２を確立し、次のステップで第６のパワー半導体スイッチＴ６をスイッチオフ状態に移行することにより、上記の例示的な実施形態のように、第５および第６のパワー半導体スイッチＴ５およびＴ６を同時に制御してスイッチオフ状態に移行させるのではなく、構成Ｋ－Ｏを確立する。もちろん、構成Ｋ－Ｏを確立するために、最初に第６のパワー半導体スイッチＴ６を移行させ、次に第５のパワー半導体スイッチＴ５をスイッチオフ状態に移行させるすることも同様に可能である。

【0044】

図５に示されるように、本発明による方法におけるスイッチオフプロセスの過程にわたる構成の例示的な実施形態では、スイッチオフプロセスの開始時に存在する構成Ｋ－Ｂから開始して、構成Ｋ－Ｏは、最初に、第１のパワー半導体スイッチＴ１をスイッチオフ状態に移行することによって構成Ｋ－４を確立することによって確立される。次に、次のステップで、構成Ｋ－５は、第５のパワー半導体スイッチＴ５をスイッチオン状態に移行させることによって確立され、構成Ｋ－３は、次のステップで、第３のパワー半導体スイッチＴ３をスイッチオフ状態に移行させることによって確立される。したがって、本実施形態では、第３のパワー半導体スイッチＴ３は、第５のパワー半導体スイッチＴ５がスイッチオフプロセスの過程でスイッチオン状態に移行した後、スイッチオフ状態に移行する。この例示的な実施形態では、構成Ｋ－５およびＫ－３の形態で、これは、本発明による方法の特徴として、第５のパワー半導体スイッチＴ５および第６のパワー半導体スイッチＴ６は同時にスイッチオン状態にある一方、第１のパワー半導体スイッチＴ１および第４のパワー半導体スイッチＴ４はスイッチオフ状態にある２つの構成をもたらす。構成Ｋ－Ｏは、例えば、このケースの場合の同時制御によって、第５および第６のパワー半導体スイッチＴ５およびＴ６をスイッチオフ状態に移行させることによって最終的に確立される。

【0045】

図６の例示的な実施形態は、表の形態で、本発明による方法によるスイッチオフプロセスを示しており、構成Ｋ－Ｏは、スイッチオフプロセスの開始時に存在する構成Ｋ－Ｃから開始して確立され、構成Ｋ－Ｃでは、第３、第４、および第５のパワー半導体スイッチＴ３、Ｔ４、およびＴ５がスイッチオン状態にあり、第１、第２、および第６のパワー半導体スイッチＴ１、Ｔ２、およびＴ６がスイッチオフにある。これを実現するために、まず、第３のパワー半導体スイッチＴ３をスイッチオフ状態に移行することにより構成Ｋ－６を確立し、次のステップで、第４のパワー半導体スイッチＴ４がスイッチオフ状態に移行した構成Ｋ－７を確立する。次に、第６のパワー半導体スイッチＴ６をスイッチオン状態に移行させると構成Ｋ－３が得られ、ここから、第５および第６のパワー半導体スイッチＴ５およびＴ６を、ここでは例えば同時制御の手段によって、スイッチオフ状態に移行させることによって、構成Ｋ－Ｏが確立される。

【0046】

図７の例示的な実施形態では、スイッチオフプロセスの開始時に存在し、第２、第４、および第５のパワー半導体スイッチＴ２、Ｔ４、Ｔ５がスイッチオン状態にあり、第１、第３および第６のパワー半導体スイッチＴ１、Ｔ３、Ｔ６がスイッチオフ状態にある構成Ｋ－Ｄから開始し、構成Ｋ－Ｏは、第４のパワー半導体スイッチＴ４がスイッチオフ状態に移行された構成Ｋ－８を最初に確立することによって確立され、次に、第２パワー半導体スイッチＴ２をスイッチオフ状態に移行することにより構成Ｋ－７を確立し、第６パワー半導体スイッチＴ６をスイッチオン状態に移行することにより構成Ｋ－３を確立し、最後に、本実施形態では、Ｔ５、Ｔ６を同時に制御することにより、第５および第６のパワー半導体スイッチＴ５、Ｔ６をスイッチオフ状態に移行することによって構成Ｋ－Ｏを確立する。

【0047】

図８は、表の形で、本発明による方法におけるパワー半導体スイッチの状態の構成を伴うさらなる例示的な実施形態を示している。スイッチオフプロセスの開始時に存在する構成Ｋ－Ｃから開始して、構成Ｋ－Ｏは、第１のステップでスイッチオフ状態に移行する第３および第４のパワー半導体スイッチＴ３、Ｔ４を同時に制御することによって、ここでは確立され、これにより、構成Ｋ－７となる。次に、これに基づいて、構成Ｋ－３は、第６のパワー半導体スイッチＴ６をスイッチオン状態に移行することによって確立される。次に、まず第５のパワー半導体スイッチＴ５をスイッチオフ状態に移行することによって構成Ｋ－２を確立し、次に、第６のパワー半導体スイッチＴ６をスイッチオフ状態に移行することにより、さらなるステップで構成Ｋ－Ｏを確立する。代替的に、当然ながら、まず第６のパワー半導体スイッチＴ６を移行させ、次に第５のパワー半導体スイッチＴ５をスイッチオフ状態に移行させて、構成Ｋ－Ｏを確立するか、あるいは例えば、図２、３、５、６、７の実施例のように、双方のパワー半導体スイッチＴ５、Ｔ６を同時に制御して、スイッチオフ状態に移行させる。

【0048】

図９の例示的な実施形態は、本発明による方法におけるスイッチオフプロセスの過程にわたる構成を示し、ここで、スイッチオフプロセスの開始時に存在する構成Ｋ－Ｄから開始して、構成Ｋ－Ｏは、最初に、第４のパワー半導体スイッチＴ４をスイッチオフ状態に移行することによって構成Ｋ－８を確立することによって確立される。次に、次のステップで、構成Ｋ－９は、第６のパワー半導体スイッチＴ６をスイッチオン状態に移すことによって確立され、構成Ｋ－３は、次のステップで、第２のパワー半導体スイッチＴ２をスイッチオフ状態に移行させることによって、確立される。したがって、この例示的なスイッチオフプロセスの過程で、第２のパワー半導体スイッチＴ２は、第６のパワー半導体スイッチＴ６がスイッチオン状態に移行した後、スイッチオフ状態に移行する。この例示的な実施形態では、構成Ｋ－９およびＫ－３の形態で、これは、本発明による方法の特徴として、第５のパワー半導体スイッチＴ５および第６のパワー半導体スイッチＴ６は同時にスイッチオン状態にある一方で、第１のパワー半導体スイッチＴ１および第４のパワー半導体スイッチＴ４はスイッチオフ状態にある２つの構成をもたらす。構成Ｋ－Ｏは、例えばこのケースの場合には同時制御によって、第５および第６のパワー半導体スイッチＴ５、Ｔ６をスイッチオフ状態に移行することによって最終的に確立される。

【0049】

図１０は、例えば、スイッチオフプロセスの開始時に存在する構成Ｋ－Ａから開始して、構成Ｋ－３が、構成Ｋ－１およびＫ－２を介したスイッチオフプロセスの過程で確立される、本発明に係る方法のさらなる例示的な実施形態を示す。これに基づいて、ブリッジ回路１のＡＣ接続部４に正電流Ｉ_ａｃが存在するため、構成Ｋ－５は、第３のパワー半導体スイッチＴ３をスイッチオン状態に移行することによって確立される。次に、構成Ｋ－１０は、このケースの場合に同時制御によって、第５および第６のパワー半導体スイッチＴ５、Ｔ６をスイッチオフ状態に移すことによって確立され、最後に、第３のパワー半導体スイッチＴ３は、構成Ｋ－１０の確立が経過し、それによって構成Ｋ－Ｏが確立された後、所定の期間Ｔ_１の後に再びスイッチオフ状態に移行する。代替的に、または所定の期間Ｔ_１に加えて、構成Ｋ－１０を確立した後のブリッジ回路１のＡＣ接続部４での電流Ｉａｃのゼロ交差も、構成Ｋ－１０から構成Ｋ－Ｏに移行するための基準として使用することができる。

【0050】

図１１の本発明に係る方法の例示的な実施形態では、例えば、スイッチオフプロセスの開始時に存在する構成Ｋ－Ｃから開始して、構成Ｋ－３は、最初に、構成Ｋ－６およびＫ－７を介したスイッチオフプロセスの過程で確立される。次に、ブリッジ回路１のＡＣ接続部４に負の電流Ｉ_ａｃが存在するため、構成Ｋ－９は、第２のパワー半導体スイッチＴ２をスイッチオン状態に移行することによって確立される。次に、構成Ｋ－１１は、この場合は同時制御によって、第５番目および第６のパワー半導体スイッチＴ５、Ｔ６をスイッチオフ状態に移行し、構成Ｋ－１１が確立された後にブリッジ回路１のＡＣ接続部４で電流Ｉａｃのゼロ交差が発生した後、構成Ｋ－Ｏは、第２のパワー半導体スイッチＴ２を再びスイッチオフ状態に移行させることによって確立される。代替的に、またはブリッジ回路１のＡＣ接続部４での電流Ｉ_ａｃのゼロ交差に加えて、構成Ｋ－１０の確立後の所定の期間Ｔ_１の経過もまた、構成Ｋ－１０から構成Ｋ－Ｏに移行するための基準として使用することができる。

【0051】

図２～１１に示されるに示される実施形態に加えて、スイッチオフプロセスの開始時に存在する構成Ｋ－Ａ、Ｋ－Ｂ、Ｋ－ＣまたはＫ－Ｄから開始して、本発明によるブリッジ回路１の通常の動作中に使用される制御方法、およびスイッチオフプロセスの開始時に存在する他の構成に応じて、本発明による方法で構成Ｋ－Ｏを確立するために使用されるスイッチオフプロセスの複数のさらなる変形例を導出することも可能であり、これらのスイッチオフプロセスは、本発明による方法の特徴として、構成Ｋ－３、Ｋ－５およびＫ－９のうちの少なくとも１つを含み、第５のパワー半導体スイッチＴ５および第６のパワー半導体スイッチＴ６は同時にスイッチオン状態にある一方、第１のパワー半導体スイッチＴ１および第４のパワー半導体スイッチＴ４はスイッチオフ状態にある。

【0052】

本発明に係る方法では、ある構成から次の構成に移行する毎に、この方法が、ブリッジ回路１内の電流および電位の過渡プロセスが終了するまで待機してから、パワー半導体スイッチＴ１～Ｔ６がそれぞれの次の構成に移行されるように制御される場合に有利である。これは、特に、構成Ｋ－３、Ｋ－５およびＫ－９において、中間点３、５で電位の値を確実に定義するために有利である。

【0053】

図１２は、本発明に係るインバータ９を示している。このインバータは、まず第一に、本発明に係るブリッジ回路１を有する。分割ＤＣリンク回路１２は、インバータ９の第１の入力接続部１０に接続されているブリッジ回路１の第１のＤＣ電圧接続部２と、インバータ９の第２の入力接続部１１に接続されているブリッジ回路１の第２のＤＣ電圧接続部６との間に配置されている。ブリッジ回路１の中性接続部７は、分割ＤＣリンク回路１２の中心点１３に接続されている。ブリッジ回路１のＡＣ接続部４は、インダクタ１４を介してインバータ９の第１の出力接続部１６に接続されている。コンデンサ１５は、第１の出力接続部１６とブリッジ回路１の中性接続部７に接続されたインバータ９の第２の出力接続部１７との間に配置されている。コンデンサ１５とインダクタ１４は共にインバータ９のラインフィルタ１８を形成する。 。

【0054】

図１２に示すインバータ９では、いわゆる中性電位Ｎがブリッジ回路１の中性接続部７に存在し、対照的に、正の電位ＤＣ＋がブリッジの第１のＤＣ電圧接続部２に存在し、負の電位ＤＣ－がブリッジ回路１の第２のＤＣ電圧接続部６に存在する。

【0055】

本例では、図１２のインバータ９は、本発明に係る１つのブリッジ回路１を具える単相インバータとして具体化されている。しかしながら、単相インバータとして具体化された本発明に係るインバータはまた、オフセット方式で制御される本発明に係る２つのブリッジ回路１を有し、その第１のＤＣ電圧接続部２および第２のＤＣ電圧接続部６が接続されている。本発明に係るインバータはまた、三相インバータとして実施することができ、三相インバータは、オフセット方式で制御される本発明に係る少なくとも３つのブリッジ回路１を有し、その第１のＤＣ電圧接続部２および第２のＤＣ電圧接続部６が接続されている。

【0056】

本発明は、明示的に示された実施形態に限定されず、むしろ様々な方法で修正することができ、特に、当業者に示されるかまたは知られている他の実施形態と組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0057】

１ ブリッジ回路
２ ＤＣ電圧接続部
３ 中間点
４ AC接続部
５ 中間点
６ ＤＣ電圧接続部
７ 中性接続部
８ 制御ユニット
９ インバータ
１０ 入力接続部
１１ 入力接続部
１２ ＤＣリンク回路
１３ 中心点
１４ インダクタ
１５ コンデンサ
１６ 出力接続部
１７ 出力接続部
１８ ラインフィルタ

Ｔ１ パワー半導体スイッチ
Ｔ２ パワー半導体スイッチ
Ｔ３ パワー半導体スイッチ
Ｔ４ パワー半導体スイッチ
Ｔ５ パワー半導体スイッチ
Ｔ６ パワー半導体スイッチ

Ｄ１ ダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｄ３ ダイオード
Ｄ４ ダイオード
Ｄ５ ダイオード
Ｄ６ ダイオード

Ｇ１ 制御信号
Ｇ２ 制御信号
Ｇ３ 制御信号
Ｇ４ 制御信号
Ｇ５ 制御信号
Ｇ６ 制御信号

Ｋ－Ａ 構成
Ｋ－Ｂ 構成
Ｋ－Ｃ 構成
Ｋ－Ｄ 構成

Ｋ－１ 構成
Ｋ－２ 構成
Ｋ－３ 構成
Ｋ－４ 構成
Ｋ－５ 構成
Ｋ－６ 構成
Ｋ－７ 構成
Ｋ－８ 構成
Ｋ－９ 構成
Ｋ－１０ 構成
Ｋ－１１ 構成

Ｋ－Ｏ 構成

ＤＣ＋ 電位
ＤＣ－ 電位
Ｎ 電位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】