技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在閥廳中使用來將交流電（AC）轉(zhuǎn)換成直流電（DC）并且反之亦然的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器和功率電子構(gòu)建塊。功率電子構(gòu)建塊每個(gè)包括至少兩個(gè)子單元，其配置成并聯(lián)連接。每個(gè)子單元在功率電子構(gòu)建塊中安裝之前可以調(diào)整為全橋配置的子單元或半橋配置的子單元。在安裝之前，子單元作為可以在現(xiàn)場(chǎng)制造和安裝模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器期間配置的模塊化部件而出現(xiàn)。

這樣的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器和功率電子構(gòu)建塊（其可以通過使用至少兩個(gè)半或全橋可配置子單元而構(gòu)建）提供高度靈活性并且在功率電子構(gòu)建塊內(nèi)允許有非常緊湊的部件布置。

根據(jù)上文的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器可在各種情形中使用，其中將高壓直流電轉(zhuǎn)換成交流電并且反之亦然是必要的。模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器還可用于將直流電壓轉(zhuǎn)換成三相交流電壓或反之亦然。另外，模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器還可在背對(duì)背站中使用，其中AC電壓首先被變換成DC電壓并且然后再次變換回AC電壓。

背景技術(shù)：

模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器通常具有類似立方體的設(shè)計(jì)并且包括采用半橋配置的單元。為了提供半橋單元，單元需要相應(yīng)地在設(shè)計(jì)期間并且然后在制造期間配置。

WO 2009/115124說明電壓源轉(zhuǎn)換器，其包括連接到轉(zhuǎn)換器的直流電壓側(cè)的極性相反的三個(gè)相腳。每個(gè)相腳包括開關(guān)元件的串聯(lián)連接。這些開關(guān)元件包括兩個(gè)端子、與二極管并聯(lián)連接的兩個(gè)半導(dǎo)體器件（在該情況下是IGBT（絕緣柵雙極晶體管））和與串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件以及二極管并聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)電容器。一個(gè)端子連接到兩個(gè)半導(dǎo)體器件之間的中點(diǎn)以及兩個(gè)二極管之間的中點(diǎn)。另一個(gè)端子連接到能量存儲(chǔ)電容器。半導(dǎo)體元件因此具有兩個(gè)開關(guān)態(tài)，即第一開關(guān)態(tài)，其中輸出電壓是跨電容器的電壓（U_c）；和第二開關(guān)態(tài)，其中輸出電壓是零。

根據(jù)WO 2009/115124的開關(guān)元件從而是半橋配置的。未示出開關(guān)元件的全橋配置，開關(guān)元件的示出實(shí)施例實(shí)現(xiàn)或提供全橋開關(guān)元件也是不可能的。這導(dǎo)致在涉及到建立電壓源轉(zhuǎn)換器時(shí)靈活性和緊湊性方面的某些限制。

另外，具有類似立方體設(shè)計(jì)的相腳的其他已知電壓轉(zhuǎn)換器或多級(jí)轉(zhuǎn)換器可導(dǎo)致在尖角周圍比較高的電場(chǎng)、由于不同母線或?qū)w長(zhǎng)度引起的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元內(nèi)子模塊之間的信號(hào)延遲、高雜散電感和難以平衡電流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上文，本發(fā)明的目標(biāo)是提供多級(jí)轉(zhuǎn)換器和功率電子構(gòu)建塊，其提供高靈活性并且比較易于操作。

有利地，本發(fā)明可提供功率電子構(gòu)建塊，其是緊湊且通用的。

在下面，術(shù)語功率電子構(gòu)建塊和模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元采用描述相同部分的可互換方式使用。

目標(biāo)通過多級(jí)轉(zhuǎn)換器解決，該多級(jí)轉(zhuǎn)換器包括根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的至少兩個(gè)模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元或構(gòu)造功率電子構(gòu)建塊。

用于多級(jí)轉(zhuǎn)換器的功率電子構(gòu)建塊可包括半橋模塊，其具有電容器單元和至少兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)、配置成控制該半導(dǎo)體開關(guān)的柵單元、電導(dǎo)體、至少第一和第二端子部分和子單元。子單元可包括在它們的DC鏈路處并聯(lián)連接的至少兩個(gè)半橋模塊，并且其中電導(dǎo)體和兩個(gè)端子部分可配置成采用至少兩個(gè)不同方式連接到子單元以便對(duì)功率電子構(gòu)建塊提供半橋配置的子單元或全橋配置的子單元。

為了構(gòu)建和配置功率電子構(gòu)建塊，因此提供有電導(dǎo)體以及第一和第二端子部分。通過使電導(dǎo)體以及第一和第二端子部分在不同位置連接到子單元，子單元?jiǎng)t可以配置成形成全橋或半橋子單元。包括電導(dǎo)體以及第一和第二端子部分和潛在地額外的小的標(biāo)準(zhǔn)部件（例如連接器）的子單元從而可形成構(gòu)建集或構(gòu)建塊，其在構(gòu)建或組裝多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元以及從而模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器時(shí)允許有大量靈活性。

子單元可配置成安裝在底座上以便形成功率電子構(gòu)建塊。該底座可具有圓形形狀。

在實(shí)施例中，功率電子構(gòu)建塊可包括并聯(lián)連接的至少兩個(gè)子單元，其中這些子單元關(guān)于彼此對(duì)稱布置。

在另一個(gè)實(shí)施例中，模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元可包括并聯(lián)連接的多個(gè)子單元，其中這些子單元關(guān)于彼此呈圓形對(duì)稱布置。

在配置為全橋或半橋子單元后，子單元可彼此電互連，優(yōu)選地通過DC鏈路以及第一和第二端子而并聯(lián)。

對(duì)稱布置和圓形對(duì)稱布置（優(yōu)選地在一個(gè)平面中）具有減少電場(chǎng)峰和使子單元之間的信號(hào)延遲減少的優(yōu)勢(shì)。

圓形對(duì)稱布置具有在電容器與半導(dǎo)體開關(guān)之間相對(duì)低的雜散電感、減少的電場(chǎng)峰（沒有尖角）和低信號(hào)延遲的優(yōu)勢(shì)。低雜散電感可提高部件可靠性。減少的電場(chǎng)強(qiáng)度可進(jìn)一步導(dǎo)致優(yōu)化的電暈屏蔽和優(yōu)化的絕緣設(shè)計(jì)。

在實(shí)施例中，柵單元可包括柵極驅(qū)動(dòng)器，這些柵極驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)可被指派來控制半導(dǎo)體開關(guān)。

在為模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元設(shè)計(jì)圓形布局時(shí)，柵單元在一個(gè)實(shí)施例中可布置在圓的中心以便實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)。

柵極驅(qū)動(dòng)器可與子單元分離。柵極驅(qū)動(dòng)器可采用一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)不同子單元的若干并聯(lián)半導(dǎo)體開關(guān)這一方式設(shè)計(jì)和安裝。

備選地，柵極驅(qū)動(dòng)器可直接在子單元中集成，每個(gè)被指派來控制半導(dǎo)體開關(guān)。

在實(shí)施例中，電導(dǎo)體可包括機(jī)械中斷器，其可以在多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元中安裝子單元之前閉合或斷開以便提供半橋或全橋配置的子單元。

當(dāng)機(jī)械中斷器處于斷開位置時(shí)，子單元是全橋配置的子單元。

另一方面，當(dāng)機(jī)械中斷器處于閉合位置時(shí)，子單元是半橋配置的子單元。

備選地，當(dāng)子單元配置為全橋子單元時(shí)，去除電導(dǎo)體可是可能的。

在優(yōu)選實(shí)施例中，電導(dǎo)體在一個(gè)半橋模塊的兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)之間的第一中點(diǎn)處與第一端并且在另一半橋模塊的兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)之間的第二中點(diǎn)處與第二端連接。

然后通過使第一和第二端子部分在子單元的合適位置處連接并且通過閉合或斷開機(jī)械中斷器，可以容易將子單元配置為半橋子單元或全橋子單元。

在另外的實(shí)施例中，第一端子部分可固定連接到第一或第二中點(diǎn)并且第二端子部分可配置成在各種位置固定到子單元。

第二端子部分可在電容器單元與半導(dǎo)體開關(guān)中的一個(gè)之間連接到子單元，來提供半橋配置的子單元。第二端子部分可以位于DC+側(cè)或DC-側(cè)。

備選地，第二端子部分可連接到兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)之間的中點(diǎn)，其與其中布置第一端子部分以便提供全橋配置的子單元的中點(diǎn)相對(duì)。

在另外的實(shí)施例中，多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元可包括第一和第二導(dǎo)體橋，其配置成使對(duì)應(yīng)電容器單元的每側(cè)之間的兩個(gè)半橋模塊互連，使得這兩個(gè)半橋模塊通過第一和第二導(dǎo)體橋而并聯(lián)連接。

導(dǎo)體橋可優(yōu)選地采用子單元的兩個(gè)配置安裝：子單元的全橋和半橋配置。

導(dǎo)體橋可形成子單元或構(gòu)建塊的部分。

除上文外，第一和第二端子部分的連接位置可變化，用于在子單元中提供半橋或全橋電路的任何其他適合的連接落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

子單元可包括在正確位置處的連接插座，使得電導(dǎo)體、第一和第二端子部分以及導(dǎo)體橋可容易連接到標(biāo)準(zhǔn)子單元，例如經(jīng)由相應(yīng)插頭。

半導(dǎo)體開關(guān)每個(gè)可包括二極管，其與半導(dǎo)體開關(guān)反并聯(lián)布置或連接。

半導(dǎo)體開關(guān)可以是IGBT、雙模式絕緣柵晶體管（BIGT）、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFETT）、門極可關(guān)斷晶閘管或IGCT。半導(dǎo)體開關(guān)可以是基于硅的或基于碳化硅的。

每個(gè)子單元可包括電暈屏蔽元件。備選地，轉(zhuǎn)換器單元作為整體可包括電暈屏蔽元件。

電暈屏蔽從而可形成子單元和構(gòu)建塊的部分。備選地，電暈屏蔽可在組裝的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元周圍形成。

然而，使電暈屏蔽元件在子單元中集成導(dǎo)致較少部件并且從而在模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器的組裝期間導(dǎo)致較少的復(fù)雜性。

每個(gè)多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元可根據(jù)特定設(shè)計(jì)建立為具有半橋子單元的基于半橋單元的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元或具有全橋子單元的基于全橋單元的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元。還可設(shè)想提供混合拓?fù)?，由此多?jí)轉(zhuǎn)換器可包括串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的全橋和半橋配置的子單元的混合。

典型地，模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元可包括兩至六個(gè)子單元。然而可設(shè)想任何其他數(shù)量并且其落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元可在模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器中采用。

模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器可包括多個(gè)多級(jí)轉(zhuǎn)換器臂，例如六個(gè)，并且每個(gè)多級(jí)轉(zhuǎn)換器臂可包括串聯(lián)連接的多個(gè)多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元。每個(gè)多級(jí)轉(zhuǎn)換器臂可包括半橋配置的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元和全橋配置的模塊化轉(zhuǎn)換器單元。備選地，每個(gè)多級(jí)轉(zhuǎn)換器臂可僅包括半橋或僅全橋配置的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元或其混合。

一般，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語要根據(jù)它們?cè)诩夹g(shù)領(lǐng)域中的普通含義來解釋，除非在本文另外明確定義。對(duì)“一個(gè)/該元件、部件、部分、布置、單元等”的所有引用要公開地解釋為指元件、裝置、部件、部分、布置、單元等中的至少一個(gè)實(shí)例，除非另外明確規(guī)定。本文公開的任何方法的步驟不必按所公開的確切順序執(zhí)行，除非明確規(guī)定。

附圖說明

現(xiàn)在通過示例的方式參考附圖描述本發(fā)明，其中：

圖1示意圖示配置成在子單元中使用的半橋模塊，該子單元可在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元中使用；

圖2示意圖示配置成在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元中使用的子單元；

圖3示意圖示準(zhǔn)備安裝在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元中的半橋子單元；

圖4示意圖示準(zhǔn)備安裝在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元中的全橋配置的子單元；

圖5a示意圖示關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元的實(shí)施例的自上而下視圖；

圖5b示意圖示關(guān)于根據(jù)圖5a的實(shí)施例、沿圖5a的線V-V切割的橫截面的側(cè)視圖；

圖6a示意圖示關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元的另一個(gè)實(shí)施例的從上而下視圖；

圖6b示意圖示關(guān)于根據(jù)圖6a的實(shí)施例、沿圖6a的線VI-VI切割的橫截面的側(cè)視圖；

圖7a示意圖示關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元的另一個(gè)實(shí)施例的自上而下視圖；

圖7b示意圖示關(guān)于根據(jù)圖7a的實(shí)施例、沿圖7a的線VII-VII切割的橫截面的側(cè)視圖；

圖8a示意圖示關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元的另外的實(shí)施例的自上而下視圖；以及

圖8b示意圖示關(guān)于根據(jù)圖8a的實(shí)施例、沿圖8a的線VIII-VIII切割的橫截面的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明現(xiàn)在將在下文參考附圖（其中示出本發(fā)明的某些實(shí)施例）更充分地描述。然而，本發(fā)明可以許多不同形式體現(xiàn)并且不應(yīng)解釋為局限于本文闡述的實(shí)施例；相反，這些實(shí)施例通過示例的方式提供使得本公開將是徹底和完整的，并將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。類似的數(shù)字在整個(gè)描述中指類似的元件。

在下面，術(shù)語功率電子構(gòu)建塊和模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元采用描述相同部件的可互換方式使用。

圖1至8b分別圖示功率電子構(gòu)建塊4a、4b、4c、4d和它的部件。多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d配置成在模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器（未示出）的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器臂（未示出）中使用。多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d可包括至少兩個(gè)子單元5a、5b、5a’、5b’、柵單元12和用于安裝子單元5a、5b、5a’、5b’的底座16。底座16可是可選的；然而，某種支架或底座結(jié)構(gòu)對(duì)于安裝子單元5a、5b、5a’、5b’可是有用的。多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d可進(jìn)一步包括密封罩17，其配置成密封模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d的部件以與外部影響分離。

在功率電子構(gòu)建塊或模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d的實(shí)施例中（如在圖5a至6b以及8a和8b中圖示的），多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4d包括六個(gè)子單元5a、5b。在如在圖7a和7b中圖示的實(shí)施例中，多級(jí)模塊化轉(zhuǎn)換器單元4c包括兩個(gè)子單元5a、5b、5a’、5b’。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3和4，每個(gè)子單元5a、5b包括兩個(gè)半橋模塊6、6’、兩個(gè)導(dǎo)體橋36a、36b和導(dǎo)體布置28、28’。

半橋模塊6包括具有一個(gè)或多個(gè)電容器22的電容器單元8和具有至少兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)24、24’和兩個(gè)二極管30、30’的半導(dǎo)體單元10，如在圖1中得到最好說明。半導(dǎo)體開關(guān)24、24’中的每個(gè)與兩個(gè)二極管30、30’中的一個(gè)反并聯(lián)連接。一對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)24和二極管30與另一對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)24’和二極管30’串聯(lián)連接。這兩對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)24、24’和二極管30、30’與電容器單元8串聯(lián)連接。

在圖2至4中，半導(dǎo)體單元10、10’示出為包括兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)24、24’、24’’、24’’’，然而半導(dǎo)體單元10、10’包括超過僅僅兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)24、24’、24’’、24’’’（ 例如四個(gè)、六個(gè)或八個(gè)等），這是可能的。

導(dǎo)體布置28可包括第一和第二端子部分33a、33b和電導(dǎo)體32，其可選地包括如在圖3中圖示的機(jī)械中斷器37。

備選地，導(dǎo)體布置28’可僅包括至少兩個(gè)端子部分33a、33b，如在圖4中圖示的。

圖1中圖示的半橋模塊6可以配置成在第一和第二端子部分33a、33b、33b’連接時(shí)提供+U_c或零的輸出電壓。

為了提供半橋模塊6，第一和第二端子部分33a中的一個(gè)可在位置B處連接，該位置B對(duì)應(yīng)于兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)24、24’之間的中點(diǎn)，并且第一和第二端子部分33b、33b’中的另一個(gè)可在電容器單元8的負(fù)側(cè)上、電容器單元8或電容器22與第一半導(dǎo)體開關(guān)24之間、位置C處或電容器單元8或電容器22和第二半導(dǎo)體開關(guān)24’的正側(cè)上、位置A處連接，圖示為虛線第二端子部分32’。位置A、B和C（和A’、B’、C’）在圖1至4中圖示。

為了提供基本子單元5，如在圖2中圖示的，其可以配置為半橋子單元5a（對(duì)照?qǐng)D3）或全橋子單元（對(duì)照?qǐng)D4），兩個(gè)半橋模塊6、6’ 例如與一個(gè)半橋模塊6的電容器單元8（其鄰近另一個(gè)半橋模塊6’的電容器單元8’）背對(duì)背并聯(lián)連接在一起。第一導(dǎo)體橋36a可在電容器單元8、8’的負(fù)側(cè)上在半橋模塊6上的電容器單元8、8’和半導(dǎo)體開關(guān)24之間與一端連接，并且在另一個(gè)半橋模塊6’的電容器單元8’和半導(dǎo)體開關(guān)24’’之間與另一端連接。第二導(dǎo)體橋36b可在電容器單元8、8’的正側(cè)上在半橋模塊6上的電容器單元8和半導(dǎo)體開關(guān)24’之間與一端連接，并且在另一個(gè)半橋模塊6’的電容器單元8’和半導(dǎo)體開關(guān)24’’’之間與另一端連接。

基本子單元5（如在圖2中示出的）可包括具有機(jī)械中斷器37的電導(dǎo)體32和可選地第一或第二端子部分（未示出），其固定連接到兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)10、10’之間的中點(diǎn)中的一個(gè)。然而，提供基本子單元5，其沒有第一和第二端子部分并且僅具有帶機(jī)械中斷器37的電導(dǎo)體32，這是可能的。在電導(dǎo)體32不包括中斷器37（未在圖中示出）的情況下，電導(dǎo)體32可未形成基本子單元5的部分并且它可作為獨(dú)立部件連同第一和第二端子部分33a、33b一起被交付，使得基本子單元5可以在多級(jí)轉(zhuǎn)換器組裝期間配置為半橋或全橋子單元。

通過在位置A’和B’（圖3）處或在兩個(gè)中點(diǎn)B、B’（圖4）處連接第一和第二端子部分33a、33b并且通過閉合或斷開機(jī)械中斷器37，基本子單元5現(xiàn)在可作為半橋配置的子單元5a（如在圖3中示出的）或全橋配置的子單元5b（如在圖4中示出的）而被采用。

半橋或全橋配置的子單元5a、5b、5a’、5b’從而提供構(gòu)造緊湊且通用功率電子構(gòu)建塊4a、4b、4c、4d并且從而構(gòu)造具有一些部件（例如基本子單元5、第一和第二端子部分33a、33b和電導(dǎo)體32）的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器的模塊性和靈活性。

使用子單元5a、5b、5a’、5b’作為模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)促進(jìn)替換零件的組裝、維護(hù)以及替換零件管理的存儲(chǔ)并且在建立和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器自身期間提高靈活性。

如上文提到的，基本子單元5可包括兩個(gè)半橋模塊6、6’、具有機(jī)械中斷器37的電導(dǎo)體32、第一和第二導(dǎo)體橋36a、36b和固定連接到兩個(gè)中點(diǎn)（B、B’）中的一個(gè)的第一端子部分33a。第二端子部分33b然后可相應(yīng)地連接到基本子單元以通過在自由中點(diǎn)B處連接它來提供全橋子單元5b或通過閉合機(jī)械中斷器37和通過在位置A’處連接第二端子部分32b而提供半橋子單元5a，如分別在圖3和4中示出的。

提供第二端子部分（未示出）中的兩個(gè)或以上，由此這樣的第二端子部分可包括中斷器（未示出）并且在上文論述的位置A、A’、B、B’和/或C、C’處固定安裝，這可是可能的。為了提供全橋5b或半橋子單元5a，第二端子部分的中斷器然后將需要通過斷開或閉合中斷器而相應(yīng)地調(diào)整使得一個(gè)第二端子部分的僅一個(gè)中斷器閉合。

如在圖2中圖示的基本子單元5可以通過閉合或斷開機(jī)械中斷器37并且通過相應(yīng)地連接第一和第二端子部分33a、33b而配置為半橋單元或全橋子單元5a、5b、5a’、5b’，如在圖3和4中示出的。

在圖4中，去除電導(dǎo)體32；備選地，機(jī)械中斷器37可恰好端斷開（對(duì)照?qǐng)D2）。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，電導(dǎo)體32在一個(gè)半橋單元模塊6的半導(dǎo)體開關(guān)24、24’和二極管30、30’對(duì)與另一個(gè)半橋模塊6’的半導(dǎo)體開關(guān)24’’、24’’’和二極管30’’、30’’’對(duì)之間連接。電導(dǎo)體32未與電導(dǎo)體接合或電連接，這些電導(dǎo)體分別使電容器單元8、8’與半導(dǎo)體單元10、10’和第一和第二導(dǎo)體橋36a、36b連接。電導(dǎo)體32在一個(gè)半橋模塊6的中點(diǎn)B處和另一個(gè)半橋模塊6’的中點(diǎn)B’處電連接到半橋模塊6、6’。第一端子部分33a在中點(diǎn)B’處或備選地在另一個(gè)中點(diǎn)（B）處、從而在一個(gè)半橋模塊6的半導(dǎo)體開關(guān)24、24’和二極管30、30’對(duì)之間或在另一個(gè)半橋模塊6’的半導(dǎo)體開關(guān)24’’、24’’’和二極管30’’、30’’’對(duì)之間連接到一個(gè)半橋模塊。第二端子部分33b在兩個(gè)半橋模塊6、6’中的任一個(gè)的電容器單元8、8’與半導(dǎo)體單元10、10’之間連接。

根據(jù)每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)24、24’、24’’、24’’’的開關(guān)態(tài)，根據(jù)圖3的半橋配置的子單元5a現(xiàn)在可以提供+U_c或零作為輸出電壓。

現(xiàn)在參考圖4，其圖示全橋配置的子單元5b，機(jī)械中斷器（未示出）斷開，或備選地，如在圖4中示出的，電導(dǎo)體32可完全被去除并且第二端子部分33b在中點(diǎn)（B）處、在一個(gè)半橋模塊6的半導(dǎo)體開關(guān)24、24’和二極管30、30’對(duì)之間連接。因?yàn)樵谠撆渲弥胁恍枰妼?dǎo)體32，導(dǎo)體布置28’包括第一和第二端子部分33a、33b的大部分。如之前提到的，可能輸出電壓在該情況下可以是+U_c、零或-U_c，其取決于半導(dǎo)體開關(guān)10、10’的開關(guān)態(tài)。

第一和第二端子部分33a、33b、電導(dǎo)體32以及第一和第二導(dǎo)體橋36a、36b可經(jīng)由插頭/插座連接（未示出）而連接，它們?cè)诤笳呱媳环謩e預(yù)先安裝到布置在（標(biāo)準(zhǔn)）子單元5、5a、5b和半橋模塊6、6’上的預(yù)先安裝插座/插頭連接（未示出）。

可進(jìn)一步設(shè)想例如基本子單元5上的插座在組裝第一和第二端子部分之前被密封使得工作人員可以根據(jù)模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器的藍(lán)圖僅配置每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或基本子單元5。

在下面，在使用術(shù)語子單元5a、5b時(shí)，如果未另外闡明的話，意指半橋配置的子單元5a、全橋配置的子單元5b。

現(xiàn)在參考圖5a至8b，其示出根據(jù)本發(fā)明的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d的不同實(shí)施例的示范性布置和配置，圖5a圖示關(guān)于圓形多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a（其包括六個(gè)半橋或全橋配置的子單元5a、5b（或其混合））的自上而下視圖。子單元5a、5b在柵單元12周圍呈圓形對(duì)稱布置，該柵單元12在底座16上安置在中心。柵單元12可包括柵極驅(qū)動(dòng)器26，柵極驅(qū)動(dòng)器中的每個(gè)被指派給半導(dǎo)體開關(guān)24、24’、24’’、24’’’（未在圖5a和5b中圖示）。半橋或全橋配置的子單元5a、5b的部分由虛線指示，其包括柵單元12、電容器8和半導(dǎo)體單元10的一部分。在圖5a中進(jìn)一步示出旁路部分14，其可在需要多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a的旁路的情況下使用。子單元5a、5b固定到底座16，例如經(jīng)由預(yù)先安裝的連接部分（未示出）和補(bǔ)充連接部分（未示出）。

圖5b圖示母線，其使模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a的部件互連并且其分別連接到之前和隨后的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元（未示出）。此外，如可以在圖5b中看到的，柵單元12可分成兩部分，例如用于提高冷卻。每個(gè)部分可包括多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器26。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6a和6b，其圖示根據(jù)本發(fā)明具有另一個(gè)設(shè)計(jì)或布局的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4b，由此子單元5a、5b（半橋或全橋配置或其混合）的電容器單元8布置在圓形多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4b的中心。柵單元12或在該情況下多個(gè)柵單元12、12’每個(gè)被指派給兩個(gè)子單元5a、5b，如由圍繞半導(dǎo)體單元12、電容器單元8和半導(dǎo)體單元10的一部分的虛線圖示的，由此每個(gè)子單元5a、5b的半導(dǎo)體單元10在圓形底座16外圍上或接近圓形底座16的外圍緊挨對(duì)應(yīng)柵單元12、12’布置。

同樣在該布局或設(shè)計(jì)中，部件（即，電容器單元8、半導(dǎo)體單元10和柵單元12、12’）采用圓形對(duì)稱設(shè)計(jì)來布置。

圖7a和7b圖示多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4c的另一個(gè)布局，其包括在矩形底盤上沿直線布置的兩個(gè)半橋或全橋配置的子單元5a、5b、5a’、5b’，一個(gè)子單元5a’、5b’在另一個(gè)子單元5a、5b之后。在圖7a和7b圖示的實(shí)施例中，子單元5a、5b、5a’、5b’一個(gè)接一個(gè)地布置，由此第一子單元5a、5b’的電容器單元8’緊挨半導(dǎo)體單元10’和柵單元12’布置，其后跟第二子單元5a、5b的電容器單元8和半導(dǎo)體以及柵單元10、12。

圖7b圖示兩個(gè)子單元5a、5b、5a’、5b’的母線連接，其包括可連接到之前或隨后的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元（未示出）的端子。關(guān)于圖7b中圖示的實(shí)施例，可設(shè)想提供布置成行的超過兩個(gè)子單元5a、5b、5a’、5b’。另外，子單元5a、5b、5a’、5b’的取向可改變使得第一子單元5a’、5b’的半導(dǎo)體和柵單元10’、12’面對(duì)第二子單元5a、5b的半導(dǎo)體單元和柵單元10、12。子單元5a、5b、5a’、5b’從而可采用鏡像方式布置，其中電容器單元8、8’面對(duì)多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4c的外側(cè)布置。

圖8a和8b再一次圖示多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4d的圓形對(duì)稱設(shè)計(jì)。柵單元12布置在圓形多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4d的中間或中心并且半導(dǎo)體單元10和電容器單元8在柵單元12周圍的外圍上呈圓形對(duì)稱布置。底座16再次選為圓形。具有其柵極驅(qū)動(dòng)器26的柵單元12可分成彼此略微間隔開的兩個(gè)部分，例如以用于更好地冷卻。再次，半橋或全橋配置的子單元5a、5b的部件（即，柵單元12、12’、電容器單元8、8’和半導(dǎo)體單元10、10’）被虛線所圍繞。

圖5a至8b中圖示的所有實(shí)施例可包括旁路部分14，用于在不需要多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d時(shí)繞過它。

另外，如在圖中圖示的多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d中的每個(gè)可被密封罩17密封，該密封罩17可連接到底座16。底座16可備選地在密封罩17中集成，如在圖5b、6b、7b和8b中圖示的。

子單元5a、5b、5a’、5b’的圖示實(shí)施例和模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d的布局或設(shè)計(jì)提供緊湊且魯棒設(shè)計(jì)。模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d的圓形布局的半徑可小至600mm。模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d的高度可小至250mm。

如在圖7a和7b中圖示的，模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4c的矩形實(shí)施例可具有300mm×1300mm的寬度和長(zhǎng)度以及800mm的高度。

盡管在上文給出模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d的尺寸的指示，它落在本發(fā)明的范圍內(nèi)以提供具有其他尺寸的模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d或子單元5a、5b、5a’、5b’。

在圖和詳細(xì)描述中，柵單元12和柵極驅(qū)動(dòng)器26示出為未在子單元5a、5b、5a’、5b’或基本子單元5中集成。然而，可選地，柵極驅(qū)動(dòng)器和從而柵單元的部分可分別在子單元5a、5b、5a’、5b’和基本子單元5中集成。

此外，多級(jí)轉(zhuǎn)換器可包括冷卻系統(tǒng)（未示出），由此子單元5a、5b、5a’、5b’和基本子單元5分別提供有配置成連接到冷卻系統(tǒng)的元件（未示出）。冷卻系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)的部分從而可分別在模塊化多級(jí)轉(zhuǎn)換器和多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d的構(gòu)建裝備或模塊化設(shè)計(jì)中集成。

子單元5、5a、5b、5a’、5b’可進(jìn)一步包括電暈屏蔽元件（未示出）使得多級(jí)轉(zhuǎn)換器單元4a、4b、4c、4d不需要在組裝期間或組裝后另外屏蔽。電暈屏蔽元件可優(yōu)選地接近或鄰近電容器單元8布置。

圖示圖2-4中的（基本）子單元5、5a、5b，其包括兩個(gè)電容器單元8、8’，然而可設(shè)想使這兩個(gè)電容器單元8、8’合并為一個(gè)電容器單元并且從而作為一個(gè)能量存儲(chǔ)電容器并且這落入在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

本發(fā)明在上文主要參考一些實(shí)施例描述。然而，如容易被本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員意識(shí)到的，除上文公開的那些之外的其他實(shí)施例在本發(fā)明的范圍內(nèi)同樣是可能的，如由附上的專利權(quán)利要求限定的。