本實(shí)用新型涉及用于轉(zhuǎn)換電能，特別是用于高速和/或變速電機(jī)的轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

固態(tài)轉(zhuǎn)換器是能夠?qū)⒁环N電信號(hào)轉(zhuǎn)換為另一種具有不同特性的電信號(hào)的系統(tǒng)。例如，一種轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒁唤涣麟妷恨D(zhuǎn)換為另一具有不同頻率和/或幅值的交流電壓，這種轉(zhuǎn)換器因此被稱作交流/交流或AC/AC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)另一實(shí)例，一種轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒁唤涣麟妷恨D(zhuǎn)換為一直流電壓，這種轉(zhuǎn)換器因此被稱作交流/ 直流或AC/DC轉(zhuǎn)換器。對(duì)于相反的直流/交流轉(zhuǎn)換，應(yīng)用術(shù)語DC/AC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)最后一個(gè)實(shí)例，一種轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒁恢绷麟妷恨D(zhuǎn)換為不同電壓的直流電壓，其因此被稱作DC/DC轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器可以是可逆的或者不可逆的。通常，通過可控開關(guān)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

為了驅(qū)動(dòng)電機(jī)，特別是具有永磁體的電機(jī)，從(多個(gè))電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(例如電池)將直流電能轉(zhuǎn)換為三相交流電能是必要的。這種轉(zhuǎn)換可以通過DC/AC 轉(zhuǎn)換器來完成。這種轉(zhuǎn)換器必須提供相對(duì)于彼此電氣相移120^。度的三個(gè)正弦波電壓，其幅值直接取決于轉(zhuǎn)矩需求(但也取決于旋轉(zhuǎn)速度)，并且其頻率唯一地取決于連接到轉(zhuǎn)換器的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

按慣例，DC/AC轉(zhuǎn)換器包括三個(gè)開關(guān)臂。每個(gè)開關(guān)臂包括兩個(gè)可控開關(guān)和兩個(gè)并聯(lián)到可控開關(guān)的二極管。根據(jù)負(fù)載電流指令，一個(gè)臂可由幾個(gè)并聯(lián)的“輔助臂”構(gòu)成。電機(jī)的相被連接到每個(gè)臂的中點(diǎn)。通過在斬波周期驅(qū)動(dòng)開關(guān)打開和閉合每個(gè)臂被獨(dú)立地控制，以便形成三相信號(hào)。

圖1示出了這樣一種傳統(tǒng)的DC/AC轉(zhuǎn)換器。來自電能存儲(chǔ)裝置的直流電壓被表示為Udc。三相電機(jī)M通過三個(gè)線圈來示意性地表示，其由電流Ia，Ib和 Ic來供電。轉(zhuǎn)換器包括三個(gè)開關(guān)臂A，B，C，每個(gè)開關(guān)臂A，B，C被連接到電機(jī)M的一相。每個(gè)開關(guān)臂包括兩個(gè)開關(guān)1和兩個(gè)二極管2。開關(guān)臂A，B，C 被并聯(lián)布置在電壓轉(zhuǎn)換器Udc的兩個(gè)直流輸入相之間。開關(guān)臂A，B，C的輸出相被連接到開關(guān)臂的中點(diǎn)(兩個(gè)開關(guān)之間)。

圖2表示傳統(tǒng)DC/AC轉(zhuǎn)換器(如上參照?qǐng)D1所述的)的開關(guān)的具有恒定占空比為50％的控制信號(hào)COM，在開關(guān)端子上的電壓Udc和電流Ic。對(duì)于控制信號(hào)COM，脈沖的低部分對(duì)應(yīng)開關(guān)被打開，以及脈沖的高部分對(duì)應(yīng)開關(guān)被閉合。這種開關(guān)情形被稱為硬開關(guān)或通/斷(《on/off》)開關(guān)。注意，對(duì)于轉(zhuǎn)換器的這種設(shè)計(jì)，會(huì)發(fā)生電壓Udc和電流Io的過沖。電流Io對(duì)應(yīng)于Ic的永久值，并且對(duì)應(yīng)于送入電機(jī)的電流。

因此，這種傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)如下：

開關(guān)損耗：這種設(shè)計(jì)表現(xiàn)出顯著的開關(guān)損耗，這使得其使用與高開關(guān)頻率不兼容，以及因此與在非常高的速度下使用的電機(jī)不兼容。

電流/電壓過沖：如圖2中所示，這種策略表現(xiàn)出開關(guān)切換瞬間的電壓和電流過沖。因此，這種類型的驅(qū)動(dòng)需要對(duì)轉(zhuǎn)換器(也稱逆變器)設(shè)計(jì)中的不同組件的電壓和電流留出裕度。這包括使用的組件的尺寸過大，(例如：對(duì)于300伏的DC母線電壓，使用具有600伏額定電壓的IGBT開關(guān))以及

顯著的電磁發(fā)射(EMC)。

通過從該“硬開關(guān)”策略的缺點(diǎn)(損耗，與高速電機(jī)的不兼容性)入手，開發(fā)出了所謂的軟開關(guān)設(shè)計(jì)。因此，為了限制開關(guān)上的電流和電壓的過沖，線圈和電容器被附加到前述電路上。線圈調(diào)節(jié)電流di/dt的變化(接通)，并且電容器調(diào)節(jié)電壓dv/dt的變化(關(guān)斷)。此外，為了確保電路的工作，并因此達(dá)到零能量平衡，電阻器被附加在使用的電源電壓和電容性電路之間的電路中。該電阻器能夠確保該電路的工作和降低在電容性電路的端子上的電壓。這種DC/AC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)在專利申請(qǐng)WO 11016854中被特別地描述。

圖3表示具有用于軟開關(guān)的電容器Cs，線圈Ls，電阻器R和電容器Cov 的開關(guān)臂(具有兩個(gè)開關(guān)1)的簡(jiǎn)化圖。該電路被稱作“緩沖電路(Undeland Snubber)”。電壓Udc對(duì)應(yīng)于直流電能存儲(chǔ)裝置端子上的電壓。線圈Ls被置于直流輸入相Udc和開關(guān)臂A之間。支路從線圈Ls和開關(guān)臂A之間的節(jié)點(diǎn)開始，該支路包括兩個(gè)二極管D，并且到達(dá)電阻器R和電容器Cov之間的節(jié)點(diǎn)。電阻器R的另一端被連接到轉(zhuǎn)換器的直流輸入相。電容器Cs的另一端被連接到開關(guān)臂A的交流輸出相。電容器Cov的另一端被連接到地。電容器Cs能夠調(diào)節(jié)在開關(guān)端子上的電壓變化。該電容器由于開關(guān)的軟開關(guān)存儲(chǔ)部分能量。能量的另一部分被存儲(chǔ)在較高電容值的電容器Cov中。接著，存儲(chǔ)在電容器中的能量通過電阻器被返還到使用的儲(chǔ)能系統(tǒng)(電池)中。線圈Ls能夠調(diào)節(jié)在開關(guān)端子上的電流變化。事實(shí)上，由線圈Ls引起的能量沒有完全儲(chǔ)存在電容器Cs中，因此需要一個(gè)比Cs更高值的第二電容器Cov。電阻器確保系統(tǒng)的工作，并能夠降低回電壓Vrec。

圖4以與圖2類似的方式表示在所謂的“軟”開關(guān)時(shí)的開關(guān)信號(hào)COM，開關(guān)的電壓Udc和電流Ic的變化。對(duì)于控制信號(hào)COM，脈沖的低部分對(duì)應(yīng)開關(guān)被打開，以及脈沖的高部分對(duì)應(yīng)開關(guān)被閉合。在這個(gè)圖中，可以注意到與所謂的“硬”開關(guān)相比電壓Udc和電流Ic的過沖被降低。

軟開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是：

更低的開關(guān)損耗，轉(zhuǎn)換器的這種設(shè)計(jì)與高開關(guān)頻率相兼容，因此，該設(shè)計(jì)可被用于驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)。

開關(guān)上的小電壓和電流過沖，從而不再需要組件的過大尺寸，以及

通過Ls和Cs的選取在轉(zhuǎn)換時(shí)開關(guān)端子上的電壓和電流變化被分別調(diào)節(jié)。

轉(zhuǎn)換器的這種設(shè)計(jì)需要不同電氣組件的特別布置，這使得它的裝配費(fèi)時(shí)長(zhǎng)而復(fù)雜。

為了減輕這些缺點(diǎn)，本實(shí)用新型涉及一種用于系統(tǒng)的功率模塊，系統(tǒng)用于將直流電功率轉(zhuǎn)換為三相電功率。根據(jù)本實(shí)用新型的該功率模塊包括兩個(gè)輸入，一個(gè)輸出，兩個(gè)開關(guān)，兩個(gè)二極管，以及兩個(gè)電容器。因此，用于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的該功率模塊可以是標(biāo)準(zhǔn)的，允許轉(zhuǎn)換系統(tǒng)被簡(jiǎn)單迅速地裝配。此外，根據(jù)本實(shí)用新型的該功率模塊適于軟開關(guān)，通過電容器的存在，這能夠最小化開關(guān)損耗，并且限制電壓和電流過沖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型涉及一種用于將直流電功率轉(zhuǎn)換為三相電功率的系統(tǒng)的功率模塊，所述功率模塊包括可被連接到所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流輸入的兩個(gè)輸入，被串聯(lián)置于所述輸入之間的兩個(gè)開關(guān)，以及布置在所述兩個(gè)電容器之間的第一輸出，所述第一輸出可被連接到所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的交流輸出相。所述功率模塊進(jìn)一步包括兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容器。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述兩個(gè)二極管被串聯(lián)布置，并被連接到所述模塊的第一輸入和所述模塊的第二輸出，所述第二輸出可被連接到所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的能量收集器模塊。

有利地，第一電壓調(diào)節(jié)電容器被連接在包含在所述二極管間的點(diǎn)和所述第一輸出之間。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第二電容器被連接在所述模塊的所述第二輸出和所述模塊的第二輸入之間。

優(yōu)選地，所述開關(guān)為MOSFET或IGBT型。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)特征，所述電壓調(diào)節(jié)電容器具有在4到15nF之間的電容值。

根據(jù)一個(gè)可能的設(shè)計(jì)，所述第二電容器具有在500到5000nF之間的電容值。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述模塊形成一個(gè)單元，該單元可被裝配在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電路板上。

有利地，所述單元包括固定裝置。

優(yōu)選地，所述固定裝置包括至少一個(gè)用于螺桿的通道的槽口。

此外，本實(shí)用新型涉及一種用于將直流電功率轉(zhuǎn)換為三相電功率的系統(tǒng)，包括三個(gè)開關(guān)臂。每個(gè)開關(guān)臂包括根據(jù)前述特征之一的功率模塊。

有利地，每個(gè)開關(guān)臂包括根據(jù)前述特征之一的兩個(gè)或三個(gè)功率模塊。

根據(jù)一個(gè)特征，所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一個(gè)能量收集器模塊和至少一個(gè)電流調(diào)節(jié)線圈。

此外，本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)電能存儲(chǔ)裝置和一個(gè)三相電機(jī)。該電機(jī)系統(tǒng)包括根據(jù)前述特征之一的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于將來自所述電能存儲(chǔ)裝置的直流電能轉(zhuǎn)換為用于所述電機(jī)的三相交流電能。

附圖說明

通過參考下文描述的附圖閱讀下面非限制性的示例性實(shí)施例的描述，根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

圖1如已經(jīng)描述地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)采用硬開關(guān)的一種傳統(tǒng)的DC/AC 轉(zhuǎn)換器。

圖2如已經(jīng)描述地示出了用于根據(jù)圖1的設(shè)計(jì)的DC/AC轉(zhuǎn)換器的一相的開關(guān)信號(hào)、電壓和電流。

圖3如已經(jīng)描述地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的采用軟開關(guān)的DC/AC轉(zhuǎn)換器。

圖4如已經(jīng)描述地示出了用于根據(jù)圖3的設(shè)計(jì)的DC/AC轉(zhuǎn)換器的一相的開關(guān)信號(hào)、電壓和電流。

圖5a示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于轉(zhuǎn)換器的電能收集器模塊的一個(gè)示例性的實(shí)施例。

圖5b示出了圖5a的電能收集器模塊的電阻性等效模型。

圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的功率模塊的電路圖。

圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的功率模塊的設(shè)計(jì)圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型涉及一種用于將直流電功率轉(zhuǎn)換為三相電功率的系統(tǒng)的功率模塊。該功率模塊用作轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的開關(guān)臂。該功率模塊包括：

-兩個(gè)輸入，其可被連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的DC輸入，第一輸入可被連接到正電壓，且第二輸入可被連接到接地，

-兩個(gè)開關(guān)，被串聯(lián)置于兩個(gè)輸入之間，所述開關(guān)可被控制，以便提供交流輸出電流，

-一個(gè)輸出，其可被連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的交流輸出相，該輸出被連接在兩個(gè)開關(guān)之間的點(diǎn)上。

-兩個(gè)二極管，允許電流在一個(gè)方向通過，以及

-兩個(gè)電容器，稱作電壓調(diào)節(jié)電容器(其允許用于軟開關(guān)的電壓變量的調(diào)節(jié))的第一電容器和第二電容器(其能夠存儲(chǔ)在電壓調(diào)節(jié)中引起的沒有存儲(chǔ)在第一電容器中的能量)。

這種功率模塊與寬電壓工作范圍兼容。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，該功率模塊僅僅包括這些電子元件：兩個(gè)開關(guān)，兩個(gè)二極管，以及兩個(gè)電容器。對(duì)于這個(gè)實(shí)施例，僅第二電容器可通過幾個(gè)電容器(例如兩個(gè)或三個(gè)電容器)的并聯(lián)關(guān)聯(lián)而被形成。

此外，該功率模塊可適于連接到電能收集器模塊。在這種情況下，該功率模塊可包括第二輸出，其可被連接到電能收集器模塊。這個(gè)第二輸出可被連接到二極管。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，該功率模塊的二極管被布置成串聯(lián)連接。這些二極管可被連接到該功率模塊的第一輸入。例如，連接到正電壓的輸入。在該功率模塊包括用于電能收集器模塊的第二輸出的這樣的情況下，二極管被連接到該第二輸出。

此外，該電壓調(diào)節(jié)電容器可被布置在位于兩個(gè)二極管和第一輸出之間的點(diǎn)之間。

此外，該第二電容器可被布置在該功率模塊的該第二輸出和該第二輸入之間，也即在二極管沒有布置在其上的該功率模塊的輸入上，例如該第二輸入可與接地相關(guān)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)特征，根據(jù)DC母線輸入電壓，開關(guān)可以是MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和/或IGBT(絕緣柵雙極晶體管)型開關(guān)。對(duì)于高電壓，可使用IGBT開關(guān)。對(duì)于低電壓，可使用MOSFET開關(guān)。

優(yōu)選地，開關(guān)可通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)方法來控制。這種調(diào)制方法的主要原理是在適當(dāng)選擇的持續(xù)期間通過施加連續(xù)的離散狀態(tài)(discrete states)，這可能能獲得在特定周期上的平均的任意中間值。

對(duì)于電壓變化的調(diào)節(jié)，第一電壓調(diào)節(jié)電容器可具有1到15nF之間的值，優(yōu)選地為2到10nF之間。

該第二電容器優(yōu)選地具有比該第一電容器更高的電容值。該第二電容器可具有500到5000nF之間的值，優(yōu)選地為600到2500nF之間。根據(jù)本實(shí)用新型的變形例，該第二電容器可由幾個(gè)并聯(lián)和/或串聯(lián)連接的電容器形成。有利地，為了限制體積，該第二電容器可由三個(gè)并聯(lián)連接的相同的(具有相同電容值) 電容器形成。

有利地，該功率模塊采取單元的形式，以便于其裝配、小型化和標(biāo)準(zhǔn)化。該單元可包括一個(gè)支架，一個(gè)包括印刷電路的板，以及該功率模塊的電子組件 (開關(guān)，二極管，電容器)。板可以是印刷電路的形式。電子組件安裝在板上。板安裝在支架上。該單元可被布置以便安裝在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的板上。該單元可具有基本為平行六面體的形式。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)變形例，該單元可包括幾個(gè)用于固定到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的板上的裝置。該固定裝置可特別地為至少一個(gè)用于螺桿的通道的槽口。該槽口可被提供在支架中和/或單元的板中。該槽口可為基本長(zhǎng)方形的形式。該固定裝置還可包括至少一個(gè)狹縫或凸起，以便允許通過卡扣配合(夾住)的固定或者允許該單元的定位。

該單元還可包括用于將幾個(gè)模塊固定在一起的固定裝置，以便能夠?qū)讉€(gè)模塊連接在一起，特別是在電流為高的情況下，這使得能夠在不采用具有高特殊性能且昂貴的組件的情況下生產(chǎn)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的開關(guān)臂。

根據(jù)本實(shí)用新型的該功率模塊不包括電能收集器裝置，或者用于調(diào)節(jié)電流變化的線圈，允許軟開關(guān)。

圖6以非限制性的方式示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的功率模塊的電路圖。該功率模塊包括兩個(gè)輸入E1和E2，其旨在連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流輸入。該輸入E1可對(duì)應(yīng)正電壓輸入，并且該輸入E2可對(duì)應(yīng)于接地。在兩個(gè)輸入E1 和E2之間，兩個(gè)可控開關(guān)1被串聯(lián)布置。在兩個(gè)開關(guān)1之間，輸出S被連接，該輸出S旨在被連接到該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸出相。兩個(gè)二極管D被串聯(lián)布置在輸入 E1和第二輸出Vrec之間，第二輸出Vrec可被連接到電能收集器模塊。旨在用于電壓調(diào)節(jié)的第一電容器Cs被連接在兩個(gè)二極管D和第一輸出S之間的點(diǎn)上。第二電容器Cov被連接在第二輸出Vrec和第二輸入E2之間。

圖7以非限制的方式示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的功率模塊。該模塊基本為單元7的形式。單元7包括印刷電路形式的板8，在其上安裝有各種電子組件。板8基本為矩形的形式。板8安裝在支架9上。支架9基本為長(zhǎng)方體的形式。板8和支架9包括多個(gè)固定裝置：提供用于螺桿的通道的槽口10，兩個(gè)狹縫11和12，用于通過卡扣配合來固定和/或用于單元的定位。電子組件(示意性地表示)被安裝在板8上與支架9相對(duì)的一側(cè)。在這些電子組件中，第二電容器Cov由三個(gè)并聯(lián)連接的電容器13形成。

此外，本實(shí)用新型涉及一種DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(轉(zhuǎn)換器)，其能夠?qū)⒅绷麟娔苻D(zhuǎn)換成三相交流電能。有利地，根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以是雙向的(可逆的)。因此，依靠根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，三相交流電能可被轉(zhuǎn)換為直流電能。

通常，根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括三個(gè)開關(guān)臂，直流輸入相，以及三個(gè)交流輸出相。每個(gè)開關(guān)臂包括一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的功率模塊。因此，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括至少三個(gè)功率模塊。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)開關(guān)臂可包括多個(gè)，優(yōu)選為二，三或四個(gè)并聯(lián)連接的功率模塊。功率模塊的這種連接能夠增加電流的特性，特別是電流的密度。例如，如果DC/AC轉(zhuǎn)換器需要300A Rms (均方根值)的電流，三個(gè)允許電流為100A Rms的功率模塊可被并聯(lián)連接。獨(dú)立的和標(biāo)準(zhǔn)化的功率模塊被用于形成開關(guān)臂的事實(shí)能夠簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換器的安裝和設(shè)計(jì)。

根據(jù)本實(shí)用新型，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)一步包括電壓和電流調(diào)節(jié)電路。該電壓和電流調(diào)節(jié)電路允許軟開關(guān)，這能夠限制開關(guān)損耗，限制開關(guān)上的電壓和電流過沖。調(diào)節(jié)電路包括用于調(diào)節(jié)電流變化的線圈，和用于調(diào)節(jié)電壓變化的每個(gè)功率模塊的第一和第二電容器。調(diào)節(jié)電路的電容器被包括在功率模塊中。第一電容器允許電壓變化的調(diào)節(jié)，并且第二電容器能夠存儲(chǔ)由線圈引起的并且沒有由第一電容器存儲(chǔ)的能量。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)一步包括電能收集器模塊。因此，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不包括任何電阻器，在現(xiàn)有技術(shù)中能量在其中被耗散。相反的，代替了電阻器的電能收集器模塊能夠通過收集在軟開關(guān)中可獲得的能量和通過將能量送入電能存儲(chǔ)裝置(例如電池)來收集可獲得的能量或者在所謂的軟開關(guān)中產(chǎn)生的能量，電能存儲(chǔ)裝置連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流相。因此，電能損耗被大大降低。電能收集器模塊被連接到開關(guān)臂和調(diào)節(jié)電路。

電能收集器模塊可包括至少一個(gè)電感器，至少一個(gè)二極管，至少一個(gè)電容器和至少一個(gè)開關(guān)。開關(guān)被控制以便允許能量的收集和將其傳輸?shù)诫娔艽鎯?chǔ)裝置。

根據(jù)本實(shí)用新型的變形例，電能收集器模塊可包括連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的三條支路，包括：

-包括開關(guān)的第一支路，

-包括二極管的第二支路，以及

-包括電感器的第三支路。

因此，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的印刷電路板可被特別地更改以使用軟開關(guān)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，其與高開關(guān)頻率兼容，同時(shí)由于被附加以確保調(diào)節(jié)電路的工作的無源電路而使得損耗最小化。

圖5a以非限制的方式示意性地示出了這樣的電能收集器模塊。該電能收集器模塊包括連接在節(jié)點(diǎn)P上的三條支路，包括：

-具有開關(guān)6的第一支路，

-包括二極管4(取決于在其端子上的電壓的電流iL在其中循環(huán)流動(dòng))的第二支路，以及

-包括電感器Lrec的第三支路。

在圖5a中，電容器5表示電能存儲(chǔ)裝置(電池)的電容值，并且其不是收集器模塊的組件。電容器5被置于電感器Lrec和接地之間。

此外，電容器3表示電容值Crec，且其是收集器模塊的組件。電容器3被置于開關(guān)和接地之間。

二極管4被置于三條支路和接地的節(jié)點(diǎn)之間。

通過驅(qū)動(dòng)開關(guān)(其占空比)，能夠驅(qū)動(dòng)在Vrec和Udc之間循環(huán)流動(dòng)的電流 iL(送入電池的電流)。

因此，考慮到由收集器模塊和電能存儲(chǔ)裝置的電容器形成的組狀件，由三個(gè)并聯(lián)支路形成的該組件被置于點(diǎn)P和接地之間，其包括：

-包括開關(guān)6和電容器3的第一支路，

-包括二極管4的第二支路，以及

-包括電感器Lrec和電能存儲(chǔ)裝置的電容5的第三支路。

當(dāng)開關(guān)被閉合，二極管處于阻斷模式，并且在線圈Lrec中循環(huán)流動(dòng)的電流 iL(圖5a中表示的)等于

當(dāng)開關(guān)被打開，二極管處于導(dǎo)通模式，并且在線圈Lrec中循環(huán)流動(dòng)的電流 iL(圖5a中表示的)等于

因此，通過驅(qū)動(dòng)開關(guān)打開和閉合的時(shí)間，能夠控制電流iL的平均值，并且具有與電阻性電路等效的作用。

圖5b以非限制的方式示出了圖5a中示出的電能收集器模塊的等效電路圖。因此，電能收集器模塊等效為等效電阻器Req，電流iL在其中循環(huán)流動(dòng)，但是沒有電能的耗散。

對(duì)這一變形例，電路中的平均電流可被表示為下面的形式：

其中：

-T為開關(guān)的開關(guān)周期，

-V_rec為收集電壓，

-U_dc為直流輸入相電壓，

-L_rec為收集器模塊的電感量，

-Req為等效電阻，

-Fsw表示開關(guān)的開關(guān)頻率。

優(yōu)選地，這種電能收集器模塊被布置在配置有調(diào)節(jié)電路的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，以至于電能收集器模塊被布置在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流輸入相與開關(guān)臂和調(diào)節(jié)電路的電容器之間的節(jié)點(diǎn)之間。對(duì)圖5a的實(shí)施例，電能收集器模塊可被這樣連接：

-收集器模塊的連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流輸入相(電壓U_dc)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于在電感L_rec和第二電容器5(該電容器是電池的電容量)之間的收集器模塊的第三支路的點(diǎn)，以及

-收集器模塊的連接到開關(guān)臂(電壓V_rec)和調(diào)節(jié)電路的電容器之間的節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于在開關(guān)6和第一電容器3之間的收集器模塊的第一支路的點(diǎn)。

根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能夠驅(qū)動(dòng)所有應(yīng)用種類的電機(jī)，特別是具有高逆變器(轉(zhuǎn)換器)效率的以非常高的速度旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。

根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換器可被提供用于嵌入式用途，特別是在車輛中，尤其是在陸地，航空或海軍中。

根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還可被用于非嵌入式電能產(chǎn)生系統(tǒng)，例如渦輪機(jī)，微型渦輪機(jī)或風(fēng)力渦輪機(jī)中。

此外，本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)電能存儲(chǔ)裝置，例如電池，以及一個(gè)三相電機(jī)，例如永磁電機(jī)。電機(jī)系統(tǒng)包括根據(jù)上述實(shí)施例之一的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以將來自電能存儲(chǔ)裝置的直流電能轉(zhuǎn)換為用于電機(jī)的三相交流電能，并且反之亦然。因此，依靠轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，電機(jī)可被驅(qū)動(dòng)，同時(shí)限制了電損耗。此外，如果轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是雙向的(可逆的)，則還能存儲(chǔ)(例如在電池中)由電機(jī)的旋轉(zhuǎn)生成的電能。

比較的實(shí)例：

一個(gè)比較的實(shí)例被提供，以便比較根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的損耗與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的損耗。測(cè)試的根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于圖5a的實(shí)施例(電能收集器)，每個(gè)開關(guān)臂由根據(jù)圖6的實(shí)例(功率模塊)的功率模塊形成。現(xiàn)有技術(shù)的DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)于根據(jù)圖1和3的實(shí)施例的軟開關(guān)和硬開關(guān)。

對(duì)這個(gè)例子，用于具有額定功率為50kW的逆變器的值，如下所示：

-Ls～＝300微亨，

-Cs～＝6.8納法，

-Cov～＝1410納法(由三個(gè)470納法的電容器形成)，

-Vrec～＝1.5Vbus，

-Lrec＝56微亨，

-Crec＝20納法，

-開關(guān)類型：IGBT。

表1—比較例

可以注意到與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相比，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能夠降低約 42.5％的總損耗。該降低是由于與軟開關(guān)(開關(guān)損耗相對(duì)于硬開關(guān)降低50％)有聯(lián)系的開關(guān)損耗的降低，以及在附加電路中耗散的損耗的降低(耗散損耗相對(duì)于軟開關(guān)降低85％)。