用于转换器的开关装置

技术领域

本公开涉及一种用于转换器的开关装置、用于将开关装置在导通状态和非导通状态之间切换的方法、以及具有包括至少一个开关装置的至少一个转换器的转换器系统。

背景技术

中/高压半导体开关是电力电子转换器的重要电气部件，其允许增加功率，而不需要使用低压器件的复杂多电平转换器拓扑。然而，这种中/高压半导体开关的可用性受到限制。

发明内容

本发明的实施例基于发明人的以下考虑：

为了实现中/高压半导体开关的功能，可以利用串联电连接的较低电压等级的半导体开关。该技术可用于实现在中压和高压电力电子应用中使用的单向半导体开关以及双向半导体开关。半导体开关可以称为方向控制开关(directional control switch，DCS)。术语“连接”和“电连接”可以用作同义词。

双向半导体开关用于在两个方向上控制电流流动。因此，双向半导体开关也可以称为双向控制开关(bidirectional control switch，BCS)。双向半导体开关可以由一个或多个受控半导体开关以及可选的一个或多个二极管实现。术语“不受控半导体开关”可以用作术语“二极管”的同义词。术语“受控半导体开关”可以指包括控制端子的半导体开关，例如晶体管、晶闸管、三端双向可控硅开关等。具体地，双向半导体开关的一个或多个受控半导体开关可以是一个或多个晶体管，例如一个或多个绝缘栅双极晶体管(insulated-gatebipolar transistor，IGBT)、一个或多个场效应晶体管(field-effect transistor，FET)、一个或多个金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor，MOSFET)、一个或多个双极结晶体管(bipolar junction transistor，BJT)和/或一个或多个结栅场效应晶体管(junction gate field-effect transistor，JFET)。术语“二极管”可以指仅允许单向电流流动的半导体开关(没有控制端)，即仅在一个方向上电流流动，例如p-n半导体二极管、pin二极管、肖特基二极管、相应器件/晶体管的本征体二极管。

双向半导体开关的示例是具有共发射极或共集电极的反串联(背对背)双向半导体开关、具有二极管桥的双向半导体开关、使用反向阻断IGBT(reverse blocking IGBT，RB-IGBT)的双向半导体开关等。图1示出了这样的示例。

单向半导体开关用于仅在一个方向上控制电流流动。因此，单向半导体开关也可以称为单向控制开关(unidirectional control switch，UCS)。单向半导体开关的示例是与二极管串联的MOSFET或IGBT。图1示出了这样的示例。

半导体开关的现有技术，例如图1所示的开关，在用作转换器中的功率开关时，对现有器件可能的最大击穿电压有很大的限制。如上文所述的，为了实现更高电压电平的开关(即，对于较高电压电平鲁棒的并且因此可以在较高电压电平下工作的开关)，几个低压半导体开关(即，较低电压电平的半导体开关)可以串联连接。与每个低压半导体开关适用的电压电平相比，由低压半导体开关的串联实现的开关对应于更高电压电平的开关。

为了切换由多个串联连接的低压半导体开关实现的开关，同时切换所有的低压半导体开关。在这种情况下，在低压半导体开关两端的适当的动态电压共享是通过现有器件匹配实现的。此外，还需要缓冲器电路，其与每个低压半导体开关并联。缓冲器电路用于当低压半导体开关一起在导通和非导通状态之间切换时抑制电压瞬变。为了实现低压半导体开关之间适当动态共享，还需要对缓冲器电路进行精确调谐。此外，这些半导体开关的栅极控制器件需要栅极驱动器电平匹配。

低压半导体开关的上述现有器件匹配和缓冲器电路的精确调谐显著增加了通过低压半导体开关的串联实现中/高功率开关的成本、复杂性和体积。此外，这些缓冲器产生额外的损耗。因此，在高压应用中，上述缓冲器电路往往体积庞大并且需要精细的冷却，这就增加了系统的体积并降低了效率。

鉴于上述问题和缺点，本公开的实施例旨在改进一种开关装置，该开关装置包括用于实现开关的半导体开关的串联连接，特别是用在转换器中使用的开关。一个目的是提供一种克服上述问题和缺点的开关装置。

该目的通过所附独立权利要求中描述的本发明的实施例实现。从属权利要求中进一步限定了本发明实施例的有利实现方式。

本公开的第一方面提供了一种用于转换器的开关装置。所述开关装置包括所述开关装置的两个端子之间的至少两个开关的第一串联连接。所述开关装置还包括第一电容器和第一二极管电路的第二串联连接，所述第二串联连接与所述两个端子的第一端子和所述两个开关之间的节点之间的所述第一串联连接的第一部分并联电连接，其中，所述第一二极管电路包括至少一个二极管。所述开关装置还包括第二电容器和第二二极管电路的第三串联连接，所述第三串联连接与所述两个端子的第二端子和所述两个开关之间的所述节点之间的所述第一串联连接的第二部分并联电连接，其中，所述第二二极管电路包括至少一个二极管。

第一二极管电路、第一电容器、第二二极管电路和第二电容器允许第一串联连接的至少两个开关的单独切换。结果，不需要第一串联连接的至少两个开关的现有器件匹配。当至少两个开关处于非导通状态时，可以经由第一二极管电路和第二二极管电路充电的第一电容器和第二电容器允许开关装置的两个端子之间的电压由第一串联连接的至少两个开关均等地共享。由于第一电容器和第二电容器用于低于开关装置的两个端子之间的电压的中间电压，并且第一二极管电路和第二二极管电路用于为仅用于对第一电容器和第二电容器充电的充电电流提供电流路径，因此与第一方面的开关装置不需要的缓冲器电路的电气部件相比，第一电容器和第二电容器以及第一二极管电路和第二二极管电路的尺寸适于更小的电压电平。因此，与包括缓冲器电路的电路相比，特别是在高压应用中，开关装置体积较小，并且不需要精细的冷却。此外，根据第一方面的开关装置不需要与第一串联连接的开关的现有器件匹配，也不需要缓冲器电路的精确调谐，这些都是第一方面的开关装置不需要的。这显著降低了通过第一方面的开关装置实现中/高功率开关的成本、复杂性和体积。根据上述内容，第一方面的开关装置克服了上述问题和缺点。

由于与使用缓冲器电路的电路相比，用于实现第一方面的开关装置的体积减小，所以开关装置可以用于高切换操作，即用于实现高切换操作的开关。也就是说，紧凑的设计使得第一串联连接的至少两个开关的切换损耗更低，切换时间更快。

此外，使用在开关装置的两个端子之间串联连接的第一串联连接的至少两个开关而不是单个半导体开关，允许使用适合于较低电压电平的开关。也就是说，与单个半导体开关的阻断电压相比，第一串联连接的每个开关的阻断电压可以更小。这降低了成本和导通损耗。开关的导通损耗随着阻断电压的增加而增加，因为处于导通状态的开关的电阻随着阻断电压的增加而增加(例如，电阻Rα(V

开关装置可以用于分别实现转换器的半导体开关和功率开关。具体地，开关装置可以用于实现单向半导体开关或双向半导体开关。特别地，开关装置可以用于实现具有双向控制的固态开关。

术语“电力转换器”或“电力电子转换器”可以用作术语“转换器”的同义词。

开关装置可以用于AC/DC转换器、DC/AC转换器、DC/DC转换器和AC/AC转换器。特别地，开关装置可以用于T型转换器，例如3级T型转换器；嵌套T型转换器，例如3级嵌套T型转换器或5级嵌套T型转换器；猴头转换器；维也纳转换器/整流器；以及矩阵转换器。开关装置可以用于本领域技术人员已知的其他电力电子转换器拓扑。

特别地，开关装置可以用于实现至少一个双向半导体开关，该双向半导体开关布置在T型转换器或维也纳转换器/整流器中，用于连接由布置在T型转换器或维也纳整流器的输出处的两个DC链路电容器输送的中性点。

开关装置可以用术语半导体开关装置表示。

在第一方面的实现方式中，开关装置的开关(即，至少两个开关)是双向半导体开关。这可以是通过开关装置实现双向半导体开关的情况。

在第一方面的实现方式中，开关装置的开关中的至少一个开关(即，至少两个开关中的至少一个开关)是单向半导体开关。特别地，开关装置的开关(即，至少两个开关)可以是单向半导体开关。这可以是通过开关装置实现单向半导体开关的情况。

换句话说，第一串联连接包括大于或等于二的偶数个开关。也就是说，偶数个开关可以是二、四、六、八等。也就是说，第一串联连接可以包括两个开关、四个开关、六个开关、八个开关等。

换句话说，第二串联连接与第一端子和第一串联连接中心处的节点之间的第一串联连接的第一部分并联电连接，该节点是第一串联连接的中心节点；并且第三串联与第二端子和第一串联连接的中心节点之间的第一串联连接的第二部分并联电连接。在第一串联连接包括两个开关的情况下，两个开关之间的节点是第一串联连接的中心节点。术语“中心的节点”和“中心节点”可以用作同义词。

在偶数个电气部件的串联连接的中心处(两个电气部件之间)的节点是两个电气部件之间的节点，该节点在节点方面与电气部件的串联连接的两端距离相等/等距。“在节点方面”应理解为“在节点的数量方面”。在偶数个电气部件的串联连接的中心处的节点也可以称为串联连接的中心节点。换句话说，电气部件的串联连接的中心节点对应于两个电气部件之间的节点，该节点被布置成使得中心节点和串联连接的第一端之间的节点数量等于中心节点和串联连接的第二端之间的节点数量。因此，在第一串联连接的情况下，第一串联连接的中心节点是第一串联连接的两个开关之间的节点，其被布置成使得中心节点和第一端子之间的节点数量等于中心节点和第二端子之间的节点数量。在只有两个开关的情况下，节点的数量为零。

第一二极管电路可以连接到第一端子，第一电容器可以连接到两个开关之间的节点。可替换地，第一电容器可以连接到第一端子，第一二极管电路可以连接到两个开关之间的节点。第二二极管电路可以连接到第二端子，第二电容器可以连接到两个开关之间的节点。可替换地，第二电容器可以连接到第二端子，第二二极管电路可以连接到两个开关之间的节点。

至少两个开关可以串联连接在两个端子之间，使得在两个开关的导通状态下，两个开关允许从第一端子到第二端子的单向电流流动。

第一二极管电路的至少一个二极管可以被布置为分别电连接在第二串联连接中，使得第一二极管电路的至少一个二极管允许从第一端子到第一串联连接的两个开关之间的节点的充电电流的单向电流流动。具体地，第一二极管电路的至少一个二极管可以被布置为使得其阳极电连接到第一端子或者其阴极电连接到第一串联连接的两个开关之间的节点。换句话说，第一二极管电路的至少一个二极管可以被布置为分别电连接在第二串联连接中，使得其阴极指向第一串联连接的两个开关之间的节点。

在电气部件的串联连接的二极管布置在串联连接中的任何位置，并且其阴极指向串联连接的节点，例如串联连接的一端(端节点)的情况下，这应理解为二极管布置在串联连接中，使得二极管的阴极示出为进入节点的方向。因此，在二极管连接到节点的情况下，二极管的阴极连接到节点。相应地，在二极管被布置在串联连接中使得其阳极指向节点的情况下，这应理解为二极管被布置在串联连接中使得二极管的阳极示出为进入节点的方向。因此，在二极管连接到节点的情况下，二极管的阳极连接到节点。

第二二极管电路的至少一个二极管可以被布置为分别电连接在第三串联连接中，使得第二二极管电路的至少一个二极管允许从第一串联连接的两个开关之间的节点到第二端子的充电电流的单向电流流动。具体地，第二二极管电路的至少一个二极管可以被布置为使得其阴极电连接到第二端子或者其阳极电连接到第一串联连接的两个开关之间的节点。换句话说，第二二极管电路的至少一个二极管可以被布置为分别电连接在第三串联连接中，使得其阳极指向第一串联连接的两个开关之间的节点。

在第一方面的一个实现方式中，所述第一串联连接包括大于或等于四的偶数个开关，其中，所述开关是半导体开关。所述第二串联连接和所述第三串联连接可以各自电连接到所述第一串联连接中心处的节点，所述节点是所述第一串联连接的中心节点。所述第二串联连接的第一电容器和所述第三串联连接的第二电容器可以电连接到所述第一串联连接的中心节点。所述第一二极管电路和所述第二二极管电路可以各自包括数量等于偶数个所述开关的一半的二极管；以及所述第一二极管电路和所述第二二极管电路中的每一个所述二极管可以相互串联电连接。

第一串联连接的开关数量越多，每个开关适用的电压电平就越低。也就是说，第一串联连接的开关数量越多，每个开关的阻断电压就越低。这降低了成本和导通损耗。如上所述，由于不需要第一串联连接的开关的现有器件匹配，所以较多数量的开关不会增加实现开关装置的复杂性。

偶数个开关可以是二、四、六、八等。也就是说，第一串联连接可以包括两个开关、四个开关、六个开关、八个开关等。

开关可以串联连接在两个端子之间，使得在开关的导通状态下，开关允许从两个端子的第一端子到两个端子的第二端子的单向电流流动。

第一二极管电路的二极管可以被布置为分别电连接在第二串联连接中，使得第一二极管电路的二极管允许从第一端子到第一串联连接的中心节点的充电电流的单向电流流动。换句话说，第一二极管电路的二极管可以被布置为分别电连接在第二串联连接中，使得第一二极管电路的每个二极管的阴极指向第一串联连接的中心节点。

第二二极管电路的二极管可以被布置为分别电连接在第三串联连接中，使得第二二极管电路的二极管允许从第一串联连接的中心节点到第二端子的充电电流的单向电流流动。换句话说，第二二极管电路的二极管可以被布置为分别电连接在第三串联连接中，使得第二二极管电路的每个二极管的阳极指向第一串联连接的中心节点。

在第一方面的一个实现方式中，所述开关装置包括第三二极管电路和第四二极管电路，所述第三二极管电路和所述第四二极管电路各自包括至少一个二极管。所述第二串联连接的第一电容器和所述第三串联连接的第二电容器可以电连接到所述两个开关之间的所述节点。所述第三二极管电路可以电连接于所述第一端子和所述第二电容器与所述第二二极管电路之间的节点之间。所述第四二极管电路可以电连接于所述第二端子和所述第一电容器与所述第一二极管电路之间的节点之间。所述第三二极管电路的至少一个二极管可以与所述第一二极管电路的至少一个二极管反并联布置；并且所述第四二极管电路的至少一个二极管可以与所述第二二极管电路的至少一个二极管反并联布置。

第三二极管电路和第四二极管电路允许将开关装置用作双向开关，因为它们与第一二极管电路和第二二极管电路一起允许从第一端子到第二端子以及从第二端子到第一端子对第一电容器和第二电容器充电。

第一串联连接的开关可以是双向开关。这允许通过开关装置实现双向开关。

第三二极管电路的至少一个二极管可以被布置为分别电连接，使得第三二极管电路的至少一个二极管允许从第一串联连接的两个开关之间的节点到第一端子的充电电流的单向电流流动。具体地，第三二极管电路的至少一个二极管的阴极可以电连接到第一端子。换句话说，第三二极管电路的至少一个二极管可以被布置为分别电连接，使得其阴极指向第一端子。

第四二极管电路的至少一个二极管可以被布置为分别电连接，使得第四二极管电路的至少一个二极管允许从第二端子到第一串联连接的两个开关之间的节点的充电电流的单向电流流动。具体地，第四二极管电路的至少一个二极管的阳极可以电连接到第二端子。换句话说，第四二极管电路的至少一个二极管可以被布置为分别电连接，使得其阳极指向第二端子。

在第一方面的一个实现方式中，所述第一串联连接包括大于或等于四的偶数个开关，其中，所述开关是半导体开关。所述第二串联连接和所述第三串联连接可以各自电连接到所述第一串联连接中心处的节点，所述节点是所述第一串联连接的中心节点。所述第二串联连接的第一电容器和所述第三串联连接的第二电容器可以电连接到所述第一串联连接的中心节点。所述第一二极管电路、所述第二二极管电路、所述第三二极管电路和所述第四二极管电路可以各自包括数量等于偶数个所述开关的一半的二极管；并且所述第一二极管电路、所述第二二极管电路、所述第三二极管电路和所述第四二极管电路中的每一个所述二极管可以相互串联电连接。

第一串联连接的开关数量越多，每个开关的阻断电压就越低。这降低了成本和导通损耗。如上所述，由于不需要第一串联连接的开关的现有器件匹配，所以较多数量的开关不会增加实现开关装置的复杂性。

第三二极管电路的二极管可以被布置为分别电连接，使得第三二极管电路的二极管允许从第一串联连接的中心节点到第一端子的充电电流的单向电流流动。换句话说，第三二极管电路的二极管可以被布置为分别彼此串联电连接，使得第三二极管电路的每个二极管的阴极指向第一端子。

第四二极管电路的二极管可以被布置为分别电连接，使得第四二极管电路的二极管允许从第二端子到第一串联连接的节点的充电电流的单向电流流动。换句话说，第四二极管电路的二极管可以被布置为分别彼此串联电连接，使得第四二极管电路的每个二极管的阳极指向第二端子。

在第一方面的一个实现方式中，对于所述第一二极管电路的两个二极管之间的、所述第二二极管电路的两个二极管之间的、以及可选的所述第三二极管电路的两个二极管之间的、所述第四二极管电路的两个二极管之间的每个节点，所述开关装置包括第三电容器。所述第一二极管电路的两个二极管之间的、以及可选的第三二极管电路的两个二极管之间的节点可以经由相应的所述第三电容器电连接到所述第一端子和所述第一串联连接的中心节点之间的所述第一串联连接的第一部分的两个开关之间的节点，使得两个二极管之间的相应的节点在与所述第一串联连接的第一部分中的两个开关之间的节点的位置相同的位置处被布置在相应的所述二极管电路的二极管的串联连接中，两个二极管之间的相应的所述节点电连接到所述两个开关之间的节点。所述第二二极管电路的两个二极管之间的、以及可选的所述第四二极管电路的两个二极管之间的每个节点可以经由相应的所述第三电容器电连接到所述第一串联连接的中心节点和所述第二端子之间的所述第一串联连接的第二部分的两个开关之间的节点，使得两个二极管之间的相应的所述节点在与所述第一串联连接的第二部分中的两个开关之间的节点的位置相同的位置处被布置在相应的所述二极管电路的二极管的串联连接中，两个二极管之间的相应的所述节点电连接到所述两个开关之间的节点。

当电压施加到开关装置的两个端子时，第三电容器允许施加到第一串联连接的每个开关的电压的电压平衡。

在第一方面的一个实现方式中，所述第一电容器和所述第二电容器包括相同的容量。

在第一方面的一个实现方式中，电连接到所述第一串联连接的两个开关之间的同一节点的第三电容器包括相同的容量。

可选地，开关装置的所有电容器包括相同的容量。

在第一方面的一个实现方式中，所述开关装置的二极管用于：当所有的开关处于非导通状态时，为用于对所述第一电容器和所述第二电容器充电的充电电流提供电流路径。

具体地，当所有开关都处于非导通状态时，第一二极管电路的一个或多个二极管和第二二极管电路的一个或多个二极管可以为从第一端子到第二端子的充电电流提供电流路径。具体地，第一二极管电路的一个或多个二极管可以为从第一端子到第一电容器的充电电流提供电流路径。第二二极管电路的一个或多个二极管可以为从第二电容器到第二端子的充电电流提供电流路径。因此，充电电流的电流路径可以从第一端子经由第一二极管电路的一个或多个二极管、第一电容器、第二电容器和第二二极管电路的一个或多个二极管提供到第二端子。

当所有开关都处于非导通状态时，可选的第四二极管电路的一个或多个二极管和可选的第三二极管电路的一个或多个二极管可以为从第二端子到第一端子的充电电流提供电流路径。具体地，第四二极管电路的一个或多个二极管可以为从第二端子到第一电容器的充电电流提供电流路径。第三二极管电路的一个或多个二极管可以为从第二电容器到第一端子的充电电流提供电流路径。因此，充电电流的电流路径可以从第二端子经由可选的第四二极管电路的一个或多个二极管、第一电容器、第二电容器和可选的第三二极管电路的一个或多个二极管提供到第一端子。

在第一方面的一个实现方式中，为了将所述开关装置在导通状态和非导通状态之间切换，所述开关用于被控制，使得所述开关中的至少两个开关不会同时在所述导通状态和所述非导通状态之间切换。

因此，不需要第一串联连接的开关的现有器件匹配，由于上述原因，这是有利的。

在开关装置的导通状态中，开关装置的所有开关都处于导通状态，而在开关装置的非了导通状态中，开关装置的所有开关都处于非导通状态。因此，在开关装置的导通状态中，经由开关装置的两个端子之间的所有开关提供负载电流的电流路径。如果在开关中的至少一个开关是单向开关，则电流路径是单向的。如果开关是双向，则电流路径是双向的。在开关装置的非导通状态下，开关装置不提供负载电流的电流路径。因此，开关装置的导通状态对应于单个半导体开关的导通状态，而开关装置的非导通状态对应于单个半导体开关的非导通状态。非导通状态也可以称为“零状态”或“断开状态”。导通状态也可以称为“闭合状态”。“切换到导通状态”和“闭合”可以用作同义词。“切换到非导通状态”和“断开”可以用作同义词。

在第一方面的一个实现方式中，为了将所述开关装置在导通状态和非导通状态之间切换，所述开关用于被控制，使得所述开关根据所述第一串联连接中的顺序相继依次在所述导通状态和所述非导通状态之间切换。

因此，不需要第一串联连接的开关的现有器件匹配，由于上述原因，这是有利的。

具体地，可能的情况是：当开关装置分别包括两个开关时，当开关装置包括等于二的偶数个开关时。

在第一方面的一个实现方式中，为了将所述开关装置在导通状态和非导通状态之间切换，所述开关用于被控制，使得电连接到所述两个端子中的一个端子的所述开关中的一个开关首先在所述导通状态和所述非导通状态之间切换。

具体地，可能的情况是：当开关装置分别包括两个开关时，当开关装置包括等于二的偶数个开关时。

在第一方面的一个实现方式中，在所述第一串联连接包括大于或等于四的偶数个开关的情况下：

在节点方面与所述第一串联连接的中心节点等距离的两个开关是开关对，使得所述第一串联连接包括多个开关对；并且

为了将所述开关装置在导通状态和非导通状态之间切换，所述开关用于被控制，使得：

所述多个开关对的至少一个开关对的两个开关同时在所述导通状态和所述非导通状态之间切换，并且

所述多个开关对的其他开关对的每个开关对的两个开关依次切换。

换句话说，当两个开关的每个开关和第一串联连接的中心节点之间的节点数量相同时，第一串联连接的两个开关对应于一个开关对。也就是说，两个开关中的第一开关和中心节点之间的节点数量以及两个开关中的第二开关和中心节点之间的节点数量彼此相等。

在第一方面的一个实现方式中，为了将所述开关装置在所述导通状态和所述非导通状态之间切换，所述开关用于被控制，使得：所述多个开关对的每个开关对的两个开关同时在所述导通状态和所述非导通状态之间切换，其中，所述多个开关对的至少两个开关对不会同时在所述导通状态和所述非导通状态之间切换。

在第一方面的一个实现方式中，为了将所述开关装置从所述导通状态切换到所述非导通状态，所述开关用于被控制，使得：

包括电连接到所述开关装置的两个端子的两个开关的所述开关对或者

包括电连接到所述第一串联连接的中心节点的两个开关的所述开关对

首先从所述导通状态切换到所述非导通状态，并且所述多个开关对的其他开关对根据所述第一串联连接中其他开关对的顺序相继依次从所述导通状态切换到所述非导通状态。

将第一串联连接的开关从导通状态切换到非导通状态使得首先切换包括电连接到开关装置的两个端子的两个开关的开关对，这使得对开关装置的各个电容器充电。将第一串联连接的开关从导通状态切换到非导通状态使得首先切换包括电连接到第一串联连接的中心节点的两个开关的开关对，这使得对开关装置的各个电容器放电。

为了将所述开关装置从所述非导通状态切换到所述导通状态，所述开关可以用于被控制，使得：

包括电连接到所述开关装置的两个端子的所述两个开关的所述开关对或者

包括电连接到所述第一串联连接的中心节点的所述两个开关的所述开关对

首先从所述非导通状态切换到所述导通状态，并且所述多个开关对的其他开关对根据所述第一串联连接中其他开关对的顺序相继依次从所述非导通状态切换到所述导通状态。

将第一串联连接的开关从非导通状态切换到导通状态使得首先切换包括电连接到开关装置的两个端子的两个开关的开关对，这使得对开关装置的各个电容器放电。将第一串联连接的开关从非导通状态切换到导通状态使得首先切换包括电连接到第一串联连接的中心节点的两个开关的开关对，这使得对开关装置的各个电容器充电。

因此，控制开关对中的哪个开关对首先被切换允许控制开关装置的各个电容器的充电和放电，使得各个电容器达到相应电压。这允许控制施加到第一串联连接的开关的电压的电压平衡，因为施加到第一串联连接的开关的电压取决于开关装置的两个端子之间的电压以及第一电容器、第二电容器和可选的第三电容器的电压。

在第一方面的一个实现方式中，为了将所述开关装置从所述导通状态切换到所述非导通状态以及从所述非导通状态切换到所述导通状态，所述开关用于被控制，使得利用以下，切换开始

包括电连接到所述开关装置的两个端子的所述两个开关的所述开关对，或者

包括电连接到所述第一串联连接的中心节点的所述两个开关的所述开关对。

这使得在相应的充电状态保持开关装置的各个电容器的充电状态恒定。也就是说，在首先切换包括电连接到开关装置的两个端子的两个开关的开关对的情况下，当切换开关装置时，对电容器充电，因此，开关对依次从导通状态到非导通状态，接着各个电容器放电，当切换开关装置时，因此，开关对依次从非导通状态到导通状态。在首先切换包括电连接到第一串联连接的中心节点的两个开关的开关对的情况下，当切换开关装置时，各个电容器放电，因此，开关对依次从导通状态切换到非导通状态，接着对各个电容器充电，当切换开关装置时，因此，开关对依次从非导通状态切换到导通状态。

为了实现根据本公开的第一方面的开关装置，如上所述的第一方面的一些或全部实现方式和可选特征可以相互组合。

本公开的第二方面提供了一种用于将如上所述的根据第一方面或其任何实现方式的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换的方法。所述方法包括以下步骤：控制所述开关装置的开关，使得所述开关的至少两个开关不会同时在所述导通状态和所述非导通状态之间切换。

第二方面的方法及其实现方式和可选特征实现了与第一方面的开关装置及其相应的实现方式和相应的可选特征相同的优点。

根据第一方面的开关装置的实现方式和可选特征对于根据第二方面的方法相应地是有效的。

在第二方面的一个实现方式中，所述方法包括以下步骤：控制所述开关装置的开关，使得所述开关根据所述第一串联连接中的顺序相继依次在所述导通状态和所述非导通状态之间切换。

在第二方面的一个实现方式中，所述方法包括以下步骤：控制所述开关装置的开关，使得电连接到所述两个端子中的一个端子的所述开关中的一个开关首先在所述导通状态和所述非导通状态之间切换。

在第二方面的一个实现方式中，在所述开关装置的第一串联连接包括大于或等于四的偶数个开关的情况下，所述方法包括以下步骤：控制所述开关装置的开关，使得：

所述多个开关对的至少一个开关对的两个开关同时在所述导通状态和所述非导通状态之间切换，并且

所述多个开关对的其他开关对的每个开关对的两个开关依次切换。

在第二方面的一个实现方式中，在所述开关装置的第一串联连接包括大于或等于四的偶数个开关的情况下，所述方法包括以下步骤：控制所述开关装置的开关，使得：所述多个开关对的每个开关对的两个开关同时在所述导通状态和所述非导通状态之间切换，其中，所述多个开关对中的至少两个开关对不会同时在所述导通状态和所述非导通状态之间切换。

在第二方面的一个实现方式中，在所述开关装置的第一串联连接包括大于或等于四的偶数个开关的情况下，所述方法包括以下步骤：控制所述开关装置的开关，使得：

包括电连接到所述开关装置的两个端子的两个开关的所述开关对或者

包括电连接到所述第一串联连接的中心节点的两个开关的所述开关对

首先从所述导通状态切换到所述非导通状态，并且所述多个开关对的其他开关对根据所述第一串联连接中的其他开关对的顺序相继依次从所述导通状态切换到所述非导通状态，以便将所述开关装置从所述导通状态切换到所述非导通状态。

此外，所述方法可以包括以下步骤：控制所述开关装置的开关，使得：

包括电连接到所述开关装置的两个端子的所述两个开关的所述开关对或者

包括电连接到所述第一串联连接的中心节点的所述两个开关的所述开关对

首先从所述非导通状态切换到所述导通状态，并且所述多个开关对的其他开关对根据所述第一串联连接中的其他开关对的顺序相继依次从所述非导通状态切换到所述导通状态，以便将所述开关装置从所述非导通状态切换到所述导通状态。

在第二方面的一个实现方式中，在所述开关装置的第一串联连接包括大于或等于四的偶数个开关的情况下，所述方法包括以下步骤：控制所述开关装置的开关，使得利用以下，切换开始

包括电连接到所述开关装置的两个端子的所述两个开关的所述开关对，或者

包括电连接到所述第一串联连接的中心节点的所述两个开关的所述开关对，

用于将所述开关装置从所述导通状态切换到所述非导通状态以及从所述非导通状态切换到所述导通状态。

为了实现根据本公开的第二方面的方法，如上所述的第二方面的一些或全部实现方式和可选特征可以相互组合。

本公开的第三方面提供了一种具有至少一个转换器的转换器系统。所述至少一个转换器包括根据如上所述的第一方面或其任何实现方式所述的至少一个开关装置，用于控制所述至少一个转换器的功率转换。

第三方面的转换器系统及其实现方式和可选特征实现了与第一方面的开关装置及其相应的实现方式和相应的可选特征相同的优点。

根据第一方面的开关装置的实现方式和可选特征对于根据第三方面的转换器系统相应地是有效的。

在第三方面的一个实现方式中，所述转换器系统包括控制单元。所述控制单元用于通过执行根据如上所述的第二方面或其任何实现方式所述的方法控制所述至少一个转换器的功率转换，用于将所述至少一个转换器的至少一个开关装置在导通状态和非导通状态之间切换。

本公开的第四方面提供了一种控制单元，所述控制单元用于通过执行根据如上所述的第二方面或其任何实现方式所述的方法，控制根据如上所述的第一方面或其任何实现方式所述的至少一个开关装置的切换。

本公开的第五方面提供了一种转换器，包括根据如上所述的第一方面或其任何实现方式所述的至少一个开关装置，用于控制所述转换器的功率转换。

根据第三方面所述的转换器系统的至少一个转换器和根据第五方面所述的转换器可以是AC/DC转换器、DC/AC转换器、DC/DC转换器和/或AC/AC转换器。具体地，根据第三方面所述的转换器系统的至少一个转换器和根据第五方面所述的转换器可以是T型转换器，例如3级T型转换器；嵌套T型转换器，例如3级嵌套T型转换器或5级嵌套T型转换器；猴头转换器；维也纳转换器/整流器；以及矩阵转换器。

本公开的第六方面提供了一种计算机程序，包括用于执行根据如上所述的第二方面或其任何实现方式所述的方法的程序代码。

本公开的第七方面提供了一种存储可执行程序代码的非暂时性存储介质，当所述可执行程序代码被控制单元执行时，使得根据如上所述的第二方面或其任何实现方式所述的方法被执行。

根据第三方面的实现方式所述的转换器系统的控制单元、根据第四方面所述的控制单元、以及根据第七方面所述的用于执行由所述非暂时性介质存储的程序代码的控制单元可以包括或对应于处理器、微处理器、控制器、微控制器、现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，FPGA)、专用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)或它们的任意组合。

本公开的第八方面提供了一种用于转换器的开关装置。所述开关装置包括大于或等于二的偶数个开关，其中，所述开关是半导体开关，以及两个二极管电路，每个二极管电路包括数量等于偶数个所述开关的二极管。所述开关在所述开关装置的两个端子之间彼此串联电连接。所述两个二极管电路的第一二极管电路的二极管在所述开关装置的两个端子之间彼此串联电连接。所述两个二极管电路的第二二极管电路的二极管在所述开关装置的两个端子之间彼此串联电连接。所述第一二极管电路的二极管的串联连接、所述第二二极管电路的二极管的串联连接和所述开关的串联连接彼此并联电连接。所述两个二极管电路的第一二极管电路的二极管串联电连接，使得所述第一二极管电路的每个二极管的阴极指向所述第一二极管电路的二极管的串联连接的中心处的节点。所述第一二极管电路的二极管的串联连接的中心处的节点对应于所述第一二极管电路的中心节点。也就是说，在所述第一二极管电路包括两个二极管的情况下，所述两个二极管中的第一二极管的阳极可以电连接到所述两个端子中的第一端子，所述第一二极管的阴极可以连接到所述两个二极管的第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极可以连接到所述两个端子的第二端子。在所述第一二极管电路包括至少四个二极管的情况下，所述第一端子和所述第一二极管电路的中心节点之间的两个或更多个二极管可以被连接，使得所述二极管的阴极连接到另一个二极管的阳极或连接到所述第一二极管电路的中心节点；并且所述第二端子和所述第一二极管电路的中心节点之间的两个或更多个二极管可以被连接，使得所述二极管的阴极连接到另一个二极管的阳极或连接到所述第一二极管电路的中心节点。所述两个二极管电路的第二二极管电路的二极管串联电连接，使得所述第二二极管电路的每个二极管的阳极指向所述第二二极管电路的二极管的串联连接的中心处的节点。所述第二二极管电路的二极管的串联连接的中心处的节点对应于所述第二二极管电路的中心节点。也就是说，在所述第二二极管电路包括两个二极管的情况下，所述两个二极管的第一二极管的阴极可以电连接到所述第一端子，所述第一二极管的阳极可以连接到所述两个二极管的第二二极管的阳极，并且所述第二二极管的阴极可以连接到所述第二端子。在所述第二二极管电路包括至少四个二极管的情况下，所述第一端子和所述第二二极管电路的中心节点之间的两个或更多个二极管可以被连接，使得所述二极管的阳极连接到另一个二极管的阴极或连接到所述第二二极管电路的中心节点；并且所述第二端子和所述第二二极管电路的中心节点之间的两个或更多个二极管可以被连接，使得所述二极管的阳极连接到另一个二极管的阴极或者连接到所述第二二极管电路的中心节点。对于所述两个二极管电路的两个二极管之间的每个节点，所述开关装置包括电容器。所述两个二极管电路的两个二极管之间的每个节点经由相应的所述电容器电连接到所述开关的串联连接的两个开关之间的节点，使得两个二极管之间的相应的节点在与所述开关的串联连接中的两个开关之间的节点的位置相同的位置处被布置在相应的所述二极管电路的二极管的串联连接中，两个二极管之间的相应的所述节点连接到所述两个开关之间的节点。

第八方面的开关装置可以用于分别实现转换器的半导体开关，特别是双向半导体开关。

在第八方面的一个实现方式中，所述开关是双向半导体开关。

本公开的第九方面提供了一种用于转换器的开关装置。所述开关装置包括在所述开关装置的两个端子之间彼此串联电连接的两个开关，使得在所述两个开关的导通状态下，所述两个开关允许从所述两个端子的第一端子到所述两个端子的第二端子的单向电流流动。所述两个开关是半导体开关。所述开关装置还包括串联电连接在所述第一端子和所述两个开关之间的节点之间的第一二极管和第一电容器，其中，所述第一二极管的阴极指向所述两个开关之间的所述节点。所述开关装置还包括串联电连接在所述第二端子和所述两个开关之间的所述节点之间的第二二极管和第二电容器，其中，所述第二二极管的阳极指向所述两个开关之间的所述节点。所述第一二极管和所述第一电容器的串联连接并联电连接到所述两个开关中的第一开关，其中，所述第一开关电连接到所述第一端子。所述第二二极管和所述第二电容器的串联连接并联电连接到所述两个开关中的第二开关，其中，所述第二开关电连接到所述第二端子。

第九方面所述的开关装置可以用于分别实现转换器的半导体开关，特别是单向半导体开关。

“所述第一二极管的阴极指向所述两个开关之间的所述节点”意味着第一二极管的阴极与两个开关之间的节点电连接，或者第一二极管的阳极与第一端子电连接。“所述第二二极管的阳极指向所述两个开关之间的所述节点”意味着第二二极管的阳极与两个开关之间的节点电连接，或者第二二极管的阴极与第二端子电连接。

因此，第一二极管的阳极可以连接到第一端子，第一二极管的阴极可以连接到第一电容器。可替换地，第一电容器可以连接到第一端子，第一二极管的阳极可以连接到第一电容器，第一二极管的阴极可以连接到两个开关之间的节点。第二二极管的阴极可以连接到第二端子，第二二极管的阳极可以连接到第二电容器。可替换地，第二电容器可以连接到第二端子，第二二极管的阴极可以连接到第二电容器，第二二极管的阳极可以连接到两个开关之间的节点。

在第九方面的一个实现方式中，所述两个开关的至少一个开关是单向半导体开关。具体地，所述两个开关可以是单向半导体开关。

本公开的第十方面提供了一种用于转换器的开关装置。所述开关装置包括大于或等于四的偶数个开关，其中，所述开关是半导体开关，以及两个二极管电路，每个二极管电路包括数量等于偶数个所述开关的一半的二极管。所述开关在所述开关装置的两个端子之间彼此串联电连接，使得在所述开关的导通状态下，所述开关允许从所述两个端子的第一端子到所述两个端子的第二端子的单向电流流动。所述开关的串联连接的中心处的节点是所述开关的串联连接的中心节点。所述两个二极管电路的每个二极管电路的二极管彼此串联电连接。所述两个二极管电路的第一二极管电路的二极管的串联连接的一端电连接到所述第一端子，其另一端经由第一电容器电连接到所述开关的串联连接的中心节点。所述第一二极管电路的二极管和所述第一电容器的串联连接与所述第一端子和所述开关的串联连接的中心节点之间的所述开关的串联连接的第一部分并联电连接。所述第一二极管电路的二极管串联电连接，使得所述第一二极管电路的每个二极管的阴极指向所述开关的串联连接的中心节点。也就是说，在所述第一二极管电路包括两个二极管的情况下，所述两个二极管的第一二极管的阳极可以电连接到所述第一端子，所述第一二极管的阴极可以连接到所述两个二极管的第二二极管的阳极，并且所述第二二极管的阴极可以连接到所述第一电容器。在所述第一二极管电路包括至少三个二极管的情况下，所述至少三个二极管的第一二极管的阳极可以电连接到所述第一端子，并且所述至少三个二极管的第二二极管的阴极可以电连接到所述第一电容器。所述第一二极管电路的一个或多个另外的二极管可以电连接，使得所述一个或多个另外的二极管的每个二极管的阳极连接到前一个二极管的阴极，并且所述一个或多个另外的二极管的每个二极管的阴极连接到后一个二极管的阳极。

所述两个二极管电路的第二二极管电路的二极管的串联连接的一端电连接到所述第二端子，其另一端经由第二电容器电连接到所述开关的串联连接的中心节点。所述第二二极管电路的二极管和所述第二电容器的串联连接与所述第二端子和所述开关的串联连接的中心节点之间的所述开关的串联连接的第二部分并联电连接。所述第二二极管电路的二极管串联电连接，使得所述第二二极管电路的每个二极管的阳极指向所述开关的串联连接的中心节点。也就是说，在所述第二二极管电路包括两个二极管的情况下，所述两个二极管的第一二极管的阴极可以电连接到所述第二端子，所述第一二极管的阳极可以连接到所述两个二极管的第二二极管的阴极，并且所述第二二极管的阳极可以连接到所述第二电容器。在所述第二二极管电路包括至少三个二极管的情况下，所述至少三个二极管的第一二极管的阴极可以电连接到所述第二端子，并且所述至少三个二极管的第二二极管的阳极可以电连接到所述第二电容器。所述第二二极管电路的一个或多个另外的二极管可以电连接，使得所述一个或多个另外的二极管的每个二极管的阳极连接到前一个二极管的阴极，并且所述一个或多个另外的二极管的每个二极管的阴极连接到后一个二极管的阳极。

第十方面的开关装置可以用于分别实现转换器的半导体开关，特别是单向半导体开关。

在第十方面的一个实现方式中，所述开关装置的开关的至少一个开关是单向半导体开关。具体地，开关装置的开关可以是单向半导体开关。

在第十方面的一个实现方式中，对于所述两个二极管电路的两个二极管之间的每个节点，所述开关装置包括第三电容器。所述第一二极管电路的两个二极管之间的每个节点经由相应的所述第三电容器电连接到所述开关的串联连接的第一部分的两个开关之间的节点，使得两个二极管之间的相应的节点在与所述开关的串联连接的第一部分中的两个开关之间的节点的位置相同的位置处被布置在所述第一二极管电路的二极管的串联连接中，两个二极管之间的相应的所述节点连接到所述两个开关之间的节点。所述第二二极管电路的两个二极管之间的每个节点经由相应的所述第三电容器电连接到所述开关的串联连接的第二部分的两个开关之间的节点，使得两个二极管之间的相应的节点在与所述开关的串联连接的第二部分中的两个开关之间的节点的位置相同的位置处被布置在所述第二二极管电路的二极管的串联连接中，两个二极管之间的相应的所述节点连接到所述两个开关之间的节点。

在第八方面、第九方面和第十方面的一个实现方式中，电连接到所述开关的串联连接的两个开关之间的同一节点的电容器包括相同的容量。

在第九方面和第十方面的一个实现方式中，所述第一电容器和所述第二电容器包括相同的容量。

在第八方面、第九方面和第十方面的一个实现方式中，所述开关装置的二极管用于：当所有的开关处于非导通状态时，为用于对电连接到所述开关的串联连接的中心处的节点的电容器充电的充电电流提供电流路径。

在第九方面的一个实现方式中，所述第一二极管和所述第二二极管用于：当所有的开关处于非导通状态时，为用于对所述第一电容器和所述第二电容器充电的充电电流提供电流路径。

在第十方面的一个实现方式中，所述开关装置的二极管用于：当所有的开关处于非导通状态时，为用于对所述第一电容器和所述第二电容器充电的充电电流提供电流路径。

根据第一方面所述的开关装置的实现方式和可选特征对于根据第八方面、第九方面和第十方面的开关装置相应地是有效的。具体地，关于根据第一方面所述的开关装置的开关的实现方式和可选特征对于根据第八方面、第九方面和第十方面的开关装置的开关相应地是有效的。

为了实现根据第八方面所述的开关装置，如上所述的第八方面的一些或全部实现方式和可选特征可以相互组合。为了实现根据第九方面所述的开关装置，如上所述的第九方面的一些或全部实现方式和可选特征可以相互组合。为了实现根据第十方面所述的开关装置，如上所述的第十方面的一些或全部实现方式和可选特征可以相互组合。

第二方面或其任何实现方式所述的方法可以用于：

根据第八方面或其任何实现方式所述的开关装置，

根据第九方面或其任何实现方式所述的开关装置，以及

根据第十方面或其任何实现方式所述的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换。

根据第四方面所述的控制单元、根据第五方面所述的转换器、根据第六方面所述的计算机程序、根据第七方面所述的非暂时性存储介质、根据第八方面所述的开关装置、根据第九方面所述的开关装置和根据第十方面所述的开关装置均实现了与第一方面所述的开关装置相同的优点。

需要注意的是，本申请所描述的所有设备、元件、单元和装置均可在软件或硬件元件或它们的任意组合中实现。本申请中描述的由各种实体执行的所有步骤以及所描述的由各种实体执行的功能旨在表明各个实体适于或用于执行各自的步骤和功能。即使在具体实施例的以下描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤未在执行该具体步骤或功能的该实体的具体细节元件的描述中反映，技术人员应清楚这些方法和功能可以在各个软件或硬件元件或它们的任意组合中实现。

附图说明

本公开的上述方面和实现方式将在下文关于附图的具体实施例的描述中进行解释，其中，

图1示出了单向半导体开关的示例(参见(a1)、(a2)和(a3))和双向半导体开关的示例(参见(b1)、(b2)、(b3)、(b4)和(b5))。

图2至图7示出了根据本发明示例的开关装置。

图8示出了根据本发明的一个示例将图3的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换时的切换状态。

图9和图10分别示出了根据本发明的一个示例将图6(a)的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换时的切换状态。

图11示出了根据本发明的一个示例将图6(a)、图9和图10的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换时随时间变化的电压曲线。

图12示出了根据本发明的一个示例将图6(b)的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换时随时间变化的电压曲线。

图13至图16示出了根据本发明示例的转换器系统和转换器。

在附图中，相应的元件用相同的附图标记进行标记。

具体实施方式

图1示出了单向半导体开关的示例(参见(a1)、(a2)和(a3))和双向半导体开关的示例(参见(b1)、(b2)、(b3)、(b4)和(b5))。

图1(a1)示出了分别用于单向半导体开关的单向控制开关(unidirectionalcontrol switch，UCS)的符号。图1(a2)和图1(a3)示出了单向半导体开关的两种可能的实现方式，其中，图1(a2)示出了具有反并联连接的二极管的IGBT，图1(a3)示出了具有串联连接的二极管的IGBT。

图1(b1)示出了分别用于双向半导体开关的双向控制开关(bidirectionalcontrol switch，BCS)的符号。图1(b2)至图1(b5)示出了双向半导体开关的各种可能实现方式。图1(b2)和图1(b3)所示的配置称为反串联(背对背)双向半导体开关，由两个具有共发射极(如图1(b2)所示)或共集电极(如图1(b3)所示)的IGBT实现。图1(b4)所示的配置称为具有二极管桥的双向半导体开关，其中，双向半导体开关可以由二极管桥和IGBT形成。图1(b5)所示的配置可以称为使用反向阻断IGBT(reverse blocking IGBT，RB-IGBT)的反并联双向半导体开关。

双向半导体开关可用于控制两个方向的电流。图1(b3)所示的反串联双向半导体开关的公共集电极配置需要用于每个功率开关的单独的隔离栅极驱动器，而单个驱动器对于公共发射极配置是足够的，其代价是单独控制电流方向。具有二极管桥的双向半导体开关由单个功率开关和四个二极管组成，因此只需要一个栅极驱动器。反并联双向半导体开关需要用于每个电流方向的附加的二极管，和每个功率开关的单独的栅极驱动器。

图2至图7示出了根据本发明实施例的开关装置。

图2示出了根据第一方面的开关装置的实施例和根据第十方面的开关装置的实施例。

因此，以上关于第一方面的开关装置和第十方面的开关装置的描述对于图2的开关装置相应地是有效的。

如图2所示，开关装置1包括在开关装置1的两个端子T1、T2之间的大于或等于二的偶数个开关S

图2的开关装置1可以包括大于或等于二的偶数个低压半导体开关S

开关装置1还包括第一电容器C1和第一二极管电路D1的第二串联连接SC2，其中，第二串联连接SC2与两个端子T1、T2中的第一端子T1和第一串联连接SC1的中心处的节点Nc之间的第一串联连接SC1的第一部分P1并联电连接，节点Nc是第一串联连接SC1的中心节点。开关装置1还包括第二电容器C2和第二二极管电路D2的第三串联连接SC3，其中，第三串联连接SC3与两个端子T1、T2中的第二端子T2和第一串联连接SC1的中心节点Nc之间的第一串联连接SC1的第二部分P2并联电连接。

如图2所示，第二串联连接SC2的第一电容器C1和第三串联连接SC3的第二电容器C2电连接到第一串联连接SC1的中心节点Nc。第一二极管电路D1连接在第一端子T1和第一电容器C1之间，其中，第一二极管电路D1和第一电容器C1之间的节点用附图标记N1标记。第二二极管电路D2连接在第二端子T2和第二电容器C2之间，其中，第二二极管电路D2和第二电容器C2之间的节点用附图标记N2标记。

第一二极管电路D1包括数量(i)等于偶数个(2*i)开关S

第二二极管电路D2包括数量(i)等于偶数个(2*i)开关S

如图2所示，对于第一二极管电路D1的两个二极管之间的和第二二极管电路D2的两个二极管之间的每个节点N[i-1]

第二二极管电路D2的两个二极管之间的每个节点(例如，节点N1

根据上述内容，图2中所示的开关、二极管和第三电容器C3的数量仅作为示例，并不限制本公开。

通过执行第二方面或其任何实现方式所述的方法，开关装置1可以在导通状态和非导通状态之间切换。因此，第二方面所述的方法的上述描述对于描述开关装置1在导通状态和非导通状态之间的切换是有效的。

根据一个实施例，为了将开关装置1在导通状态和非导通状态之间切换，开关S

一个或多个瞬态状态仅持续几十或几百纳秒。通过在开关S

在开关装置1的瞬态状态期间，只有充电电流流过开关装置1的一个或多个二极管和一个或多个电容器。因此，与半导体开关S

在第一串联连接包括等于或大于四的偶数个开关S

根据一个实施例，为了将开关装置1从导通状态切换到非导通状态，开关S

因此，为了将开关装置1从非导通状态切换到导通状态，开关S

上述切换方法可以如下文的表1所示，其中，“1”表示开关处于导通状态，“0”表示开关处于非导通状态：

表1：用于开关装置的切换的切换序列

当上述表1中的左子列的切换序列A用于将开关装置1从非导通状态切换到导通状态(即，首先将包括连接到端子T1、T2的开关S

当上述表1中的左子列的切换序列A用于将开关装置1从导通状态切换到非导通状态(即，首先将包括连接到中心节点Nc的开关S

为了循环地对电容器进行充电和放电，当开关装置1在导通状态和非导通状态之间切换时，切换序列A和B可以交替地用于将开关装置1在导通状态和非导通状态之间切换。

如表1所示，当开关对在导通状态和非导通状态之间切换时，每个开关对的两个开关同时在导通状态和非导通状态之间切换。

可替换地，至少一个(即一个或多个)开关对中的两个开关可以依次切换。这在下面的表2中示例性地示出，其中，对于切换序列A，示例性地，形成开关对的两个开关S

表2：用于开关装置的切换的切换序列

图3示出了根据第一方面的开关装置的实施例和根据第九方面的开关装置的实施例。

因此，以上关于第一方面的开关装置和第九方面的开关装置的描述对于图3的开关装置相应地是有效的。

图3的开关装置对应于图2的开关装置，其中，图3中开关装置的第一串联连接SC1的偶数个开关S

如图3所示，第一串联连接SC1的中心节点Nc是第一串联连接SC1的两个开关S

根据图3，第三串联连接SC3的第二二极管电路D2和第二电容器C2连接，使得第二二极管电路D2，具体是第二二极管电路D2的二极管D2

图4示出了根据第一方面的开关装置的两个实施例和根据第十方面的开关装置的两个实施例。

因此，以上关于第一方面的开关装置和第十方面的开关装置的描述对于图4的开关装置相应地是有效的。

图4的开关装置对应于图2的开关装置，其中，图4(a)中开关装置的第一串联连接SC1的偶数个开关S

图5示出了根据第一方面的开关装置的实施例和根据第八方面的开关装置的实施例。

因此，以上关于第一方面的开关装置和第八方面的开关装置的描述对于图5的开关装置相应地是有效的。

图5的开关装置对应于图2的开关装置，其中，第一串联连接SC1的开关S

图5中开关装置1的第一串联连接SC1的偶数个开关的数量可以等于二(这种情况在图6(a)中示出)、四(这种情况在图6(b)中示出)、六(这种情况在图7中示出)或者大于上述数字的偶数。

图5的开关装置1包括电连接在第一端子T1和第二电容器C2与第二二极管电路D2之间的节点N2之间的第三二极管电路D3。第三二极管电路D3包括数量(i)等于第一串联连接SC1的偶数个(2*i)开关S

在第三二极管电路D3包括两个或更多个二极管的情况下，二极管彼此串联电连接。如图5所示，第三二极管电路D3的二极管D3

图5的开关装置1包括电连接在第二端子T2和第一电容器C1与第一二极管电路D1之间的节点N1之间的第四二极管电路D4。第四二极管电路D4还包括数量(i)等于第一串联连接SC1的偶数个(2*i)开关S

在第四二极管电路D4包括两个或更多个二极管的情况下，二极管彼此串联电连接。如图5所示，第四二极管电路D4的二极管D4

如图5所示，对于第三二极管电路D3的两个二极管之间的和第四二极管电路D4的两个二极管之间的每个节点N[i-1]

第四二极管电路D4的两个二极管之间的每个节点(例如，节点N1

根据上述内容，图5中所示的开关、二极管和第三电容器C3的数量仅作为示例，并不限制本公开。

图6和图7示出了根据第一方面的开关装置的实施例和根据第八方面的开关装置的实施例。

因此，以上关于第一方面的开关装置和第八方面的开关装置的描述对于图6和图7的开关装置相应地是有效的。

图6和图7的开关装置对应于图5的开关装置，其中，图6(a)中开关装置的第一串联连接SC1的偶数个开关S

图8示出了根据本发明的一个实施例将图3的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换时的切换状态。

在图8、图9和图10中，处于非导通状态的开关用虚线表示。此外，在图8、图9和图10中，通过开关装置的电流流动由箭头示出。

为了描述图8的开关装置1的功能，假设提供正电压Vin的电压源VS连接到开关装置1的第一端子T1，并且负载R

在图8(a)中，开关装置被示为处于非导通状态，即开关装置1的(第一串联连接SC1的)两个开关S

如图8(a)所示，第一二极管电路D1的二极管D1

为了将开关装置1从非导通状态切换到如图8(d)所示的导通状态，开关装置1的开关S

在图8(b)所示的瞬态状态的情况下，电流从第一端子T1经由第一电容器C1和导通开关S

为了达到图8(d)所示的开关装置的导通状态，相应的其他开关从非导通状态切换到导通状态。也就是说，为了从图8(b)所示的瞬态状态到开关装置1的导通状态，开关S

为了将开关从导通状态切换到非导通状态，开关装置1的开关S

当为了将开关装置从导通状态切换到非导通状态而首先将开关S

为了达到图8(a)所示的开关装置的非导通状态，相应的其他开关从导通状态切换到非导通状态。也就是说，为了从图8(b)所示的瞬态状态到开关装置1的非导通状态，开关S

图9和图10分别示出了根据本发明的一个实施例将图6(a)的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换时的切换状态。

图9(a)示出了开关装置1的非导通状态，图9(b)和图9(c)示出了开关装置1的两种可能的瞬态状态，图9(d)示出了开关装置1的导通状态，在导通状态下，电流从第一端子T1经由双向开关S

图10(a)示出了开关装置1的非导通状态，图10(b)和图10(c)示出了开关装置1的两种可能的瞬态状态，图10(d)示出了开关装置1的导通状态，在导通状态下，电流从第二端子T2经由双向开关S

图11示出了根据本发明的一个实施例将图6(a)、图9和图10的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换时随时间变化的电压曲线。

图8的上述描述对于描述图11所示的开关装置1的状态(1)至状态(10)相应地是有效的。关于图6(a)的开关装置，图11顶部的曲线图示出了开关S

图11(a)的区域(1)对应于非导通状态(如图9(a)所示)，其中，开关S

图11(a)的区域(4)对应于当开关S

图11(b)示出了图6(a)的开关装置的与图11(a)所示相同的行为，用于提供负电压-Vin的电压源VS连接到开关装置的第一端子T1的情况。这相当于将电压源VS连接到开关装置的第二端子T2，其中电压源VS提供正电压Vin。图11(b)的切换顺序与图11(a)的切换顺序的不同之处在于：开关装置从非导通状态经由图9(c)所示的瞬态状态切换到导通状态，并从导通状态经由图9(b)所示的瞬态状态切换到非导通状态。

图12示出了根据本发明的一个实施例将图6(b)的开关装置在导通状态和非导通状态之间切换时随时间变化的电压曲线。

图8、图9、图10和图11的上述描述对于描述图12(a)和图12(b)所示的开关装置1的状态(1)至状态(9)相应地是有效的。关于图6(b)的开关装置，图12顶部的曲线图示出了开关S

图12(a)的区域(1)和区域(9)对应于图6(b)的开关装置的非导通状态，因此对应于图11(a)的区域(1)和区域(5)。图12(a)的区域(5)对应于图6(b)的开关装置的导通状态，因此对应于图11(a)的区域(3)。

当开关装置从非导通状态切换到导通状态时，图12(a)的区域(2)、区域(3)和区域(4)对应于图6(b)的开关装置的瞬态状态。根据图12(a)的区域(1)至区域(5)，为了将图6(b)的开关装置从非导通状态切换到导通状态，根据开关S

当开关装置从导通状态切换到非导通状态时，图12(a)的区域(6)、区域(7)和区域(8)对应于图6(b)的开关装置的瞬态状态。根据图12(a)的区域(5)至区域(9)，为了将图6(b)的开关装置从导通状态切换到非导通状态，根据开关S

图12(b)示出了图6(b)的开关装置的与图12(a)所示相同的行为，用于提供负电压-Vin的电压源VS连接到开关装置的第一端子T1的情况。这相当于将电压源VS连接到开关装置的第二端子T2，其中电压源VS提供负电压-Vin。图12(b)的切换顺序与图12(a)的切换顺序的不同之处在于：为了将开关装置从非导通状态切换到导通状态(图12(b)的区域(1)至区域(5))以及从导通状态切换到非导通状态(图12(b)的区域(5)至区域(9))，利用连接到第二端子T2的开关S

如图11和图12所示，导通状态和非导通状态之间的瞬态状态的数量比开关装置的开关的数量少一个。因此，在非导通状态下的输出电压Vout的电压值(Vout＝0V)和导通状态下的输出电压Vout的电压值(Vout＝Vin或-Vin)之间的输出电压Vout的中间电压值的数量比开关装置的开关的数量少一个。

图13至图16示出了根据本发明实施例的转换器系统和转换器。

图13示出了根据第三方面的转换器系统的实施例。因此，以上关于第三方面的转换器系统的描述对图13的转换器系统相应地是有效的。

如图13(a)所示，根据本公开的一个实施例的转换器系统2包括转换器3。转换器3可以是AC/DC转换器、DC/AC转换器、DC/DC转换器或AC/AC转换器。具体地，转换器3可以是T型转换器，例如3级T型转换器；嵌套T型转换器，例如3级嵌套T型转换器或5级嵌套T型转换器；猴头转换器；维也纳转换器/整流器；或矩阵转换器。转换器3可以根据本领域技术人员已知的其他电力电子转换器拓扑实现。转换器系统的转换器3可以包括一个或多个开关装置1，用于控制转换器3的功率转换。

一个或多个开关装置1可以对应于第一方面或其任何实现方式的一个或多个开关装置、第八方面或其任何实现方式的一个或多个开关装置、第九方面或其任何实现方式的一个或多个开关装置和/或第十方面或其任何实现方式的一个或多个开关装置。因此，一个或多个开关装置1可以对应于图1至图7所示的任何一个开关装置。转换器系统2也可以包括一个以上的转换器3。前述内容对转换器系统2的多个转换器3相应地是有效的。

图13(b)的转换器系统对应于图13(a)的转换器系统。因此，以上关于图13(a)的转换器系统的描述也适用于图13(b)的转换器系统。图13(b)的转换器系统2还包括控制单元4。控制单元4用于通过执行第二方面或其任何实现方式的方法控制至少一个转换器3的功率转换，用于将至少一个转换器3的一个或多个开关装置1在导通状态和非导通状态之间切换。因此，控制单元4可以用于控制至少一个转换器3的一个或多个开关装置1的开关，如以上关于图1至图12所描述的。

控制单元4可以包括或对应于处理器、微处理器、控制器、微控制器、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、专用集成电路(application specificintegrated circuit，ASIC)或它们的任意组合。

图14至图16示出了图13的转换器系统的至少一个转换器3的实施例。

图14示出了维也纳转换器3，其中，双向开关bS1、bS2和bS3各自可以对应于根据第一方面或其任何实现方式的开关装置，其中开关装置的开关是双向开关。可替换地，双向开关bS1、bS2和bS3各自可以对应于根据第八方面或其任何实现方式的开关装置，其中，开关装置的开关是双向开关。具体地，双向开关bS1、bS2和bS3各自可以由根据图5、图6(a)、图6(b)和图7的开关装置之一实现。与其他开关相比，双向开关bS1、bS2和bS3中的至少一个可以不同地实现。

图15示出了3级嵌套的T型转换器3。3级嵌套T型转换器3的双向开关bS11可以如上文关于图14的维也纳转换器3的双向开关bS1、bS2和bS3所述的那样来实现。单向开关uS11、uS12、uS13和uS14可以由单个单向开关实现，例如如图1所示。可替换地或附加地，单向开关uS11、uS12、uS13和uS14中的至少一个，特别是全部开关可以分别由根据第一方面或其任何实现方式的开关装置实现，其中，开关装置的至少一个开关是单向开关，或者开关装置的开关是单向开关。可替换地或附加地，单向开关uS11、uS12、uS13和uS14中的至少一个，特别是全部开关可以分别由根据第八方面或其任何实现方式、根据第九方面或其任何实现方式或根据第十方面或其任何实现方式的开关装置实现，其中，开关装置的开关中的至少一个开关是单向开关或开关装置的开关是单向开关。具体地，单向开关uS11、uS12、uS13和uS14各自可以由根据图2、图3、图4(a)和图4(b)的开关装置之一实现。与其他开关相比，单向开关uS11、uS12、uS13和uS14中的至少一个可以不同地实现。

图16示出了5级嵌套的T型转换器3。5级嵌套T型转换器3的双向开关bS21和bS22可以如上文关于图14的维也纳转换器3的双向开关bS1、bS2和bS3所述的那样来实现。单向开关uS21、uS22、uS23、uS24、uS25、uS26、uS27和uS28可以如以上关于图15的3级嵌套T型转换器的单向开关uS11、uS12、uS13和uS14所述的那样实现。

图15和图16中所示的电压仅作为示例，并不限制本公开。

结合作为示例的各种实施例以及实现方式描述了本公开。然而，通过对附图、本公开和独立权利要求的研究，通过本领域的技术人员以及实施所要求保护的发明可以理解和实现其它变化。在权利要求以及说明书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中记载的若干实体或项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载的某些手段的事实并不表示这些手段的组合不能用于有利的实现。