專利名稱：多電平疊加式逆變器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種將低壓直流電轉變?yōu)?20伏交流電的電子裝置，具體涉及一種多電 平疊加式逆變器。
背景技術：
現有技術中具有獨立直流電源的級聯(lián)型多電平逆變器，是將不同導通角的多個全橋逆變 器的交流擁串聯(lián)起來，從而得到了多電平的輸出合成電壓。增加電平數能提高合成正弦電壓 的性能，但電路結構復雜，每增加兩級電平需增加一組逆變橋。 發(fā)明內容
現有技術是采取將各個直流電壓先逆變成交流再疊加成多電平正弦電壓，每增加兩級電 平需增加一組逆變橋。本實用新型提供一種多電平逆變器，具有開關管數量少電路簡單的特 點，每增加兩級電平只需增加一個開關管。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是多個獨立直流電源通過開關管導通截 止形成不同的占空比方波先疊加成多電平余弦半波再控制一個逆變橋轉變成合成正弦電壓。
本實用新型的有益效果是整個電路結構中只用了一個逆變橋，每增加兩級電平只需增
加一個開關管Qn和二極管Dn，電平級數多時開關管總量明顯減少，電路結構簡化，多電平
逆變器開發(fā)中可以增加更多電平數以及降低正弦波諧波。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第一種電路結構圖。 圖2是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第二種電路結構圖。 圖3是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第三種電路結構圖。 圖4是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第四種電路結構圖。 圖5是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第一至第四種電路所對應的原理波形圖。 圖6是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第五種電路結構圖。
圖7是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第六種電路結構圖。
圖8是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第五、六種電路所對應的原理波形圖。
圖中，U1......Un為獨立電源，Q1......Qn為開關管，D1......Dn為旁路二極管，VF1......VF4
為逆變橋的開關管，RL為負載。
具體實施方式

圖1是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第一種電路結構圖，圖中Ul……Un正 負極依此相連組成串聯(lián)電源，A'為正極，O'為負極。D1......Dn 二極管正負極依此相連組成串
聯(lián)電路，D1負接A'，Dn正接O'。開關管Q1......Qn負極依此與相應電源U1......Un負極相
連，開關管Q1……Qn正極與D1......Dn二極管正極相連。開關管VF1......VF4組成的橋式
電路，A'與橋正極相連，O'與橋負極相連，在橋中點AO聯(lián)接到負載RL。工作原理如下，圖 5中在0-T1時段，Q1-Qn均不導通，O'A'兩端電壓為0，從T1至T2時段開關管Q1導通， 0'A'兩端電壓為U1，從T2至T3時段開關管Q2導通，O'A'兩端電壓疊加為U1+U2,依次 類推直至Tn至90度，0'A'兩端電壓疊加為U1+U2…+Un,達到余弦半波電壓最大值。從90 度至180度時段，依此控制Qn......Q1導通，使O'A'電壓從電壓最大值至O,獲得余弦半波
電壓。圖5中0至180度時段VF2、 VF3導通，180度至360度VF1 、 VF4導通，從而將余
弦半波電壓切換成正負極性的正弦波電壓。
圖2是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第二種電路結構圖，圖中Ul……Un正 負極依此相連組成串聯(lián)電源，A'為正極，O'為負極。D1......Dn 二極管正負極依此相連組成串
聯(lián)電路，Dn負接A'，D1正接O'。開關管Q1......Qn正極依此與相應電源U1......Un正極相
連，開關管Q1......Qn負極與D1......Dn二極管負極相連。開關管VF1......VF4組成的橋式
電路，A'與橋正極相連，O'與橋負極相連，在橋中點AO聯(lián)接到負載RL。工作原理如下，圖 5中在0 T1時段，Q1 Qn均不導通，O'A'兩端電壓為0，從T1至T2時段開關管Q1導通， 0'A'兩端電壓為U1，從T2至T3時段開關管Q2導通，O'A'兩端電壓疊加為U1+U2，依次 類推直至Tn至90度，0'A'兩端電壓疊加為U1+U2…+Un,達到余弦半波電壓最大值。從90 度至180度時段，依此控制Qn......Q1導通，使O'A'電壓從電壓最大值至0，獲得余弦半波
電壓。圖5中0至180度時段VF2、 VF3導通，180度至360度VF1, VF4導通，從而將余 弦半波電壓切換成正負極性的正弦波電壓。
圖3是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第三種電路結構圖，圖中Ul……Un正 負極依此相連組成串聯(lián)電源，A'為正極，O'為負極。開關管Q1......Qn負極依此與相應電源
U1......Un負極相連，開關管Q1......Qn正極與O'相連組成電源疊加控制電路。開關管
VF1......VF4組成的橋式電路，A'與橋正極相連，O'與橋負極相連，在橋中點AO聯(lián)接到負
載RL。本實用新型工作原理如下，圖5中在0 T1時段，Q1-Qn均不導通，O'A'兩端電壓為 0,從T1至T2時段開關管Q1導通，其余截止，0'A'兩端電壓為U1，從T2至T3時段開關 管Q2導通，其余截止，O'A'兩端電壓疊加為U1+U2，依次類推直至Tn至90度，O'A'兩端 電壓疊加為U1+U2…+Un,達到余弦半波電壓最大值。從90度至180度時段，依此控制 Qn......Q1導通，使O'A'電壓從電壓最大值至0，獲得余弦半波電壓。圖5中0至180度時
段VF2、 VF3導通，180度至360度VF1、 VF4導通，從而將余弦半波電壓切換成正負極性 的正弦波電壓。
圖4是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第四種電路結構圖，圖中Ul……Un正 負極依此相連組成串聯(lián)電源，A'為正極，O'為負極。開關管Q1......Qn正極依此與相應電源
U1......Un正極相連，開關管Q1......Qn負極與O'相連組成電源疊加控制電路。開關管
VF1......VF4組成的橋式電路，A'與橋正極相連，O'與橋負極相連，在橋中點AO聯(lián)接到負
載RL。本實用新型工作原理如下，圖5中在(KT1時段，QKn均不導通，O'A'兩端電壓為 0，從T1至T2時段開關管Q1導通，其余截止，0'A'兩端電壓為U1，從T2至T3時段開關 管Q2導通，其余截止，O'A'兩端電壓疊加為U1+U2，依次類推直至Tn至90度，O'A'兩端 電壓疊加為111+112...+1^,達到余弦半波電壓最大值。從90度至180度時段，依此控制 Qn......Q1導通，使O'A'電壓從電壓最大值至0，獲得余弦半波電壓。圖5中0至180度時
段VF2、 VF3導通，180度至360度VF1 、 VF4導通，從而將余弦半波電壓切換成正負極性 的正弦波電壓。
圖6是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第五種電路結構圖，圖中Ul……Un正 負極依此相連組成串聯(lián)電源，A'為正極，O'為負極。D2......Dn 二極管正負極依此相連組成串
聯(lián)電路，D2負接U1負極,U1正極為A'， Dn正接O'。開關管Q2......Qn負極依此與相應電
源U2......Un負極相連，開關管Q2......Qn正極與D2......Dn 二極管正極相連。開關管
VF1......VF4組成的橋式電路，A'與橋正極相連，O'與橋負極相連，在橋中點AO聯(lián)接到負
載RL。工作原理如下，圖8中在0 T2時段，Q2 Qn均不導通，O'A'兩端電壓為Ul，從T2 至T3時段開關管Q2導通，O'A'兩端電壓疊加為U1+U2,從T3至T4時段開關管Q2, Q3 導通，O'A'兩端電壓疊加為U1+U2+U3，依次類推直至Tn至90度，O'A'兩端電壓疊加為 U1+U2...+Un,達到余弦半波電壓最大值。從90度至180度時段，依此控制Qn......Q2導通，
使O'A'電壓從電壓最大值至U1 ，獲得余弦半波電壓。圖8中T1至T'1時段VF2、 VF3導通，
180度至360度按相應時段VF1、 VF4導通，從而將余弦半波電壓切換成正負極性的正弦波 電壓。
圖7是具有獨立直流電源用開關管的疊加式逆變器第六種電路結構圖，圖中Ul……Un正 負極依此相連組成串聯(lián)電源，A'為正極，O'為負極。D2......Dn 二極管正負極依此相連組成串
聯(lián)電路，，D2正接U1正極，U1負極為0'， Dn負接A'。各開關管Q2......Qn正極與相應電
源U2......Un正極相連，開關管Q2......Qn負極與D2......Dn 二極管負極相連。開關管
VF1......VF4組成的橋式電路，A'與橋正極相連，O'與橋負極相連，在橋中點AO聯(lián)接到負
載RL。工作原理如下，圖8中在(KT2時段，Q2 Qn均不導通，0'A'兩端電壓為U1，從T2 至T3時段開關管Q2導通，O'A'兩端電壓疊加為U1+U2,從T3至T4時段開關管Q2, Q3 導通，O'A'兩端電壓疊加為U1+U2+U3,依次類推直至Tn至90度，O'A'兩端電壓疊加為 U1+U2…+Un，達到余弦半波電壓最大值。從90度至180度時段，依此控制Qn......Q1導通，
使O'A'電壓從電壓最大值至U1 ，獲得余弦半波電壓。圖8中T1至T'1時段VF2、 VF3導 通，180度至360度按相應時段TVF1、 VF4導通，從而將余弦半波電壓切換成正負極性的正 弦波電壓。
權利要求1.多電平疊加式逆變器是一種多電平逆變器主電路拓撲，由多個獨立直流電源，半波疊加控制電路，及極性反轉電橋所組成，其特征在于(U1……Un)正負極依此相連組成串聯(lián)電源，(A’)為正極，(O’)為負極，(D1......Dn)二極管正負極依此相連組成串聯(lián)電路，負端接(A’)，正端接(O’)，開關管(Q1......Qn)負極依此與相應電源(U1......Un)負極相連，開關管(Q1......Qn)正極與(D1......Dn)二極管正極相連，開關管(VF1......VF4)組成的橋式電路，(A’)與橋正極相連，(O’)與橋負極相連，在橋中點(AO)聯(lián)接到負載RL。
2. 根據權利要求1所述的多電平疊加式逆變器，其特征在于所述的開關管(Q1......Qn)正極依此與相應電源(U1..….Un)正極相連，開關管(Q1......Qn)負極與(D1……Dn) 二極管負極相連。
3. 根據權利要求l所述的多電平疊加式逆變器，其特征在于所述的開關管(Q1......Qn)負極依此與相應電源(U1......Un)橋負極相連，所述的開關管(Q1......Qn)橋正極接地。
4. 根據權利要求l所述的多電平疊加式逆變器，其特征在于所述的開關管(Q1......Qn)正極依此與相應電源(U1......Un)橋正極相連，所述的開關管(Q1......Qn)橋負極接地。
專利摘要多電平疊加式逆變器屬具有獨立直流源的多電平逆變器。是由多個獨立直流電源先控制疊加成階梯半波再經極性反轉逆變橋轉換成正弦波。(U1……Un)正負極依此相連組成串聯(lián)電源，(D1......Dn)二極管正負極依此相連組成串聯(lián)電路。各開關管(Q1......Qn)跨連在串聯(lián)電源和串聯(lián)二極管之間，控制電平疊加。本電路結構減少了開關管數量，便于開發(fā)多電平逆變器時增加電平數和降低正弦波諧波。
文檔編號H02M7/48GK201008128SQ20052004461
公開日2008年1月16日 申請日期2005年8月29日 優(yōu)先權日2005年8月29日
發(fā)明者江 諸 申請人:江 諸