專利名稱：一種單相五電平逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單相五電平逆變器。
背景技術(shù)：
目前太陽能發(fā)電仍然存在成本過高，效率偏低的缺陷，故研究高效率的并網(wǎng)逆變器拓?fù)?，?duì)于提高太陽能并網(wǎng)發(fā)電效率，降低發(fā)電成本有重要的意義。針對(duì)傳統(tǒng)全橋拓?fù)湫瘦^低的問題，業(yè)內(nèi)提出了多種技術(shù)方案，如中國發(fā)明專利CN1967998和CN1967997分別提出了一種三電平雙降壓式全橋逆變器和一種五電平雙降壓式全橋逆變器，基本思想均是由獨(dú)立二極管實(shí)現(xiàn)續(xù)流，從而使得開關(guān)管可以選擇導(dǎo)通壓降更低的M0SFET，提高逆變器的效率。但是CN1967997提出的五電平雙降壓式全橋逆變器相 對(duì)于三電平雙降式全橋逆變器并沒有降低開關(guān)管的開關(guān)損耗及磁元件損耗。綜上所述，如何降低開關(guān)管的損耗，提高逆變器的工作效率成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種單相五電平逆變器，能夠降低開關(guān)管的損耗，提高逆變器的工作效率。本發(fā)明提供一種單相五電平逆變器，包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管；第一開關(guān)管的第一端連接直流電源的正端，第二端連接第二節(jié)點(diǎn)；第二開關(guān)管的第一端連接所述第二節(jié)點(diǎn)，第二端連接直流電源的負(fù)端；第三開關(guān)管的第一端連接所述第二節(jié)點(diǎn)，第二端連接第三二極管的陰極，第三二極管的陽極連接第一節(jié)點(diǎn)；所述第一節(jié)點(diǎn)的電壓為直流電源的電壓的1/2 ；第四開關(guān)管的第一端連接所述第二節(jié)點(diǎn)，第二端連接第四二極管的陽極，第四二極管的陰極連接所述第一節(jié)點(diǎn)；第五開關(guān)管的第一端連接直流電源的正端，第二端連接第三節(jié)點(diǎn)；第六開關(guān)管的第一端連接第四節(jié)點(diǎn)，第二端連接直流電源的負(fù)端；第二二極管的陰極連接直流電源的正端，第二二極管的陽極連接第四節(jié)點(diǎn)；第一二極管的陰極連接第三節(jié)點(diǎn)，第一二極管的陽極連接直流電源的負(fù)端；第三節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)是該逆變器的正電壓輸出端；第四節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)是該逆變器的負(fù)電壓輸出端。優(yōu)選地，所述開關(guān)管為cool MOS管或者IGBT管。優(yōu)選地，所述二極管為碳化硅二極管或者快恢復(fù)二極管。優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管均為高頻開關(guān)管；所述第五開關(guān)管和第六開關(guān)管的開關(guān)頻率與電網(wǎng)電壓的頻率相同。
優(yōu)選地，還包括第一電感、第二電感和電容；第一電感的一端連接第三節(jié)點(diǎn)，另一端通過電容連接第二節(jié)點(diǎn)；第二電感的一端連接第四節(jié)點(diǎn)，另一端通過電容連接第二節(jié)點(diǎn)；電容并聯(lián)在交流負(fù)載的兩端。優(yōu)選地，還包括第一電感、第二電感、隔離變壓器和電容；第一電感的一端連接第三節(jié)點(diǎn)，另一端通過隔離變壓器的初級(jí)繞組連接第二節(jié)占.第二電感的一端連接第四節(jié)點(diǎn)，另一端通過隔離變壓器的初級(jí)繞組連接第二節(jié) 占.電容并聯(lián)在隔離變壓器的次級(jí)繞組的兩端，同時(shí)，電容并聯(lián)在交流負(fù)載的兩端。優(yōu)選地，電網(wǎng)電壓的正半周，該五電平逆變器共有三種有功工作模態(tài)，分別為第一模態(tài)第二開關(guān)管和第五開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第五開關(guān)管-第一電感-第二開關(guān)管-第五開關(guān)管；第二模態(tài)第四開關(guān)管和第五開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第五開關(guān)管-第一電感-第四開關(guān)管-第四二極管-第五開關(guān)管；第三模態(tài)第一開關(guān)管和第五開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第五開關(guān)管-第一電感-第一開關(guān)管-第五開關(guān)管；電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，該五電平逆變器共有三種有功工作模態(tài)，分別為第七模態(tài)第一開關(guān)管和第六開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第一開關(guān)管-第二電感-第六開關(guān)管-第二電容-第一電容-第一開關(guān)管；第八模態(tài)第三開關(guān)管和第六開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第三二極管-第三開關(guān)管-第二電感-第六開關(guān)管-第三二極管；第九模態(tài)第二開關(guān)管和第六開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第二開關(guān)管-第二電感-第六開關(guān)管-第二開關(guān)管。優(yōu)選地，電網(wǎng)電壓的正半周，該五電平逆變器共有三種無功工作模態(tài)，分別為第四模態(tài)第一開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第二二極管-第一開關(guān)管-第二電感-第二二極管；第五模態(tài)第三開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第二二極管-第一電容-第三二極管-第三開關(guān)管-第二電感-第二二極管；第六模態(tài)第二開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第二二極管-第一電容-第二電容-第二開關(guān)管-第二電感-第二二極管；電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，該五電平逆變器共有三種無功工作模態(tài)，分別為第十模態(tài)第二開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第二開關(guān)管-第一二極管-第一電感-第二開關(guān)管；第十一模態(tài)第四開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第一二極管-第一電感-第四開關(guān)管-第四二極管-第一二極管；第十二模態(tài)第一開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第一二極管-第一電感-第一開關(guān)管-第一電容-第二電容-第一二極管。優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的開關(guān)頻率與電網(wǎng)電壓的頻率相同；所述第五開關(guān)管和第六開關(guān)管均為高頻開關(guān)管；所述逆變器還包括第一電感、第二電感和電容；第一電感的一端連接第三節(jié)點(diǎn)，另一端通過電容連接第二節(jié)點(diǎn)；第二電感的一端連接第四節(jié)點(diǎn)，另一端通過電容連接第二節(jié)點(diǎn)，電容并聯(lián)在交流負(fù)載的兩端。優(yōu)選地，該五電平逆變器六個(gè)開關(guān)管在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的有功工作模態(tài)時(shí)的時(shí)序分別為所述第一開關(guān)管在電網(wǎng)電壓正半周的導(dǎo)通時(shí)序由正弦調(diào)制波和第二三角波進(jìn)行比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波小于第二三角波時(shí)第一開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第一開關(guān)管在電網(wǎng)電壓負(fù)半周的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波和第一三角波比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波的反向波大于第一三角波時(shí)第一開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；·所述第一三角波、第二三角波具有相同的頻率和相同的幅值，且所述第一三角波的波谷等于第二三角波的波峰；第二三角波的波谷為零；所述第二開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波和第二三角波進(jìn)行比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波的反向波大于所述第二三角波時(shí)第二開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第三開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波與第二三角波比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波大于所述第二三角波時(shí)所述第三開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第四開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波與第一三角波比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波大于所述第一三角波時(shí)所述第四開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第五開關(guān)管在所述正弦調(diào)制波的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止；所述第六開關(guān)管在所述正弦調(diào)制波的正半周截止，負(fù)半周導(dǎo)通。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供的單相五電平逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件少，成本低，并且高頻開關(guān)管所承受的電壓應(yīng)力比現(xiàn)有技術(shù)中小，高頻開關(guān)管承受的電壓是直流電源電壓的一半，這樣高頻開關(guān)管的選擇范圍較大，成本較低，同時(shí)也降低了開關(guān)損耗，提高了效率。由于高頻開關(guān)管的電壓應(yīng)力為直流電源電壓的一半，當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，高頻開關(guān)管也可以承受。因此，該逆變器可以適用于電壓較高的場(chǎng)合。并且，該五電平逆變器在不同的工作模態(tài)只有一個(gè)開關(guān)管作為高頻開關(guān)導(dǎo)通，因此，開關(guān)損耗和磁性元件損耗小，效率高。
圖I是本發(fā)明提供的單相五電平逆變器實(shí)施例一電路圖；圖2是本發(fā)明提供的單相五電平逆變器實(shí)施例二電路圖；圖3a是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第一種有功工作模態(tài)不意圖；圖3b是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第二種有功工作模態(tài)示意圖；圖3c是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第三種有功工作模態(tài)示意圖；圖3d是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第四種有功工作模態(tài)示意圖；圖3e是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第五種有功工作模態(tài)示意圖；圖3f是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第六種有功工作模態(tài)示意圖；圖4a是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第一種無功工作模態(tài)示意圖4b是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第二種無功工作模態(tài)示意圖；圖4c是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第三種無功工作模態(tài)示意圖；圖4d是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第四種無功工作模態(tài)示意圖；圖4e是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第五種無功工作模態(tài)示意圖；圖4f是本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第六種無功工作模態(tài)示意圖；圖5是本發(fā)明提供的單相五電平逆變器實(shí)施例三電路圖；圖6是圖I對(duì)應(yīng)的時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。參見圖1，該圖為本發(fā)明提供的單相五電平逆變器實(shí)施例一電路圖。本實(shí)施例提供的單相五電平逆變器，包括第一開關(guān)管QH1、第二開關(guān)管QH2、第三開關(guān)管QH3、第四開關(guān)管QH4、第五開關(guān)管QL1、第六開關(guān)管QL2、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4 ；第一開關(guān)管QHl的第一端連接直流電源DC的正端，第二端連接第二節(jié)點(diǎn)N ；第二開關(guān)管QH2的第一端連接所述第二節(jié)點(diǎn)N，第二端連接直流電源DC的負(fù)端；第三開關(guān)管QH3的第一端連接所述第二節(jié)點(diǎn)N，第二端連接第三二極管D3的陰極，第三二極管D3的陽極連接第一節(jié)點(diǎn)O ;所述第一節(jié)點(diǎn)O的電壓為直流電源DC的電壓的1/2 ；第四開關(guān)管QH4的第一端連接所述第二節(jié)點(diǎn)N，第二端連接第四二極管D4的陽極，第四二極管D4的陰極連接所述第一節(jié)點(diǎn)O ;第五開關(guān)管QLl的第一端連接直流電源DC的正端，第二端連接第三節(jié)點(diǎn)A ；第六開關(guān)管QL2的第一端連接第四節(jié)點(diǎn)B，第二端連接直流電源DC的負(fù)端；第二二極管D2的陰極連接直流電源DC的正端，第二二極管D2的陽極連接第四節(jié)點(diǎn)B ;第一二極管Dl的陰極連接第三節(jié)點(diǎn)A，第一二極管Dl的陽極連接直流電源DC的負(fù)端。第三節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)N是該逆變器的正電壓輸出端；第四節(jié)點(diǎn)B和第二節(jié)點(diǎn)N是該逆變器的負(fù)電壓輸出端。與現(xiàn)有技術(shù)的五電平逆變器相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的單相五電平逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件較少，因此，成本也較低。進(jìn)一步的，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管均為高頻開關(guān)管；所述第五開關(guān)管和第六開關(guān)管的開關(guān)頻率與電網(wǎng)電壓的頻率相同。本發(fā)明實(shí)施例提供的單相五電平逆變器中高頻開關(guān)管所承受的電壓應(yīng)力比現(xiàn)有技術(shù)中小，高頻開關(guān)管承受的電壓是直流電源電壓的一半，這樣開關(guān)管的選擇范圍較大，成本較低，同時(shí)也降低了開關(guān)損耗，提高了效率。由于高頻開關(guān)管的電壓應(yīng)力為直流電源電壓的一半，當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，開關(guān)管也可以承受。因此，該逆變器可以適用于電壓較高的場(chǎng)
口 ο
進(jìn)一步的，所述開關(guān)管為cool MOS管或者IGBT管。進(jìn)一步的，所述二極管為碳化硅二極管或者快恢復(fù)二極管。 需要說明的是，第一電容Cl和第二電容C2的容值相同，因此Cl和C2上的電壓相等，均等于直流電源DC的1/2電壓。本實(shí)施例提供的單相五電平逆變器，還包括可以第一電感LI、第二電感L2和電容C0;第一電感LI的一端連接第三節(jié)點(diǎn)A,另一端通過電容C。連接第二節(jié)點(diǎn)N ；第二電感L2的一端連接第四節(jié)點(diǎn)B，另一端通過電容C。連接第二節(jié)點(diǎn)N，電容C。并聯(lián)在交流負(fù)載(圖中為電網(wǎng)ug)的兩端。需要說明的是，圖I所示的是一種實(shí)現(xiàn)方式，本發(fā)明實(shí)施例還提供了另一種實(shí)現(xiàn) 方式，參見圖2，該圖為本發(fā)明提供的單相五電平逆變器實(shí)施例二電路圖。該實(shí)施例提供的逆變器與實(shí)施例一的區(qū)別是增加了隔離變壓器T，增加了隔離變壓器T以后的電路結(jié)構(gòu)為第一電感LI的一端連接第三節(jié)點(diǎn)A，另一端通過隔離變壓器T的初級(jí)繞組連接第二節(jié)點(diǎn)N ；第二電感L2的一端連接第四節(jié)點(diǎn)B，另一端通過隔離變壓器T的初級(jí)繞組連接第二節(jié)點(diǎn)N ；電容C。并聯(lián)在隔離變壓器T的次級(jí)繞組的兩端，同時(shí)，電容C。并聯(lián)在交流負(fù)載(圖中為電網(wǎng)Ug)的兩端。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的逆變器，不但可以有功情況下使用，也可以無功情況下使用，下面結(jié)合附圖對(duì)各種工作狀態(tài)分別進(jìn)行介紹。電網(wǎng)電壓的正半周，該五電平逆變器共有三種有功工作模態(tài)，分別為第一模態(tài)、第二模態(tài)和第三模態(tài)。下面結(jié)合附圖分別進(jìn)行介紹。需要說明的是，圖I和圖2對(duì)應(yīng)的工作模態(tài)相同，下面僅以圖I為例進(jìn)行介紹。參見圖3a，該圖為圖I對(duì)應(yīng)的第一種有功工作模態(tài)示意圖。第一模態(tài)第二開關(guān)管QH2和第五開關(guān)管QLl均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第五開關(guān)管QLl-第一電感LI-第二開關(guān)管QH2-第五開關(guān)管QLl。參見圖3b，該圖為圖I對(duì)應(yīng)的第二種有功工作模態(tài)示意圖。第二模態(tài)第四開關(guān)管QH4和第五開關(guān)管QLl均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第五開關(guān)管QLl-第一電感LI-第四開關(guān)管QH4-第四二極管D2-第五開關(guān)管QL1。參見圖3c，該圖為圖I對(duì)應(yīng)的第三種有功工作模態(tài)示意圖。第三模態(tài)第一開關(guān)管QHl和第五開關(guān)管QLl均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第五開關(guān)管QLl-第一電感LI-第一開關(guān)管QHl-第五開關(guān)管QL1。電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，該五電平逆變器共有三種有功工作模態(tài)，分別為第七模態(tài)、第八模態(tài)和第九模態(tài)。下面結(jié)合附圖分別進(jìn)行介紹。參見圖3d，該圖為圖I對(duì)應(yīng)的第四種有功工作模態(tài)示意圖。第七模態(tài)第一開關(guān)管QHl和第六開關(guān)管QL2均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第一開關(guān)管QHl-第二電感L2-第六開關(guān)管QL2-第二電容C2-第一電容Cl-第一開關(guān)管QHl ；
參見圖3e，該圖為圖I對(duì)應(yīng)的第五種有功工作模態(tài)示意圖。第八模態(tài)第三開關(guān)管QH3和第六開關(guān)管QL2均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第三二極管D3-第三開關(guān)管QH3-第二電感L2-第六開關(guān)管QL2-第三二極管D3 ；參見圖3f，該圖為圖I對(duì)應(yīng)的第六種有功工作模態(tài)示意圖。
第九模態(tài)第二開關(guān)管QH2和第六開關(guān)管QL2均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第二開關(guān)管QH2-第二電感L2-第六開關(guān)管QL2-第二開關(guān)管QH2。電網(wǎng)電壓的正半周，該五電平逆變器共有三種無功工作模態(tài)，分別為第四模態(tài)、第五模態(tài)和第六模態(tài)。參見圖4a，該圖為本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第一種無功工作模態(tài)示意圖。第四模態(tài)第一開關(guān)管QHl導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第二二極管D2-第一開關(guān)管QHl-第二電感L2-第二二極管D2。參見圖4b，該圖為本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第二種無功工作模態(tài)示意圖。第五模態(tài)第三開關(guān)管QH3導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第二二極管D2-第一電容Cl-第三二極管D3-第三開關(guān)管QH3-第二電感L2-第二二極管D2。參見圖4c，該圖為本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第三種無功工作模態(tài)示意圖。第六模態(tài)第二開關(guān)管QH2導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第二二極管D2-第一電容Cl-第二電容C2-第二開關(guān)管QH2-第二電感L2-第二二極管D2。電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，該五電平逆變器共有三種無功工作模態(tài)，分別為第十模態(tài)、第H^一模態(tài)和第十二模態(tài)。參見圖4d，該圖為本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第四種無功工作模態(tài)示意圖。第十模態(tài)第二開關(guān)管QH2導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第二開關(guān)管QH2-第一二極管Dl-第一電感LI-第二開關(guān)管QH2。參見圖4e，該圖為本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第五種無功工作模態(tài)示意圖。第十一模態(tài)第四開關(guān)管QH4導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第一二極管Dl-第一電感LI-第四開關(guān)管QH4-第四二極管D4-第一二極管D1。參見圖4f，該圖為本發(fā)明圖I對(duì)應(yīng)的第六種無功工作模態(tài)示意圖。第十二模態(tài)第一開關(guān)管QHl導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第一二極管Dl-第一電感LI-第一開關(guān)管QHl-第一電容Cl-第二電容C2-第一二極管D1。從以上各種工作模態(tài)中可以看出，電網(wǎng)電壓正半周時(shí)，QLl導(dǎo)通，QL2截止；電網(wǎng)電壓負(fù)半周時(shí)，QL2導(dǎo)通，QLl截止。因此，QLl和QL2是工頻開關(guān)管。從以上各種工作模態(tài)中可以看出，無論哪種工作模態(tài)，本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平逆變器中的高頻開關(guān)管僅承受一半的母線電壓，需要說明的是，此處的母線電壓便是直流電源兩端的電壓。如圖3a所示，該種工作模態(tài)中有一個(gè)高頻開關(guān)管導(dǎo)通，即QH2，此時(shí)導(dǎo)通回路中的電壓是Cl和C2上的電壓之和，Cl和C2上的電壓之和是直流電源兩端的電壓，即QHl和QH2分別承受一半的母線電壓。如圖3b所示，該種工作模態(tài)中只有一個(gè)高頻開關(guān)管導(dǎo)通，即QH2，此時(shí)導(dǎo)通回路中的電壓是C2上的電壓，C2上的電壓是直流電源兩端的電壓的一半，即QH2僅承受一半的母線電壓。同理，其他工作模態(tài)與圖3a和圖3b的工作模態(tài)類似，高頻開關(guān)管僅承受母線電壓的一半。
并且，該五電平逆變器在不同的工作模態(tài)只有一個(gè)開關(guān)管作為高頻開關(guān)導(dǎo)通，開關(guān)損耗和磁性兀件損耗小，效率聞。需要說明的是，本發(fā)明還提供了另外一種實(shí)施例，實(shí)施例一中的六個(gè)開關(guān)管中有四個(gè)高頻開關(guān)管，兩個(gè)工頻開關(guān)管(即與電網(wǎng)電壓的頻率相同)；而下面提供的實(shí)施例中有四個(gè)工頻開關(guān)管，兩個(gè)高頻開關(guān)管。參見圖5，該圖為本發(fā)明提供的單相五電平逆變器實(shí)施例三電路圖。如圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一(圖I)的區(qū)別是所述第一開關(guān)管QL1、第二開關(guān)管QL2、第三開關(guān)管QL3和第四開關(guān)管QL4的開關(guān)頻率與電網(wǎng)電壓的頻率相同；所述第五開關(guān)管QHl和第六開關(guān)管QH2均為高頻開關(guān)管。需要說明的是，圖5所示的實(shí)施例也可以像圖2提供的實(shí)施例那樣，LI和L2的一端通過隔離變壓器連接N?！⒁妶D6，該圖為本發(fā)明中圖I提供的實(shí)施例對(duì)應(yīng)的時(shí)序圖。該五電平逆變器六個(gè)開關(guān)管在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的有功工作模態(tài)時(shí)的時(shí)序分別為所述第一開關(guān)管QHl在電網(wǎng)電壓正半周的導(dǎo)通時(shí)序由正弦調(diào)制波Z和第二三角波B進(jìn)行比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波Z小于第二三角波B時(shí)第一開關(guān)管QHl導(dǎo)通，反之截止；所述第一開關(guān)管QHl在電網(wǎng)電壓負(fù)半周的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波Z和第一三角波A比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波Z的反向波大于第一三角波A時(shí)第一開關(guān)管QHl導(dǎo)通，反之截止；所述第一三角波A、第二三角波B具有相同的頻率和相同的幅值，且所述第一三角波A的波谷等于第二三角波B的波峰；所述第二開關(guān)管QH2的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波Z和第二三角波B進(jìn)行比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波Z的反向波大于所述第二三角波B時(shí)第二開關(guān)管QH2導(dǎo)通，反之截止；所述第三開關(guān)管QH3的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波Z與第二三角波B比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波Z大于所述第二三角波B時(shí)所述第三開關(guān)管QH3導(dǎo)通，反之截止；所述第四開關(guān)管QH4的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波Z與第一三角波A比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波Z大于所述第一三角波A時(shí)所述第四開關(guān)管QH4導(dǎo)通，反之截止；所述第五開關(guān)管QLl在所述正弦調(diào)制波Z的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止；所述第六開關(guān)管QL2在所述正弦調(diào)制波Z的正半周截止，負(fù)半周導(dǎo)通。圖6中的Van是圖I中的第三節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)N之間的電壓(A點(diǎn)對(duì)N點(diǎn)的電壓)，即逆變器輸出的正電壓，Vbn是圖I中第四節(jié)點(diǎn)B和第二節(jié)點(diǎn)N之間的電壓(B點(diǎn)對(duì)N點(diǎn)的電壓)，即逆變器輸出的負(fù)電壓。并且，從圖6中可以看出，在tO-tl時(shí)間段內(nèi)，在電平O和I跳變；在tl-t2時(shí)間段內(nèi)，在電平I和2跳變。在t2-t3時(shí)間段內(nèi)，在電平O和I跳變，在t3-t4時(shí)間段內(nèi)，在電平O和-I跳變；在t4-t5時(shí)間段內(nèi)，在電平-I和_2跳變；在t5-t6時(shí)間段內(nèi)，在電平-I和O跳變。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中僅給出了圖I所示的逆變器中的有功工作模態(tài)時(shí)的導(dǎo)通時(shí)序。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。 因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單相五電平逆變器，其特征在于，包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管； 第一開關(guān)管的第一端連接直流電源的正端，第二端連接第二節(jié)點(diǎn)； 第二開關(guān)管的第一端連接所述第二節(jié)點(diǎn)，第二端連接直流電源的負(fù)端； 第三開關(guān)管的第一端連接所述第二節(jié)點(diǎn)，第二端連接第三二極管的陰極，第三二極管的陽極連接第一節(jié)點(diǎn)；所述第一節(jié)點(diǎn)的電壓為直流電源的電壓的1/2 ； 第四開關(guān)管的第一端連接所述第二節(jié)點(diǎn)，第二端連接第四二極管的陽極，第四二極管的陰極連接所述第一節(jié)點(diǎn)； 第五開關(guān)管的第一端連接直流電源的正端，第二端連接第三節(jié)點(diǎn)； 第六開關(guān)管的第一端連接第四節(jié)點(diǎn)，第二端連接直流電源的負(fù)端； 第二二極管的陰極連接直流電源的正端，第二二極管的陽極連接第四節(jié)點(diǎn)； 第一二極管的陰極連接第三節(jié)點(diǎn)，第一二極管的陽極連接直流電源的負(fù)端； 第三節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)是該逆變器的正電壓輸出端； 第四節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)是該逆變器的負(fù)電壓輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相五電平逆變器，其特征在于，所述開關(guān)管為coolMOS管或者IGBT管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相五電平逆變器，其特征在于，所述二極管為碳化硅二極管或者快恢復(fù)二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相五電平逆變器，其特征在于，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管均為高頻開關(guān)管；所述第五開關(guān)管和第六開關(guān)管的開關(guān)頻率與電網(wǎng)電壓的頻率相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單相五電平逆變器，其特征在于，還包括第一電感、第二電感和電容； 第一電感的一端連接第三節(jié)點(diǎn)，另一端通過電容連接第二節(jié)點(diǎn)； 第二電感的一端連接第四節(jié)點(diǎn)，另一端通過電容連接第二節(jié)點(diǎn)； 電容并聯(lián)在交流負(fù)載的兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單相五電平逆變器，其特征在于，還包括第一電感、第二電感、隔離變壓器和電容； 第一電感的一端連接第三節(jié)點(diǎn)，另一端通過隔離變壓器的初級(jí)繞組連接第二節(jié)點(diǎn)； 第二電感的一端連接第四節(jié)點(diǎn)，另一端通過隔離變壓器的初級(jí)繞組連接第二節(jié)點(diǎn)； 電容并聯(lián)在隔離變壓器的次級(jí)繞組的兩端，同時(shí)，電容并聯(lián)在交流負(fù)載的兩端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的單相五電平逆變器，其特征在于，電網(wǎng)電壓的正半周，該五電平逆變器共有三種有功工作模態(tài)，分別為 第一模態(tài)第二開關(guān)管和第五開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第五開關(guān)管-第一電感-第二開關(guān)管-第五開關(guān)管； 第二模態(tài)第四開關(guān)管和第五開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第五開關(guān)管-第一電感-第四開關(guān)管-第四二極管-第五開關(guān)管； 第三模態(tài)第一開關(guān)管和第五開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第五開關(guān)管-第一電感-第一開關(guān)管-第五開關(guān)管； 電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，該五電平逆變器共有三種有功工作模態(tài)，分別為 第七模態(tài)第一開關(guān)管和第六開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第一開關(guān)管-第二電感-第六開關(guān)管-第二電容-第一電容-第一開關(guān)管； 第八模態(tài)第三開關(guān)管和第六開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第三二極管-第三開關(guān)管-第二電感-第六開關(guān)管-第三二極管； 第九模態(tài)第二開關(guān)管和第六開關(guān)管均導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第二開關(guān)管-第二電感-第六開關(guān)管-第二開關(guān)管。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的單相五電平逆變器，其特征在于，電網(wǎng)電壓的正半周，該五電平逆變器共有三種無功工作模態(tài)，分別為 第四模態(tài)第一開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第二二極管-第一開關(guān)管-第二電感-第二二極管； 第五模態(tài)第三開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第二二極管-第一電容-第三二極管-第三開關(guān)管-第二電感-第二二極管； 第六模態(tài)第二開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；電流的路徑為第二二極管-第一電容-第二電容-第二開關(guān)管-第二電感-第二二極管； 電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，該五電平逆變器共有三種無功工作模態(tài)，分別為 第十模態(tài)第二開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第二開關(guān)管-第一二極管-第一電感-第二開關(guān)管； 第十一模態(tài)第四開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第一二極管-第一電感-第四開關(guān)管-第四二極管-第一二極管； 第十二模態(tài)第一開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止，電流的路徑為第一二極管-第一電感-第一開關(guān)管-第一電容-第二電容-第一二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相五電平逆變器，其特征在于，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的開關(guān)頻率與電網(wǎng)電壓的頻率相同；所述第五開關(guān)管和第六開關(guān)管均為高頻開關(guān)管；所述逆變器還包括第一電感、第二電感和電容； 第一電感的一端連接第三節(jié)點(diǎn)，另一端通過電容連接第二節(jié)點(diǎn)； 第二電感的一端連接第四節(jié)點(diǎn)，另一端通過電容連接第二節(jié)點(diǎn)，電容并聯(lián)在交流負(fù)載的兩端。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的單相五電平逆變器，其特征在于， 該五電平逆變器六個(gè)開關(guān)管在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的有功工作模態(tài)時(shí)的時(shí)序分別為 所述第一開關(guān)管在電網(wǎng)電壓正半周的導(dǎo)通時(shí)序由正弦調(diào)制波和第二三角波進(jìn)行比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波小于第二三角波時(shí)第一開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第一開關(guān)管在電網(wǎng)電壓負(fù)半周的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波和第一三角波比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波的反向波大于第一三角波時(shí)第一開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止； 所述第一三角波、第二三角波具有相同的頻率和相同的幅值，且所述第一三角波的波谷等于第二三角波的波峰；第二三角波的波谷為零； 所述第二開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波和第二三角波進(jìn)行比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波的反向波大于所述第二三角波時(shí)第二開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止； 所述第三開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波與第二三角波比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波大于所述第二三角波時(shí)所述第三開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止； 所述第四開 關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)序由所述正弦調(diào)制波與第一三角波比較產(chǎn)生，所述正弦調(diào)制波大于所述第一三角波時(shí)所述第四開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止； 所述第五開關(guān)管在所述正弦調(diào)制波的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止； 所述第六開關(guān)管在所述正弦調(diào)制波的正半周截止，負(fù)半周導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單相五電平逆變器，包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管；該逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件少，成本低，并且高頻開關(guān)管所承受的電壓應(yīng)力比現(xiàn)有技術(shù)中小，高頻開關(guān)管承受的電壓是直流電源電壓的一半，這樣高頻開關(guān)管的選擇范圍較大，成本較低，同時(shí)也降低了開關(guān)損耗，提高了效率。由于高頻開關(guān)管的電壓應(yīng)力為直流電源電壓的一半，當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，高頻開關(guān)管也可以承受。因此，該逆變器可以適用于電壓較高的場(chǎng)合。并且，該五電平逆變器在不同的工作模態(tài)只有一個(gè)開關(guān)管作為高頻開關(guān)導(dǎo)通，因此，開關(guān)損耗和磁性元件損耗小，效率高。
文檔編號(hào)H02M7/483GK102843056SQ201210330240
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者胡兵, 薛麗英, 陸鑫, 申譚, 張彥虎 申請(qǐng)人:陽光電源股份有限公司