[發明專利]多電平逆變器

有效

• 申請號: 201180017225.2
• 申請日: 2011-03-29
• 公開（公告）號: CN102884722A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: P·布魯斯;T·喬安妮斯;F·米爾斯滕
• 申請（專利權）人: CE+T公司
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;張旭東

技術領域

本發明涉及多電平直流到交流功率變換器，有時其也被稱為逆變器。

更具體地，本發明涉及一種逆變器模塊，所述逆變器模塊包括：

-三個直流輸入端(IN1、IN2、IN3)，它們分別用于接收第一直流電壓(V1)、第二直流電壓(V2)和第三直流電壓(V3)，其中，V1＞V2＞V3，

-第一開關裝置(T1)、第二開關裝置(T2)、第三開關裝置(T3)和第四開關裝置(T4)，它們順序地串聯連接在第一直流輸入端(IN1)和第三直流輸入端(IN3)之間，第二直流輸入端(IN2)還連接到位于第二開關裝置(T2)和第三開關裝置(T3)之間的串聯連接點，

-第五開關裝置(T5)和第六開關裝置(T6)，它們順序地串聯連接在一方面位于第一開關裝置(T1)和第二開關裝置(T2)之間的串聯連接點和另一方面位于第三開關裝置(T3)和第四開關裝置(T4)之間的串聯連接點之間，

-交流輸出端(OUT1)，其連接到位于第五開關裝置(T5)和第六開關裝置(T6)之間的串聯連接點，用來提供相對于第二直流輸入端(IN2)的交流電壓(Va)，以及

-開關控制裝置，其用于控制六個開關裝置(T1、T2、T3、T4、T5、T6)中的每個開關裝置的導通/關斷狀態。

背景技術

這樣的逆變器模塊在現有技術中廣為人知，并且有時被稱作“中性點鉗位(NPC)多電平逆變器”。受益于采用了多個直流輸入電壓(多于兩個)、這些開關裝置的具體排布結構以及這些開關裝置的具體控制，它們的主要優勢在于中-高壓直流輸入電壓能夠被轉換為交流，而單個開關裝置(T1、T2、T3、T4、T5、T6)中的任何開關在任何時候都不必經受這樣的中-高壓直流電壓。

Fang?Z.Peng在“A?generalized?multilevel?inverter?topology?with?self-voltage?balancing”(IEEE?Trans.Ind.Applicat.，vol.37，pp.611-618，Mar./Apr.2001)中公開了具有這種特性的通用逆變器。此文件公開了例如一種三電平逆變器模塊，就開關而言，該逆變器模塊的電路拓撲與根據本發明的逆變器模塊的拓撲相同。

雖然這種已知的逆變器模塊工作性能良好，但是在將直流電轉換為交流電時，仍需改進它們的總體效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種較已知的逆變器模塊具有更高的總體效率的逆變器模塊。

為了這個目的，根據本發明的逆變器模塊的特征在于，開關控制裝置被配置為：

-為了在交流輸出端(OUT1)處輸出正向交變，使得T3和T4和T6都被關斷，T5被導通，并且T1和T2被以互補的方式導通和關斷幾次，

并且：

-為了在交流輸出端(OUT1)處輸出負向交變，使得T1和T2和T5都被關斷，T6被導通，并且T3和T4被以互補的方式導通和關斷幾次。

確實，當這種逆變器模塊投入運行用于將直流輸入電壓轉換為交流輸出電壓時，T5在交流輸出電壓的全循環周期的過程中將只導通和關斷一次，然而，采用已知的逆變器模塊，T5在所述循環周期過程中則導通和關斷幾次(一般為很多次)。對于T6而言同樣如此。

換句話說，采用根據本發明的逆變器模塊，T5和T6將唯一地以要在交流輸出端提供的基本頻率(一階頻率)導通和關斷，而采用現有技術的逆變器模塊，T5和T6將常規地以更高(得多)的頻率導通和關斷。

因而，相較于已知的逆變器，減小了T5和T6中的開關損耗。因而，相對于已知的逆變器，該技術方案有助于增加逆變器模塊的總體效率。

優選地，根據本發明的逆變器模塊的特征在于，第一開關裝置(T1)、第二開關裝置(T2)、第三開關裝置(T3)和第四開關裝置(T4)是具有第一規格的半導體器件，并且第五開關裝置(T5)和第六開關裝置(T6)是具有不同于第一規格的第二規格的半導體器件。

通過對于T1、T2、T3和T4以及對于T5和T6使用不同類型的半導體器件(也就是說，如它們的數據表單上所示，具有不同規格的器件)，人們實際上能夠選擇針對它們各自的特定開關頻率最優的器件。

尤為優選地，根據本發明的逆變器模塊的特征在于，第五開關裝置(T5)和第六開關裝置(T6)中的每個開關裝置具有比第一開關裝置(T1)、第二開關裝置(T2)、第三開關裝置(T3)和第四開關裝置(T4)中的每個開關裝置的固有導通損耗更低的固有導通損耗。