[發明專利]五電平整流器

在審

• 申請號: 201310636832.8
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN104682736A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 應建平;王明;張怡;甘鴻堅;鄭劍飛
• 申請（專利權）人: 臺達電子企業管理（上海）有限公司
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術領域

本發明是有關于一種多電平整流器，且特別是有關于一種五電平整流器。

背景技術

隨著電力電子及控制技術的不斷發展，諸多領域對大功率電力電子變換器的需求日益旺盛，比如電機調速、新能源發電以及智能電網等，并且電力電子變換器正朝著高壓、大功率、高功率密度、高可靠性、低成本的方向發展。相比于兩電平，多電平變換技術具有較低的諧波和電磁干擾，較好的電能質量等優點，可有效減少濾波器體積和成本；但同時，多電平變換器的半導體功率開關數量顯著增多，控制邏輯較為復雜，因此也影響了多電平變換技術的進一步推廣和應用。

為提高變換器電壓等級，多種多電平技術得到廣泛研究和應用，其中包括二極管中點箝位（Neutral?Point?Clamped，NPC）多電平技術、飛跨電容箝位多電平技術、有源中點箝位（Active?neutral?point?clamped,ANPC）多電平技術、級聯H橋（Cascaded?H-bridge,CHB）多電平技術，以及模塊組合多電平變換器（Modular?Multilevel?Converter,MMC）技術等。然而，前述技術應用在五電平拓撲結構中功率半導體開關至少需8個以上，由于功率半導體開關數量較多，因此功率半導體開關控制難度較大。再者，CHB以及MMC應用在五電平拓撲結構中均需要兩個獨立的直流電壓源，變換器的成本較高、可靠性較低。

為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發展完成。因此，如何能減少功率半導體開關數量，從而簡化控制邏輯，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域極需改進的目標。

發明內容

本發明的一方面是在提供結構簡單的五電平整流器，在改善諧波、電磁干擾，提升電能質量的同時，具有較少的功率半導體開關和較為簡單的控制邏輯。

于一實施例中，本發明所提供的五電平整流器包括第一功率半導體開關、第二功率半導體開關、第三功率半導體開關、第四功率半導體開關、第五功率半導體開關、第六功率半導體開關、第一直流母線電容器、第二直流母線電容器、相電容器、第一二極管模塊與第二二極管模塊。第一功率半導體開關具有第一端與第二端；第二功率半導體開關具有第一端與第二端；第三功率半導體開關具有第一端與第二端，其中第二功率半導體開關的第二端連接第三功率半導體開關的第一端；第四功率半導體開關具有第一端與第二端；第五功率半導體開關具有第一端與第二端；第六功率半導體開關具有第一端與第二端；第一二極管模塊具有陽極與陰極，其中第一二極管模塊的陽極、第一功率半導體開關的第一端與第五功率半導體開關的第一端彼此相連；第一直流母線電容器具有正極性端與負極性端，其中第一直流母線電容器的正極性端連接第一二極管模塊的陰極；第二直流母線電容器具有正極性端與負極性端，其中第一直流母線電容器的負極性端、第二直流母線電容器的正極性端、第五功率半導體開關的第二端與第六功率半導體開關的第一端彼此相連；相電容器具有正極性端與負極性端，其中第一功率半導體開關的第二端、第二功率半導體開關的第一端與相電容器的正極性端彼此相連，第三功率半導體開關的第二端、第四功率半導體開關的第一端與相電容器的負極性端彼此相連；第二二極管模塊具有陽極與陰極，其中第六功率半導體開關的第二端、第四功率半導體開關的第二端與第二二極管模塊的陰極彼此相連，第二二極管模塊的陽極連接第二直流母線電容器的負極性端。

于一實施例中，第一功率半導體開關、第二功率半導體開關、第三功率半導體開關、第四功率半導體開關、第五功率半導體開關與第六功率半導體開關中每一者均為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管或集成門極換流晶閘管。

于一實施例中，第一功率半導體開關、第二功率半導體開關、第三功率半導體開關、第四功率半導體開關、第五功率半導體開關與第六功率半導體開關中每一者均包括多個絕緣柵雙極型晶體管，這些絕緣柵雙極型晶體管是串聯、并聯或是串、并聯的組合。

于一實施例中，第一直流母線電容器、第二直流母線電容器與相電容器中每一者均包括多個電容元件，這些電容元件是串聯、并聯或是串、并聯的組合。

于一實施例中，第一二極管模塊與第二二極管模塊中每一者均包括多個二極管，這些二極管是串聯、并聯或是串、并聯的組合。

于另一實施例中，本發明所提供的三相五電平整流器包含三相橋臂，每相橋臂為上述的五電平整流器，每相橋臂并聯連接。