[發明專利]少開關五電平逆變器及其調制方法

在審

• 申請號: 201310734503.7
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104506063A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 夏抒;曾繁鵬
• 申請（專利權）人: 寧波綠凱節能科技有限公司
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M5/458;H02M1/08
• 代理公司: 杭州華知專利事務所 33235
• 代理人: 寧岡

技術領域

本發明涉及逆變器技術領域，尤其是指一種少開關五電平逆變器及其調制方法。

背景技術

電力電子技術作為一門新型的專業技術，在近些年得到了迅猛的發展，其應用范圍也不斷擴大，現已和信息技術一起作為國民經濟發展的重要支撐領域。電力電子技術研究的主要是變流技術，變流技術作為新能源的關鍵技術在近年也得到了廣大學者的關注。該技術能將蓄電池、太陽能電池及其燃料電池等其他能源轉化的電能轉換成交流電能并與電網聯網，實現能量的并網。因此逆變技術就成為了新能源的關鍵技術，在新能源的開發領域具有及其重要的作用。通常把將直流電轉換成交流電的電路稱為逆變電路，考慮到控制系統等，將其稱為逆變器。逆變技術是研究電路理論和應用方法的一門學科，這門學科是建立在工業電子技術、半導體器件技術、控制技術、電力電子技術、半導體變流技術、脈沖調制技術、磁性材料科學技術等學科的基礎上的一門實用技術。

現在許多逆變器的主電路多是采用傳統的H橋電路結構。利用整流橋電路將交流電變換成直流，在直流側采用直流電容支撐直流電壓。交流側采用多個功率開關器件并反并聯二極管，按照一定的調制策略輸出交流側的電壓和電流波形。這種電路機構簡單，性能可靠。但是這種電路的總諧波畸變率比較高，波形中的特征諧波較為明顯，并需要較大的濾波電抗。為了改善輸出電流波形，采用改進的電路機構：一種是多重化結構，這種方法通過多個逆變器配合工作，利用主電路的多重化來降低輸出電壓的諧波含量。該方法一個明顯缺點是電路結構過于復雜，效率較低。另一種方法是研究新型的電路結構，通過增加交流側的輸出電平來降低總諧波含量。典型的有二極管鉗位型多電平逆變器、電容鉗位型多電平逆變器、級聯型多電平逆變器等。但是對于特殊的應用場合，這些結構還是顯得過于復雜，效率較低，并給控制系統設計帶來困難。

發明內容

為了解決現有的逆變器電路結構復雜、效率較低的問題，本發明提出了一種少開關五電平逆變器及其調制方法，在單相應用情況下功率開關更少、控制策略更簡單、效率更高，交流輸出電壓稀薄含量更小，輸出電流可以近似認為是無諧波的理想電流，可以應用于精密測量、通信、精密機床和醫療設備等對電網電壓要求較高的儀器、設備等。

本發明所采用的技術方案是：一種少開關五電平逆變器，包括負載、電抗器、功率開關電路、第一交流電源模塊、第二交流電源模塊及控制信號發生器，所述的負載設有a端和b端，所述的功率開關電路包括功率開關Q1、功率開關Q2、功率開關Q3、功率開關Q4、功率開關Q5和功率開關Q6，所述的第一交流電源模塊和第二交流電源模塊均具有正向端和負向端，所述電抗器的一端連接負載的a端，電抗器的另一端與功率開關Q1的發射極、功率開關Q4的集電極電連接，負載的b端與功率開關Q2的發射極、功率開關Q3的集電極電連接，功率開關Q1的集電極、功率開關Q2的集電極、功率開關Q5的發射極、功率開關Q6的發射極電連接，功率開關Q3的發射極、功率開關Q4的發射極電連接，第一交流電源模塊的正向端與功率開關Q5的集電極電連接，第一交流電源模塊的負向端、第二交流電源模塊的正向端分別與功率開關Q6的集電極電連接，第二交流電源模塊的負向端與功率開關Q3的發射極電連接，功率開關Q1、功率開關Q2、功率開關Q3、功率開關Q4、功率開關Q5和功率開關Q6分別與控制信號發生器電連接。

本發明可以輸出五個不同的電平組合，功率開關少、控制簡單、運行穩定，功率開關Q1與功率開關Q4，功率開關Q2與功率開關Q3，功率開關Q5與功率開關Q6，是三組互補的功率開關，每組中的一個功率開關導通時另一個功率開關則斷開，留個功率開關通過采用適當的PWM控制。本發明交流輸出電壓稀薄含量更小，輸出電流可以近似認為是無諧波的理想電流。

作為優選，所述的電抗器為平波電抗器。平波電抗器用來連接功率開關電路與交流電網。

作為優選，所述的功率開關Q1、功率開關Q2、功率開關Q3、功率開關Q4、功率開關Q5、功率開關Q6均為IGBT。

作為另一優選，所述的功率開關Q1、功率開關Q2、功率開關Q3、功率開關Q4、功率開關Q5、功率開關Q6均為MOSFET。MOSFET元件適合用于小功率場合。

作為優選，所述的第一交流電源模塊和第二交流電源模塊均包括交流電源、整流橋和直流電容，整流橋的兩個輸入端連接交流電源，直流電容兩端分別連接整流橋的兩個輸出端。