[實用新型]一種最少元件的中點鉗位式三電平可控開關變流器

有效

• 申請號: 201320592588.5
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN203562975U
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 趙正毅;王利
• 申請（專利權）人: 王利;趙正毅
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387
• 代理公司: 廣州市越秀區海心聯合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 王洪娟

技術領域

本實用新型涉及功率變頻器領域，更具體地說，涉及一種二極管中位鉗位式三電平逆變器的電路。

背景技術

出于節約能源、提高生產效率，降低生產成本的目的，采用高壓大功率變頻器成為人們的首選，為了解決低壓(中壓)主開關器件在高壓應用情況下的矛盾，國外許多學者提出了多電平逆變技術，近年來，隨著電力電子技術的發展，多電平逆變技術逐步被應用于多個社會領域。

對于具有高速開關特性的開關功率器件，是不允許直接串聯的，否則由于器件開關特性的分散性，中間回路的高電壓直接加在晚開通的器件上，使晚開通開關功率可能承受高壓而被擊穿，進而導致整個橋臂上開關功率器件損壞。這種情況下采用開關功率器件直接串聯將帶來麻煩的開關功率器件的靜態和動態的均壓問題。大容量開關器件的發展也會隨其物理性質而逐漸達到極限，而且容量越大，器件成本越高，實用性、可靠性就會大大降低。

目前高壓變頻器的電路拓撲結構種類較多，相應的開關功率器件容量也越來越大，其主要有3種基本的拓撲結構：1.H橋級連式；2.電容鉗位式；3.二極管鉗位式。其中應用最廣泛的是第三種。這些直接高壓變頻器拓撲結構因輸出電壓比通用二電平變頻器輸出電平數多，所以被稱為多電平變頻器。所謂多電頻逆變技術，就是指逆變器輸出相對于中間直流回路中點有多個電平。當電平數為3時，成為三電平逆變器，并可以此類推。

作為三電平逆變器的一種，二極管中位鉗位式三電平逆變器，其具有直流側耐壓高的優點。由于這一優點，二極管中位鉗位式三電平逆變器在電機領域中得到了廣泛的應用。在電機領域中，直流電壓越高，意味著電感上的電流可以變化的更快，也就是說，電流的跟蹤性能會更好。交流側相電壓有三個電平，對于三相三電平變流器，線電壓可以有5個電平。更多的電平數量，意味著諧波成份比較低。

目前在現有技術中，二極管中位鉗位式三電平逆變器電路中，如圖1所示，在每個功率開關器件上都有一個反向并聯的續流二極管，每個橋臂上的每相都有4個反向續流二極管。電子元件多，就會造成整體體積大，半導體元器件的集成度下降，另一方面，單個橋臂上元件越多，該電路的可靠度就越低，任何一個元件出現故障都會造成整體電路故障。所以，在保證整體電路的性能的前提下，盡可能降低電路中的元件數量，就成為解決上述問題的關鍵。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種在保證整體電路的前提下，電路中元件最少的最少元件的中點鉗位式三電平可控開關變流器。

上述技術問題可以通過如下的技術手段加以解決：一種最少元件的中點鉗位式三電平可控開關變流器，電路拓撲結構由上、下兩個橋臂電路構成，所述上橋臂電路包括上半直流電容、第一功率開關器件、第二功率開關器件、上半鉗位二極管和上半反向續流二極管，下半橋臂電路包括下半直流電容、第三功率開關器件、第四功率開關器件、下半鉗位二極管、下半反向續流二極管，其中上半橋臂的第一功率開關器件與上半直流電容、上半鉗位二極管串聯，上半反向續流二極管與第二功率開關器件串聯后并聯在第一功率開關器件上；下半橋臂的第四功率開關器件與下半直流電容、下半鉗位二極管串聯，下半反向續流二極管與第三功率開關器件串聯后并聯在第四功率開關器件上；第二功率開關器件和第三功率開關器件相連接并且同時與所在橋臂電路的輸出端相連接，上半直流電容和下半直流電容相連接并且同時與所在橋臂電路的另一直流端相連接。

由上述具體實施例可知，相對于現有技術每個功率開關器件要配置一個反向續流二極管而言，在本發明中每兩個功率開關器件只需要配置一個反向續流二極管，這樣單相就可以節省兩個反向續流二極管，雙相就可以節省四個、三相就可以節省六個反向續流二極管。節省了電子元件，從而提高電路集成度。

所述最少元件的中點鉗位式三電平可控開關變流器的電路拓撲結構還包括有緩沖電路，在每相的橋臂中，所述緩沖電路分為上半緩沖電路和下半緩沖電路，其中上半緩沖電路并聯在所述上半橋臂的第一開關功率件上，下半緩沖電路并聯在所述下半橋臂的第四開關功率件上。

緩沖電路的配置是為了盡可能地減少關斷功率開關器件時尖峰電壓對電路的影響，提高整體電路的穩定性和使用壽命。

所述上半緩沖電路由上半緩沖電容、上半緩沖電容放電二極管和上半緩沖電容放電電阻構成，其中上半緩沖放電二極管與上半緩沖電容串聯，上半緩沖電容放電電阻并聯在上半緩沖放電二極管兩端，上半緩沖電路通過上半緩沖電容和上半緩沖放電二極管并入上橋臂電路。