[實用新型]一種單電源多電平混合型逆變器電路

有效

• 申請號: 201420134507.1
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN203788185U
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 賀昱曜;王寬;陳金平
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/12
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 林兵

技術領域

本實用新型屬于多電平逆變拓撲領域，具體涉及一種單電源多電平混合型逆變器電路。?

背景技術

目前，傳統的兩電平電壓源型逆變器已經遠遠無法滿足日益增高的電壓和功率等級要求。由于功率器件處理能力和開關頻率之間存在著不可避免的矛盾，且受當前功率器件發展水平的限制，多電平逆變器無疑成為高壓大功率應用場合的最佳選擇。相對兩電平逆變器，其主要優點有：第一、使得每個功率開關器件上的電壓應力減少；第二、使得開關器件工作在較低的開關頻率，減少了開關損耗；第三、改善了電壓波形，減小了輸出電壓的諧波。?

當前，多電平逆變器的結構主要分為箝位型和級聯型。箝位型多電平逆變器功率器件電壓應力低，但該電路一般都存在電容電壓波動和電源輸出功率不相等，降低了輸出電壓質量，并造成部分功率器件負荷較大，導致結溫過高和電容電位波動等問題。級聯型多電平逆變器可采用模塊化結構，控制方便，因此其成為多電平逆變器的研究熱點。?

現有的級聯型多電平逆變器主要有兩類，一類是采用多個直流電源，在采用市電整流直流電源的場合，可提供多個直流電源，如附圖3所示的多電源多電平逆變器電路，其每個DC模塊都有一個直流電源，這種電路結構無疑增加了系統的成本和復雜性；另一類是采用單電源供電，如附圖4所示的單電源多電平逆變器電路結構，其中每個DC模塊的輸出電壓為其母線電壓V_bus為n個電平，經過逆變器后，相電壓v_o為2*n-1個電平（n?為DC-DC變換器的數量）。可以看出，這種電路的輸出電平數很有限。?

發明內容

針對上述級聯型多電平逆變器的缺陷和不足，本實用新型的目的在于，提出一種單電源多電平混合型逆變器電路，該電路采用一個電源供電，降低了系統的復雜性和成本；該電路采用n個DC-DC模塊進行電壓變換，其相電壓輸出電平數為2ⁿ⁺¹-1，電平數的大大增加，改善了波形，減少了諧波。?

為了達到以上目的，本實用新型采用如下的技術解決方案：?

一種單電源多電平混合型逆變器電路，包括電源、逆變橋電路、n個DC-DC模塊和n-1個二極管；其中，n個DC-DC模塊串聯后并聯在電源的兩端構成并聯電路，該并聯電路與逆變橋電路并聯；每兩個相鄰的DC-DC模塊之間串聯有一個二極管。?

進一步的，n=2或3。?

進一步的，所述逆變橋電路由IGBT1、IGBT2、IGBT3和IGBT4構成。?

進一步的，每個所述DC-DC模塊由電容以及兩個相同的MOS管組成。?

進一步的，所述n個DC-DC模塊中電容C_i的容量之比為C₁:C₂:…:C_n=2^n-1:2^n-2:…:1，i=1,2，...，n。?

進一步的，包括電源、逆變橋電路、3個DC-DC模塊和2個二極管；其中，3個DC-DC模塊串聯后并聯在電源的兩端構成并聯電路，該并聯電路與逆變橋電路并聯；每兩個相鄰的DC-DC模塊之間串聯有一個二極管。?

進一步的，所述3個DC-DC模塊中電容的容量之比C₁：C₂：C₃=4:2:1。?

本實用新型采用串聯電容進行分壓，且電容的容量關系為C₁:C₂:…:C_n=2^n-1:2^n-2:…:1，使得相鄰兩個DC-DC模塊的電壓為2倍關系，將DC-DC模塊輸出電壓進行組合，可得到多電平輸出電壓。與現有技術相比，?本實用新型的電路減少了直流電源的個數，降低了系統的成本與復雜性，同時增加了電平的個數，改善了電壓波形，減少了諧波分量。?

附圖說明

圖1為本實用新型的單電源多電平混合型逆變器電路的示意圖。?

圖2為DC-DC模塊的示意圖。?

圖3為現有的多電源多電平電路的示意圖。?

圖4為現有的單電源多電平電路的示意圖。?

圖5為本實用新型的一個實施例的電路的示意圖。?

圖6為實施例電路中三個DC-DC模塊的輸出電壓圖。其中，（a）為第一個DC-DC模塊的輸出電壓圖，（b）為第二個DC-DC模塊的輸出電壓圖，（c）為第三個DC-DC模塊的輸出電壓圖。?

圖7為實施例的電路中母線電壓V_bus波形圖。?