CN109104098A - 变流器及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种变流器及其驱动方法，属于电力电子技术领域。该变流器的开关电路包括三个开关单元，其中第一开关单元包括串联的第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，第二开关单元包括串联的第五开关器件和第六开关器件，第三开关单元包括串联的第七开关器件和第八开关器件。当第一开关器件和第五开关器件导通，开关电路的输出端连接直流电压源的第一端时，控制第七开关器件导通；当第四开关器件和第六开关器件导通，开关电路的输出端连接直流电压源的第二端时，控制第八开关器件导通。由此可以使得直流电压源的两个输出端与开关电路的输出端之间的导通压降仅为一个开关器件的压降，可有效降低变流器的导通损耗。

Description

变流器及其驱动方法
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种变流器及其驱动方法。
背景技术
变流器是用于实现直流电压与交流电压转换的器件。参考图1，变流器02主要包括开关电路021和滤波器022。其中，开关电路021由半导体开关器件构成，用于将直流系统01提供的直流电压转换为脉冲信号，滤波器022用于将该脉冲信号转换为频率为工频的正弦交流信号，并输出至交流系统03，其中工频是指工业上用的交流电源的频率，一般为50赫兹(Hz)或者60Hz。
相关技术中，常用的变流器一般如图2所示，该变流器02所连接的直流系统中的直流电压源011一般包括串联的两个电压源，该两个电压源分别用于提供+Vin/2的正电平和-Vin/2的负电平，该两个电压源之间的连接点M可以提供零电平。变流器02的开关电路021包含串联的四个绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)T1、T2、T3和T4，以及两个串联的二极管D5和D6。该四个IGBT中每个IGBT反并联有一个二极管(图2中该四个IGBT所一一对应反并联的四个二极管为D1至D4)。该串联的四个IGBT的两端分别连接直流电压源的正输出端P和负输出端N，IGBT T2和IGBT T3之间的连接点O与滤波器022的输入端相连，IGBT T1和T2之间的连接点与二极管D5的阴极相连，IGBT T3和IGBT T4之间的连接点与二极管D6的阳极相连，二极管D5和D6之间的连接点与连接点M相连。其中，各个IGBT在工作过程中导通和关断的频率(即开关频率)一般为工频的几百至几千倍，即一般为高频。当T1与T2导通时，连接点O与直流电压源的正输出端P相通，开关电路向滤波器022输出+Vin/2的正电平；当T3与T4导通时，连接点O与直流电压源的负输出端N相通，开关电路向滤波器022输出-Vin/2的负电平；当D5与T2导通或者T3与D6导通时，连接点O与连接点M相通，开关电路向滤波器022输出零电平。
在相关技术中的变流器中，T1与T2导通或者T3与T4导通时，直流电压源的输出端与连接点O之间的导通压降为两个IGBT的压降之和，该导通压降较大，使得变流器的导通损耗较大。
发明内容
为了解决相关技术中的变流器开关损耗较大的问题，本申请提供了一种变流器及其驱动方法。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种变流器，该变流器包括：开关电路和滤波器；该开关电路包括第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元。
该第一开关单元的第一端与直流电压源的第一端相连，该第一开关单元的第二端与该直流电压源的第二端相连，该第一开关单元的第三端与该直流电压源的第三端相连，该第一开关单元包括依次串联的四个开关器件：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，其中，该第一开关器件的第一端为该第一开关单元的第一端，该第四开关器件的第二端为该第一开关单元的第二端，该第二开关器件和该第三开关器件之间的连接点为该第一开关单元的第三端，该直流电压源的第一端、第二端和第三端分别用于提供正电平、负电平和零电平。
该第二开关单元的第一端与第一连接点相连，该第一连接点为该第一开关器件和该第二开关器件之间的连接点，该第二开关单元的第二端与第二连接点相连，该第二连接点为该第三开关器件和该第四开关器件之间的连接点，该第二开关单元的第三端与该滤波器的输入端相连，该第二开关单元包括串联的第五开关器件和第六开关器件，其中，该第五开关器件的第一端为该第二开关单元的第一端，该第六开关器件的第二端为该第二开关单元的第二端，该第五开关器件和该第六开关器件之间的连接点为该第二开关单元的第三端；
该第三开关单元的第一端与该直流电压源的第一端相连，该第三开关单元的第二端与该直流电压源的第二端相连，该第三开关单元的第三端与该滤波器的输入端相连，该第三开关单元包括串联的第七开关器件和第八开关器件，其中，该第七开关器件的第一端为该第三开关单元的第一端，该第八开关器件的第二端为该第三开关单元的第二端，该第七开关器件和该第八开关器件之间的连接点为该第三开关单元的第三端。
其中，该第一开关单元中各开关器件的开关频率为工频，该第二开关单元中各开关器件的开关频率为高频，该第七开关器件在该第一开关器件的导通阶段的开关频率为预设频率，在该第一开关器件的关断阶段处于关断状态，该第八开关器件在该第二开关器件的导通阶段的开关频率为预设频率，在该第二开关器件的关断阶段处于关断状态。
本发明实施例提供的变流器在实际工作过程中，当第一开关器件和第五开关器件导通，即滤波器的输入端连接直流电压源的第一端时，可以控制第七开关器件S7导通；当第四开关器件和第六开关器件导通，即滤波器的输入端连接直流电压源的第二端时，可以控制第八开关器件导通。由此可以使得直流电压源的两个输出端与滤波器的输入端之间的导通压降仅为一个开关器件的压降，该导通压降较小，可以有效降低变流器的导通损耗。
在第一种可实现方式中，该第一开关器件至该第八开关器件中，每个开关器件可以包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管。
在第二种可实现方式中，该第一开关器件至该第六开关器件中，每个开关器件包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管；该第七开关器件包括一个IGBT，该第八开关器件包括一个IGBT。相比于第一种可实现方式，省略了第七开关器件和第八开关器件中的反并联二极管，开关电路可以正常工作，且可以降低开关器件的成本。
在第三种可实现方式中，该第一开关器件包括一个IGBT，该第四开关器件包括一个IGBT；该变流器中除第一开关器件和第四开关器件之外的其它开关器件中，每个开关器件包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管。省略了第一开关器件和第四开关器件中的反并联二极管，开关电路可以正常工作，且可以降低开关器件的成本。
在第四种可实现方式中，该第一开关器件至该第八开关器件中，每个开关器件均包括多个串联的IGBT，其中每个IGBT反并联一个二极管。采用多个IGBT或二极管串联可以利用较低耐压的开关器件以应用于高压应用场景，并且开关器件可以使用统一耐压的器件。
在第五种可实现方式中，该第一开关器件至该第六开关器件中，每个开关器件均包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管；该第七开关器件和该第八开关器件中，每个开关器件可以包括串联的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide SemiconductorFiled Effect Transistor，MOSFET)和二极管；或者，该第七开关器件和该第八开关器件中，每个开关器件还可以包括串联的宽禁带器件和二极管；又或者，该第七开关器件和第八开关器件中，每个开关器件可以仅包括一个宽禁带器件；其中，该宽禁带器件可以包括氮化镓(gallium nitride，GaN)器件或者碳化硅(SiC)器件。
在第六种可实现方式中，该第一开关器件和该第四开关器件中，每个开关器件包括串联的MOSFET和二极管；或者，该第一开关器件和该第四开关器件中，每个开关器件还可以包括串联的宽禁带器件和二极管；又或者，第一开关器件和该第四开关器件中，每个开关器件可以仅包括一个宽禁带器件；该变流器中除第一开关器件和第四开关器件之外的其它开关器件中，每个开关器件均包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管。
对于低功率应用场景，MOSFET和宽禁带器件的导通压降比IGBT低，选择合适的MOSFET或宽禁带器件，可以进一步降低导通损耗。此外，由于MOSFET的体二极管关断时开关器件损耗较大，MOSFET串联二极管可以防止输出正电平且电流由直流侧流向交流侧时，电流流过MOSFET的寄生体二极管。
可选的，由于第一开关单元中的各个开关器件的开关频率为工频，其开关频率较低，开关损耗也就较低；而第三开关单元中的各开关器件可以在低电压甚至零电压下通断，其开关损耗可以忽略，因此该第一开关单元和该第三开关单元中每个开关器件可以选择饱和压降小于预设压降阈值的器件，也即是，选择导通压降较低的器件；而该第二开关单元中每个开关器件的开关频率较高，因此可以选择开关损耗小于预设损耗阈值的器件，也即是，选择开关损耗较低的器件。从而可以保证整个开关电路的导通损耗和开关损耗均较低。
可选的，为了保证变流器的正常工作，该第一开关单元和该第二开关单元中的每个开关器件的耐压应当不低于直流电压源所提供的直流电压的一半，该第三开关单元中的每个开关器件的耐压应当不低于该直流电压。
可选的，该变流器还可以包括：控制模块，该控制模块分别与每个开关器件的控制端相连，用于向每个开关器件输出驱动信号。
可选的，该控制模块向该第一开关单元中每个开关器件输出的驱动信号的频率为工频，其中每个工频周期包括第一驱动阶段和第二驱动阶段；
在该第一驱动阶段中，该控制模块向该第一开关器件输出的第一驱动信号和向该第三开关器件输出的第三驱动信号的电平均为第一电平，该控制模块向第二开关器件输出的第二驱动信号和向第四开关器件输出的第四驱动信号的电平均为第二电平，该控制模块向该第五开关器件输出的第五驱动信号和向该第六开关器件输出的第六驱动信号的频率均为高频，且该第五驱动信号和该第六驱动信号互补，该控制模块向该第七开关器件输出的第七驱动信号的频率为预设频率，向该第八开关器件输出的第八驱动信号的电平为第二电平，在至少一个高频周期内，当该第五驱动信号由第二电平跳变至第一电平时，该第七驱动信号同时由第二电平跳变至第一电平，或者延迟预设时间段后由第二电平跳变至第一电平，并且，在该第五驱动信号由第一电平跳变至第二电平之前，该第七驱动信号由第一电平跳变至第二电平；
在该第二驱动阶段，该第一驱动信号和该第三驱动信号的电平均为第二电平，该第二驱动信号和该的第四驱动信号的电平均为第一电平，该第五驱动信号和该第六驱动信号的频率均为高频，且该第五驱动信号和该第六驱动信号互补，该第七驱动信号的电平为第二电平，该第八驱动信号的频率为预设频率，在至少一个高频周期内，当该第六驱动信号由第二电平跳变至第一电平时，该第八驱动信号同时由第二电平跳变至第一电平，或者延迟预设时间段后由第二电平跳变至第一电平，并且，在该第六驱动信号由第一电平跳变至第二电平之前，该第八驱动信号由第一电平跳变至第二电平，其中，该预设频率可以为高频、工频或者介于高频和工频之间的某一频率。
第二方面，提供了一种变流器的驱动方法，用于驱动如第一方面所提供的变流器，该方法可以包括：
第一驱动阶段，第一开关单元中的第一开关器件和第三开关器件导通，第一开关单元中的第二开关器件和第四开关器件关断，第二开关单元中的第五开关器件和第六开关器件分别按照高频通断，且该第五开关器件和该第六开关器件交替导通，第三开关单元中的第七开关器件按照预设频率通断，该第三开关单元中的第八开关器件关断，其中，在该第五开关器件的至少一个导通周期内，该第七开关器件与该第五开关器件同时导通或者延迟预设时间段后导通，并在该第五开关器件关断之前关断，当该第五开关器件导通时，直流电压源的第一端与滤波器的输入端导通，当该第六开关器件导通时，该直流电压源的第三端与该滤波器的输入端导通。
第二驱动阶段，该第一开关单元中的第一开关器件和第三开关器件关断，该第一开关单元中的第二开关器件和第四开关器件导通，该第二开关单元中的第五开关器件和第六开关器件按照高频通断，且该第五开关器件和该第六开关器件交替导通，第三开关单元中的第八开关器件按照预设频率通断，该第三开关单元中的第七开关器件关断，在该第六开关器件的至少一个导通周期内，该第八开关器件与该第六开关器件同时导通或者延迟预设时间段后导通，并在该第六开关器件关断之前关断，当该第六开关器件导通时，该直流电压源的第二端与该滤波器的输入端导通，当该第五开关器件导通时，该直流电压源的第三端与该滤波器的输入端导通，其中，该预设频率可以为高频、工频或者介于高频和工频之间的某一频率。
在本发明实施例所提供的驱动方法中，通过控制第七开关器件和第八开关器件分别相对于第五开关器件和第六开关器件，延后开启并提前关断，可以使得该第七开关器件和第八开关器件实现在低电压甚至零电压下的导通或关断，从而有效降低了开关电路的开关损耗。
可选的，该第一开关器件至该第八开关器件中，每个开关器件包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管；
该第一驱动阶段中，该第一开关器件和该第三开关器件中的IGBT导通，当该第五开关器件和该第七开关器件中的IGBT均导通时，该直流电压源的第一端通过该第七开关器件与该滤波器的输入端导通，当该第六开关器件中的IGBT导通时，该直流电压源的第三端与该滤波器的输入端导通；
该第二驱动阶段中，该第二开关器件和该第四开关器件中的IGBT导通，当该第六开关器件和该第八开关器件中的IGBT均导通时，该直流电压源的第二端通过该第八开关器件中与该滤波器的输入端导通，当该第五开关器件中的IGBT导通时，该直流电压源的第三端与该滤波器的输入端导通。
第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当该计算机可读存储介质在计算机上运行时，使得计算机执行第二方面所提供的变流器的驱动方法。
第四方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第二方面所提供的变流器的驱动方法。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供了一种变流器及其驱动方法，该变流器的开关电路包括三个开关单元，其中，第一开关单元包括依次串联的四个开关器件：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，第二开关单元包括串联的第五开关器件和第六开关器件，第三开关单元包括串联的第七开关器件和第八开关器件。在实际驱动过程中，当第一开关器件和第五开关器件导通，即开关电路的输出端连接直流电压源的第一端时，可以控制第七开关器件导通；当第四开关器件和第六开关器件导通，即开关电路的输出端连接直流电压源的第二端时，可以控制第八开关器件导通。由此可以使得直流电压源的两个输出端与开关电路的输出端之间的导通压降仅为一个开关器件的压降，该导通压降较小，可以有效降低变流器的导通损耗。并且，由于该开关电路中，仅第二开关单元中的开关器件的开关频率为高频，高频开关的器件个数较少，因此该变流器的开关损耗也较低。
附图说明
图1是相关技术中变流器的应用场景示意图；
图2是相关技术中变流器的结构示意图；
图3-1是本发明实施例提供的一种HVDC系统的架构图；
图3-2是本发明实施例提供的一种UPS系统的架构图；
图3-3是本发明实施例提供的一种新能源光伏并网发电系统的架构图；
图4是本发明实施例提供的一种变流器的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种变流器的驱动方法的流程图；
图6-1是本发明实施例提供的另一种变流器的结构示意图；
图6-2是本发明实施例提供的一种用于驱动各开关器件的驱动信号的时序图；
图6-3是本发明实施例提供的一种用于驱动第五和第七开关器件的驱动信号的时序图；
图6-4是本发明实施例提供的一种T5和T7的驱动时序、电压及电流的变化示意图；
图6-5是本发明实施例提供的另一种T5和T7的驱动时序、电压及电流的变化示意图；
图6-6是本发明实施例提供的又一种变流器的结构示意图；
图6-7是本发明实施例提供的再一种变流器的结构示意图；
图6-8是本发明实施例提供的再一种变流器的结构示意图；
图6-9是本发明实施例提供的再一种变流器的结构示意图；
图6-10是本发明实施例提供的再一种变流器的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例所提供的变流器可以应用于需要实现直流电压与交流电压转换的电能应用场景中，例如可以应用于高压直流输电(High Voltage Direct CurrentTransmission，HVDC)系统、不间断电源系统(Uninterruptible Power Supply，UPS)或者新能源光伏并网系统等。
图3-1是本发明实施例提供的一种HVDC系统的架构图，如图3-1所示，变流器021可以将交流系统031输出的交流电压变换为直流电压，该直流电压通过直流线缆进行电力传输，在交流系统032的一侧，变流器022可以将该直流电压再转换为交流电压。
图3-2是本发明实施例提供的一种UPS系统的架构图，参考图3-2，在正常供电情况下，市电系统033可以直接向负载04供电，同时工频交流市电可以经过变流器023转换为直流电压，并可以通过直流电压至直流电压的变流器025，实现对电池05的充电；当市电系统033发生故障时，电池05提供的直流电压经过变流器025和变流器024后转换为交流电压，并对负载04进行供电。
图3-3是本发明实施例提供的一种新能源光伏并网发电系统的架构图，从图3-3中可以看出，光伏板06输出的直流电压经过变流器026后转换为交流电压，从而实现电能向交流电网034的传输。
图4是本发明实施例提供的一种变流器的结构示意图，该变流器可以应用于图3-1至图3-3任一所示的系统中。参考图4，该变流器10可以包括：开关电路11和滤波器12；其中，该开关电路11具体包括第一开关单元SU1、第二开关单元SU2和第三开关单元SU3。
该第一开关单元SU1的第一端与直流电压源011的第一端P相连，该第一开关单元SU1的第二端与该直流电压源011的第二端N相连，该第一开关单元SU1的第三端与该直流电压源011的第三端M相连。其中，该第一开关单元SU1具体可以包括依次串联的四个开关器件：第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3和第四开关器件S4，该第一开关器件S1的第一端即为该第一开关单元SU1的第一端，该第一开关器件S1的第二端与第二开关器件S2相连，该第四开关器件S4的第二端即为该第一开关单元SU1的第二端，该第四开关器件S4的第一端与该第三开关器件S3相连，该第二开关器件S2和该第三开关器件S3之间的连接点为该第一开关单元SU1的第三端。
参考图4可以看出，该直流电压源011可以包括两个串联的电压源，该两个电压源分别用于提供+Vin/2的正电平和-Vin/2的负电平，用于提供正电平的电压源的正极为该直流电压源011的第一端P，用于提供负电平的电压源的负极为该直流电压源011的第二端N，该串联的两个电压源的中间节点为该直流电压源011的第三端M。从图4中可以看出，该直流电压源011的第一端P可以提供正电平，第二端N可以提供负电平，第三端M可以提供零电平。当然，该直流电压源011也可以包括一个电压源，以及串联在该电压源正负极之间的两个电容器，该两个电容器可以对该电压源进行分压，使得该直流电压源011可以提供正电平、负电平和零电平共三种电平。
进一步，如图4所示，该第二开关单元SU2的第一端与第一连接点SP相连，该第一连接点SP为该第一开关器件S1和该第二开关器件S2之间的连接点，该第二开关单元SU2的第二端与第二连接点SN相连，该第二连接点SN为该第三开关器件S3和该第四开关器件S4之间的连接点，该第二开关单元SU2的第三端与该滤波器12的输入端O相连，该滤波器12的输入端O也即是该开关电路11的输出端。其中，该第二开关单元SU2具体可以包括串联的第五开关器件S5和第六开关器件S6，该第五开关器件S5的第一端即为该第二开关单元SU2的第一端，该第五开关器件S5的第二端与该第六开关器件S6的第一端相连，该第六开关器件S6的第二端即为该第二开关单元SU2的第二端，该第五开关器件S5和该第六开关器件S6之间的连接点即为该第二开关单元SU2的第三端。
该第三开关单元SU3的第一端与该直流电压源011的第一端P相连，该第三开关单元SU3的第二端与该直流电压源011的第二端N相连，第三开关单元SU3的第三端与该滤波器12的输入端O相连。其中，该第三开关单元SU3具体可以包括串联的第七开关器件S7和第八开关器件S8，该第七开关器件S7的第一端即为该第三开关单元SU3的第一端，该第七开关器件S7的第二端与第八开关器件S8的第一端相连，该第八开关器件S8的第二端即为该第三开关单元SU3的第二端，该第七开关器件S7和该第八开关器件S8之间的连接点即为该第三开关单元SU3的第三端。
在本发明实施例中，该第一开关单元SU1中各开关器件的开关频率为工频，该第二开关单元SU2中各开关器件的开关频率为高频，该第七开关器件S7在该第一开关器件S1的导通阶段的开关频率为预设频率，在该第一开关器件S1的关断阶段处于关断状态，该第八开关器件S8在该第二开关器件S2的导通阶段的开关频率也为预设频率，在该第二开关器件S2的关断阶段处于关断状态。其中工频可以为50Hz或者60Hz，高频的频率范围可以为10千赫兹(kHz)至100kHz，该预设频率可以为工频、高频或者介于工频和高频之间的某一频率。
需要说明的是，本发明实施例提供的变流器中还可以包括控制模块，该控制模块分别与每个开关器件的控制端相连，用于向每个开关器件输出驱动信号，该驱动信号可以用于控制每个开关器件的导通或者关断，因此该驱动信号的频率即为该每个开关器件的开关频率。
具体的，该控制模块向该第一开关单元中每个开关器件输出的驱动信号的频率为工频，其中每个工频周期可以划分为第一驱动阶段和第二驱动阶段。
在第一驱动阶段中，该控制模块向该第一开关器件S1输出的第一驱动信号和向该第三开关器件S3输出的第三驱动信号的电平均为第一电平，该控制模块向第二开关器件S2输出的第二驱动信号和向第四开关器件S4输出的第四驱动信号的电平均为第二电平，该控制模块向该第五开关器件S5输出的第五驱动信号和向该第六开关器件S6输出的第六驱动信号的频率均为高频，且该第五驱动信号和该第六驱动信号互补，该控制模块向该第七开关器件S7输出的第七驱动信号的频率为预设频率，向该第八开关器件S8输出的第八驱动信号的电平为第二电平，在至少一个高频周期内，当该第五驱动信号由第二电平跳变至第一电平时，该第七驱动信号同时由第二电平跳变至第一电平，或者延迟预设时间段后由第二电平跳变至第一电平，并且，在该第五驱动信号由第一电平跳变至第二电平之前，该第七驱动信号由第一电平跳变至第二电平。
在该第二驱动阶段，该第一驱动信号和该第三驱动信号的电平均为第二电平，该第二驱动信号和该的第四驱动信号的电平均为第一电平，该第五驱动信号和该第六驱动信号的频率均为高频，且该第五驱动信号和该第六驱动信号互补，该第七驱动信号的电平为第二电平，该第八驱动信号的频率为预设频率，在至少一个高频周期内，当该第六驱动信号由第二电平跳变至第一电平时，该第八驱动信号同时由第二电平跳变至第一电平，或者延迟预设时间段后由第二电平跳变至第一电平，并且，在该第六驱动信号由第一电平跳变至第二电平之前，该第八驱动信号由第一电平跳变至第二电平。
其中，该第一电平为驱动信号的有效电平，也即是，当输入至开关器件的驱动信号的电平为第一电平时，开关器件导通，当该驱动信号为第二电平时，开关器件关断。示例的，该第一电平相对于该第二电平可以为高电平。
综上所述，本发明实施例提供的变流器在实际工作过程中，当第一开关器件S1和第五开关器件S5导通，即开关电路11的输出端O连接直流电压源011的第一端P时，可以控制第七开关器件S7导通；当第四开关器件S4和第六开关器件S6导通，即开关电路11的输出端O连接直流电压源011的第二端N时，可以控制第八开关器件S8导通。由此可以使得直流电压源011的两端与开关电路11的输出端之间的导通压降仅为一个开关器件的压降，该导通压降较小，可以有效降低变流器的导通损耗。
进一步的，在本发明实施例中，参考图4可知，直流电压源011向开关电路11输入的直流电压为Vin，而直流电压源011的第一端P与开关电路11的输出端O之间相通时，需要第一开关器件S1和第五开关器件S5同时导通，或者需要第七开关器件S7导通；而直流电压源011的第二端N与开关电路11的输出端O之间相通时，需要第三开关器件S3和第六开关器件S6同时导通，或者需要第八开关器件S8导通；而直流电压源011的第三端M与开关电路11的输出端O之间相通时，需要第二开关器件S2和第五开关器件S5同时导通，或者需要第三开关器件S3和第六开关器件S6同时导通。因此，该第一开关单元SU1和第二开关单元SU2中的每个开关器件(即S1至S6)的耐压应当不低于直流电压的一半，即不低于Vin/2，第三开关单元SU3中的每个开关器件(即S7和S8)的耐压应当不低于该直流电压Vin。
示例的，假设直流电压源011向开关电路11输入的最大直流电压为1kV(千伏)，则第一开关器件S1至第六开关器件S6可以选择耐压为600V或650V的开关器件，第七开关器件S7和第八开关器件S8可以选择耐压为1200V的开关器件。
在选择变流器中的各个开关器件时，由于第一开关单元SU1中的各个开关器件的开关频率为工频，因此可以选择饱和压降(即导通压降)小于预设压降阈值的器件，也即是，可以选择导通压降较低的器件；而第二开关单元SU2中的各个开关器件的开关频率为高频，因此可以选择开关损耗小于预设损耗阈值的器件，也即是，选择开关损耗较低的器件；第三开关单元SU3中的第七开关器件S7在开关电路11的输出端O连接直流电压源011的第一端P时导通，第八开关器件S8在开关电路11的输出端O连接直流电压源011的第二端N时导通，因此S7与S8不产生开关损耗，也可以选择导通压降较低的器件。
由于对于不同耐压的开关器件，其导通压降和开关损耗的范围有所不同，因此在实际应用中，可以根据开关器件的耐压，选择合适的预设压降阈值和预设损耗阈值。
此外，由于本发明实施例提供的变流器中，第一开关单元SU1中的各开关器件的开关频率为工频，第二开关单元SU2中的各个开关器件的开关频率为高频，高频开关器件的数量较少，因此开关电路11的开关损耗较低；并且第一开关单元SU1中的第一连接点SP与第二连接点SN之间的电压可以稳定保持Vin/2，因此该第一开关单元SU1中各个开关器件不存在因电压不均而导致过压风险。
本发明实施例提供了一种变流器的驱动方法，该方法可以用于驱动如图4所示的变流器。在每个工频周期内，该驱动方法可以划分为两个驱动阶段，参考图5，该驱动方法具体可以包括：
步骤101、第一驱动阶段，第一开关单元SU1中的第一开关器件S1和第三开关器件S3导通，第一开关单元SU1中的第二开关器件S2和第四开关器件S4关断，第二开关单元SU2中的第五开关器件S5和第六开关器件S6分别按照高频通断，且该第五开关器件S5和该第六开关器件S6交替导通，第三开关单元SU3中的第七开关器件S7按照预设频率通断，该第三开关单元SU3中的第八开关器件S8关断，其中，在该第五开关器件S5的至少一个导通周期内，该第七开关器件S7与该第五开关器件S5同时导通或者延迟预设时间段后导通，并在该第五开关器件S5关断之前关断，当该第五开关器件S5导通时，直流电压源011的第一端P与滤波器12的输入端导通，当该第六开关器件S6导通时，该直流电压源011的第三端M与该滤波器12的输入端导通。
由于第七开关器件S7一般为高耐压器件，其导通和关断需要较长的时间，因此该第七开关器件S7与第五开关器件S5之间的导通时延可以大于或等于零，例如可以大于或等于该第五开关器件S5导通所需的时间，该第七开关器件S7与第五开关器件S5之间的关断时延可以大于或等于该第七开关器件S7关断所需的时间。结合图4可知，由于在该第一驱动阶段中，第一开关器件S1和第三开关器件S3导通，第五开关器件S5和第六开关器件S6交替导通，因此该开关电路11的输出端O可以交替输出正电平和零电平，且该正电平和零电平的切换频率为高频。
步骤102、第二驱动阶段，该第一开关单元SU1中的第一开关器件S1和第三开关器件S3关断，该第一开关单元SU1中的第二开关器件S2和第四开关器件S4导通，该第二开关单元SU2中的第五开关器件S5和第六开关器件S6按照高频通断，且该第五开关器件S5和该第六开关器件S6交替导通，第三开关单元SU3中的第八开关器件S8按照预设频率通断，该第三开关单元SU3中的第七开关器件S7关断，在该第六开关器件S6的至少一个导通周期内，该第八开关器件S8与该第六开关器件S6同时导通或者延迟预设时间段后导通，并在该第六开关器件S6关断之前关断，当该第六开关器件S6导通时，该直流电压源011的第二端N与该滤波器12的输入端导通，当该第五开关器件S5导通时，该直流电压源011的第三端M与该滤波器12的输入端导通。
由于第八开关器件S8一般为高耐压器件，其导通和关断需要较长的时间，因此该第八开关器件S8与第六开关器件S6之间的导通时延可以大于或等于零，例如可以大于或等于该第六开关器件S6导通所需的时间，该第八开关器件S8与第六开关器件S6之间的关断时延可以大于或等于该第八开关器件S8关断所需的时间。结合图4可知，由于在该第二驱动阶段中，第二开关器件S2和第四开关器件S4导通，第五开关器件S5和第六开关器件交替导通，因此该开关电路11的输出端O可以交替输出负电平和零电平，且该负电平和零电平的切换频率为高频。进一步的，该开关电路11的输出端O输出的高频脉冲电压，经过滤波器12后即可得到工频交流电压。
其中，该预设频率可以为工频、高频或者介于工频和高频之间的某一频率。
综上所述，通过本发明实施例提供的变流器的驱动方法，当第一开关器件S1和第五开关器件S5导通，即开关电路11的输出端O连接直流电压源011的第一端P时，控制第七开关器件S7导通；当第四开关器件S4和第六开关器件S6导通，即开关电路11的输出端O连接直流电压源011的第二端N时，控制第八开关器件S8导通。因此可以使得直流电压源011的两端与开关电路11的输出端之间的导通压降仅为一个开关器件的压降，该导通压降较小，可以有效降低变流器的导通损耗。并且，由于第七开关器件S7与第五开关器件S5同时开启或者延后开启，且第七开关器件S7在第五开关器件S5关断之前关断，因此可以使得该第七开关器件S7在低电压甚至零电压下导通或者关断，从而有效降低了第七开关器件S7的开关损耗，同理，该第八开关器件的S8的开关损耗也较低。
在本发明实施例的第一种可选的实现方式中，该第一开关器件S1至该第八开关器件S8中，每个开关器件可以包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管。参考图6-1，该第一开关单元SU1可以包括串联的四个IGBT(即T1至T4)，其中IGBT T1反并联二极管D1，IGBTT2反并联二极管D2，IGBT T3反并联二极管D3，IGBT T4反并联二极管D4。其中，T1的第一端、T4的第二端以及T2与T3之间的连接点构成了该第一开关单元SU1的三个输入端，该三个输入端分别与直流电压源011的第一端P，第二端N以及第三端M相连。T1与T2之间的第一连接点SP，以及T3与T4之间的第二连接点SN为该第一开关单元SU1的两个输出端。
第二开关单元SU2包括串联的两个IGBT(即T5和T6)，其中IGBT T5反并联二极管D5，IGBT T5反并联二极管D6。T5的第一端为该第二开关单元SU2的第一端，该第二开关单元SU2的第一端与第一开关单元SU1的一个输出端相连，例如与第一连接点SP相连；T6的第二端为该第二开关单元SU2的第二端，该第二端与第一开关单元SU1的另一个输出端相连，例如与第二连接点SN相连，T5与T6之间的连接点为该第二开关单元SU2的第三端，该第三端与滤波器12的输入端O相连。
第三开关单元SU3包括串联的两个IGBT(即T7和T8)，其中，IGBT T7反并联二极管D7，IGBT T8反并联二极管D8，该第三开关单元SU3的第一端和第二端分别与直流电压源011的第一端P和第二端N相连，该第三开关单元SU3的第三端与滤波器12的输入端O相连。其中，T7的第一端即为该第三开关单元SU3的第一端，T8的第二端即为第三开关单元SU3的第二端，T7和T8之间的连接点即为第三开关单元SU3的第三端。
以图6-1所示的变流器为例，详细介绍本发明实施例提供的变流器的驱动原理。图6-2是本发明实施例提供的一种用于驱动各开关器件的驱动信号的时序图，其中，该各个开关器件的驱动信号可以是由控制模块输出的，该控制模块可以与每个开关器件中IGBT的门极相连，从而控制该每个IGBT的导通或者关断。其中，每个驱动信号的电平为1表示导通开关器件，0表示关断开关器件。从图6-2中可以看出，IGBT T1至IGBT T4的开关频率均为工频，且T1和T3的通断状态同步，T2和T4的通断状态同步，T1和T2的通断状态互补。也即是，用于驱动T1的第一驱动信号和用于驱动T3的第三驱动信号的时序完全相同，用于驱动T2的第二驱动信号和用于驱动T4的第四驱动信号的时序完全相同，且该第一驱动信号和第二驱动信号为互补信号。IGBT T5和T6的开关频率为高频，且T5和T6的通断状态互补；IGBT T7和T8在每个工频周期内，一半时间处于关断状态，另一半时间按照预设频率关断，并且T7在T1的关断阶段关断，T8在T2的关断阶段关断，其中，该预设频率可以为工频、高频或者介于工频和高频之间的某一频率。
具体的，在每个工频周期的第一驱动阶段t1中，该第一开关器件S1和该第三开关器件S3中的IGBT导通，即T1和T3导通；T2和T4关断；T5和T6高频通断，且两者的通断状态互补。在T5的每个导通周期内，该直流电压源011的第一端P与该滤波器12的输入端O相通，开关电路11输出正电平+Vin/2。此外，在T5的至少一个导通周期内，T7可以相比于T5延后预设时间段td1(on)(td1(on)≥0)导通，且相对于T5提前一段时间td1(off)(td1(off)>0)关断。例如图6-2所示，在第一驱动阶段t1中，T7可以在T5的每个导通周期内均导通。在T7导通的阶段中，由于T7的导通压降远小于T1和T5的导通压降之和，大部分的电流会流过导通压降较低的开关器件T7，因此有效降低了开关电路11的导通损耗。
进一步的，当第六开关器件S6中的IGBT T6导通时，结合图6-1，若电流方向由直流侧流向交流侧(即变流器用于将直流电压转换为交流电压)，则该直流电压源011的第三端M可以通过T3以及该第六开关器件S6中的二极管D6与该滤波器12的输入端O导通；若电流方向由交流侧流向直流侧(即变流器用于将交流电压转换为直流电压)，则该直流电压源011的第三端M可以通过T6以及D3与该滤波器12的输入端O导通，此时开关电路11输出零电平。综上，该开关电路11在每个工频周期的第一驱动阶段t1中，可以交替输出+Vin/2与0两种状态的高频脉冲电压。
此外，从图6-2还可以看出，当td1(on)＝td1(off)，且T7在T5的每个导通周期内均导通时，则T7的开关频率可以与该T5的开关频率相等，也即是该预设频率可以为该高频，但用于驱动T7的第七驱动信号的占空比小于用于驱动T5的第五驱动信号的占空比，也即是在每个高频周期内，T7的导通时间小于T5的导通时间。
图6-3是本发明实施例提供的一种用于驱动第五开关器件和第七开关器件的驱动信号的时序图，在实际应用中，第五开关器件S5也可以在半个工频周期内的某一段时间内恒定导通，而在剩余的时间段内高频通断，而第七开关器件S7可以在仅在该第五开关器件恒定导通的时间段内导通，此时该第七开关器件S7的开关频率较低。例如图6-3中，以第一驱动阶段t1为例，第五开关器件S5在t11时间段内恒定导通，其余时间高频通断；相应的，第七开关器件S7可以仅在该t11时间段内导通，其余时间关断。并且，从图6-3还可以看出，该第七开关器件S7可以在第五开关器件S5恒定导通之后再导通，并在其关断之前关断。
图6-4是本发明实施例提供的一种T5和T7的驱动时序、电压及电流的变化示意图，图6-5是本发明实施例提供的另一种T5和T7的驱动时序、电压及电流的变化示意图。其中VT7表示T7两端的电压，IT7表示流过T7的电流；IT5表示流过T5的电流。参考图6-4可知，在T5的某个导通周期内，当T7与T5同时导通(即td1(on)＝0)时，假设用于驱动T7的第七驱动信号和用于驱动T5的第五驱动信号在t0时刻同时由0跳变至1，由于T7为高耐压器件，其导通速度比T5的导通速度慢，因此在T5的导通阶段，T7两端的电压VT7快速下降，当T5在t1时刻完全导通时，T7两端的电压VT7降为T1与T5两者的导通压降之和，该电压接近于0，因此可以实现T7的低电压甚至零电压导通，有效降低了T7的开关损耗；当T7在t2时刻完全导通后，由于T7的导通压降远小于T1和T5的导通压降之和，大部分的电流会流过导通压降较低的开关器件T7。从图6-4可以看出，该t2至t3阶段中，流过T5的电流IT5较小，而流过T7的电流IT7较大，因此有效降低了开关电路11的导通损耗。
进一步的，由于T7的关断速度也较慢，为了实现T7的低电压甚至零电压关断，以降低其开关损耗，需要控制T7在T5之前关断(即td1(off)>0)。参考图6-4，假设用于驱动T7的第七驱动信号在t3时刻由1跳变至0，T7开始关断，在t3至t4阶段，其电流IT7快速下降，t4至t5阶段其电流IT7缓慢降为0，T7完全关断，此时T5可以开始关断。在实际应用中，为了预留冗余时间，该T7和T5之间的关断时延td1(off)可以稍大于T7关断所需的时间。例如在图6-4中，T7关断所需的时间为t5-t3，而关断时延td1(off)＝t6-t3，其中t6大于t5，从而可以有效保证T7的零电压关断。
参考图6-5可知，在T5的某个导通周期内，当T7在T5之后导通(即td1(on)＞0)时，假设两者的导通时延td1(on)＝t2-t0，而T5完全导通所需时间为t1-t0，由此可知，当用于驱动T7的第七驱动信号在t2时刻由0跳变至1以驱动该T7导通时，其两端的电压VT7为T1与T5两者的导通压降之和，该电压VT7接近于0，由此可以实现T7在接近于零电压的条件下导通。当T7在t3时刻完全导通后，大部分的电流会流过该导通压降较低的开关器件T7。之后T7在t4时刻开始关断，在t4至t5阶段，其电流IT7快速下降，t5至t6阶段其电流IT7缓慢降为0，T7完全关断，之后该T5可以在t7时刻开始关断。
进一步的，参考图6-2，在第二驱动阶段t2中，该第二开关器件S2和该第四开关器件S4中的IGBT T2和T4导通，T1和T3关断；在T6的每个导通周期内，该直流电压源011的第二端N与该滤波器12的输入端O相通，开关电路11输出负电平-Vin/2。此外，在T6的至少一个导通周期内，T8可以相比于T6延后预设时间段td2(on)(td1(on)≥0)导通，且相对于T6提前一段时间td2(off)(td1(off)>0)关断，以有效降低该T8的开关损耗。例如图6-5所示，在第二驱动阶段t2中，T8可以在T6的每个导通周期内均导通。或者，T6和T8的开关频率也可以参考图6-4，即在第二驱动阶段t2中，T6可以在某个时间段内恒定导通，其余时间内高频通断，T8可以仅在T6恒定导通的时间段内导通。在T8导通的阶段中，由于T8的导通压降远小于T4和T6的导通压降之和，大部分的电流会流过导通压降较低的开关器件T8，因此有效降低了开关电路11的导通损耗。
当第五开关器件S5中的IGBT T5导通时，结合图6-1，若电流方向由直流侧流向交流侧(即变流器用于将直流电压转换为交流电压)，则该直流电压源011的第三端M可以通过D2以及T5与该滤波器12的输入端O导通，此外，若电流方向由交流侧流向直流侧(即变流器用于将交流电压转换为直流电压)，则该直流电压源011的第三端M可以通过D5以及T2与该滤波器12的输入端O导通，此时开关电路11输出零电平。综上，该开关电路11在每个工频周期的第二驱动阶段t2中，可以交替输出-Vin/2与0两种状态的高频脉冲电压。
综上可知，在本发明实施例提供的变流器中，IGBT T1至T4的开关频率为工频，其开关损耗极低；而T7与T8可以实现低电压甚至零电压开通及关断，其开关损耗几乎为零；仅有低耐压且低开关损耗的T5与T6进行高频开关，所以整个开关电路11的开关损耗较低。
在本发明实施例第二种可选的实现方式中，参考图6-6，该第一开关器件S1至该第六开关器件S6中，每个开关器件包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管，该第七开关器件S7和第八开关器件S8分别包括一个IGBT。从图6-6可以看出，第一开关器件S1包括IGBTT1及其反并联的二极管D1，第二开关器件S2包括IGBT T2及其反并联的二极管D2，第三开关器件S3包括IGBT T3及其反并联的二极管D3，第四开关器件S4包括IGBT T4及其反并联的二极管D4，第五开关器件S5包括IGBT T5及其反并联的二极管D5，第六开关器件S6包括IGBTT6及其反并联的二极管D6，第七开关器件S3包括一个IGBT T7，该第八开关器件S8包括一个IGBT T8。其中IGBT T1至T8的驱动逻辑可以与图6-1所示的变流器中T1至T8的驱动逻辑相同，其具体驱动时序可以参考图6-2，其具体驱动原理可以参考上文中的相关描述，此处不再赘述。
与图6-1所示的结构相比，图6-6所示的结构中省略了T7与T8的反并联二极管，当输出正电平，电流由交流侧流向直流侧时，二极管D1与D5导通；当输出负电平，电流由直流侧流向交流侧时，二极管D4与D6导通，开关电路11正常工作，但开关器件的成本降低。
在本发明实施例的第三种可选的实现方式中，参考图6-7，该第一开关器件S1包括一个绝IGBT T1，该第四开关器件S4包括一个IGBT T4；该变流器中除该第一开关器件S1和该第四开关器件S4之外的其它开关器件与图6-1所示的结构相同，即每个开关器件均包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管。
其中IGBT T1至T8的驱动逻辑可以与图6-1所示的变流器中T1至T8的驱动逻辑相同，其具体驱动时序可以参考图6-2，其具体驱动原理可以参考上文中的相关描述，此处不再赘述。
与图6-1所示的结构相比，图6-7所示的结构中省略了T1与T4的反并联二极管，当输出正电平，电流由交流侧流向直流侧时，二极管D7导通；当输出负电平，电流由直流侧流向交流侧时，二极管D8导通，电路正常工作，但开关电路11中开关器件的成本降低。
在本发明实施例第四种可选的实现方式中，参考图6-8，该第一开关器件S1至该第八开关器件S8中，每个开关器件均包括多个串联的IGBT，其中每个IGBT反并联一个二极管。示例的，在图6-8中，第一开关器件S1至第六开关器件S6中，每个开关器件包括两个串联的IGBT，以及与每个IGBT反并联的二极管；第七开关器件S7和第八开关器件S8中，每个开关器件包括四个串联的IGBT，以及与每个IGBT反并联的二极管。例如第一开关器件S1包括串联的T1a和T1b，其中T1a反并联D1a，T1b反并联D1b，第七开关器件S7包括串联的T7a至T7d，该T7a至T7d分别反并联D7a至D7d。
其中，每个开关器件中的多个IGBT的驱动逻辑相同，例如，第一开关器件S1中T1a和T1b的驱动信号的时序相同，第二开关器件S2中T2a和T2b的驱动信号的时序相同，第七开关器件T7a至T7b的驱动信号的时序相同，其他开关器件也同理。并且，该第一开关器件S1至该第八开关器件S8的驱动逻辑可以与图6-1所示的变流器中T1至T8的驱动逻辑相同，其具体驱动时序可以参考图6-2，其具体驱动原理可以参考上文中的相关描述，此处不再赘述。
与图6-1所示的结构相比，图6-8所示的结构采用多个IGBT或二极管串联可以利用较低耐压的开关器件以应用于高压应用场景，并且开关器件可以使用统一耐压的器件。
在本发明实施例第五种可选的实现方式中，参考图6-9，该第一开关器件S1至该第六开关器件S6中，每个开关器件均包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管；该第七开关器件S7和该第八开关器件S8中，每个开关器件包括串联的MOSFET和二极管；或者，该第七开关器件S7和该第八开关器件S8中，每个开关器件还可以包括串联的宽禁带器件和二极管，例如第七开关器件S7包括串联的T7和D7；又或者，该第七开关器件S7和该第八开关器件S8中，每个开关器件还可以仅包括一个宽禁带器件(图6-9仅示出了串联二极管的结构)，该宽禁带器件可以为GaN器件或者SiC器件。
其中，第一开关器件S1至该第八开关器件S8的驱动逻辑可以与图6-1所示的变流器中T1至T8的驱动逻辑相同，其具体驱动时序可以参考图6-2，其具体驱动原理可以参考上文中的相关描述，此处不再赘述。
与图6-1所示的结构相比，图6-9所示的结构中开关器件S7与S8包含MOSFET或宽禁带器件，对于低功率应用场景，MOSFET和宽禁带器件的导通压降比IGBT低，选择合适的MOSFET和宽禁带器件，可以进一步降低导通损耗。此外，由于MOSFET的体二极管关断时开关器件损耗较大，MOSFET串联二极管可以防止输出正电平且电流由直流侧流向交流侧时，电流流过MOSFET的寄生体二极管。
在本发明实施例第六种可选的实现方式中，参考图6-10，该第一开关器件S1和该第四开关器件S4中，每个开关器件可以包括串联的MOSFET和二极管，例如第一开关器件S1包括串联的T1和D1；或者，该第一开关器件S1和该第四开关器件S4中，每个开关器件还可以包括串联的宽禁带器件和二极管；又或者，该第一开关器件S1和该第四开关器件S4中，每个开关器件还可以仅包括一个宽禁带器件(图6-10仅示出了串联二极管的结构)，该宽禁带器件可以为GaN器件或者SiC器件；该变流器中除该第一开关器件S1和该第四开关器件S4之外的其它开关器件的结构可以与图6-1所示的结构相同，即每个开关器件均包括一个IGBT，以及与该IGBT反并联的二极管。
其中，第一开关器件S1至该第八开关器件S8的驱动逻辑可以与图6-1所示的变流器中T1至T8的驱动逻辑相同，其具体驱动时序可以参考图6-2，其具体驱动原理可以参考上文中的相关描述，此处不再赘述。
与图6-1所示的结构相比，图6-10所示的结构中开关器件S1与S4包含MOSFET或宽禁带器件，对于低功率应用场景，MOSFET和宽禁带器件的导通压降比IGBT低，选择合适的MOSFET和宽禁带器件，可以进一步降低导通损耗。此外，由于MOSFET的体二极管关断时开关器件损耗较大，MOSFET串联二极管可以防止输出正电平且电流由直流侧流向交流侧时，电流流过MOSFET的寄生体二极管。
综上所述，本发明实施例提供了一种变流器及其驱动方法，该变流器在实际工作过程中，当第一开关器件S1和第五开关器件S5导通，即开关电路的输出端O连接直流电压源的第一端P时，可以控制第七开关器件S7导通；当第四开关器件S4和第六开关器件S6导通，即开关电路的输出端O连接直流电压源的第二端N时，可以控制第八开关器件S8导通。由此可以使得直流电压源的两端与开关电路的输出端之间的导通压降仅为一个开关器件的压降，该导通压降较小，可以有效降低变流器的导通损耗。并且由于第一开关单元中各开关器件的开关频率为工频，其开关损耗极低；而第三开关单元中的开关器件可以实现低电压甚至零电压开通及关断，其开关损耗几乎为零；仅有低耐压且低开关损耗的第二开关单元中的开关器件进行高频开关，所以变流器中整个开关电路的开关损耗也较低。
本领域普通技术人员可以理解实现上述驱动方法实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种变流器，其特征在于，所述变流器包括：开关电路和滤波器；
所述开关电路包括第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元；
所述第一开关单元的第一端与直流电压源的第一端相连，所述第一开关单元的第二端与所述直流电压源的第二端相连，所述第一开关单元的第三端与所述直流电压源的第三端相连，所述第一开关单元包括依次串联的四个开关器件：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，其中，所述第一开关器件的第一端为所述第一开关单元的第一端，所述第四开关器件的第二端为所述第一开关单元的第二端，所述第二开关器件和所述第三开关器件之间的连接点为所述第一开关单元的第三端，所述直流电压源的第一端、第二端和第三端分别用于提供正电平、负电平和零电平；
所述第二开关单元的第一端与第一连接点相连，所述第一连接点为所述第一开关器件和所述第二开关器件之间的连接点，所述第二开关单元的第二端与第二连接点相连，所述第二连接点为所述第三开关器件和所述第四开关器件之间的连接点，所述第二开关单元的第三端与所述滤波器的输入端相连，所述第二开关单元包括串联的第五开关器件和第六开关器件，其中，所述第五开关器件的第一端为所述第二开关单元的第一端，所述第六开关器件的第二端为所述第二开关单元的第二端，所述第五开关器件和所述第六开关器件之间的连接点为所述第二开关单元的第三端；
所述第三开关单元的第一端与所述直流电压源的第一端相连，所述第三开关单元的第二端与所述直流电压源的第二端相连，所述第三开关单元的第三端与所述滤波器的输入端相连，所述第三开关单元包括串联的第七开关器件和第八开关器件，其中，所述第七开关器件的第一端为所述第三开关单元的第一端，所述第八开关器件的第二端为所述第三开关单元的第二端，所述第七开关器件和所述第八开关器件之间的连接点为所述第三开关单元的第三端；
其中，所述第一开关单元中各开关器件的开关频率为工频，所述第二开关单元中各开关器件的开关频率为高频，所述第七开关器件在所述第一开关器件的导通阶段的开关频率为预设频率，在所述第一开关器件的关断阶段处于关断状态，所述第八开关器件在所述第二开关器件的导通阶段的开关频率为预设频率，在所述第二开关器件的关断阶段处于关断状态。
2.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，
所述第一开关器件至所述第八开关器件中，每个开关器件包括一个绝缘栅双极型晶体管IGBT，以及与所述IGBT反并联的二极管。
3.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，
所述第一开关器件至所述第六开关器件中，每个开关器件包括一个绝缘栅双极型晶体管IGBT，以及与所述IGBT反并联的二极管；
所述第七开关器件包括一个IGBT，所述第八开关器件包括一个IGBT。
4.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，
所述第一开关器件包括一个绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述第四开关器件包括一个IGBT；
所述变流器中除所述第一开关器件和所述第四开关器件之外的其它开关器件中，每个开关器件包括一个IGBT，以及与所述IGBT反并联的二极管。
5.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，
所述第一开关器件至所述第八开关器件中，每个开关器件均包括多个串联的绝缘栅双极型晶体管IGBT，其中每个IGBT反并联一个二极管。
6.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，
所述第一开关器件至所述第六开关器件中，每个开关器件均包括一个绝缘栅双极型晶体管IGBT，以及与所述IGBT反并联的二极管；
所述第七开关器件和所述第八开关器件中，每个开关器件包括串联的金属氧化物半导体场效应晶体管和二极管；或者，所述第七开关器件和所述第八开关器件中，每个开关器件包括串联的宽禁带器件和二极管；或者，所述第七开关器件和所述第八开关器件中，每个开关器件包括一个宽禁带器件；
其中，所述宽禁带器件包括氮化镓器件或者碳化硅器件。
7.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，
所述第一开关器件和所述第四开关器件中，每个开关器件包括串联的金属氧化物半导体场效应晶体管和二极管；或者，所述第一开关器件和所述第四开关器件中，每个开关器件包括串联的宽禁带器件和二极管；或者，所述第一开关器件和所述第四开关器件中，每个开关器件包括一个宽禁带器件；其中，所述宽禁带器件包括氮化镓器件或者碳化硅器件；
所述变流器中除所述第一开关器件和所述第四开关器件之外的其它开关器件中，每个开关器件均包括一个绝缘栅双极型晶体管IGBT，以及与所述IGBT反并联的二极管。
8.根据权利要求1至7任一所述的变流器，其特征在于，
所述第一开关单元和所述第三开关单元中每个开关器件的饱和压降小于预设压降阈值，所述第二开关单元中每个开关器件的开关损耗小于预设损耗阈值。
9.根据权利要求1至7任一所述的变流器，其特征在于，
所述第一开关单元和所述第二开关单元中的每个开关器件的耐压不低于直流电压源所提供的直流电压的一半，所述第三开关单元中的每个开关器件的耐压不低于所述直流电压。
10.根据权利要求1至7任一所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括：
控制模块，所述控制模块分别与每个开关器件的控制端相连，用于向每个开关器件输出驱动信号。
11.根据权利要求10所述的变流器，其特征在于，所述控制模块向所述第一开关单元中每个开关器件输出的驱动信号的频率为工频，其中每个工频周期包括第一驱动阶段和第二驱动阶段；
在所述第一驱动阶段中，所述控制模块向所述第一开关器件输出的第一驱动信号和向所述第三开关器件输出的第三驱动信号的电平均为第一电平，所述控制模块向所述第二开关器件输出的第二驱动信号和向所述第四开关器件输出的第四驱动信号的电平均为第二电平，所述控制模块向所述第五开关器件输出的第五驱动信号和向所述第六开关器件输出的第六驱动信号的频率均为高频，且所述第五驱动信号和所述第六驱动信号互补，所述控制模块向所述第七开关器件输出的第七驱动信号的频率为预设频率，向所述第八开关器件输出的第八驱动信号的电平为第二电平，在至少一个高频周期内，当所述第五驱动信号由第二电平跳变至第一电平时，所述第七驱动信号同时由第二电平跳变至第一电平，或者延迟预设时间段后由第二电平跳变至第一电平，并且，在所述第五驱动信号由第一电平跳变至第二电平之前，所述第七驱动信号由第一电平跳变至第二电平；
在所述第二驱动阶段，所述第一驱动信号和所述第三驱动信号的电平均为第二电平，所述第二驱动信号和所述的第四驱动信号的电平均为第一电平，所述第五驱动信号和所述第六驱动信号的频率均为高频，且所述第五驱动信号和所述第六驱动信号互补，所述第七驱动信号的电平为第二电平，所述第八驱动信号的频率为预设频率，在至少一个高频周期内，当所述第六驱动信号由第二电平跳变至第一电平时，所述第八驱动信号同时由第二电平跳变至第一电平，或者延迟预设时间段后由第二电平跳变至第一电平，并且，在所述第六驱动信号由第一电平跳变至第二电平之前，所述第八驱动信号由第一电平跳变至第二电平。
12.一种变流器的驱动方法，其特征在于，用于驱动如权利要求1至11任一所述的变流器，所述方法包括：
第一驱动阶段，第一开关单元中的第一开关器件和第三开关器件导通，第一开关单元中的第二开关器件和第四开关器件关断，第二开关单元中的第五开关器件和第六开关器件分别按照高频通断，且所述第五开关器件和所述第六开关器件交替导通，第三开关单元中的第七开关器件按照预设频率通断，所述第三开关单元中的第八开关器件关断，其中，在所述第五开关器件的至少一个导通周期内，所述第七开关器件与所述第五开关器件同时导通或者延迟预设时间段后导通，并在所述第五开关器件关断之前关断，当所述第五开关器件导通时，直流电压源的第一端与滤波器的输入端导通，当所述第六开关器件导通时，所述直流电压源的第三端与所述滤波器的输入端导通；
第二驱动阶段，所述第一开关单元中的第一开关器件和第三开关器件关断，所述第一开关单元中的第二开关器件和第四开关器件导通，所述第二开关单元中的第五开关器件和第六开关器件按照高频通断，且所述第五开关器件和所述第六开关器件交替导通，第三开关单元中的第八开关器件按照预设频率通断，所述第三开关单元中的第七开关器件关断，在所述第六开关器件的至少一个导通周期内，所述第八开关器件与所述第六开关器件同时导通或者延迟预设时间段后导通，并在所述第六开关器件关断之前关断，当所述第六开关器件导通时，所述直流电压源的第二端与所述滤波器的输入端导通，当所述第五开关器件导通时，所述直流电压源的第三端与所述滤波器的输入端导通。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一开关器件至所述第八开关器件中，每个开关器件包括一个绝缘栅双极型晶体管IGBT，以及与所述IGBT反并联的二极管；
所述第一驱动阶段中，所述第一开关器件和所述第三开关器件中的IGBT导通，当所述第五开关器件和所述第七开关器件中的IGBT均导通时，所述直流电压源的第一端通过所述第七开关器件与所述滤波器的输入端导通，当所述第六开关器件中的IGBT导通时，所述直流电压源的第三端与所述滤波器的输入端导通；
所述第二驱动阶段中，所述第二开关器件和所述第四开关器件中的IGBT导通，当所述第六开关器件和所述第八开关器件中的IGBT均导通时，所述直流电压源的第二端通过所述第八开关器件中与所述滤波器的输入端导通，当所述第五开关器件中的IGBT导通时，所述直流电压源的第三端与所述滤波器的输入端导通。
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