CN110784117A - 五开关四电平逆变电路及其单相逆变器、三相逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五开关四电平逆变电路，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和第三电容；第一电容、第二电容和第三电容串接后连接在输入与输出端之间；第一开关管和第二开关管串接后连接在输入与输出端之间；第三开关管、第四开关管、第五开关管串接后并接在第二电容的两端；第一二极管和第二二极管串接后并接在第五开关管的活动端两端；所有开关管的驱动端连接外部驱动信号。本发明还公开了包括所述五开关四电平逆变电路的单相逆变器和三相逆变器。本发明电路元件少，结构简单、可靠性高且实用性好。

Description

五开关四电平逆变电路及其单相逆变器、三相逆变器

技术领域

本发明属于电力电力领域，具体涉及一种五开关四电平逆变电路及其单相逆变器、三相逆变器。

背景技术

逆变器是将直流电转变为交流电的设备。随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，逆变器已经广泛应用于人们的生产和生活之中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。

传统的两电平电路逆变器难以输出更高的电压，因此多电平变换器的研究在高压大功率场合越来越重要。相较于两电平以及三电平电路逆变器来说，四电平及以上多电平的研究可以使直流侧电压等级有较大的提升。目前，较常用的四电平逆变器有二极管钳位型(NPC，如图1所示)和飞跨电容型(FC，图2所示)，以及在此基础上衍生出的一些其他拓扑结构。

然而，二极管钳位型逆变器使用了6个开关器件、4个二极管和3个电容器件，每个模态输出需要三个开关导通，飞跨电容型四电平逆变器由6个开关器件、6个二极管和三个电容组成。由此可知，二极管钳位型逆变器和飞跨电容型四电平逆变器的开关器件数量较多，由此加大了逆变器及其应用电路的成本。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种结构简单、可靠性高且实用性好的五开关四电平逆变电路。

本发明的目的之二在于提供一种包括了所述五开关四电平逆变电路的单相逆变器。

本发明的目的之三在于提供一宗包括了所述五开关四电平逆变电路的三相逆变器。

本发明提供的这种五开关四电平逆变电路，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和第三电容；第一电容、第二电容和第三电容串接后，连接在外部输入的电源正极和电源负极之间；外部输入的电源正极连接第一电容的一端，同时也连接第一开关管的活动端一端；第一开关管的活动端另一端连接第二开关管的活动端一端；第二开关管的活动端另一端直接连接外部输入的电源负极；第一开关管的活动端另一端直接为所述逆变电路的输出端；第一电容的另一端连接第三开关管的活动端一端；第三开关管的活动端另一端连接第五开关管的活动端另一端；第五开关管的活动端一端连接第四开关管的活动端一端；第四开关管的活动端另一端连接第三电容的一端；第三电容的另一端直接连接外部输入的电源负极；第一二极管和第二二极管串联后，并接在第五开关管的活动端两端，且第一二极管的阳极连接第五开关管的活动端一端，第二二极管的阴极连接第五开关管的活动端另一端；第一二极管的阴极直接连接所述逆变电路的输出端；第一开关管的控制端、第二开关管的控制端、第三开关管的控制端、第四开关管的控制端和第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号。

所述的五开关四电平逆变电路还包括第一并联二极管、第二并联二极管、第三并联二极管和第四并联二极管；第一并联二极管并接在第一开关管的活动端两端，且第一并联二极管的阴极连接第一开关管的一端；第二并联二极管并接在第二开关管的活动端两端，且第二并联二极管的阴极连接第二开关管的一端；第三并联二极管并接在第三开关管的活动端两端，且第三并联二极管的阴极连接第三开关管的一端；第四并联二极管并接在第四开关管的活动端两端，且第四并联二极管的阴极连接第四开关管的一端。

所述的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管为MOS管或IGBT。

所述的五开关四电平逆变电路的工作模式为如下四种工作模式：

第一工作模式：第一开关管导通，第二开关管截止，第三开关管截止，第四开关管截止，第五开关管截止；此时输出端的交流电压为外部输入的直流电压；

第二工作模式：第一开关管截止，第二开关管截止，第三开关管导通，第四开关管截止，第五开关管导通；此时输出端的交流电压为外部输入的直流电压的三分之二；

第三工作模式：第一开关管截止，第二开关管截止，第三开关管截止，第四开关管导通，第五开关管导通；此时输出端的交流电压为外部输入的直流电压的三分之一；

第四工作模式：第一开关管截止，第二开关管导通，第三开关管截止，第四开关管截止，第五开关管截止；此时输出端的交流电压为0。

所述的五开关四电平逆变电路还包括滤波电路；所述五开关四电平逆变电路的输出端连接滤波电路；滤波电路用于对五开关四电平逆变电路输出的交流电能进行滤波。

所述的滤波电路为RC滤波电路、LC滤波电路或RLC滤波电路。

本发明还提供一种包括了所述五开关四电平逆变电路的单相逆变器，还包括单相第一开关管、单相第二开关管、单相第三开关管、单相第四开关管、单相第五开关管、单相第一二极管和单相第二二极管；单相第一开关管的活动端一端连接外部输入的电源正极；单相第一开关管的活动端另一端连接单相第二开关管的活动端一端；单相第二开关管的活动端另一端连接外部输入的电源负极；单相第三开关管的活动端一端连接第三开关的活动端一端；单相第三开关管的活动端另一端连接单相第五开关管的活动端另一端；单相第五开关管的活动端一端连接单相第四开关管的活动端一端；单相第四开关管的活动端另一端连接第四开关管的活动端另一端；单相第一二极管和单相第二二极管串联后，并接在单相第五开关管的活动端两端，且单相第一二极管的阳极连接单相第五开关管的活动端另一端，单相第二二极管的阴极连接单相第五开关管的活动端一端；单相第一二极管的阴极直接连接单相第一开关管的活动端的另一端；单相第一开关管的控制端、单相第二开关管的控制端、单相第三开关管的控制端、单相第四开关管的控制端和单相第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；所述五开关四电平逆变电路的输出端为单相逆变器的第一输出端，单相第一开关管的活动端另一端为所述单相逆变器的第二输出端。

所述的单相逆变器还包括单相第一并联二极管、单相第二并联二极管、单相第三并联二极管和单相第四并联二极管；单相第一并联二极管并接在单相第一开关管的活动端两端，且单相第一并联二极管的阴极连接单相第一开关管的一端；单相第二并联二极管并接在单相第二开关管的活动端两端，且单相第二并联二极管的阴极连接单相第二开关管的一端；单相第三并联二极管并接在单相第三开关管的活动端两端，且单相第三并联二极管的阴极连接单相第三开关管的一端；单相第四并联二极管并接在单相第四开关管的活动端两端，且单相第四并联二极管的阴极连接单相第四开关管的一端。

所述的单相第一开关管、单相第二开关管、单相第三开关管、单相第四开关管和单相第五开关管为MOS管或IGBT。

本发明还提供一种包括了所述五开关四电平逆变电路的三相逆变器，还包括第二相电路和第三相电路；第二相电路包括第二相第一开关管、第二相第二开关管、第二相第三开关管、第二相第四开关管、第二相第五开关管、第二相第一二极管和第二相第二二极管；第二相第一开关管的活动端一端连接外部输入的电源正极；第二相第一开关管的活动端另一端连接第二相第二开关管的活动端一端；第二相第二开关管的活动端另一端连接外部输入的电源负极；第二相第三开关管的活动端一端连接第三开关的活动端一端；第二相第三开关管的活动端另一端连接第二相第五开关管的活动端另一端；第二相第五开关管的活动端一端连接第二相第四开关管的活动端一端；第二相第四开关管的活动端另一端连接第四开关管的活动端另一端；第二相第一二极管和第二相第二二极管串联后，并接在第二相第五开关管的活动端两端，且第二相第一二极管的阳极连接第二相第五开关管的活动端另一端，第二相第二二极管的阴极连接第二相第五开关管的活动端一端；第二相第一二极管的阴极直接连接第二相第一开关管的活动端的另一端；第二相第一开关管的控制端、第二相第二开关管的控制端、第二相第三开关管的控制端、第二相第四开关管的控制端和第二相第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；第三相电路包括第三相第一开关管、第三相第二开关管、第三相第三开关管、第三相第四开关管、第三相第五开关管、第三相第一二极管和第三相第二二极管；第三相第一开关管的活动端一端连接外部输入的电源正极；第三相第一开关管的活动端另一端连接第三相第二开关管的活动端一端；第三相第二开关管的活动端另一端连接外部输入的电源负极；第三相第三开关管的活动端一端连接第三开关的活动端一端；第三相第三开关管的活动端另一端连接第三相第五开关管的活动端另一端；第三相第五开关管的活动端一端连接第三相第四开关管的活动端一端；第三相第四开关管的活动端另一端连接第四开关管的活动端另一端；第三相第一二极管和第三相第二二极管串联后，并接在第三相第五开关管的活动端两端，且第三相第一二极管的阳极连接第三相第五开关管的活动端另一端，第三相第二二极管的阴极连接第三相第五开关管的活动端一端；第三相第一二极管的阴极直接连接第三相第一开关管的活动端的另一端；第三相第一开关管的控制端、第三相第二开关管的控制端、第三相第三开关管的控制端、第三相第四开关管的控制端和第三相第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；所述五开关四电平逆变电路的输出端为三相逆变器的第一相输出端，第二相第一开关管的活动端另一端为所述三相逆变器的第二相输出端，第三相第一开关管的活动端另一端为所述三相逆变器的第三相输出端。

所述的第二相电路还包括第二相第一并联二极管、第二相第二并联二极管、第二相第三并联二极管和第二相第四并联二极管；第二相第一并联二极管并接在第二相第一开关管的活动端两端，且第二相第一并联二极管的阴极连接第二相第一开关管的一端；第二相第二并联二极管并接在第二相第二开关管的活动端两端，且第二相第二并联二极管的阴极连接第二相第二开关管的一端；第二相第三并联二极管并接在第二相第三开关管的活动端两端，且第二相第三并联二极管的阴极连接第二相第三开关管的一端；第二相第四并联二极管并接在第二相第四开关管的活动端两端，且第二相第四并联二极管的阴极连接第二相第四开关管的一端。

所述的第三相电路还包括第三相第一并联二极管、第三相第二并联二极管、第三相第三并联二极管和第三相第四并联二极管；第三相第一并联二极管并接在第三相第一开关管的活动端两端，且第三相第一并联二极管的阴极连接第三相第一开关管的一端；第三相第二并联二极管并接在第三相第二开关管的活动端两端，且第三相第二并联二极管的阴极连接第三相第二开关管的一端；第三相第三并联二极管并接在第三相第三开关管的活动端两端，且第三相第三并联二极管的阴极连接第三相第三开关管的一端；第三相第四并联二极管并接在第三相第四开关管的活动端两端，且第三相第四并联二极管的阴极连接第三相第四开关管的一端。

所述的第二相第一开关管、第二相第二开关管、第二相第三开关管、第二相第四开关管和第二相第五开关管为MOS管或IGBT。

所述的第三相第一开关管、第三相第二开关管、第三相第三开关管、第三相第四开关管和第三相第五开关管为MOS管或IGBT。

本发明提供的这种五开关四电平逆变电路及其单相逆变器、三相逆变器，通过5个开关就能够实现四电平输出，相较于传统6开关四电平逆变器，只需要5个开关器件和5个驱动电路，降低了四电平逆变器的生产成本，减小逆变器的体积和降低封装难度，具有较高的工业价值。在高压大功率的场合下，使用IGBT器件时，由于其不能双向导通而需要反向并联二极管构成双向通路，但在本发明中，在第二工作模态时，开关T5正向导通构成反向电流通路；在第三工作模态时，开关T5正向导通构成正向电流通路，从而不需要反向并联二极管，相较于二极管反向导通，开关器件正向导通具有更小的导通损耗。同时，因开关T5无需反向并联二极管，进一步减少器件的使用，降低生产成本。因此，本发明的结构简单、可靠性高且实用性好。

附图说明

图1为现有技术的二极管钳位型四电平逆变器的电路原理示意图。

图2为现有技术的跨电容型四电平逆变器的电路原理示意图。

图3为本发明的逆变电路的电路原理示意图。

图4为本发明的逆变电路的第一工作模式的电路原理示意图。

图5为本发明的逆变电路的第二工作模式的电路原理示意图。

图6为本发明的逆变电路的第三工作模式的电路原理示意图。

图7为本发明的逆变电路的第四工作模式的电路原理示意图。

图8为本发明的逆变电路的输出电压及开关波形的波形示意图。

图9为本发明的单相逆变器的电路原理示意图。

图10为本发明的三相逆变器的电路原理示意图。

具体实施方式

如图3所示为本发明的逆变电路的电路原理示意图：本发明提供的这种五开关四电平逆变电路，包括第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第一二极管D6、第二二极管D7、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一并联二极管D1、第二并联二极管D2、第三并联二极管D3和第四并联二极管D4；第一电容、第二电容和第三电容串接后，连接在外部输入的电源正极和电源负极之间；外部输入的电源正极连接第一电容的一端，同时也连接第一开关管的活动端一端；第一开关管的活动端另一端连接第二开关管的活动端一端；第二开关管的活动端另一端直接连接外部输入的电源负极；第一开关管的活动端另一端直接为所述逆变电路的输出端；第一电容的另一端连接第三开关管的活动端一端；第三开关管的活动端另一端连接第五开关管的活动端另一端；第五开关管的活动端一端连接第四开关管的活动端一端；第四开关管的活动端另一端连接第三电容的一端；第三电容的另一端直接连接外部输入的电源负极；第一二极管和第二二极管串联后，并接在第五开关管的活动端两端，且第一二极管的阳极连接第五开关管的活动端一端，第二二极管的阴极连接第五开关管的活动端另一端；第一二极管的阴极直接连接所述逆变电路的输出端；第一开关管的控制端、第二开关管的控制端、第三开关管的控制端、第四开关管的控制端和第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；第一并联二极管并接在第一开关管的活动端两端，且第一并联二极管的阴极连接第一开关管的一端；第二并联二极管并接在第二开关管的活动端两端，且第二并联二极管的阴极连接第二开关管的一端；第三并联二极管并接在第三开关管的活动端两端，且第三并联二极管的阴极连接第三开关管的一端；第四并联二极管并接在第四开关管的活动端两端，且第四并联二极管的阴极连接第四开关管的一端。

在具体实施时，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管可以采用MOS管或IGBT。同时，在五开关四电平逆变电路还可以在输出端增加滤波电路，用于对五开关四电平逆变电路输出的交流电能进行滤波。而且滤波电路可以为RC滤波电路、LC滤波电路或RLC滤波电路。

本发明提供的五开关四电平逆变电路的工作模式为如下四种工作模式：

第一工作模式：第一开关管导通，第二开关管截止，第三开关管截止，第四开关管截止，第五开关管截止；此时输出端的交流电压为外部输入的直流电压(如图4所示)；

第二工作模式：第一开关管截止，第二开关管截止，第三开关管导通，第四开关管截止，第五开关管导通；此时输出端的交流电压为外部输入的直流电压的三分之二(如图5所示)；

第三工作模式：第一开关管截止，第二开关管截止，第三开关管截止，第四开关管导通，第五开关管导通；此时输出端的交流电压为外部输入的直流电压的三分之一(如图6所示)；

第四工作模式：第一开关管截止，第二开关管导通，第三开关管截止，第四开关管截止，第五开关管截止；此时输出端的交流电压为0(如图7所示)。

在外部输入的直流电压为3V时：

第一工作模式时，开关T1导通，与其反并联二极管D1构成电流双向通路，输出交流电压为3V；

第二工作模式时，开关T3、T5导通，T3、D6构成正向电流通路，D3、T5、D7构成反向电流通路，输出的交流电压为2V；

第三工作模式时，开关T4、T5导通，D4、T5、D6构成正向电流通路，T4、D7构成反向电流通路，输出的交流电压为1V；

第四工作模式时，开关T2导通，与其反并联二极管D2构成电流双向流动通路，输出的交流电压为0V。

上述的各个工作状态和模式，其具体的电路各节点的波形图(包括开关管T1～T5的驱动波形图)如图8所示。

在图9和图10中，仅仅具有实心黑圆点的部分，其电路才确实连接在一起；如果仅存在线路(导线)交叉而在交叉点处没有实心黑圆点，则该两条线路之间的关系为跨接，且并未直接连接在一起。

如图9所示为本发明提供的单相逆变器的电路原理示意图：本发明提供的这种包括了所述五开关四电平逆变电路的单相逆变器，除了包括图3所述的五开关四电平逆变电路，还包括单相第一开关管Tb1、单相第二开关管Tb2、单相第三开关管Tb3、单相第四开关管Tb4、单相第五开关管Tb5、单相第一二极管Db6、单相第二二极管Db7、单相第一并联二极管Db1、单相第二并联二极管Db2、单相第三并联二极管Db3和单相第四并联二极管Db4；单相第一开关管的活动端一端连接外部输入的电源正极；单相第一开关管的活动端另一端连接单相第二开关管的活动端一端；单相第二开关管的活动端另一端连接外部输入的电源负极；单相第三开关管的活动端一端连接第三开关的活动端一端；单相第三开关管的活动端另一端连接单相第五开关管的活动端另一端；单相第五开关管的活动端一端连接单相第四开关管的活动端一端；单相第四开关管的活动端另一端连接第四开关管的活动端另一端；单相第一二极管和单相第二二极管串联后，并接在单相第五开关管的活动端两端，且单相第一二极管的阳极连接单相第五开关管的活动端另一端，单相第二二极管的阴极连接单相第五开关管的活动端一端；单相第一二极管的阴极直接连接单相第一开关管的活动端的另一端；单相第一开关管的控制端、单相第二开关管的控制端、单相第三开关管的控制端、单相第四开关管的控制端和单相第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；所述五开关四电平逆变电路的输出端为单相逆变器的第一输出端，单相第一开关管的活动端另一端为所述单相逆变器的第二输出端；单相第一并联二极管并接在单相第一开关管的活动端两端，且单相第一并联二极管的阴极连接单相第一开关管的一端；单相第二并联二极管并接在单相第二开关管的活动端两端，且单相第二并联二极管的阴极连接单相第二开关管的一端；单相第三并联二极管并接在单相第三开关管的活动端两端，且单相第三并联二极管的阴极连接单相第三开关管的一端；单相第四并联二极管并接在单相第四开关管的活动端两端，且单相第四并联二极管的阴极连接单相第四开关管的一端。

而图中左侧部分的电路即为图3中的五开关四电平逆变电路，其中第一开关管标号为Ta1、第二开关管标号为Ta2、第三开关管标号为Ta3、第四开关管标号为Ta4、第五开关管标号为Ta5、第一二极管标号为Da6、第二二极管标号为Da7、第一电容标号为C1、第二电容标号为C2、第三电容标号为C3、第一并联二极管标号为Da1、第二并联二极管标号为Da2、第三并联二极管标号为Da3，第四并联二极管标号为Da4。

在具体实施时，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、单相第一开关管、单相第二开关管、单相第三开关管、单相第四开关管和单相第五开关管均可采用MOS管或IGBT。而且同样的，在单相逆变器的输出端va0和vb0，可以连接后续的滤波电路(比如RC滤波电路，LC滤波电路或RLC滤波电路)进行滤波。

同时，在具体工作时，单相逆变器的两个输出端的电压和波形，以及各开关的导通波形，均与五开关四电平逆变电路的输出电压和开关导通波形一致(即与图8中的波形一致)。

如图10所示为本发明的三相逆变器的电路原理示意图：本发明还提供了一种包括了所述五开关四电平逆变电路的三相逆变器，除了包括图3中所述的五开关四电平逆变电路，还包括第二相电路和第三相电路；第二相电路包括第二相第一开关管Tb1、第二相第二开关管Tb2、第二相第三开关管Tb3、第二相第四开关管Tb4、第二相第五开关管Tb5、第二相第一二极管Db6、第二相第二二极管Db7、第二相第一并联二极管Db1、第二相第二并联二极管Db2、第二相第三并联二极管Db3和第二相第四并联二极管Db4；第二相第一开关管的活动端一端连接外部输入的电源正极；第二相第一开关管的活动端另一端连接第二相第二开关管的活动端一端；第二相第二开关管的活动端另一端连接外部输入的电源负极；第二相第三开关管的活动端一端连接第三开关的活动端一端；第二相第三开关管的活动端另一端连接第二相第五开关管的活动端另一端；第二相第五开关管的活动端一端连接第二相第四开关管的活动端一端；第二相第四开关管的活动端另一端连接第四开关管的活动端另一端；第二相第一二极管和第二相第二二极管串联后，并接在第二相第五开关管的活动端两端，且第二相第一二极管的阳极连接第二相第五开关管的活动端另一端，第二相第二二极管的阴极连接第二相第五开关管的活动端一端；第二相第一二极管的阴极直接连接第二相第一开关管的活动端的另一端；第二相第一开关管的控制端、第二相第二开关管的控制端、第二相第三开关管的控制端、第二相第四开关管的控制端和第二相第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；第三相电路包括第三相第一开关管Tc1、第三相第二开关管Tc2、第三相第三开关管Tc3、第三相第四开关管Tc4、第三相第五开关管Tc5、第三相第一二极管Dc6、第三相第二二极管Dc7、第三相第一并联二极管Dc1、第三相第二并联二极管Dc2、第三相第三并联二极管Dc3和第三相第四并联二极管Dc4；第三相第一开关管的活动端一端连接外部输入的电源正极；第三相第一开关管的活动端另一端连接第三相第二开关管的活动端一端；第三相第二开关管的活动端另一端连接外部输入的电源负极；第三相第三开关管的活动端一端连接第三开关的活动端一端；第三相第三开关管的活动端另一端连接第三相第五开关管的活动端另一端；第三相第五开关管的活动端一端连接第三相第四开关管的活动端一端；第三相第四开关管的活动端另一端连接第四开关管的活动端另一端；第三相第一二极管和第三相第二二极管串联后，并接在第三相第五开关管的活动端两端，且第三相第一二极管的阳极连接第三相第五开关管的活动端另一端，第三相第二二极管的阴极连接第三相第五开关管的活动端一端；第三相第一二极管的阴极直接连接第三相第一开关管的活动端的另一端；第三相第一开关管的控制端、第三相第二开关管的控制端、第三相第三开关管的控制端、第三相第四开关管的控制端和第三相第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；所述五开关四电平逆变电路的输出端为三相逆变器的第一相输出端，第二相第一开关管的活动端另一端为所述三相逆变器的第二相输出端，第三相第一开关管的活动端另一端为所述三相逆变器的第三相输出端；第二相第一并联二极管并接在第二相第一开关管的活动端两端，且第二相第一并联二极管的阴极连接第二相第一开关管的一端；第二相第二并联二极管并接在第二相第二开关管的活动端两端，且第二相第二并联二极管的阴极连接第二相第二开关管的一端；第二相第三并联二极管并接在第二相第三开关管的活动端两端，且第二相第三并联二极管的阴极连接第二相第三开关管的一端；第二相第四并联二极管并接在第二相第四开关管的活动端两端，且第二相第四并联二极管的阴极连接第二相第四开关管的一端；第三相第一并联二极管并接在第三相第一开关管的活动端两端，且第三相第一并联二极管的阴极连接第三相第一开关管的一端；第三相第二并联二极管并接在第三相第二开关管的活动端两端，且第三相第二并联二极管的阴极连接第三相第二开关管的一端；第三相第三并联二极管并接在第三相第三开关管的活动端两端，且第三相第三并联二极管的阴极连接第三相第三开关管的一端；第三相第四并联二极管并接在第三相第四开关管的活动端两端，且第三相第四并联二极管的阴极连接第三相第四开关管的一端。

而图中左侧部分的电路即为图3中的五开关四电平逆变电路，其中第一开关管标号为Ta1、第二开关管标号为Ta2、第三开关管标号为Ta3、第四开关管标号为Ta4、第五开关管标号为Ta5、第一二极管标号为Da6、第二二极管标号为Da7、第一电容标号为C1、第二电容标号为C2、第三电容标号为C3、第一并联二极管标号为Da1、第二并联二极管标号为Da2、第三并联二极管标号为Da3，第四并联二极管标号为Da4。

在具体实施时，第二相第一开关管、第二相第二开关管、第二相第三开关管、第二相第四开关管、第二相第五开关管、第三相第一开关管、第三相第二开关管、第三相第三开关管、第三相第四开关管和第三相第五开关管均可以采用MOS管或IGBT。而且同样的，在三相逆变器的输出端va0、vb0和vc0，可以连接后续的滤波电路(比如RC滤波电路，LC滤波电路或RLC滤波电路)进行滤波。

同时，在具体工作时，三相逆变器的三个输出端的电压和波形，以及各开关的导通波形，均与五开关四电平逆变电路的输出电压和开关导通波形一致(即与图8中的波形一致)。

Claims (10)

1.一种五开关四电平逆变电路，其特征在于包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和第三电容；第一电容、第二电容和第三电容串接后，连接在外部输入的电源正极和电源负极之间；外部输入的电源正极连接第一电容的一端，同时也连接第一开关管的活动端一端；第一开关管的活动端另一端连接第二开关管的活动端一端；第二开关管的活动端另一端直接连接外部输入的电源负极；第一开关管的活动端另一端直接为所述逆变电路的输出端；第一电容的另一端连接第三开关管的活动端一端；第三开关管的活动端另一端连接第五开关管的活动端另一端；第五开关管的活动端一端连接第四开关管的活动端一端；第四开关管的活动端另一端连接第三电容的一端；第三电容的另一端直接连接外部输入的电源负极；第一二极管和第二二极管串联后，并接在第五开关管的活动端两端，且第一二极管的阳极连接第五开关管的活动端一端，第二二极管的阴极连接第五开关管的活动端另一端；第一二极管的阴极直接连接所述逆变电路的输出端；第一开关管的控制端、第二开关管的控制端、第三开关管的控制端、第四开关管的控制端和第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的五开关四电平逆变电路，其特征在于还包括第一并联二极管、第二并联二极管、第三并联二极管和第四并联二极管；第一并联二极管并接在第一开关管的活动端两端，且第一并联二极管的阴极连接第一开关管的一端；第二并联二极管并接在第二开关管的活动端两端，且第二并联二极管的阴极连接第二开关管的一端；第三并联二极管并接在第三开关管的活动端两端，且第三并联二极管的阴极连接第三开关管的一端；第四并联二极管并接在第四开关管的活动端两端，且第四并联二极管的阴极连接第四开关管的一端。

3.根据权利要求1所述的五开关四电平逆变电路，其特征在于所述的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管为MOS管或IGBT。

4.根据权利要求1～3之一所述的五开关四电平逆变电路，其特征在于所述的五开关四电平逆变电路的工作模式为如下四种工作模式：

第一工作模式：第一开关管导通，第二开关管截止，第三开关管截止，第四开关管截止，第五开关管截止；此时输出端的交流电压为外部输入的直流电压；

第二工作模式：第一开关管截止，第二开关管截止，第三开关管导通，第四开关管截止，第五开关管导通；此时输出端的交流电压为外部输入的直流电压的三分之二；

第三工作模式：第一开关管截止，第二开关管截止，第三开关管截止，第四开关管导通，第五开关管导通；此时输出端的交流电压为外部输入的直流电压的三分之一；

第四工作模式：第一开关管截止，第二开关管导通，第三开关管截止，第四开关管截止，第五开关管截止；此时输出端的交流电压为0。

5.根据权利要求4所述的五开关四电平逆变电路，其特征在于所述的五开关四电平逆变电路还包括滤波电路；所述五开关四电平逆变电路的输出端连接滤波电路；滤波电路用于对五开关四电平逆变电路输出的交流电能进行滤波。

6.一种包括了权利要求1～5之一所述的五开关四电平逆变电路的单相逆变器，其特征在于还包括单相第一开关管、单相第二开关管、单相第三开关管、单相第四开关管、单相第五开关管、单相第一二极管和单相第二二极管；单相第一开关管的活动端一端连接外部输入的电源正极；单相第一开关管的活动端另一端连接单相第二开关管的活动端一端；单相第二开关管的活动端另一端连接外部输入的电源负极；单相第三开关管的活动端一端连接第三开关的活动端一端；单相第三开关管的活动端另一端连接单相第五开关管的活动端另一端；单相第五开关管的活动端一端连接单相第四开关管的活动端一端；单相第四开关管的活动端另一端连接第四开关管的活动端另一端；单相第一二极管和单相第二二极管串联后，并接在单相第五开关管的活动端两端，且单相第一二极管的阳极连接单相第五开关管的活动端另一端，单相第二二极管的阴极连接单相第五开关管的活动端一端；单相第一二极管的阴极直接连接单相第一开关管的活动端的另一端；单相第一开关管的控制端、单相第二开关管的控制端、单相第三开关管的控制端、单相第四开关管的控制端和单相第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；所述五开关四电平逆变电路的输出端为单相逆变器的第一输出端，单相第一开关管的活动端另一端为所述单相逆变器的第二输出端。

7.根据权利要求6所述的单相逆变器，其特征在于还包括单相第一并联二极管、单相第二并联二极管、单相第三并联二极管和单相第四并联二极管；单相第一并联二极管并接在单相第一开关管的活动端两端，且单相第一并联二极管的阴极连接单相第一开关管的一端；单相第二并联二极管并接在单相第二开关管的活动端两端，且单相第二并联二极管的阴极连接单相第二开关管的一端；单相第三并联二极管并接在单相第三开关管的活动端两端，且单相第三并联二极管的阴极连接单相第三开关管的一端；单相第四并联二极管并接在单相第四开关管的活动端两端，且单相第四并联二极管的阴极连接单相第四开关管的一端。

8.一种包括了权利要求1～5之一所述的五开关四电平逆变电路的三相逆变器，其特征在于还包括第二相电路和第三相电路；第二相电路包括第二相第一开关管、第二相第二开关管、第二相第三开关管、第二相第四开关管、第二相第五开关管、第二相第一二极管和第二相第二二极管；第二相第一开关管的活动端一端连接外部输入的电源正极；第二相第一开关管的活动端另一端连接第二相第二开关管的活动端一端；第二相第二开关管的活动端另一端连接外部输入的电源负极；第二相第三开关管的活动端一端连接第三开关的活动端一端；第二相第三开关管的活动端另一端连接第二相第五开关管的活动端另一端；第二相第五开关管的活动端一端连接第二相第四开关管的活动端一端；第二相第四开关管的活动端另一端连接第四开关管的活动端另一端；第二相第一二极管和第二相第二二极管串联后，并接在第二相第五开关管的活动端两端，且第二相第一二极管的阳极连接第二相第五开关管的活动端另一端，第二相第二二极管的阴极连接第二相第五开关管的活动端一端；第二相第一二极管的阴极直接连接第二相第一开关管的活动端的另一端；第二相第一开关管的控制端、第二相第二开关管的控制端、第二相第三开关管的控制端、第二相第四开关管的控制端和第二相第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；第三相电路包括第三相第一开关管、第三相第二开关管、第三相第三开关管、第三相第四开关管、第三相第五开关管、第三相第一二极管和第三相第二二极管；第三相第一开关管的活动端一端连接外部输入的电源正极；第三相第一开关管的活动端另一端连接第三相第二开关管的活动端一端；第三相第二开关管的活动端另一端连接外部输入的电源负极；第三相第三开关管的活动端一端连接第三开关的活动端一端；第三相第三开关管的活动端另一端连接第三相第五开关管的活动端另一端；第三相第五开关管的活动端一端连接第三相第四开关管的活动端一端；第三相第四开关管的活动端另一端连接第四开关管的活动端另一端；第三相第一二极管和第三相第二二极管串联后，并接在第三相第五开关管的活动端两端，且第三相第一二极管的阳极连接第三相第五开关管的活动端另一端，第三相第二二极管的阴极连接第三相第五开关管的活动端一端；第三相第一二极管的阴极直接连接第三相第一开关管的活动端的另一端；第三相第一开关管的控制端、第三相第二开关管的控制端、第三相第三开关管的控制端、第三相第四开关管的控制端和第三相第五开关管的控制端均连接外部输入的驱动信号；所述五开关四电平逆变电路的输出端为三相逆变器的第一相输出端，第二相第一开关管的活动端另一端为所述三相逆变器的第二相输出端，第三相第一开关管的活动端另一端为所述三相逆变器的第三相输出端。

9.根据权利要求8所述的三相逆变器，其特征在于所述的第二相电路还包括第二相第一并联二极管、第二相第二并联二极管、第二相第三并联二极管和第二相第四并联二极管；第二相第一并联二极管并接在第二相第一开关管的活动端两端，且第二相第一并联二极管的阴极连接第二相第一开关管的一端；第二相第二并联二极管并接在第二相第二开关管的活动端两端，且第二相第二并联二极管的阴极连接第二相第二开关管的一端；第二相第三并联二极管并接在第二相第三开关管的活动端两端，且第二相第三并联二极管的阴极连接第二相第三开关管的一端；第二相第四并联二极管并接在第二相第四开关管的活动端两端，且第二相第四并联二极管的阴极连接第二相第四开关管的一端。

10.根据权利要求9所述的三相逆变器，其特征在于所述的第三相电路还包括第三相第一并联二极管、第三相第二并联二极管、第三相第三并联二极管和第三相第四并联二极管；第三相第一并联二极管并接在第三相第一开关管的活动端两端，且第三相第一并联二极管的阴极连接第三相第一开关管的一端；第三相第二并联二极管并接在第三相第二开关管的活动端两端，且第三相第二并联二极管的阴极连接第三相第二开关管的一端；第三相第三并联二极管并接在第三相第三开关管的活动端两端，且第三相第三并联二极管的阴极连接第三相第三开关管的一端；第三相第四并联二极管并接在第三相第四开关管的活动端两端，且第三相第四并联二极管的阴极连接第三相第四开关管的一端。

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