CN111049409B - 一种电压混合型钳位式三电平逆变电路及其应用装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种电压混合型钳位式三电平逆变电路及其应用装置。当两端并联有相应阻抗的四个开关管中有连接关系的两个开关管共同承担截止电压时，这两个开关管上的分压与自身并联的阻抗的阻抗值成正比，因此，在保证电路安全的前提下，三电平中点钳位逆变电路中的六个开关管不再需要全部选择为耐高压的开关管，即可以根据各开关管所需承受的电压选取耐压程度适当的开关管，从而相较于现有技术而言，在同等容量的情况下，本申请提供的电压混合型钳位式三电平逆变电路工作时，开关管的导通损耗和开关损耗更小，即工作效率更高，并且该电压混合型钳位式三电平逆变电路所占体积更小，成本更低。

Description

一种电压混合型钳位式三电平逆变电路及其应用装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种电压混合型钳位式三电平逆变电路及其应用装置。

背景技术

图1所示电路为常见的由六个开关管组成的三电平中点钳位逆变电路，在实际应用中，该三电平中点钳位逆变电路具有多种控制方式。比如，如图2所示，是该三电平中点钳位逆变电路中的四个开关管工作在高频，两个开关管工作在低频的控制方式；如图3所示，是该三电平中点钳位逆变电路中的两个开关管工作在高频的控制方式，四个开关管工作在低频的控制方式。

不过，当该三电平中点钳位逆变电路应用于直流母线的电压等级较高时，该三电平中点钳位逆变电路中的六个开关管均选用高耐压的开关管，以防止该三电平中点钳位逆变电路出现电力故障。

但是，若全部开关管均选用耐高压的开关管，则开关管的开关损耗和导通损耗均增加，并且还会使电路的体积增加、成本升高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电压混合型钳位式三电平逆变电路及其应用装置，以解决现有技术中电路的体积增加、成本升高以及在逆变过程中的开关管损耗增加的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面提供一种电压混合型钳位式三电平逆变电路，包括：三电平中点钳位逆变电路、第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗以及第四阻抗；其中：

所述第一阻抗并联于所述三电平中点钳位逆变电路中与直流侧正极相连的开关管的两端；

所述第二阻抗并联于与所述第一阻抗及所述三电平中点钳位逆变电路中电感有连接关系的开关管的两端；

所述第三阻抗并联于与所述电感有连接关系的另一开关管的两端；

所述第四阻抗并联于与所述第三阻抗及所述三电平中点钳位逆变电路中直流侧负极有连接关系的开关管的两端。

可选的，所述三电平中点钳位逆变电路中与电感相连的两个开关管的耐压能力高于所述三电平中点钳位逆变电路中的其他四个开关管的耐压能力。

可选的，所述第一阻抗的阻抗值小于所述第二阻抗的阻抗值，所述第四阻抗的阻抗值小于所述第三阻抗的阻抗值。

可选的，所述第二阻抗和所述第三阻抗的阻抗值均为无穷大。

可选的，所述第一阻抗、所述第二阻抗、所述第三阻抗以及所述第四阻抗均包括电阻、电感和电容中的至少一种。

可选的，所述三电平中点钳位逆变电路包括：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、第六开关管、输入电容支路、第一电容和电感；其中：

所述第一开关管的第一端与所述输入电容支路的第一端相连，连接点作为所述三电平中点钳位逆变电路直流侧正极；

所述第一开关管的第二端依次通过所述第五开关管、所述第六开关管、所述第四开关管，与所述输入电容支路的第二端相连，连接点作为所述三电平中点钳位逆变电路直流侧负极；

所述第五开关管与所述第六开关管的公共节点作为所述三电平中点钳位逆变电路的交流侧参考点；

由所述第二开关管和所述第三开关管依次串联组成的串联支路的第一端连接于所述第一开关管和所述第五开关管的连接点上，所述串联支路的第二端连接于所述第六开关管和所述第四开关管的连接点上；

所述第二开关管与所述第三开关管的中间节点与所述电感的第一端相连，连接点作为所述三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端；

所述电感的第二端通过所述第一电容与所述交流侧参考点相连。

可选的，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管以及所述第六开关管均为以下任意一种：带反并联二极管的IGBT，带反并联二极管的mosfet，以及，mosfet。

可选的，所述输入电容支路包括：第二电容和第三电容；其中：

所述第二电容的一端作为所述输入电容支路的第一端；

所述第二电容的另一端与所述第三电容的一端相连，接点与所述交流侧参考点相连；

所述第三电容的另一端作为所述输入电容支路的第二端。

本申请第二方面提供一种单相逆变器，包括：第一直流-直流变换电路、第一控制器、第一电流检测电路、第二电流检测电路、第一电压检测电路、第二电压检测电路、N个第一驱动电路以及上述任一所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路；N为正整数；其中：

所述第一直流-直流变换电路的一侧作为所述单相逆变器的直流侧，所述第一直流-直流变换电路的另一侧与所述电压混合型钳位式三电平逆变电路的直流侧相连；

所述电压混合型钳位式三电平逆变电路中的三电平中点钳位逆变电路的交流侧参考点作为所述单相逆变器的交流侧参考点，所述三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端作为所述单相逆变器的交流侧输出端；

所述第一控制器的各个信号输出端分别通过相应的所述第一驱动电路，与所述第一直流-直流变换电路和所述电压混合型钳位式三电平逆变电路中相应开关管的控制端相连；

所述第一电流检测电路的控制端与所述第一控制器的第一电流检测端相连，所述第一电流检测电路串联于所述单相逆变器直流侧的任一极；

所述第二电流检测电路的控制端与所述第一控制器的第二电流检测端相连，所述第二电流检测电路串联于所述单相逆变器交流侧的任一极；

所述第一电压检测电路的控制端与所述第一控制器的第一电压检测端相连，所述第一电压检测电路并联于所述单相逆变器直流侧的两极之间；

所述第二电压检测电路的控制端与所述第一控制器的第二电压检测端相连，所述第二电压检测电路并联于所述单相逆变器的交流侧参考点与交流侧输出端之间。

本申请第三方面提供一种三相逆变器，包括：第二直流-直流变换电路、第二控制器、第三电流检测电路、第四电流检测电路、第三电压检测电路、第四电压检测电路、N个第二驱动电路、第一逆变电路、第二逆变电路以及第三逆变电路；N为正整数；其中：

所述第一逆变电路、第二逆变电路和第三逆变电路均为上述任一所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路；

所述第二直流-直流变换电路的一侧作为所述三相逆变器的直流侧，所述第二直流-直流变换电路的另一侧与所述第一逆变电路的直流侧、所述第二逆变电路的直流侧以及所述第三逆变电路的直流侧均相连；

所述第一逆变电路中的三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端作为所述三相逆变器交流侧的第一输出端；所述第二逆变电路中的三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端作为所述三相逆变器交流侧的第二输出端；所述第三逆变电路中的三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端作为所述三相逆变器交流侧的第三输出端；

所述第二控制器的各个信号输出端分别通过相应的所述第二驱动电路，与所述第二直流-直流变换电路、所述第一逆变电路、所述第二逆变电路以及所述第三逆变电路中相应开关管的控制端相连；

所述第三电流检测电路的控制端与所述第二控制器的第一电流检测端相连，所述第三电流检测电路串联于所述三相逆变器直流侧的任一极；

所述第四电流检测电路的控制端与所述第二控制器的第二电流检测端相连，所述第四电流检测电路串联于所述三相逆变器交流侧的任一输出端；

所述第三电压检测电路的控制端与所述第二控制器的第一电压检测端相连，所述第三电压检测电路并联于所述三相逆变器直流侧的两极之间；

所述第四电压检测电路的控制端与所述第二控制器的第二电压检测端相连，所述第四电压检测电路并联于所述三相逆变器交流侧的任两个输出端之间。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种电压混合型钳位式三电平逆变电路，包括：三电平中点钳位逆变电路、第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗以及第四阻抗。在本申请提供的方案中，第一阻抗并联于三电平中点钳位逆变电路中与直流侧正极相连的开关管的两端，第二阻抗并联于与第一阻抗及三电平中点钳位逆变电路中电感有连接关系的开关管的两端，第三阻抗并联于与该电感由连接关系的另一开关管的两端，第四阻抗并联于与第三阻抗及三电平中点钳位逆变电路中直流侧负极有连接关系的开关管的两端，因此，当其中有连接关系的两个开关管共同承担截止电压时，这两个开关管上的分压与自身并联的阻抗的阻抗值成正比，所以，在保证电路安全的前提下，三电平中点钳位逆变电路中的六个开关管不再需要全部选择为耐高压的开关管，即可以根据各开关管所需承受的电压选取耐压程度适当的开关管，从而相较于现有技术而言，在同等容量的情况下，本申请提供的电压混合型钳位式三电平逆变电路工作时，开关管的导通损耗和开关损耗更小，即工作效率更高，并且该电压混合型钳位式三电平逆变电路所占体积更小，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的三电平中点钳位逆变电路10的结构示意图；

图2和图3为现有技术中的三电平中点钳位逆变电路10的两种控制方式的控制信号示意图；

图4a和图4b为本申请实施例提供的两种电压混合型钳位式三电平逆变电路的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的电压混合型钳位式三电平逆变电路在图2所示控制方式下的电路状态图；

图6为本申请实施例提供的电压混合型钳位式三电平逆变电路在图3所示控制方式下的电路状态图；

图7为本申请实施例提供的一种单相逆变器的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种三相逆变器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中存在一种三电平中点钳位逆变电路，其具体结构如图1所示，包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6。

其中，第二电容C2的一端与第一开关管Q1的第一端相连，连接点作为三电平中点钳位逆变电路直流侧正极，第二电容C2的另一端通过第三电容C3与第四开关管Q4的第二端相连，连接点作为三电平中点钳位逆变电路直流侧负极。

第一开关管Q1的第二端依次通过第五开关管Q5、第六开关管Q6与第四开关管Q4的第一端相连，连接点与第三开关管Q3的第二端相连。

第三开关管Q3的第一端、第二开关管Q2的第二端和电感L的一端均相连，连接点作为三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端，电感L的另一端通过第一电容C1与交流侧参考点相连；第二开关管Q2的第一端与第一开关管Q1的第二端相连。

第五开关管Q5与第六开关管Q6的连接点作为三电平中点钳位逆变电路的交流侧参考点。

虽然，现有技术中的三电平中点钳位逆变电路可以通过将六个开关管选用高耐压的开关管，以避免自身出现电路故障，但是，若全部开关管均选用耐高压的开关管，则会使电路在工作时的损耗增加，并且还会使电路的体积增加、成本升高。

为了解决现有技术中电路的体积增加、成本升高以及在逆变过程中的损耗增加的问题，本申请提供一种电压混合型钳位式电平逆变电路，其具体结构如图4a所示，包括：三电平中点钳位逆变电路10、第一阻抗Z1、第二阻抗Z2、第三阻抗Z3以及第四阻抗Z4。

三电平中点钳位逆变电路10的直流侧作为电压混合型钳位式三电平逆变电路的直流侧，三电平中点钳位逆变电路10的交流侧输出端A作为电压混合型钳位式三电平逆变电路的交流侧输出端，三电平中点钳位逆变电路10的交流侧参考点O作为电压混合型钳位式三电平逆变电路的交流侧参考点。

第一阻抗Z1并联于三电平中点钳位逆变电路10中与直流侧正极相连的开关管的两端，即图4a中的第一开关管Q1；第二阻抗Z2并联于与第一阻抗Z1及三电平中点钳位逆变电路10中电感L有连接关系的开关管的两端，即图4a中的第二开关管Q2；第三阻抗Z3并联于与电感L有连接关系的另一开关管的两端，即图4a中的第三开关管Q3；第四阻抗Z4并联于与第三阻抗Z3及三电平中点钳位逆变电路10中直流侧负极有连接关系的开关管的两端，即图4a中的第四开关管Q4。

在本实施例提供的方案中，当上述四个开关管中有连接关系的两个开关管共同承担截止电压时，这两个开关管上的分压与自身并联的阻抗的阻抗值成正比，所以，在保证电路安全的前提下，三电平中点钳位逆变电路10中的六个开关管不再需要全部选择为耐高压的开关管，即可以根据各开关管所需承受的电压选取耐压程度适当的开关管，从而相较于现有技术而言，在同等容量的情况下，本申请提供的电压混合型钳位式三电平逆变电路工作时，开关管的导通损耗和开关损耗更小，即工作效率更高，并且该电压混合型钳位式三电平逆变电路所占体积更小，成本更低。

需要说明的是，第一阻抗Z1、第二阻抗Z2、第三阻抗Z3和第四阻抗Z4均可以为电阻、电感和电容中的至少一种，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，可以设置该三电平中点钳位逆变电路中与电感L相连的两个开关管(如图4a中所示的第二开关管Q2和第三开关管Q3)的耐压能力高于该三电平中点钳位逆变电路中的其他四个开关管(如图4a中所示的第一开关管Q1、第四开关管Q4、第五开关管Q5以及第六开关管Q6)的耐压能力。

具体而言，可以通过设置第一阻抗Z1的阻抗值小于第二阻抗Z2的阻抗值，且第四阻抗Z4的阻抗值小于第三阻抗Z3的阻抗值来实现上述目的；另外，极端情况下还可以通过设置第二阻抗Z2和第三阻抗Z3的阻抗值为无穷大来实现上述目的，即如图4b所示，相比图4a所示结构省略了第二阻抗Z2与第三阻抗Z3，仅通过第一阻抗Z1和第四阻抗Z4来对应实现对于第一开关管Q1和第四开关管Q4所承受电压的钳位即可。两种实现方式可视具体情况而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，该电压混合型钳位式电平逆变电路的工作原理为：

当第一开关管Q1和第二开关管Q2共同承担母线电压时，本实施例提供的方案将第一阻抗Z1与第一开关管Q1并联，将第二阻抗Z2与第二开关管Q2并联，即第一阻抗Z1两端和第二阻抗Z2两端各自承担的电压之和等于母线电压。

若此时第五开关管Q5导通，则第一开关管Q1和第二开关管Q2的连接点的电位被钳位在地电位，实现对第一开关管Q1和第二开关管Q2的均压，即第一开关管Q1和第二开关管Q2各自两端均承担母线电压的一半。

若此时第五开关管Q5关断，则第一开关管Q1两端所承受的电压等于与自身并联的第一阻抗Z1两端的电压、第二开关管Q2两端所承受的电压等于与自身并联的第二阻抗Z2两端的电压；而此时，也可以将第一阻抗Z1看做与第二阻抗Z2串联后共同承担母线电压，即第一阻抗Z1两端所承受的电压与第二阻抗Z2两端所承受的电压之比等于第一阻抗Z1阻抗值与第二阻抗Z2阻抗值之比；再加上，此时第一阻抗Z1的阻抗值小于第二阻抗Z2的阻抗值，因此，第一阻抗Z1两端所承受的电压小于母线电压的一半，即第一开关管Q1两端所承受的电压小于母线电压的一半。

与此同时，由于第一开关管Q1两端所承受的电压小于母线电压的一半，即第一开关管Q1两端所承受的最小电压为零，因此，第一开关管Q1与第五开关管Q5的连接点处的电位最大为正母线电压，而此时，第五开关管Q5与第六开关管Q6的连接点接地，即第五开关管Q5与第六开关管Q6的连接点的电位为地电位，所以第五开关管Q5两端所承受的最大电压为母线电压的一半。

当第三开关管Q3和第四开关管Q4共同承担母线电压时，具体的工作原理与第一开关管Q1和第二开关管Q2共同承担母线电压时相同，此处不再赘述，由上述说明可推导出：

若此时第六开关管Q6导通，则第三开关管Q3和第四开关管Q4各自两端均承担母线电压的一半。

若此时第六开关管Q6关断，则第四开关管Q4两端所承受的电压小于母线电压的一半，并且，此时，第六开关管Q6两端所承受的最大电压为母线电压的一半。

综上所述，第一开关管Q1、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6各自两端所承受的电压均至多为母线电压的一半，从而，在实际应用中，第一开关管Q1、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第六开关管Q6可以采用低耐压的开关管，因此，在同等容量的情况下，比现有技术中提供的电路在开关管的开关损耗和导通损耗上均减少，并且在电路所占体积和电路成本上减少。

另外，实际应用中，也可以通过相应阻抗的阻抗值设置，来实现其他形式的分压，只要能够使三电平中点钳位逆变电路10中的六个开关管不再必须均采用高耐压的开关管即可，比如第一开关管Q1和第四开关管Q4为低耐压的开关管、另外四个开关管均为高耐压的开关管，或者，第五开关管Q5和第六开关管Q6为低耐压的开关管、另外四个开关管均为高耐压的开关管，又或者，第二开关管Q2和第三开关管Q3为低耐压的开关管、另外四个开关管均为高耐压的开关管，均在本申请的保护范围内。

本申请另一实施例提供三电平中点钳位逆变电路10的具体实施方式，其具体结构如图4a所示，包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、输入电容支路11、第一电容C1和电感L。

第一开关管Q1的第一端与输入电容支路11的一端相连，连接点作为三电平中点钳位逆变电路10直流侧正极。

第一开关管Q1的第二端依次通过第五开关管Q5、第六开关管Q6、第四开关管Q4与输入电容支路11的另一端相连，连接点作为三电平中点钳位逆变电路10直流侧负极。

第五开关管Q5与第六开关管Q6的公共节点作为三电平中点钳位逆变电路10的交流侧参考点O。

由第二开关管Q2和第三开关管Q3依次串联组成的串联支路的第一端连接于第一开关管Q1和第五开关管Q5的连接点上，串联支路的第二端连接于第六开关管Q6和第四开关管Q4的连接点上。

第二开关管Q2与第三开关管Q3的中间节点与电感L的第一端相连，连接点作为三电平中点钳位逆变电路10的交流侧输出端A；电感L的第二端通过第一电容C1与交流侧参考点相连。

可选的，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5以及第六开关管Q6均为以下任意一种：带反并联二极管的IGBT，带反并联二极管的mosfet，以及，mosfet。

在实际应用中，输入电容支路11的具体结构如图4a所示，包括：第二电容C2和第三电容C3；其中：

第二电容C2的一端作为输入电容支路11的第一端；第二电容C2的另一端与第三电容C3的一端相连，连接点与交流侧参考点相连；第三电容C3的另一端作为输入电容支路11的第二端。

在实际应用中，若三电平中点钳位逆变电路10以图2所示控制方式进行工作，则三电平中点钳位逆变电路10中的第一开关管Q1、第四开关管Q4、第五开关管Q5以及第六开关管Q6工作在高频，而第二开关管Q2、第三开关管Q3工作在低频。

此时，第一种工作模式为：第一开关管Q1、第二开关管Q2和第六开关管Q6均接收到高电平信号，且第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5均接收到低电平信号，即如图5(a)所示，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第六开关管Q6均导通，第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5均关断；此时，三电平中点钳位逆变电路10直流侧正极通过第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L和第一电容C1与交流侧参考点形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位等于三电平中点钳位逆变电路10直流侧正极的电位，因此，第三开关管Q3两端、第四开关管Q4两端、第五开关管Q5两端承受的电压均为母线电压的一半。

需要说明的是，在第一种工作模式中，第六开关管Q6也可以关断，此时，三电平中点钳位逆变电路10直流侧正极仍然通过第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L和第一电容C1与地形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位仍然等于三电平中点钳位逆变电路10直流侧正极的电位；因此，第五开关管Q5两端承受的电压等于母线电压的一半，而第三开关管Q3、第四开关管Q4和第六开关管Q6两端各自承受的电压无法确定。

第二种工作模式为：第二开关管Q2、第五开关管Q5和第六开关管Q6均接收到高电平信号，且第一开关管Q1、第三开关管Q3和第四开关管Q4均接收到低电平信号，即如图5(b)所示，第二开关管Q2、第五开关管Q5和第六开关管Q6均导通，第一开关管Q1、第三开关管Q3和第四开关管Q4均关断；此时，三电平中点钳位逆变电路10交流侧参考点O通过第五开关管Q5、第二开关管Q2、电感L和第一电容C1与第一电容C1另一端的交流侧参考点形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位等于三电平中点钳位逆变电路10交流侧参考点O的电位，即地电位；因此，第一开关管Q1两端和第四开关管Q4两端承受的电压均为母线电压的一半，而第三开关管Q3两端承受的电压等于零。

第三种工作模式为：第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5均接收到高电平信号，且第一开关管Q1、第二开关管Q2和第六开关管Q6均接收到低电平信号，即如图5(c)所示，第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5均导通，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第六开关管Q6均关断；此时，三电平中点钳位逆变电路10直流侧负极通过第四开关管Q4、第三开关管Q3、电感L和第一电容C1与交流侧参考点形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位等于三电平中点钳位逆变电路10直流侧负极的电位；因此，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第六开关管Q6两端承受的电压均为母线电压的一半。

需要说明的是，在第三种工作模式中，第五开关管Q5也可以关断，此时，三电平中点钳位逆变电路10直流侧负极仍然通过第四开关管Q4、第三开关管Q3、电感L和第一电容C1与地形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位仍然等于三电平中点钳位逆变电路10直流侧负极的电位；因此，第六开关管Q6两端承受的电压等于母线电压的一半，而第一开关管Q1、第二开关管Q2和第五开关管Q5两端承受的电压无法确定。

第四种工作模式为：第三开关管Q3、第五开关管Q5和第六开关管Q6均接收到高电平信号，且第一开关管Q1、第二开关管Q2和第四开关管Q4均接收到低电平信号，即如图5(d)所示，第三开关管Q3、第五开关管Q5和第六开关管Q6均导通，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第四开关管Q4均关断；此时，三电平中点钳位逆变电路10交流侧参考点O通过第六开关管Q6、第三开关管Q3、电感L和第一电容C1与第一电容C1另一端的交流侧参考点形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位等于三电平中点钳位逆变电路10交流侧参考点O的电位，即地电位；因此，第一开关管Q1两端和第四开关管Q4两端承受的电压均为母线电压的一半，而第二开关管Q2两端承受的电压等于零。

在实际应用中，若三电平中点钳位逆变电路10以图3所示控制方式进行工作，则三电平中点钳位逆变电路10中的第二开关管Q2和第三开关管Q3工作在高频，而第一开关管Q1、第四开关管Q4、第五开关管Q5以及第六开关管Q6工作在低频。

第一工作模式为：第一开关管Q1、第二开关管Q2和第六开关管Q6均接收到高电平信号，且第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5均接收到低电平信号，即如图6(a)所示，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第六开关管Q6均导通，第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5均关断；此时，三电平中点钳位逆变电路10直流侧正极通过第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L和第一电容C1与交流侧参考点形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位等于三电平中点钳位逆变电路10直流侧正极的电位；因此，第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5两端承受的电压均为母线电压的一半。

第二工作模式为：第一开关管Q1、第三开关管Q3和第六开关管Q6均接收到高电平信号，且第二开关管Q2、第四开关管Q4和第五开关管Q5均接收到低电平信号，即如图6(b)所示，第一开关管Q1、第三开关管Q3和第六开关管Q6均导通，第二开关管Q2、第四开关管Q4和第五开关管Q5均关断；此时，三电平中点钳位逆变电路10交流侧参考点O通过第六开关管Q6、第三开关管Q3、电感L和第一电容C1与第一电容C1另一端的交流侧参考点形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位等于三电平中点钳位逆变电路10交流侧参考点O的电位，即地电位；因此，第二开关管Q2两端、第四开关管Q4两端和第五开关管Q5两端承受的电压均为母线电压的一半。

第三工作模式为：第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5均接收到高电平信号，且第一开关管Q1、第二开关管Q2和第六开关管Q6均接收到低电平信号，即如图6(c)所示，第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5均导通，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第六开关管Q6均关断；此时，三电平中点钳位逆变电路10直流侧正极通过第四开关管Q4、第三开关管Q3、电感L和第一电容C1与交流侧参考点形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位等于三电平中点钳位逆变电路10直流侧负极的电位；因此，第一开关管Q1两端、第二开关管Q2两端和第六开关管Q6两端承受的电压均为母线电压的一半。

第四工作模式为：第二开关管Q2、第四开关管Q4和第五开关管Q5均接收到高电平信号，且第一开关管Q1、第三开关管Q3和第六开关管Q6均接收到低电平信号，即如图6(d)所示，第二开关管Q2、第四开关管Q4和第五开关管Q5均导通，第一开关管Q1、第三开关管Q3和第六开关管Q6均关断；此时，三电平中点钳位逆变电路10交流侧参考点O通过第五开关管Q5、第二开关管Q2、电感L和第一电容C1与第一电容C1另一端的交流侧参考点形成通路，即三电平中点钳位逆变电路10交流侧输出端A的电位等于三电平中点钳位逆变电路10交流侧参考点O的电位，即地电位；因此，第一开关管Q1两端、第三开关管Q3两端和第六开关管Q6两端承受的电压均为母线电压的一半。

其余结构和工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本申请另一实施例提供一种单相逆变器，其具体结构如图7所示，包括：第一直流-直流变换电路20、第一控制器30、第一电流检测电路40、第二电流检测电路50、第一电压检测电路60、第二电压检测电路70、N个第一驱动电路80以及上述实施例提供的电压混合型钳位式三电平逆变电路90；N为正整数。

第一直流-直流变换电路20的一侧作为单相逆变器的直流侧，第一直流-直流变换电路20的另一侧与电压混合型钳位式三电平逆变电路90的直流侧相连。

电压混合型钳位式三电平逆变电路90中三电平中点钳位逆变电路10的交流侧参考点O作为单相逆变器的交流侧参考点，三电平中点钳位逆变电路10的输出端A作为单相逆变器的交流侧输出端。

第一控制器30的各个信号输出端B分别通过相应的第一驱动电路80与第一直流-直流变换电路20和电压混合型钳位式三电平逆变电路90中相应开关管的控制端相连，通过输出相应的控制信号使单相逆变器直流侧的直流电逆变为交流电，从单相逆变器交流侧输出端和交流侧参考点输出。

第一电流检测电路40的控制端与第一控制器30的第一电流检测端相连，第一电流检测电路40串联于单相逆变器直流侧的任一极；第二电流检测电路50的控制端与第一控制器30的第二电流检测端相连，第二电流检测电路50串联于单相逆变器交流侧的任一极；在实际应用中，第一控制器30实时控制第一电流检测电路40对流经单相逆变器直流侧的电流进行检测，以及，实时控制第二电流检测电路50对流经单相逆变器交流侧的电流进行检测。

第一电压检测电路60的控制端与第一控制器30的第一电压检测端相连，第一电压检测电路60并联于单相逆变器直流侧的两极之间；第二电压检测电路70的控制端与第一控制器30的第二电压检测端相连，第二电压检测电路70并联于单相逆变器的交流侧参考点与交流侧输出端之间；第一控制器30实时控制第一电压检测电路60对单相逆变器直流侧输入电压进行检测，以及，实时控制第二电压检测电路70对单相逆变器交流侧的输出电压进行检测。

本申请实施例提供一种三相逆变器，其具体结构如图8所示，包括：第二直流-直流变换器110、第二控制器120、第三电流检测电路130、第四电流检测电路140、第三电压检测电路150、第四电压检测电路160、N个第二驱动电路170、第一逆变电路210、第二逆变电路220以及第三逆变电路230；N为正整数。

其中，第一逆变电路210、第二逆变电路220和第三逆变电路230均为上述实施例提供的电压混合型钳位式三电平逆变电路。

第二直流-直流变换器110的一侧作为三相逆变器的直流侧，第二直流-直流变换电路110的另一侧与第一逆变电路210的直流侧、第二逆变电路220的直流侧和第三逆变电路230的直流侧均相连。

第一逆变电路210中三电平中点钳位逆变电路10的交流侧输出端作为三相逆变器交流侧的第一输出端；第二逆变电路220中的三电平中点钳位逆变电路10的交流侧输出端作为三相逆变器交流侧的第二输出端；第三逆变电路230中的三电平中点钳位逆变电路10的交流侧输出端作为三相逆变器交流侧的第三输出端。

第二控制器120的各个信号输出端B分别通过相应的第二驱动电路170与第二直流-直流变换电路110、第一逆变电路210、第二逆变电路220以及第三逆变电路230中相应开关管的控制端相连，通过输出相应的控制信号使三相逆变器直流侧的直流电逆变为交流电，并分别传递至三相逆变器交流侧的第一输出端、第二输出端和第三输出端。

第三电流检测电路130的控制端与第二控制器120的第一电流检测端相连，第三电流检测电路130串联于三相逆变器直流侧的任一极，第四电流检测电路140的控制端与第二控制器120的第二电流检测端相连，第四电流检测电路140串联于三相逆变器交流侧的任一输出端；第二控制器120实时控制第三电流检测电路130对流经三相逆变器直流侧的电流进行检测，以及，实时控制第四电流检测电路140分别对流经三相逆变器交流侧任一个输出端的电流进行检测。

第三电压检测电路150的控制端与第二控制器120的第一电压检测端相连，第三电压检测电路150并联于三相逆变器直流侧的两极之间，第四电压检测电路160的控制端与第二控制器120的第二电压检测端相连，第四电压检测电路160并联于三相逆变器交流侧的任两个输出端之间；第二控制器120实时控制第三电压检测电路150对三相电压逆变器直流侧的输入电压进行检测，以及，实时控制第四电压检测电路160分别对三相逆变器交流侧任意两个输出端之间的输出电压进行检测。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电压混合型钳位式三电平逆变电路，其特征在于，包括：三电平中点钳位逆变电路、第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗以及第四阻抗；其中：

所述第一阻抗并联于所述三电平中点钳位逆变电路中与直流侧正极相连的开关管的两端；

所述第二阻抗并联于与所述第一阻抗及所述三电平中点钳位逆变电路中电感有连接关系的开关管的两端；

所述第三阻抗并联于与所述电感有连接关系的另一开关管的两端；

所述第四阻抗并联于与所述第三阻抗及所述三电平中点钳位逆变电路中直流侧负极有连接关系的开关管的两端；

所述三电平中点钳位逆变电路中与电感相连的两个开关管的耐压能力高于所述三电平中点钳位逆变电路中的其他四个开关管的耐压能力。

2.根据权利要求1所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路，其特征在于，所述第一阻抗的阻抗值小于所述第二阻抗的阻抗值，所述第四阻抗的阻抗值小于所述第三阻抗的阻抗值。

3.根据权利要求1所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路，其特征在于，所述第二阻抗和所述第三阻抗的阻抗值均为无穷大。

4.根据权利要求1所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路，其特征在于，所述第一阻抗、所述第二阻抗、所述第三阻抗以及所述第四阻抗均包括电阻、电感和电容中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路，其特征在于，所述三电平中点钳位逆变电路包括：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、第六开关管、输入电容支路、第一电容和电感；其中：

所述第一开关管的第一端与所述输入电容支路的第一端相连，连接点作为所述三电平中点钳位逆变电路直流侧正极；

所述第一开关管的第二端依次通过所述第五开关管、所述第六开关管、所述第四开关管，与所述输入电容支路的第二端相连，连接点作为所述三电平中点钳位逆变电路直流侧负极；

所述第五开关管与所述第六开关管的公共节点作为所述三电平中点钳位逆变电路的交流侧参考点；

由所述第二开关管和所述第三开关管依次串联组成的串联支路的第一端连接于所述第一开关管和所述第五开关管的连接点上，所述串联支路的第二端连接于所述第六开关管和所述第四开关管的连接点上；

所述第二开关管与所述第三开关管的中间节点与所述电感的第一端相连，连接点作为所述三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端；

所述电感的第二端通过所述第一电容与所述交流侧参考点相连。

6.根据权利要求5所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管以及所述第六开关管均为以下任意一种：带反并联二极管的IGBT，带反并联二极管的mosfet，以及，mosfet。

7.根据权利要求5所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路，其特征在于，所述输入电容支路包括：第二电容和第三电容；其中：

所述第二电容的一端作为所述输入电容支路的第一端；

所述第二电容的另一端与所述第三电容的一端相连，连接点与所述交流侧参考点相连；

所述第三电容的另一端作为所述输入电容支路的第二端。

8.一种单相逆变器，其特征在于，包括：第一直流-直流变换电路、第一控制器、第一电流检测电路、第二电流检测电路、第一电压检测电路、第二电压检测电路、N个第一驱动电路以及权利要求1-7任一项所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路；N为正整数；其中：

所述第一直流-直流变换电路的一侧作为所述单相逆变器的直流侧，所述第一直流-直流变换电路的另一侧与所述电压混合型钳位式三电平逆变电路的直流侧相连；

所述电压混合型钳位式三电平逆变电路中的三电平中点钳位逆变电路的交流侧参考点作为所述单相逆变器的交流侧参考点，所述三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端作为所述单相逆变器的交流侧输出端；

所述第一控制器的各个信号输出端分别通过相应的所述第一驱动电路，与所述第一直流-直流变换电路和所述电压混合型钳位式三电平逆变电路中相应开关管的控制端相连；

所述第一电流检测电路的控制端与所述第一控制器的第一电流检测端相连，所述第一电流检测电路串联于所述单相逆变器直流侧的任一极；

所述第二电流检测电路的控制端与所述第一控制器的第二电流检测端相连，所述第二电流检测电路串联于所述单相逆变器交流侧的任一极；

所述第一电压检测电路的控制端与所述第一控制器的第一电压检测端相连，所述第一电压检测电路并联于所述单相逆变器直流侧的两极之间；

所述第二电压检测电路的控制端与所述第一控制器的第二电压检测端相连，所述第二电压检测电路并联于所述单相逆变器的交流侧参考点与交流侧输出端之间。

9.一种三相逆变器，其特征在于，包括：第二直流-直流变换电路、第二控制器、第三电流检测电路、第四电流检测电路、第三电压检测电路、第四电压检测电路、N个第二驱动电路、第一逆变电路、第二逆变电路以及第三逆变电路；N为正整数；其中：

所述第一逆变电路、第二逆变电路和第三逆变电路均为权利要求1-7任一项所述的电压混合型钳位式三电平逆变电路；

所述第二直流-直流变换电路的一侧作为所述三相逆变器的直流侧，所述第二直流-直流变换电路的另一侧与所述第一逆变电路的直流侧、所述第二逆变电路的直流侧以及所述第三逆变电路的直流侧均相连；

所述第一逆变电路中的三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端作为所述三相逆变器交流侧的第一输出端；所述第二逆变电路中的三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端作为所述三相逆变器交流侧的第二输出端；所述第三逆变电路中的三电平中点钳位逆变电路的交流侧输出端作为所述三相逆变器交流侧的第三输出端；

所述第二控制器的各个信号输出端分别通过相应的所述第二驱动电路，与所述第二直流-直流变换电路、所述第一逆变电路、所述第二逆变电路以及所述第三逆变电路中相应开关管的控制端相连；

所述第三电流检测电路的控制端与所述第二控制器的第一电流检测端相连，所述第三电流检测电路串联于所述三相逆变器直流侧的任一极；

所述第四电流检测电路的控制端与所述第二控制器的第二电流检测端相连，所述第四电流检测电路串联于所述三相逆变器交流侧的任一输出端；

所述第三电压检测电路的控制端与所述第二控制器的第一电压检测端相连，所述第三电压检测电路并联于所述三相逆变器直流侧的两极之间；

所述第四电压检测电路的控制端与所述第二控制器的第二电压检测端相连，所述第四电压检测电路并联于所述三相逆变器交流侧的任两个输出端之间。

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