CN204947922U - 一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单相半桥五电平逆变器中，各个二极管及各个开关管均为对称连接，使得各个二极管的耐压等级无需考虑其在电路中的钳位点，因此无需选用不同型号的二极管；且在工作时，进行斩波的开关管开关的电压较低，使得开关损耗较小，并可选用耐压低的开关管。并且由于各个开关管的对称连接，使得所述单相半桥五电平逆变器较现有技术而言，降低了其开关管控制逻辑的复杂程度。

Description

一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路。

背景技术

中压大容量场合，多电平逆变器得到广泛的应用，目前常用的五电平逆变器为二极管箝位型，参见图1所示的单相半桥五电平逆变器的拓扑结构，连接于直流电源的正端与负端之间，与第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4的串联支路相连。

其中，二极管用于为各个开关管进行电压箝位。例如，第一二极管DB1用于将开关管T1下端的电位箝位于第一电容C1的下端；第二二极管DB2用于将开关管T5下端的电位箝位于第一电容C1的下端。其他二极管DB3、DB4、DB5和DB6类似，在此不再赘述。

由于箝位二极管的耐压等级与其在电路中的钳位点相关，因此需要选用不同型号的二极管。并且如图1所示的单相半桥五电平逆变器的拓扑结构，其电流换流路径较多，其开关管(包括T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7及T8)的控制逻辑复杂。

实用新型内容

本实用新型提供一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路，以解决现有技术中二极管选型存在限制及开关管控制逻辑复杂的问题。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种单相半桥五电平逆变器，连接于直流电源的正端与负端之间，与第一电容、第二电容第三电容及第四电容的串联支路相联；所述单相半桥五电平逆变器包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、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、第七开关管、第八开关管、第九开关管及第十开关管；各个开关管均包括体二极管或者反向并联一个二极管；其中：

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、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管依次串联连接于所述直流电源的正端与负端之间；

所述第九开关管的第一端与所述第二开关管及所述第三开关管的连接点相连；所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端相连，连接点为单相半桥五电平逆变器的输出端；所述第十开关管的第二端与所述第六开关管及所述第七开关管的连接点相连；

所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极相连，连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第一输入端，与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；所述第一二极管的阴极与所述第一开关管与所述第二开关管的连接点相连；所述第二二极管的阳极与所述第三开关管与所述第四开关管的连接点相连；

所述第四开关管与所述第五开关管的连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第二输入端，与所述第二电容及所述第三电容的连接点相连；

所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阴极相连，连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第三输入端，与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；所述第三二极管的阴极与所述第五开关管与所述第六开关管的连接点相连；所述第四二极管的阳极与所述第七开关管与所述第八开关管的连接点相连。

优选的，所述单相半桥五电平逆变器对应的六个工作模态分别为：

第一模态：所述第一开关管、所述第二开关管及所述第九开关管均导通，其余开关管均截止；

第二模态：所述第四开关管的体二极管或者与所述第四开关管反向并联的二极管、所述第三开关管的体二极管或者与所述第三开关管反向并联的二极管及所述第九开关管均导通，其余开关管均截止；

第三模态：所述第一开关管、所述第二开关管及所述第九开关管均导通，其余开关管均截止；

第四模态：所述第十开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均导通，其余开关管均截止；

第五模态：所述第十开关管、所述第七开关管及所述第六开关管均导通，其余开关管均截止；

第六模态：所述第十开关管、所述第六开关管的体二极管或者与所述第六开关管反向并联的二极管、所述第五开关管的体二极管或者与所述第五开关管反向并联的二极管均导通，其余开关管均截止。

优选的，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、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管的电压等级大于四分之一母线电压；所述第九开关管及所述第十开关管的电压等级大于半母线电压。

优选的，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、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管及所述第十开关管均为：MOS管、绝缘栅双极型功率管IGBT、集成栅极换流晶闸管IGCT或者电子注入增强门极晶体管IEGT。

优选的，还包括：第一电感和第五电容；其中，所述第一电感的一端与所述第九开关管和所述第十开关管的连接点相连，所述第一电感的另一端与所述第五电容的一端相连，所述第五电容的另一端与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连。

一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，包括两个上述任一所述的单相半桥五电平逆变器，分别为第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器；其中：

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器中的所述第一开关管均连接所述直流电源的正端；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器中的所述第八开关管均连接所述直流电源的负端；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的第一输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的第二输入端均与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的第三输入端均与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的两个交流输出端。

优选的，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，所述第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制；

所述第一正弦波和所述第二正弦波的相位相差180度。

一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，包括三个上述任一所述的单相半桥五电平逆变器，分别为第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器；其中：

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的所述第一开关管均连接所述直流电源的正端；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的所述第八开关管均连接所述直流电源的负端；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的第一输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的第二输入端均与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的第三输入端均与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的三个交流输出端。

优选的，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，所述第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制，所述第三单相半桥五电平逆变器由第三正弦波进行调制；

所述第一正弦波、所述第二正弦波和所述第三正弦波的相位依次相差120度。

一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，包括四个上述任一所述的单相半桥五电平逆变器，分别为第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器；其中：

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的所述第一开关管均连接所述直流电源的正端；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的所述第八开关管均连接所述直流电源的负端；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的第一输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的第二输入端均与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的第三输入端均与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的四个交流输出端。

本实用新型提供的单相半桥五电平逆变器中，各个二极管及各个开关管均为对称连接，使得各个二极管的耐压等级无需考虑其在电路中的钳位点，因此无需选用不同型号的二极管；并且由于各个开关管的对称连接，使得所述单相半桥五电平逆变器较现有技术而言，降低了其开关管控制逻辑的复杂程度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的单相半桥五电平逆变器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种单相半桥五电平逆变器拓扑图；

图3是本实用新型实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第一模态对应的拓扑图；

图4是本实用新型实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第二模态对应的拓扑图；

图5是本实用新型实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第三模态对应的拓扑图；

图6是本实用新型实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第四模态对应的拓扑图；

图7是本实用新型实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第五模态对应的拓扑图；

图8是本实用新型实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第六模态对应的拓扑图；

图9是本实用新型实施例提供的单相半桥五电平逆变器的输出信号波形图；

图10是本实用新型实施例提供的单相全桥五电平逆变器拓扑图；

图11是本实用新型实施例提供的三相三线制五电平逆变器拓扑图；

图12是本实用新型实施例提供的三相四线制五电平逆变器拓扑图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

本实用新型提供一种单相半桥五电平逆变器，以解决现有技术中二极管选型存在限制及开关管控制逻辑复杂的问题。

具体的，所述单相半桥五电平逆变器，如图2所示，连接于直流电源的正端负端Bus+与负端Bus-之间，与第一电容C1、第二电容C2第三电容C3及第四电容C4的串联支路相联；所述单相半桥五电平逆变器包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、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、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9及第十开关管Q10；各个开关管均包括体二极管或者反向并联一个二极管；其中：

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、第七开关管Q7及第八开关管Q8依次串联连接于直流电源的正端Bus+与负端Bus-之间；

第九开关管Q9的第一端与第二开关管Q2及第三开关管Q3的连接点相连；第九开关管Q9的第二端与第十开关管Q10的第一端相连，连接点为单相半桥五电平逆变器的输出端；第十开关管Q10的第二端与第六开关管Q6及第七开关管Q7的连接点相连；

第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极相连，连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第一输入端，与第一电容C1和第二电容C2的连接点相连；第一二极管D1的阴极与第一开关管Q1与第二开关管Q2的连接点相连；第二二极管D2的阳极与第三开关管Q3与第四开关管Q4的连接点相连；

第四开关管Q4与第五开关管Q5的连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第二输入端，与第二电容C2及第三电容C3的连接点相连；

第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极相连，连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第三输入端，与第三电容C3和第四电容C4的连接点相连；第三二极管D3的阴极与第五开关管Q5与第六开关管Q6的连接点相连；第四二极管D4的阳极与第七开关管Q7与第八开关管Q8的连接点相连。

在具体的实际应用中，第一开关管Q1和第二开关管Q2反向并联的二极管可以是额外增加的二极管，也可以是各自的体二极管，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

本实施例提供的单相半桥五电平逆变器中，各个二极管及各个开关管均为对称连接，使得各个二极管的耐压等级无需考虑其在电路中的钳位点，因此无需选用不同型号的二极管；并且由于各个开关管的对称连接，使得所述单相半桥五电平逆变器较现有技术而言，降低了其开关管控制逻辑的复杂程度。

优选的，所述单相半桥五电平逆变器对应的六个工作模态分别为：

第一模态：第一开关管Q1、第二开关管Q2及第九开关管Q9均导通，其余开关管均截止；如图3中的实线所示，此时所述单相半桥五电平逆变器的电流流向为：直流电源的正端Bus+→第一开关管Q1→第二开关管Q2→第九开关管Q9→A点；此时所述单相半桥五电平逆变器的输出电压U_AN(N点到A点之间的电压)为Udc/2；其中Udc为直流电源的正端Bus+与负端Bus-之间的电压。

第二模态：第四开关管Q4的体二极管或者与第四开关管Q4反向并联的二极管、第三开关管Q3的体二极管或者与第三开关管Q3反向并联的二极管及第九开关管Q9均导通，其余开关管均截止；如图4中的实线所示，此时所述单相半桥五电平逆变器的电流流向为：点N→第四开关管Q4的体二极管或者与第四开关管Q4反向并联的二极管→第三开关管Q3的体二极管或者与第三开关管Q3反向并联的二极管→第九开关管Q9→A点；此时所述单相半桥五电平逆变器的输出电压U_AN为0。

第三模态：第一开关管Q1、第二开关管Q2及第九开关管Q9均导通，其余开关管均截止；如图5中的实线所示，此时所述单相半桥五电平逆变器的电流流向为：点N→第二电容C2→第一二极管D1→第二开关管Q2→第九开关管Q9→A点；此时的输出电压为Udc/4。

第四模态：第十开关管Q10、第七开关管Q7及第八开关管Q8均导通，其余开关管均截止；如图6中的实线所示，此时所述单相半桥五电平逆变器的电流流向为：点A→第十开关管Q10→第七开关管Q7→第八开关管Q8→直流电源的负端Bus-；此时所述单相半桥五电平逆变器的输出电压U_AN为-Udc/2。

第五模态：第十开关管Q10、第七开关管Q7及第六开关管Q6均导通，其余开关管均截止；如图7中的实线所示，此时所述单相半桥五电平逆变器的电流流向为：点A→第十开关管Q10→第七开关管Q7→第四二极管D4→第三电容C3→点N；此时所述单相半桥五电平逆变器的输出电压U_AN为-Udc/4。

第六模态：第十开关管Q10、第六开关管Q6的体二极管或者与第六开关管Q6反向并联的二极管、第五开关管Q5的体二极管或者与第五开关管Q5反向并联的二极管均导通，其余开关管均截止；如图8中的实线所示，此时所述单相半桥五电平逆变器的电流流向为：点A→第十开关管Q10→第六开关管Q6的体二极管或者与第六开关管Q6反向并联的二极管→第五开关管Q5的体二极管或者与第五开关管Q5反向并联的二极管→点N；此时所述单相半桥五电平逆变器的输出电压U_AN为0。

本实施例所述的单相半桥五电平逆变器，不仅具有良好的拓扑对称性，使得控制逻辑简单，且通过上述六个模态，实现了五电平电路输出，相比现有技术中常用的两电平或三电平逆变器，提高了电路的输出电压电平数量，降低了电压输出THD(TotalHarmonicDistortion，总谐波失真)，还可以降低对输出滤波器的要求，从而降低系统成本、体积及重量。

并且在任意时刻，电流路径中仅有三颗功率管导通，处于开关状态的开关管开关电压较低。这样，在保证五电平电路输出的同时，可以有效降低系统总损耗。如图9所示，为功率因数为1时的输出电压和电感电流的波形。在相电压正半周段，第九开关管Q9始终处于开通状态，第二开关管Q2在输出电压U_AN为Udc/2和Udc/4时始终处于开通状态，产生的损耗均仅含导通损耗；第一开关管Q1处于斩波状态，产生的损耗包含导通损耗和开关损耗，其对应的开关电压为Udc/4，相比现有技术中常用的两电平或三电平逆变器(对应的开关电压为Udc或者Udc/2)，降低了逆变器的开关管斩波时承受的电压，降低了开关损耗。同时，在高直流母线场合，可以使用较小耐压等级的开关管，开关性能更优，成本更低。例如在直流电源正端Bus+与负端Bus-之间的电压Udc等于1500Vdc的系统中，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、第七开关管Q7及第八开关管Q8的电压等级大于四分之一母线电压，也即直流电源正端Bus+与负端Bus-之间的电压Udc的四分之一，具体可以选在600V或650V，裕量足够。第九开关管Q9及第十开关管Q10的电压等级大于半母线电压，也即直流电源正端Bus+与负端Bus-之间的电压Udc的二分之一，具体选用此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

值得说明的是，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、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9及第十开关管Q10均为：IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极型功率管)管、MOS管、IGCT(IntergratedGateCommutatedThyristors，集成栅极换流晶闸管)管或者IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor,电子注入增强门极晶体管)管等开关管；具体的选用可以视其应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。且各个开关管反向并联的二极管可以是额外增加的二极管，也可以是各自的体二极管，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

图2所示的所述单相半桥五电平逆变器，其中各个开关管的驱动信号与输出电压V_AN及各个模态之间的关系如表1所示；各个开关管的驱动信号来源此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定。

表1五电平各个管子的驱动信号

UAN	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7	Q8	Q9	Q10	工作模态
												Udc/2	1	1	0	0	0	0	0	0	1	0	第一模态
Udc/4	0	1	1	0	0	0	0	0	1	0	第三模态
												0	0	0	1	1	0	0	0	0	1	0	第二模态
0	0	0	0	0	1	1	0	0	0	1	第六模态
												-Udc/4	0	0	0	0	0	1	1	0	0	1	第五模态
-Udc/2	0	0	0	0	0	0	1	1	0	1	第四模态

优选的，如图2所示，所述单相半桥五电平逆变器还包括：第一电感L1和第五电容C5；其中，第一电感L1的一端与第九开关管Q9和第十开关管Q10的连接点相连，第一电感L1的另一端与第五电容C5的一端相连。

第一电感L1和第五电容C5用于为输出信号进行滤波。

本发明另一实施例还提供了一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，如图10所示，为本实施例提供的单相全桥五电平逆变器拓扑图，包括两个如上述实施例所述的单相半桥五电平逆变器，分别为第一单相半桥五电平逆变器101和第二单相半桥五电平逆变器102；其中：

第一单相半桥五电平逆变器101和第二单相半桥五电平逆变器102中的第一开关管Q1均连接直流电源的正端Bus+；

第一单相半桥五电平逆变器101和第二单相半桥五电平逆变器102中的第八开关管Q8均连接直流电源的负端Bus-；

第一单相半桥五电平逆变器101和第二单相半桥五电平逆变器102的第一输入端均与第一电容C1和第二电容C2的连接点相连；

第一单相半桥五电平逆变器101和第二单相半桥五电平逆变器102的第二输入端均与第二电容C2和第三电容C3的连接点相连；

第一单相半桥五电平逆变器101和第二单相半桥五电平逆变器102的第三输入端均与第三电容C3和第四电容C4的连接点相连；

第一单相半桥五电平逆变器101和第二单相半桥五电平逆变器102的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的两个交流输出端。

优选的，第一单相半桥五电平逆变器101由第一正弦波进行调制，第二单相半桥五电平逆变器102由第二正弦波进行调制；

第一正弦波和第二正弦波的相位相差180度。

本发明另一实施例还提供了一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，如图11所示，为本实施例提供的三相三线制五电平逆变器拓扑图，包括三个如上述实施例所述的单相半桥五电平逆变器，分别为第一单相半桥五电平逆变器201、第二单相半桥五电平逆变器202和第三单相半桥五电平逆变器203；其中：

第一单相半桥五电平逆变器201、第二单相半桥五电平逆变器202和第三单相半桥五电平逆变器203的第一开关管Q1均连接直流电源的正端Bus+；

第一单相半桥五电平逆变器201、第二单相半桥五电平逆变器202和第三单相半桥五电平逆变器203的第八开关管Q8均连接直流电源的负端Bus-；

第一单相半桥五电平逆变器201、第二单相半桥五电平逆变器202和第三单相半桥五电平逆变器203的第一输入端均与第一电容C1和第二电容C2的连接点相连；

第一单相半桥五电平逆变器201、第二单相半桥五电平逆变器202和第三单相半桥五电平逆变器203的第二输入端均与第二电容C2和第三电容C3的连接点相连；

第一单相半桥五电平逆变器201、第二单相半桥五电平逆变器202和第三单相半桥五电平逆变器203的第三输入端均与第三电容C3和第四电容C4的连接点相连；

第一单相半桥五电平逆变器201、第二单相半桥五电平逆变器202和第三单相半桥五电平逆变器203的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的三个交流输出端。

优选的，第一单相半桥五电平逆变器201由第一正弦波进行调制，第二单相半桥五电平逆变器202由第二正弦波进行调制，第三单相半桥五电平逆变器203由第三正弦波进行调制；

第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的相位依次相差120度。

本发明另一实施例还提供了一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，如图12所示，为本实施例提供的三相四线制五电平逆变器拓扑图，包括四个如上述实施例所述的单相半桥五电平逆变器，分别为第一单相半桥五电平逆变器301、第二单相半桥五电平逆变器302、第三单相半桥五电平逆变器303和第四单相半桥五电平逆变器304；其中：

第一单相半桥五电平逆变器301、第二单相半桥五电平逆变器302、第三单相半桥五电平逆变器303和第四单相半桥五电平逆变器304的第一开关管Q1均连接直流电源的正端Bus+；

第一单相半桥五电平逆变器301、第二单相半桥五电平逆变器302、第三单相半桥五电平逆变器303和第四单相半桥五电平逆变器304的第八开关管Q8均连接直流电源的负端Bus-；

第一单相半桥五电平逆变器301、第二单相半桥五电平逆变器302、第三单相半桥五电平逆变器303和第四单相半桥五电平逆变器304的第一输入端均与第一电容C1和第二电容C2的连接点相连；

第一单相半桥五电平逆变器301、第二单相半桥五电平逆变器302、第三单相半桥五电平逆变器303和第四单相半桥五电平逆变器304的第二输入端均与第二电容C2和第三电容C3的连接点相连；

第一单相半桥五电平逆变器301、第二单相半桥五电平逆变器302、第三单相半桥五电平逆变器303和第四单相半桥五电平逆变器304的第三输入端均与第三电容C3和第四电容C4的连接点相连；

第一单相半桥五电平逆变器301、第二单相半桥五电平逆变器302、第三单相半桥五电平逆变器303和第四单相半桥五电平逆变器304的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的四个交流输出端。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种单相半桥五电平逆变器，其特征在于，连接于直流电源的正端与负端之间，与第一电容、第二电容第三电容及第四电容的串联支路相联；所述单相半桥五电平逆变器包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、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、第七开关管、第八开关管、第九开关管及第十开关管；各个开关管均包括体二极管或者反向并联一个二极管；其中：

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、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管依次串联连接于所述直流电源的正端与负端之间；

所述第九开关管的第一端与所述第二开关管及所述第三开关管的连接点相连；所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端相连，连接点为单相半桥五电平逆变器的输出端；所述第十开关管的第二端与所述第六开关管及所述第七开关管的连接点相连；

所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极相连，连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第一输入端，与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；所述第一二极管的阴极与所述第一开关管与所述第二开关管的连接点相连；所述第二二极管的阳极与所述第三开关管与所述第四开关管的连接点相连；

所述第四开关管与所述第五开关管的连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第二输入端，与所述第二电容及所述第三电容的连接点相连；

所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阴极相连，连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第三输入端，与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；所述第三二极管的阴极与所述第五开关管与所述第六开关管的连接点相连；所述第四二极管的阳极与所述第七开关管与所述第八开关管的连接点相连。

2.根据权利要求1所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，所述单相半桥五电平逆变器对应的六个工作模态分别为：

第一模态：所述第一开关管、所述第二开关管及所述第九开关管均导通，其余开关管均截止；

第二模态：所述第四开关管的体二极管或者与所述第四开关管反向并联的二极管、所述第三开关管的体二极管或者与所述第三开关管反向并联的二极管及所述第九开关管均导通，其余开关管均截止；

第三模态：所述第一开关管、所述第二开关管及所述第九开关管均导通，其余开关管均截止；

第四模态：所述第十开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均导通，其余开关管均截止；

第五模态：所述第十开关管、所述第七开关管及所述第六开关管均导通，其余开关管均截止；

第六模态：所述第十开关管、所述第六开关管的体二极管或者与所述第六开关管反向并联的二极管、所述第五开关管的体二极管或者与所述第五开关管反向并联的二极管均导通，其余开关管均截止。

3.根据权利要求1所述的单相半桥五电平逆变器，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、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管的电压等级大于四分之一母线电压；所述第九开关管及所述第十开关管的电压等级大于半母线电压。

4.根据权利要求1所述的单相半桥五电平逆变器，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、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管及所述第十开关管均为：MOS管、绝缘栅双极型功率管IGBT、集成栅极换流晶闸管IGCT或者电子注入增强门极晶体管IEGT。

5.根据权利要求1所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，还包括：第一电感和第五电容；其中，所述第一电感的一端与所述第九开关管和所述第十开关管的连接点相连，所述第一电感的另一端与所述第五电容的一端相连，所述第五电容的另一端与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连。

6.一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，其特征在于，包括两个如权利要求1至5任一所述的单相半桥五电平逆变器，分别为第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器；其中：

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器中的所述第一开关管均连接所述直流电源的正端；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器中的所述第八开关管均连接所述直流电源的负端；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的第一输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的第二输入端均与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的第三输入端均与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的两个交流输出端。

7.根据权利要求6所述的单相半桥五电平逆变器的应用电路，其特征在于，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，所述第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制；

所述第一正弦波和所述第二正弦波的相位相差180度。

8.一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，其特征在于，包括三个如权利要求1至5任一所述的单相半桥五电平逆变器，分别为第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器；其中：

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的所述第一开关管均连接所述直流电源的正端；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的所述第八开关管均连接所述直流电源的负端；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的第一输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的第二输入端均与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的第三输入端均与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单相半桥五电平逆变器的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的三个交流输出端。

9.根据权利要求8所述的单相半桥五电平逆变器的应用电路，其特征在于，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，所述第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制，所述第三单相半桥五电平逆变器由第三正弦波进行调制；

所述第一正弦波、所述第二正弦波和所述第三正弦波的相位依次相差120度。

10.一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，其特征在于，包括四个如权利要求1至5任一所述的单相半桥五电平逆变器，分别为第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器；其中：

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的所述第一开关管均连接所述直流电源的正端；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的所述第八开关管均连接所述直流电源的负端；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的第一输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的第二输入端均与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的第三输入端均与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；

所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的四个交流输出端。