CN208820700U - 一种五电平升压型逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器，该逆变器包括：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、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管和电感；本实用新型提供的逆变器结构简单，开关管由传统的八个降低至六个，降低了电路结构复杂度和电路成本。更进一步地，本实用新型提供的逆变器中的器件在承受相同的电压应力下，若输出同样幅值的交流电压，直流电源的要求降低为传统拓扑的一半，降低了对直流电源的要求。

Description

一种五电平升压型逆变器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种五电平升压型逆变器。

背景技术

逆变器主要实现将直流电转换为交流电，主要应用在太阳能电池、蓄电池向交流负载供电的场合。五电平逆变器输出相电压含有五个电平，输出谐波小，在光伏并网等领域应用广泛。

传统公知的五电平逆变器拓扑结构主要包括二极管钳位式五电平(neutralpoint clamped，NPC)、飞跨电容钳位式五电平(flying capacitor，FC)结构和H桥级联型(cascaded H-Bridge，CHB)等。

以上三类逆变器要实现五电平输出，通常需要8个开关器件(IGBT)，导致其电路结构复杂，体积较大，因此，提供一种新型五电平逆变器成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型公开了一种五电平升压型逆变器，其电路结构简单，成本较低。

本实用新型提供了一种五电平升压型逆变器，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、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管和电感；

所述第一二极管的正极连接直流电源的正端，所述第一电容的第一端连接直流电源的正端，所述第一电容的第二端连接第一节点；

所述第二电容的第一端连接所述第一节点，所述第二电容的第二端连接直流电源的负端；

所述第一开关管的第一端连接第二节点，所述第一开关管的第二端连接第三节点；

所述第四开关管的第一端连接第四节点，所述第四开关管的第二端连接所述第二节点；

所述第二开关管的第一端连接第五节点，所述第二开关管的第二端连接所述第三节点；

所述第三开关管的第一端连接所述第四节点，所述第三开关管的第二端连接所述第五节点；

所述第一二极管的负极连接所述第五开关管的第二端，所述第五开关管的第一端连接所述第二开关管的第二端；

所述第六开关管的第一端连接直流电源的负端，所述第六开关管的第二端连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第三开关管的第一端；

所述第一节点接地，所述第一节点与所述第二节点连接，所述第三节点与所述第四节点之间连接有所述第三电容，所述第五节点为电压输出点，且通过电感与负载连接；

其中，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均接有反并联二极管。

优选地，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、所述第五开关管和所述第六开关管均为IGBT或MOSFET。

优选地，所述第一二极管和所述第二二极管均为碳化硅二极管或者快恢复二极管。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器，该逆变器包括：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、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管和电感；本实用新型提供的逆变器结构简单，开关管由传统的八个降低至六个，降低了电路结构复杂度和电路成本。更进一步地，本实用新型提供的逆变器中的器件在承受相同的电压应力下，若输出同样幅值的交流电压，直流电源的要求降低为传统拓扑的一半，降低了对直流电源的要求。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器的一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器处于工作模式一时的示意图；

图3为本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器处于工作模式二时的示意图；

图4为本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器处于工作模式三时的示意图；

图5为本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器处于工作模式四时的示意图；

图6为本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器处于工作模式五时的示意图；

图7为本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器处于工作模式六时的示意图；

图8为本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器的输出相电压示意图；

图9为三相五电平逆变器拓扑结构的结构示意图；

图10为三相五电平逆变器拓扑结构的输出电压示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种五电平升压型逆变器，其电路结构简单，成本较低。

请参阅图1，本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器的一个实施例，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、第六开关管T6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C0、第一二极管D1、第二二极管D2和电感Lx；

第一二极管D1的正极连接直流电源的正端，第一电容C1的第一端连接直流电源的正端，第一电容C1的第二端连接第一节点；

第二电容C2的第一端连接第一节点，第二电容C2的第二端连接直流电源的负端；

第一开关管T1的第一端连接第二节点，第一开关管T1的第二端连接第三节点；

第四开关管T4的第一端连接第四节点，第四开关管T4的第二端连接第二节点；

第二开关管T2的第一端连接第五节点，第二开关管T2的第二端连接第三节点；

第三开关管T3的第一端连接第四节点，第三开关管T3的第二端连接第五节点；

第一二极管D1的负极连接第五开关管T5的第二端，第五开关管T5的第一端连接第二开关管T2的第二端；

第六开关管T6的第一端连接直流电源的负端，第六开关管T6的第二端连接第二二极管D2的负极，第二二极管D2的正极连接第三开关管T3的第一端；

第一节点接地，第一节点与第二节点连接，第三节点与第四节点之间连接有第三电容C0，第五节点为电压输出点，且通过电感Lx与负载连接；

其中，第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3和第四开关管T4均接有反并联二极管。

更进一步地，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和第六开关管T6均为IGBT或MOSFET。

更进一步地，第一二极管D1和第二二极管D2均为碳化硅二极管或者快恢复二极管。

以下将对本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器的工作模式进行具体说明，需要说明的是，图2至图7中，a线表示电容C0充电电流路径，b线表示有功电流路径，c线表示无功电流路径：

工作模式一：如图2所示，触发开关管T2、T5、T6导通，保持T1、T4、T3开关管断开，此时直流电源通过D1-T5-C0-D2-T6对电容C0进行充电，充电完成后电容电压为Vdc，有功功率则通过D1-T5-T2-Lx输送到交流系统中，T4的反并联二极管提供无功电流路径，此时逆变器的输出X点对0点电平为Uxo＝0.5Vdc。

工作模式二：如图3所示，触发T1、T2两个开关管导通，其余四个开关管T4、T3、T5、T6保持关断状态，此时X点与0点电位相同(IGBT视为理想开关)，所以逆变器的输出电平为Uxo＝0。

工作模式三：如图4所示，触发T2、T4两个开关管导通，其余四个开关管T1、T3、T5、T6保持关断状态，此时有功电流通过T4-C0-T2-Lx进行传输，此模态下逆变器输出电容C0在模态A的充电保持电压Vdc，即逆变器的输出电平为Uxo＝Vdc。

工作模式四：如图5所示，触发T3、T5、T6，保持T1、T2、T4处于关断状态，此时直流电源通过D1-T5-C0-D2-T6对电容C0进行浮充，保持电容电压为Vdc，此时逆变器的输出电平为Uxo＝-0.5Vdc。

工作模式五：如图6所示，触发T3、T1导通，其余四个开关管T2、T4、T5、T6保持关断状态，此模态类似于模态C，此时逆变器输出电平为Uxo＝-Vdc。

工作模式六：如图7所示，触发T3、T4导通，其余四个开关管T1、T2、T5、T6保持关断状态，此模态类似于工作模式二，此时逆变器的输出电平为Uxo＝0。

通过以上六种电路工作模态的循坏切换，电路实现五电平输出，如图8所示。

以下以一个具体应用场景对本实用新型提供的一种五电平升压型逆变器进行说明：

本实用新型中的新型六管五电平三相连接结构如图9所示，三相电路拓扑主要应用于三相逆变场合。三相连接时共用直流母线电容C1和C2，A、B、C三相各相电路参考图1(图9中阴影部分A相、B相、C相电路完全相同)。三相电路按照前述模态循坏切换，逆变器输出线电压Uab波形如图10所示，为一九电平电压阶梯波形。

本实用新型与公知的NPC、FC、CHB等五电平拓扑相比，使用本实用新型提出的六开关管五电平逆变器，有源开关器件(IGBT或MOSFET等)数量由8个降低为6个，电路成本和复杂度下降。

本实用新型在器件承受相同的电压应力下，输出同样幅值的交流电压，直流母线电压的要求降低为传统拓扑(NPC\FC\CHB)的一半，降低了对直流母线电压的要求。(或者说采用相同的直流母线电压，逆变器输出电压幅值增大一倍)。

本实用新型多数模态下都只有两个开关器件导通，且T5和T6工作在低频通断模式下，系统的导通损耗降低，效率较传统拓扑有所提高。

以上对本实用新型所提供的一种五电平升压型逆变器进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (3)

1.一种五电平升压型逆变器，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、第六开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管和电感；

所述第一二极管的正极连接直流电源的正端，所述第一电容的第一端连接直流电源的正端，所述第一电容的第二端连接第一节点；

所述第二电容的第一端连接所述第一节点，所述第二电容的第二端连接直流电源的负端；

所述第一开关管的第一端连接第二节点，所述第一开关管的第二端连接第三节点；

所述第四开关管的第一端连接第四节点，所述第四开关管的第二端连接所述第二节点；

所述第二开关管的第一端连接第五节点，所述第二开关管的第二端连接所述第三节点；

所述第三开关管的第一端连接所述第四节点，所述第三开关管的第二端连接所述第五节点；

所述第一二极管的负极连接所述第五开关管的第二端，所述第五开关管的第一端连接所述第二开关管的第二端；

所述第六开关管的第一端连接直流电源的负端，所述第六开关管的第二端连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第三开关管的第一端；

所述第一节点接地，所述第一节点与所述第二节点连接，所述第三节点与所述第四节点之间连接有所述第三电容，所述第五节点为电压输出点，且通过电感与负载连接；

其中，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均接有反并联二极管。

2.根据权利要求1所述的五电平升压型逆变器，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、所述第五开关管和所述第六开关管均为IGBT或MOSFET。

3.根据权利要求1所述的五电平升压型逆变器，其特征在于，所述第一二极管和所述第二二极管均为碳化硅二极管或者快恢复二极管。