CN212324010U - 一种三电平ups逆变驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三电平UPS逆变驱动电路，所述三电平UPS逆变驱动电路包括逆变器电路和负载，所述逆变器电路通过输出端与负载相电性连接，所述输出端包括正电压、零电压和负电压，所述逆变器电路的输出电压设置有三个电平，且三个电平分别包括有三组功率开关管、三组续流二极管和三组钳位二极管，所述三个电平均并联，本实用新型提供一种三电平UPS逆变驱动电路，通过多电平技术是解决高压大功率变频调速的一个有效途径，同时在当前电力系统高压直流输电的趋势下，多电平技术在电力输配电方面也有着重要的作用。

Description

一种三电平UPS逆变驱动电路

技术领域

本实用新型涉及UPS驱动电路技术领域，尤其涉及一种三电平UPS逆变驱动电路。

背景技术

三电平逆变技术在国外已逐步进入实用阶段，但国内还处于萌芽状态，有大量的工作需国内研究者去做，且市场需求旺盛。随着新型电力电子器件及DSP智能控制芯片的迅速普及，这一技术必将在大功率应用场合大显身手。 IGCT和高压IGBT等新型器件近来的发展使PWM逆变器电路在工业及牵引应用中成本降低的同时性能也得到改善。传统直流电流源供电及直流电压源供电逆变器电路正逐渐被使用IGCT及IGBT的两电平或三电平PWM逆变器电路所取代，随着减少电磁和噪声等环境标准的提高，三电平逆变器电路方案必将得到广泛的应用。

因此，有必要提供一种新的三电平UPS逆变驱动电路解决上述技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种三电平UPS逆变驱动电路，通过多电平技术是解决高压大功率变频调速的一个有效途径，同时在当前电力系统高压直流输电的趋势下，多电平技术在电力输配电方面也有着重要的作用。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种三电平UPS逆变驱动电路，包括逆变器电路和负载，所述逆变器电路通过输出端与负载相电性连接，所述输出端包括正电压、零电压和负电压，所述逆变器电路的输出电压设置有三个电平，且三个电平分别包括有三组功率开关管、三组续流二极管和三组钳位二极管，所述三个电平均并联。

优选的，所述逆变器电路的Sa2功率开关管和Sa3功率开关管导通和Sa1 功率开关管和Sa4功率开关管关断，所述逆变器电路的输出电压为零电压。

优选的，所述逆变器电路的Sa1功率开关管和Sa2功率开关管导通和Sa3 功率开关管和Sa4功率开关管关断，所述逆变器电路的输出电压为正电压。

优选的，所述逆变器电路的Sa3功率开关管和Sa4功率开关管导通和Sa1 功率开关管和Sa2功率开关管关断，所述逆变器电路的输出电压为负电压。

优选的，所述逆变器电路设置为三个半桥结构的二极管以钳位相并联。

优选的，所述逆变器电路设置有电容C1和电容C2，所述电容C1和电容 C2为电路提供相同直流电压。

优选的，一组所述电平的四个所述功率开关管相串联，四个所述功率开关管均并联有续流二极管的，两个所述钳位二极管分别与两个功率开关管的之间相电性连接。

优选的，所述逆变器电路通过N节点分别与三组电平相电性连接，且三组电平分别通过A节点、B节点和C节点对负载进行输出。

与相关技术相比较，本实用新型提供的三电平UPS逆变驱动电路具有如下有益效果：

1、适合高压大容量的场合，每一个功率器件承受的关断电压仅为直流母线电压的一般，这样在相同情况下直流电压可以提高一倍，容量提供一倍。

2、提高输出电压质量。N电平逆变器电路的输出电压由N阶电平数合成得到，所以输出电压波形更加接近正弦波形，较高的正弦波提高了输出电压波形质量降低谐波含量。

3、开关频率降低。由于输出电平数的增加使德三电平逆变器电路可以在较低的开关频率下输出正弦都比较好的波形。

4、效率高。传统两电平逆变器电路由于工作在较高的开关频率下会造成较高的开关损耗，多电平逆变器电路由于工作在较低的开关频率下可以减少开关损耗提高系统效率。

附图说明

图1为本实用新型二极管钳位式三电平逆变器拓扑结构图；

图2.1(a)为本实用新型的p状态下A相电流为正向的电流流向电路图；

图2.1(b)为本实用新型的p状态下A相电流为负向的电流流向电路图；

图2.2(a)为本实用新型的0状态下A相电流为正向的电流流向电路图；

图2.2(b)为本实用新型的0状态下A相电流为负向的电流流向电路图；

图2.3(a)为本实用新型的N状态下A相电流为正向的电流流向电路图；

图2.3(b)为本实用新型的N状态下A相电流为负向的电流流向电路图；

图3为本实用新型系统框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了如图1-3所示的一种三电平UPS逆变驱动电路，包括逆变器电路和负载，逆变器电路通过输出端与负载相电性连接，输出端包括正电压、零电压和负电压，逆变器电路的输出电压设置有三个电平，且三个电平分别包括有三组功率开关管、三组续流二极管和三组钳位二极管，三个电平均并联。逆变器电路的Sa2功率开关管和Sa3功率开关管导通和Sa1功率开关管和Sa4功率开关管关断，逆变器电路的输出电压为零电压。逆变器电路的Sa1功率开关管和Sa2功率开关管导通和Sa3功率开关管和Sa4功率开关管关断，逆变器电路的输出电压为正电压。逆变器电路的Sa3功率开关管和Sa4功率开关管导通和Sa1功率开关管和Sa2功率开关管关断，逆变器电路的输出电压为负电压，一组电平的四个功率开关管相串联，四个功率开关管均并联有续流二极管的，两个钳位二极管分别与两个功率开关管的之间相电性连接，逆变器电路通过N节点分别与三组电平相电性连接，且三组电平分别通过A节点、B节点和C节点对负载进行输出。

如表1所示，逆变器电路设置为三个半桥结构的二极管以钳位相并联，二极管钳位型三电平逆变器中，电容C1、C2为电路提供2个相同的直流电压， D1、D2是两个钳位二极管。当Sa1、Sa2同时开通，Sa3、Sa4同时关断时，逆变器输出正电压；当Sa2、Sa3同时开通，Sa1、Sa4同时关断时，输出0电压；当Sa3、Sa4同时开通，Sa1.Sa2同时关断，输出负电压。按照一定逻辑控制Sa1～Sa4四个开关器件的通断，就可以在输出端合成三电平波形。将三个半桥结构的二极管钳位型三电平逆变电路并联使用就可以得到三相三电平逆变电路拓扑结构。其中钳位二极管的作用是：在中间两个开关管导通时把电平钳在零电位，同时把每个功率器件承受的关断电压钳位在直流母线的电压的一半。

表1：

Uao	Sa1	Sa2	Sa3	Sa4
					+UD/2	1	1	0	0
0	0	1	1	0
					－UD/2	0	0	1	1

每相桥臂的四个主开关功率管有三种不同的通断组合，对应三种不同的输出电位。三电平逆变器的开关状态与输出电压关系如表3所示。

表3所示三电平逆变器的开关状态与输出电压关系(说明：表中开关状态1为对应开关器件开通，0为对应开关器件关断。)

如表3所示，整个工作过程可分为以下三种工作状态，P状态、0状态、 N状态；数学运算时以“1”表示导通，“0”标示关断。

P状态，即Sa1、Sa2导通，而Sa3、Sa4关断，当电路中的电流ia为正时，Sa1、Sa2导通，电流从Cl正极流经Sa1、Sa2到输出端，如图2.1(a)。当电路中的电流ia为负时，电流流经开关管Sa1、Sa2续流二极管到Cl正极，如图2.1(b)。无论电流正负输出电压均为Vdc/2。

0状态，即Sa2、Sa3导通，而Sa1、Sa4关断，当电路中的电流ia为正时，电流从C2正极流经箝位二极管Da1、Sa2到输出端，如图2.1(a)。当电路中的电流ia为负时，电流流经流经Sa3、Da2到C2正极，如图2.1(b)。无论电流正负输出电压均为0V。

N状态，即Sa3、Sa4导通，而Sa1、Sa2关断，当电路中的电流ia为正时，电流从C2负极流经Sa3、Sa4的反并联二极管到输出端，如图2.1(a)。当电路中的电流ia为负时，电流流经Sa3、Sa4到C2负极，如图2.1(b)。无论电流正负输出电压均为-Vdc/2

表3：

本实用新型提供的三电平UPS逆变驱动电路的结构原理如下：

以A相为例，设负载为理想器件，不计导通时的管压降，来分析三电平逆变器稳态工作状态。定义电流由逆变器流向负载为正方向。整个工作过程可分为以下三种工作状态。

1、P状态，即Sa1、Sa2导通，而Sa3、Sa4关断，数学运算时以“1"表示。当A电流为正时，如图2.1(a)所示电流从Cl正极流经Sa1、Sa2到输出端；当A相电流为负时，如图2.1(b)所示电流流经开关管的反并二极管到Cl正极。无论电流正负输出电压均为Vdc/2，O状态，即Sa2、Sa3导通，而Sa1、Sa4关断；2、数学运算时以“0"表示。当A相电流为正时，如图2.2(a) 所示电流从C2正极流经钳位二极管Da1、Sa2到输出端；当A相电流为负时，如图2.2(b)所示电流流经Sa3、Da2到C2正极。无论电流正负输出电压均为 0V；3、N状态，即Sa3、Sa4导通，而Sa1、Sa2关断。数学运算时以“-1”表示。当A相电流为正时，如图2.3(a)电流从C2负极流经Sa3、Sa4的反并联二极管到输出端：当A相电流为负时，如图2.3(b)所示电流经Sa3、Sa4 到C2负极。无论电流正负输出电压均为-Vdc/2，由此可见，每相桥臂的四个主开关功率管有三种不同的通断组合，对应三种不同的输出电位。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种三电平UPS逆变驱动电路，包括逆变器电路和负载，其特征在于：所述逆变器电路通过输出端与负载相电性连接，所述输出端包括正电压、零电压和负电压，所述逆变器电路的输出电压设置有三个电平，且三个电平分别包括有三组功率开关管、三组续流二极管和三组钳位二极管，所述三个电平均并联。

2.根据权利要求1所述的一种三电平UPS逆变驱动电路，其特征在于，所述逆变器电路的Sa2功率开关管和Sa3功率开关管导通和Sa1功率开关管和Sa4功率开关管关断，所述逆变器电路的输出电压为零电压。

3.根据权利要求1所述的一种三电平UPS逆变驱动电路，其特征在于，所述逆变器电路的Sa1功率开关管和Sa2功率开关管导通和Sa3功率开关管和Sa4功率开关管关断，所述逆变器电路的输出电压为正电压。

4.根据权利要求1所述的一种三电平UPS逆变驱动电路，其特征在于，所述逆变器电路的Sa3功率开关管和Sa4功率开关管导通和Sa1功率开关管和Sa2功率开关管关断，所述逆变器电路的输出电压为负电压。

5.根据权利要求1所述的一种三电平UPS逆变驱动电路，其特征在于，所述逆变器电路设置为三个半桥结构的二极管以钳位相并联。

6.根据权利要求1所述的一种三电平UPS逆变驱动电路，其特征在于，所述逆变器电路设置有电容C1和电容C2，所述电容C1和电容C2为电路提供相同直流电压。

7.根据权利要求1所述的一种三电平UPS逆变驱动电路，其特征在于，一组所述电平的四个所述功率开关管相串联，四个所述功率开关管均并联有续流二极管的，两个所述钳位二极管分别与两个功率开关管之间相电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种三电平UPS逆变驱动电路，其特征在于，所述逆变器电路通过N节点分别与三组电平相电性连接，且三组电平分别通过A节点、B节点和C节点对负载进行输出。

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