一种多电平逆变器及其悬浮电容预充电电路制造技术

本申请公开了一种多电平逆变器及其悬浮电容预充电电路，所述电路包括：限流模块和控制单元；其中，所述限流模块一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端，另一端接负直流母线；所述控制单元，用于控制所述多电平逆变器中开关管的通断，以使任意相邻两个母线电容的中间节点与负直流母线之间形成悬浮电容预充电回路，所述悬浮电容预充电回路中包含所述限流模块。本申请避免了在对悬浮电容进行预充电时，出现开关管因承受整个直流母线电压应力而损坏的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，更具体地说，涉及一种多电平逆变器及其悬浮电容预充电电路。
技术介绍
多电平逆变器在启动前，需要对内部的悬浮电容进行预充电，常规的技术手段是在正直流母线与悬浮电容的正极之间串联一个开关和限流电阻，再通过控制所述开关和多电平逆变器中开关管的通断，来使正直流母线与直流母线中点之间形成悬浮电容预充电回路，但这往往会造成多电平逆变器中个别开关管因承受整个直流母线电压应力而损坏。举例说明：图1a示出了一种典型的五电平逆变器的单相拓扑，其由开关管S1～S8、正母线电容C1、负母线电容C2和悬浮电容Cf等元件构建而成，各元件间连接关系如下：C1和C2各自承受直流母线电压的一半；正直流母线bus+接S1的集电极；负直流母线bus-接S6的发射极；直流母线中点N分别接S2的发射极和S4的发射极；S2的集电极接S3的集电极；S4的集电极接S5的集电极；S3的发射极分别接S1的发射极、S7的集电极和悬浮电容Cf的正极；S5的发射极分别接S6的集电极、S8的发射极和悬浮电容Cf的负极；S7的发射极和S8的集电极作为桥臂输出端P。为了对悬浮电容Cf进行预充电，在正直流母线bus+与悬浮电容Cf的正极之间串联开关K1和限流电阻R1；在开关K1和S4开通后，充电电流从正直流母线bus+流出，经开关K1、限流电阻R1、悬浮电容Cf、S5的体内二极管、S4流回直流母线中点N，形成悬浮电容预充电回路，如图1b中带箭头的虚线所示，箭头方向代表电流方向。但在开关K1开通瞬间，由于悬浮电容Cf上的电压为零，因此S6的集电极与正直流母线bus+等电位，此时S6将承受整个直流母线电压应力，非常容易损坏。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种多电平逆变器及其悬浮电容预充电电路，以避免在对悬浮电容进行预充电时，出现开关管因承受整个直流母线电压应力而损坏的问题。一种多电平逆变器的悬浮电容预充电电路，包括：限流模块和控制单元；其中，所述限流模块一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端，另一端接负直流母线；所述控制单元，用于控制所述多电平逆变器中开关管的通断，以使任意相邻两个母线电容的中间节点与负直流母线之间形成悬浮电容预充电回路，所述悬浮电容预充电回路中包含所述限流模块。一种多电平逆变器的悬浮电容预充电电路，包括：限流模块和控制单元；其中，所述限流模块一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端，另一端接正直流母线；所述控制单元，用于控制所述多电平逆变器中开关管的通断，以使任意相邻两个母线电容的中间节点与正直流母线之间形成悬浮电容预充电回路，所述悬浮电容预充电回路中包含所述限流模块。其中，所述限流模块中的限流元件包括等效电阻、等效电感或等效电容中的一个或任意几个的组合。其中，所述限流模块一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端，包括：所述限流模块一端经所述多电平逆变器的输出滤波器接其桥臂输出端，或者，所述限流模块一端直接连接至所述多电平逆变器的桥臂输出端。可选地，所述悬浮电容预充电电路还包括可控开关；所述可控开关与所述限流模块中的全部或部分限流元件相串联；所述控制单元接所述可控开关的控制端。其中，所述可控开关为继电器、MOSFET或IGBT。一种多电平逆变器，包括上述公开的任一种悬浮电容预充电电路。可选地，当所述多电平三相逆变器中的悬浮电容预充电电路还包括可控开关时，所述多电平三相逆变器的三相桥臂共用一个可控开关。一种多电平逆变器的悬浮电容预充电方法，应用于多电平逆变器的悬浮电容预充电电路，该悬浮电容预充电电路具有一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端、另一端接正直流母线的限流模块，所述方法包括：当接收到充电指令时，控制所述多电平逆变器中开关管的通断，使得任意相邻两个母线电容的中间节点与负直流母线之间形成悬浮电容预充电回路，所述悬浮电容预充电回路中包含所述限流模块；当所述悬浮电容预充电完成时，再次控制所述多电平逆变器中开关管的通断，使得所述悬浮电容预充电回路断开。一种多电平逆变器的悬浮电容预充电方法，应用于多电平逆变器的悬浮电容预充电电路，该悬浮电容预充电电路具有一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端、另一端接负直流母线的限流模块，所述方法包括：当接收到充电指令时，控制所述多电平逆变器中开关管的通断，使得任意相邻两个母线电容的中间节点与正直流母线之间形成悬浮电容预充电回路，所述悬浮电容预充电回路中包含所述限流模块；当所述悬浮电容预充电完成时，再次控制所述多电平逆变器中开关管的通断，使得所述悬浮电容预充电回路断开。从上述的技术方案可以看出，本专利技术在多电平逆变器的桥臂输出端与负直流母线bus-之间连接限流模块，再通过对多电平逆变器中开关管的通断进行控制来使任意相邻两个母线电容的中间节点与负直流母线bus-之间形成流经所述限流模块的悬浮电容预充电回路。相较于现有技术，本专利技术设计的悬浮电容预充电电路在上电瞬间，可保证多电平逆变器中的开关管需承受的最大电压应力低于直流母线电压，这就不会造成多电平逆变器中的开关管因承受整个直流母线电压应力而损坏。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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1a为现有技术公开的一种五电平逆变器的单相拓扑结构示意图；图1b为现有技术公开的一种五电平逆变器的悬浮电容预充电电路结构示意图；图1c为现有技术公开的一种多电平逆变器的单相拓扑结构示意图；图1d为现有技术公开的一种四电平逆变器的单相拓扑结构示意图；图2a为现有技术公开的一种七电平逆变器的单相拓扑结构示意图；图2b为本专利技术实施例公开的一种多电平逆变器的悬浮电容预充电电路结构示意图；图2c为本专利技术实施例公开的一种五电平逆变器的悬浮电容预充电电路结构示意图；图3为本专利技术实施例公开的一种如图2c所示悬浮电容预充电电路与输出滤波器的位置关系示意图；图4为本专利技术实施例公开的又一种如图2c所示悬浮电容预充电电路与输出滤波器的位置关系示意图；图5为本专利技术实施例公开的又一种五电平逆变器的悬浮电容预充电电路结构示意图；图6为本专利技术实施例公开的又一种五电平逆变器的悬浮电容预充电电路结构示意图；图7为本专利技术实施例公开的又一种多电平逆变器的悬浮电容预充电电路结构示意图；图8为本专利技术实施例公开的一种多电平三相逆变器结构示意图；图9为本专利技术实施例公开的一种多电平逆变器的悬浮电容预充电方法流程图；图10为本专利技术实施例公开的又一种多电平逆变器的悬浮电容预充电方法流程图。具体实施方式多电平逆变器的单相拓扑的等效电路如图1c所示，包括母线电容单元、开关管单元、悬浮电容单元，各元件间连接关系如下：所述母线电容单元接在直流母线上，具有多个相串联的母线电容；所述悬浮电容单元接在多电平逆变器的输出侧，由若干个结构相同的子单元级联而成，每一个子单元都包括1个悬浮电容Cf和两个开关管，第一个开关管的集电极接悬浮电容Cf的正极，第二个开关管的发射极接悬浮电容Cf的负极；前一级子单元中的第一个开关管的发射极和第二个的集电极分别接在下一级子单元中的悬浮电容Cf两端，最后一级子单元中的第一个开关管的发射极和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多电平逆变器的悬浮电容预充电电路，其特征在于，包括：限流模块和控制单元；其中，所述限流模块一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端，另一端接负直流母线；所述控制单元，用于控制所述多电平逆变器中开关管的通断，以使任意相邻两个母线电容的中间节点与负直流母线之间形成悬浮电容预充电回路，所述悬浮电容预充电回路中包含所述限流模块。

【技术特征摘要】
1.一种多电平逆变器的悬浮电容预充电电路，其特征在于，包括：限流模块和控制单元；其中，所述限流模块一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端，另一端接负直流母线；所述控制单元，用于控制所述多电平逆变器中开关管的通断，以使任意相邻两个母线电容的中间节点与负直流母线之间形成悬浮电容预充电回路，所述悬浮电容预充电回路中包含所述限流模块。2.一种多电平逆变器的悬浮电容预充电电路，其特征在于，包括：限流模块和控制单元；其中，所述限流模块一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端，另一端接正直流母线；所述控制单元，用于控制所述多电平逆变器中开关管的通断，以使任意相邻两个母线电容的中间节点与正直流母线之间形成悬浮电容预充电回路，所述悬浮电容预充电回路中包含所述限流模块。3.根据权利要求1或2所述的悬浮电容预充电电路，其特征在于，所述限流模块中的限流元件包括等效电阻、等效电感或等效电容中的一个或任意几个的组合。4.根据权利要求1或2所述的悬浮电容预充电电路，其特征在于，所述限流模块一端接所述多电平逆变器的桥臂输出端，包括：所述限流模块一端经所述多电平逆变器的输出滤波器接其桥臂输出端，或者，所述限流模块一端直接连接至所述多电平逆变器的桥臂输出端。5.根据权利要求1或2所述的悬浮电容预充电电路，其特征在于，所述悬浮电容预充电电路还包括：可控开关；其中，所述可控开关与所述限流模块中的全部或部...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿后来，曹金虎，陈鹏，潘年安，倪华，李浩源，
申请(专利权)人：阳光电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34