一种五电平逆变器制造技术

本发明专利技术涉及一种五电平逆变器，包括三电平直流变换器，具有逆变功能的H桥电路，具有双向流通功能的开关电路，H桥电路的一个桥臂支路中的两个开关管之间连接有串联的第一电感和第二电感，该桥臂支路中的一个开关管通过第一二极管连接在三电平直流变换器的电源两端、另一个开关管通过第二二极管连接电源。本发明专利技术在H桥电路的某个桥臂上采用了开关管与二极管串联及电感接入主回路，当原边驱动信号错误导致该桥臂直通时，设置的二极管有效保护了桥臂上的开关管不会损坏，提高了开关管的工作可靠性，同时，本发明专利技术H桥电路的开关管不必设置死区。

【技术实现步骤摘要】
一种五电平逆变器
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种五电平逆变器。
技术介绍
在不间断电源、新能源发电、有源电力滤波器、感应加热电源等很多重要的电力电子技术应用场合，对逆变器性能和效率的要求不断提高。为了满足变换器高效高功率密度的要求，近年来，很多研究人员致力于提出新的逆变器拓扑结构或改进原有的逆变拓扑结构。多电平逆变器具有电压输出波形更接近正弦波，电压阶梯跳变小，du/dt更小，具有较低的电磁干扰和谐波畸变率；开关器件承受电压应力小，降低了对开关器件的要求，因此出现了各种多电平逆变器拓扑。但是拓扑结构和控制方法大多较为复杂，所需的电容器和开关器件很多，且每一个开关器件都要独立控制，从原理上讲，其可靠性就较差。现有技术中公告号为CN206481233U提出了一种五电平逆变器，如图1所示，包括三电平直流变换器，具有逆变功能的H桥电路，具有双向流通功能的开关电路。其中，三电平直流变换器包括依次串联的电源、电容C1、电容C2，电容C1、电容C2之间设置有参考点O。H桥电路包括分别与电源并联的第一桥臂支路和第二桥臂支路，第一桥臂支路包括串联的开关管T1和开关管T2，第二桥臂支路包括串联的开关管T7和开关管T8。开关电路包括第一开关支路和第二开关支路，第一开关支路包括串联的开关管T3和开关管T4，第二开关支路包括串联的开关管T5和开关管T6，第一开关支路的一端和第二开关支路的一端均连接在参考点O上，第一开关支路的另一端连接第一桥臂支路上的开关管T1，第二开关支路的另一端连接第一桥臂支路上的开关管T2，开关管T1和开关管T2之间的O3，以及开关管T7和开关管T8之间的O4为五电平逆变器的两个交流输出端。上述五电平逆变器的不足之处在于，桥臂会出现直通的情况，可靠性较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种五电平逆变器，用于解决现有技术的五电平逆变器的开关管工作的可靠性低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种单相五电平逆变器，包括以下解决方案：方案一，包括三电平直流变换器，具有逆变功能的H桥电路，具有双向流通功能的开关电路，H桥电路包括并联的第一桥臂支路和第二桥臂支路，其中一个桥臂支路中的两个开关管之间连接有串联的第一电感和第二电感，该桥臂支路中的一个开关管通过第一二极管连接在三电平直流变换器的电源两端、另一个开关管通过第二二极管连接所述电源。本专利技术在H桥电路的某个桥臂上采用了开关管与二极管串联及电感接入主回路，当原边驱动信号错误导致该桥臂直通时，设置的二极管有效保护了桥臂上的开关管不会损坏，提高了开关管的工作可靠性，同时，开关管不必设置死区。方案二，在方案一的基础上，另一个桥臂支路中的两个开关管之间连接有串联的第三电感和第四电感，所述另一个桥臂支路中的一个开关管通过第三二极管连接所述电源、另一个开关管通过第四二极管连接所述电源。本专利技术在H桥电路的两个桥臂上分别采用了开关管与二极管串联及电感接入主回路，最大限度的提高开关管的可靠性。方案三，在方案一的基础上，三电平直流变换器包括串联的电源、第一电容、第二电容。方案四、五、六，分别在方案一、二、三的基础上，所述开关电路包括第一开关支路和第二开关支路，第一开关支路用于实现所述双向流通功能中的一个方向，第二开关支路用于实现所述双向流通功能中的另一个方向。方案七、八、九，分别在方案四、五、六的基础上，所述开关电路中的至少一个支路上设置有逆阻型开关。本专利技术利用逆阻型开关管的优势，即其结构将传统与IGBT芯片反并联封装在一起的FRD(快恢复二极管)集成在同一芯片上，大大提高了功率密度，降低了芯片面积、制造成本和封装制程，进一步实现损耗更低、体积更小，同时提高了产品可靠性。方案十、十一、十二，分别在方案四、五、六的基础上，第一开关支路中设置有串联的二极管和开关管，第二开关支路中设置有串联的二极管和开关管。方案十三、十四、十五，分别在方案十、十一、十二的基础上，第一开关支路的二极管、第二开关支路的开关管均连接在三电平直流变换器的参考点上，所述参考点设置在三电平直流变换器的两个电容之间，所述第一开关支路的二极管与第二开关支路的开关管并联。方案十六、十七、十八，分别在方案十、十一、十二的基础上，第一开关支路和第二开关支路中的开关管均为IGBT，还包括两个MOSFET，其中一个MOSFET的一端连接在所述电源正极、另一端连接在第一开关支路中二极管和开关管的连接支路上，另一个MOSFET的一端连接在所述电源负极、另一端连接在第二开关支路中二极管和开关管的连接支路上。本专利技术采用了混合开关策略，结合了IGBT和MOSFET具有的不同的工作机理和特性导致的开关频率和损耗特性的特点。由于IGBT存在电导调制效应，关断时会有明显的拖尾电流，从而导致关断损耗比较大。开通时，IGBT损耗较MOSFET小，因此，开通时，电流流过IGBT，同时减小了开关应力。关断时，由于MOSFET开关频率较高，拖尾电流较小，电流流过MOSFET，MOSFET避免了导通损耗，同时明显降低开关损耗。这样，利用软开关的控制策略，能够有效降低功率器件的开关损耗和主功率器件的通态损耗，本专利技术的五电平逆变器开关损耗最小，效率进一步提高。为解决上述技术问题，本专利技术还提出一种三相五电平逆变器，包括以下解决方案：方案一，每一相五电平逆变器均包括三电平直流变换器，具有逆变功能的H桥电路，具有双向流通功能的开关电路，H桥电路包括并联的第一桥臂支路和第二桥臂支路，其中一个桥臂支路中的两个开关管之间连接有串联的第一电感和第二电感，该桥臂支路中的一个开关管通过第一二极管连接在三电平直流变换器的电源两端、另一个开关管通过第二二极管连接所述电源。方案二，在方案一的基础上，另一个桥臂支路中的两个开关管之间连接有串联的第三电感和第四电感，所述另一个桥臂支路中的一个开关管通过第三二极管连接所述电源、另一个开关管通过第四二极管连接所述电源。方案三，在方案一的基础上，三电平直流变换器包括串联的电源、第一电容、第二电容。方案四、五、六，分别在方案一、二、三的基础上，所述开关电路包括第一开关支路和第二开关支路，第一开关支路用于实现所述双向流通功能中的一个方向，第二开关支路用于实现所述双向流通功能中的另一个方向。方案七、八、九，分别在方案四、五、六的基础上，所述开关电路中的至少一个支路上设置有逆阻型开关。方案十、十一、十二，分别在方案四、五、六的基础上，第一开关支路中设置有串联的二极管和开关管，第二开关支路中设置有串联的二极管和开关管。方案十三、十四、十五，分别在方案十、十一、十二的基础上，第一开关支路的二极管、第二开关支路的开关管均连接在三电平直流变换器的参考点上，所述参考点设置在三电平直流变换器的两个电容之间，所述第一开关支路的二极管与第二开关支路的开关管并联。方案十六、十七、十八，分别在方案十、十一、十二的基础上，第一开关支路和第二开关支路中的开关管均为IGBT，还包括两个MOSFET，其中一个MOSFET的一端连接在所述电源正极、另一端连接在第一开关支路中二极管和开关管的连接支路上，另一个MOSFET的一端连接在所述电源负极、另一端连接在第二开关支路中二极管和开关管的连接支路上。附图说明图1是现有技术中的五电平逆变器拓扑图；图2是本专利技术的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相五电平逆变器，包括三电平直流变换器，具有逆变功能的H桥电路，具有双向流通功能的开关电路，其特征在于，H桥电路包括并联的第一桥臂支路和第二桥臂支路，其中一个桥臂支路中的两个开关管之间连接有串联的第一电感和第二电感，该桥臂支路中的一个开关管通过第一二极管连接在三电平直流变换器的电源两端、另一个开关管通过第二二极管连接所述电源。

【技术特征摘要】
1.一种单相五电平逆变器，包括三电平直流变换器，具有逆变功能的H桥电路，具有双向流通功能的开关电路，其特征在于，H桥电路包括并联的第一桥臂支路和第二桥臂支路，其中一个桥臂支路中的两个开关管之间连接有串联的第一电感和第二电感，该桥臂支路中的一个开关管通过第一二极管连接在三电平直流变换器的电源两端、另一个开关管通过第二二极管连接所述电源。2.根据权利要求1所述的单相五电平逆变器，其特征在于，另一个桥臂支路中的两个开关管之间连接有串联的第三电感和第四电感，所述另一个桥臂支路中的一个开关管通过第三二极管连接所述电源、另一个开关管通过第四二极管连接所述电源。3.根据权利要求1所述的单相五电平逆变器，其特征在于，三电平直流变换器包括串联的电源、第一电容、第二电容。4.根据权利要求1-3任一项所述的单相五电平逆变器，其特征在于，所述开关电路包括第一开关支路和第二开关支路，第一开关支路用于实现所述双向流通功能中的一个方向，第二开关支路用于实现所述双向流通功能中的另一个方向。5.根据权利要求4所述的单相五电平逆变器，其特征在于，所述开关电路中的至少一个支路上设置有逆阻型开关。6.根据权利要求4所述的单相五电平逆变器，其特征在于，第一开关支路中设置有串联的二极管和开关管，第二开关支路中设置有串联的二极管和开关管。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕淼，孟向军，丁津津，杨欣然，梅桂芳，徐关澄，牛化鹏，张海龙，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，西安许继电力电子技术有限公司，国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，许继集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41