一种五电平拓扑单元制造技术

本实用新型专利技术涉及一种五电平拓扑单元，所述五电平拓扑单元连接在直流电源的正极和负极之间，所述五电平拓扑单元包括：第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元、第六开关单元、第七开关单元、第八开关单元、第九开关单元、第十开关单元、第十一开关单元、第十二开关单元、第十三开关单元、第十四开关单元、反向并联于各开关单元两端的二极管、第十七二极管、第十八二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和限流电感。上述五电平拓扑单元在保持低损耗的情况下能提供更高的交流电压，同时能防止飞跨电容及部分开关管或二极管两端过电压，能够有效减少交直流变换器的交流侧成本及损耗，可靠性更高。

【技术实现步骤摘要】
一种五电平拓扑单元
本技术涉及电力电子
，特别是涉及一种五电平拓扑单元。
技术介绍
双向交直流变换器是一种将直流电能转换成交流电能或者将交流电能转换成直流电能的变换器。随着社会的不断发展和进步，人类对能源的需求日益增加，光伏、储能等新能源在能源比重占比也越来越大。作为其核心，光伏逆变器及储能变流器在近年的市场竞争中也越来越激烈。为了满足市场需求，越来越多的多电平交直流变换器推入市场，例如五电平交直流变换器。传统五电平交直流变换器中需要采用均压措施和较大的吸收电路来防止飞跨电容及部分开关管和二极管两端过电压，从而会带来成本增加、可靠性差等问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统五电平交直流变换器中需要采用均压措施和较大的吸收电路来防止飞跨电容及部分开关管和二极管两端过电压，从而会带来成本增加、可靠性差的问题，提供一种五电平拓扑单元。一种五电平拓扑单元，所述五电平拓扑单元连接在直流电源的正极和负极之间，所述五电平拓扑单元包括：第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元、第六开关单元、第七开关单元、第八开关单元、第九开关单元、第十开关单元、第十一开关单元、第十二开关单元、第十三开关单元、第十四开关单元、反向并联于各开关单元两端的二极管、第十七二极管、第十八二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和限流电感，其中：所述第一开关单元第二端与所述直流电源正极相连，第一端与所述第十三开关单元第一端相连；所述第十三开关单元第二端与所述第七开关单元第一端相连；所述第七开关单元第二端与所述第十开关单元第一端相连；所述第十开关单元第二端与所述第九开关单元第一端相连，连接点为所述五电平拓扑单元的交流端；所述第九开关单元第二端与所述第八开关单元第一端相连；所述第八开关单元第二端与所述第十四开关单元第一端相连；所述第十四开关单元第二端与所述第六开关单元第二端相连；所述第六开关单元第一端与所述直流电源负极相连；所述第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元和第五开关单元依次串联且一端与所述第一开关单元和所述直流电源正极连接在一起，另一端与所述第六开关单元和所述直流电源负极连接在一起；所述第十七二极管和第十八二极管依次串联且所述第十八二极管阳极连接到所述第八开关单元和第九开关单元的公共端，所述第十七二极管阴极连接到所述第七开关单元和第十开关单元的公共端；所述第一电容和第二电容依次串联且一端连接到所述直流电源正极，另一端连接到所述直流电源负极；所述第十一开关单元和第十二开关单元依次串联且所述第十二开关单元第二端连接到所述第十七二极管和第十八二极管的公共端，所述第十一开关单元第二端连接到所述第一电容和第二电容的公共端；所述第三电容一端连接到所述第二开关单元与第三开关单元的公共端，另一端连接到所述第一开关单元和第十三开关单元的公共端；所述第四电容一端连接到所述第四开关单元与第五开关单元的公共端，另一端连接到所述第六开关单元和第十四开关单元的公共端；所述限流电感一端连接到所述第三开关单元和第四开关单元的公共端，另一端连接到所述第一电容和第二电容的公共端。在其中一个实施例中，所述五电平拓扑单元工作时存在五种工作模态，实现不同工作功率下的交流直流转换。在其中一个实施例中，所述五电平拓扑单元工作在第一模态下时，所述第一开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第六开关单元、第九开关单元、第十开关单元、第十一开关单元、第十二开关单元导通，其它开关单元截止。在其中一个实施例中，所述五电平拓扑单元工作在第二模态下时，所述第一开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第六开关单元、第七开关单元、第十开关单元、第十一开关单元、第十二开关单元、第十三开关单元导通，其它开关单元截止。在其中一个实施例中，所述五电平拓扑单元工作在第三模态下时，所述第二开关单元、第四开关单元、第六开关单元、第七开关单元、第十开关单元、第十三开关单元导通，其它开关单元截止。在其中一个实施例中，所述五电平拓扑单元工作在第四模态下时，所述第一开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第六开关单元、第八开关单元、第九开关单元、第十一开关单元、第十二开关单元、第十四开关单元导通，其它开关单元截止。在其中一个实施例中，所述五电平拓扑单元工作在第五模态下时，所述第一开关单元、第三开关单元、第五开关单元、第八开关单元、第九开关单元、第十四开关单元导通，其它开关单元截止。在其中一个实施例中，所述第十五二极管和第十六二极管依次串联，所述第十五二极管阳极连接到所述第一电容与所述第二电容的公共端，阴极连接到所述第二开关单元和第三开关单元的公共端，所述第十六二极管阳极连接到所述第四开关单元和第五开关单元的公共端，阴极连接到所述第一电容与所述第二电容的公共端。在其中一个实施例中，所述第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元及其反并联二极管和所述第十五二极管和第十六二极管组成I型三电平结构，并可使用I型三电平结构封装模块，所述第七开关单元、第八开关单元、第九开关单元、第十开关单元及其反并联二极管和所述第十七二极管和第十八二极管组成I型三电平结构，并可使用I型三电平结构封装模块。在其中一个实施例中，所述第一开关单元和第十三开关单元及其反并联二极管使用共集电极双管结构封装模块，所述第六开关单元和第十四开关单元及其反并联二极管使用共集电极双管结构封装模块，所述第十一开关单元和第十二开关单元及其反并联二极管使用共集电极双管结构封装模块。上述五电平拓扑单元在保持低损耗的情况下能提供更高的交流电压，同时能防止飞跨电容及部分开关管或二极管两端过电压，能够有效减少交直流变换器的交流侧成本及损耗，可靠性更高，同时上述五电平拓扑单元中所有的开关管的动态电压应力仅为母线电压的一半，因此可以使用更低电压等级的开关管来满足更高的交流电压，使功率器件成本降低。附图说明图1为本技术的实施例的五电平拓扑单元的示意图；图2为本技术另一实施例的五电平拓扑单元的示意图；图3(a)和图3(b)为本技术的实施例的五电平拓扑单元工作在第一模态下时的等效电路图；图4为本技术的实施例的五电平拓扑单元工作在第二模态下时的等效电路图；图5为本技术的实施例的五电平拓扑单元工作在第三模态下时的等效电路图；图6为本技术的实施例的五电平拓扑单元工作在第四模态下时的等效电路图；图7为本技术的实施例的五电平拓扑单元工作在第五模态下时的等效电路图；图8为本技术的实施例的五电平拓扑单元中调制波正弦信号C、第一载波信号A、第二载波信号B、第一开关单元Q1、第二开关单元Q2、第三开关单元Q3、第四开关单元Q4、第五开关单元Q5、第六开关单元Q6、第七开关单元Q7、第八开关单元Q8、第九开关单元Q9、第十开关单元Q10、第十一开关单元Q11、第十二开关单元Q12、第十三开关单元Q13、第十四开关单元Q14和交流端AC波形的时序图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。请参见图1，图1为本技术的实施例的五电平拓扑单元的示意图。在本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五电平拓扑单元，所述五电平拓扑单元连接在直流电源的正极和负极之间，其特征在于，所述五电平拓扑单元包括：第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元、第六开关单元、第七开关单元、第八开关单元、第九开关单元、第十开关单元、第十一开关单元、第十二开关单元、第十三开关单元、第十四开关单元、反向并联于各开关单元两端的二极管、第十七二极管、第十八二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和限流电感，其中：所述第一开关单元第二端与所述直流电源正极相连，第一端与所述第十三开关单元第一端相连；所述第十三开关单元第二端与所述第七开关单元第一端相连；所述第七开关单元第二端与所述第十开关单元第一端相连；所述第十开关单元第二端与所述第九开关单元第一端相连，连接点为所述五电平拓扑单元的交流端；所述第九开关单元第二端与所述第八开关单元第一端相连；所述第八开关单元第二端与所述第十四开关单元第一端相连；所述第十四开关单元第二端与所述第六开关单元第二端相连；所述第六开关单元第一端与所述直流电源负极相连；所述第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元和第五开关单元依次串联且一端与所述第一开关单元和所述直流电源正极连接在一起，另一端与所述第六开关单元和所述直流电源负极连接在一起；所述第十七二极管和第十八二极管依次串联且所述第十八二极管阳极连接到所述第八开关单元和第九开关单元的公共端，所述第十七二极管阴极连接到所述第七开关单元和第十开关单元的公共端；所述第一电容和第二电容依次串联且一端连接到所述直流电源正极，另一端连接到所述直流电源负极；所述第十一开关单元和第十二开关单元依次串联且所述第十二开关单元第二端连接到所述第十七二极管和第十八二极管的公共端，所述第十一开关单元第二端连接到所述第一电容和第二电容的公共端；所述第三电容一端连接到所述第二开关单元与第三开关单元的公共端，另一端连接到所述第一开关单元和第十三开关单元的公共端；所述第四电容一端连接到所述第四开关单元与第五开关单元的公共端，另一端连接到所述第六开关单元和第十四开关单元的公共端；所述限流电感一端连接到所述第三开关单元和第四开关单元的公共端，另一端连接到所述第一电容和第二电容的公共端。...

【技术特征摘要】
1.一种五电平拓扑单元，所述五电平拓扑单元连接在直流电源的正极和负极之间，其特征在于，所述五电平拓扑单元包括：第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元、第六开关单元、第七开关单元、第八开关单元、第九开关单元、第十开关单元、第十一开关单元、第十二开关单元、第十三开关单元、第十四开关单元、反向并联于各开关单元两端的二极管、第十七二极管、第十八二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和限流电感，其中：所述第一开关单元第二端与所述直流电源正极相连，第一端与所述第十三开关单元第一端相连；所述第十三开关单元第二端与所述第七开关单元第一端相连；所述第七开关单元第二端与所述第十开关单元第一端相连；所述第十开关单元第二端与所述第九开关单元第一端相连，连接点为所述五电平拓扑单元的交流端；所述第九开关单元第二端与所述第八开关单元第一端相连；所述第八开关单元第二端与所述第十四开关单元第一端相连；所述第十四开关单元第二端与所述第六开关单元第二端相连；所述第六开关单元第一端与所述直流电源负极相连；所述第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元和第五开关单元依次串联且一端与所述第一开关单元和所述直流电源正极连接在一起，另一端与所述第六开关单元和所述直流电源负极连接在一起；所述第十七二极管和第十八二极管依次串联且所述第十八二极管阳极连接到所述第八开关单元和第九开关单元的公共端，所述第十七二极管阴极连接到所述第七开关单元和第十开关单元的公共端；所述第一电容和第二电容依次串联且一端连接到所述直流电源正极，另一端连接到所述直流电源负极；所述第十一开关单元和第十二开关单元依次串联且所述第十二开关单元第二端连接到所述第十七二极管和第十八二极管的公共端，所述第十一开关单元第二端连接到所述第一电容和第二电容的公共端；所述第三电容一端连接到所述第二开关单元与第三开关单元的公共端，另一端连接到所述第一开关单元和第十三开关单元的公共端；所述第四电容一端连接到所述第四开关单元与第五开关单元的公共端，另一端连接到所述第六开关单元和第十四开关单元的公共端；所述限流电感一端连接到所述第三开关单元和第四开关单元的公共端，另一端连接到所述第一电容和第二电容的公共端。2.根据权利要求1所述的五电平拓扑单元，其特征在于，所述五电平拓扑单元工作时存在五种工作模态，实现不同工作功率下的交流直流转换。3.根据权利要求2所述的五电平拓扑单元，其特征在于，所述五电平拓扑单元工作在第一模...

【专利技术属性】
技术研发人员：余仕君，高钢，
申请(专利权)人：易事特集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44