五电平拓扑单元及五电平交直流变换器制造技术

技术编号:20326924 阅读:7 留言:0更新日期:2019-02-13 04:31
本实用新型专利技术涉及一种五电平拓扑单元。该五电平拓扑单元包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件及第十四开关器件;第一电容、第二电容、第三电容及第四电容;五电平拓扑单元在各开关器件的作用下工作在五个工作模态。本实用新型专利技术还涉及一种五电平交直流变换器。上述五电平拓扑单元及五电平交直流变换器,可降低整个系统的成本;系统可靠性高,效率高;开关器件的封装结构的通用性高,体积小;开关器件的静态耐压较高,因此,交流端的实际电压值可以更高。

【技术实现步骤摘要】
五电平拓扑单元及五电平交直流变换器
本技术涉及电力电子
,特别涉及一种五电平拓扑单元及五电平交直流变换器。
技术介绍
其中,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。近年来,多电平拓扑电路技术成为了中高压大功率变频领域的常用技术。多电平拓扑电路系统在抗电磁干扰方面性能非常优良。因此,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。但目前几乎所有五电平交直流变换器,需要采用复杂的均压措施和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,且传统五电平拓扑一般实际应用都需要从新做封装;这些因素均导致五电平交直流变换器的成本较高及可靠性差等问题。
技术实现思路
基于此,有必要针对五电平交直流变换器的这些问题,提供一种五电平拓扑单元及五电平交直流变换器。一种五电平拓扑单元,包括:第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件及第十四开关器件、第一电容、第二电容、第三电容及第四电容;所述五电平拓扑单元与直流电源连接;所述直流电源的直流正端与直流负端之间并联有第一支路、第二支路和第三支路;其中,所述第一支路包括相连的所述第一电容和所述第二电容,所述第一电容和所述第二电容之间的电路中点作为第一连接端;所述第一电容未连接所述第一连接端的电极连接直流电源的直流正端,所述第二电容未连接所述第一连接端的电极连接所述直流电源的直流负端;所述第二支路包括依次连接的所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件和所述第五开关器件,所述第二开关器件未连接所述第三开关器件的一端与所述直流正端连接,所述第五开关器件未连接所述第四开关器件的一端与所述直流负端连接;所述第三支路包括依次连接的所述第一开关器件、所述第十三开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件、所述第十四开关器件及所述第六开关器件,所述第一开关器件未连接所述第十三开关器件的一端连接所述直流正端,所述第六开关器件未连接所述第十四开关器件的一端连接所述直流负端;所述第七开关器件和所述第八开关器件的公共连接端作为交流端;所述第十一开关器件一端与所述第一连接端连接,另一端通过所述第十二开关器件、所述第九开关器件及所述第十开关器件与所述交流端连接;所述第一开关器件和所述第十三开关器件之间的公共连接端通过所述第三电容与所述第二开关器件与所述第三开关器件的公共连接端连接;所述第六开关器件和所述第十四开关器件的公共连接端通过所述第四电容与所述第四开关器件与所述第五开关器件的公共连接端连接;在所述五电平拓扑单元的一个工作周期内,所述五电平拓扑单元依次工作在所述第一工作模态、所述第二工作模态、所述第三工作模态、所述第二工作模态、所述第一工作模态、所述第四工作模态、所述第五工作模态、所述第四工作模态及所述第一工作模态,以使得所述交流端输出交流电压;当所述五电平拓扑单元工作在所述第一工作模态时,所述交流端的电压为零;当所述五电平拓扑单元工作在第二工作模态时,所述五电平拓扑单元交流端的电压与所述直流正端的电压相等;当所述五电平拓扑单元工作在所述第三工作模态时,所述交流端的电压为所述直流正端的电压的两倍;当所述五电平拓扑单元工作在所述第四工作模态时,所述交流端的电压与所述直流负端相等;当所述五电平拓扑单元工作在所述第五工作模态时,所述交流端的电压是所述直流负端电压的两倍。在其中一个实施例中,第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件导通,其他开关器件截止,以使所述五电平拓扑单元工作在第一工作模态;或者第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十四开关器件导通,其他开关器件截止,以使所述五电平拓扑单元工作在第一工作模态;第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件导通,其他开关器件截止,以使所述五电平拓扑单元工作在第二工作模态;第二开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第十开关器件、第十三开关器件导通,其他开关器件截止,以使所述五电平拓扑单元工作在第三工作模态;第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十四开关器件导通,其他开关器件截止,以使所述五电平拓扑单元工作在第四工作模态;第一开关器件、第三开关器件、第五开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十四开关器件导通,其他开关管截止,以使所述五电平拓扑单元工作在第五工作模态。在其中一个实施例中,所述五电平拓扑单元还包括第一电感;所述第三开关器件和所述第四开关器件的公共连接端通过第一电感与第一连接端连接。在其中一个实施例中,所述第十一开关器件、所述第十二开关器件、所述第九开关器件及所述第十开关器件依次连接,所述第十开关器件与所述交流端连接。在其中一个实施例中,所述第九开关器件及所述第十开关器件反并联,所述第九开关器件与所述第十开关器件的一公共连接端和所述第十一开关器件之间设置所述第十二开关器件,所述第九开关器件与所述第十开关器件的另一公共连接端连接所述交流端。在其中一个实施例中,各所述开关器件是开关管,各所述开关管均反并联一个二极管。在其中一个实施例中,所述五电平拓扑单元还包括第十五二极管和第十六二极管,所述第十五二极管的阳极与所述第一连接端连接,所述第十五二极管的阴极与所述第二开关器件和所述第三开关器件的公共连接端连接;所述第十六二极管的阴极与所述第一连接端连接,所述第十六二极管的阳极与所述第四开关器件与所述第五开关器件的公共连接端连接。一种五电平交直流变换器,包括:上述任一实施例的五电平拓扑单元;控制单元,用于控制所述五电平拓扑单元中各开关器件的导通状态或截止状态,以使所述变换器工作在相应的工作模态。在其中一个实施例中,所述控制单元与各所述开关器件分别连接,所述控制单元为各所述开关器件分别提供驱动信号;各所述开关器件在相应的驱动信号下导通或截止。在其中一个实施例中,所述控制单元的控制信号包括第一电压信号、第二电压信号及第三电压信号;所述控制单元通过将所述第一电压信号与所述第二电压信号的电压值在同一时刻的比较结果作为所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件、所述第五开关器件及所述第六开关器件的驱动信号;所述控制单元通过将所述第一电压信号与所述第三电压信号的电压值在同一时刻的比较结果作为所述第七开关器件、所述第八开关器件、所述第九开关器件、所述第十开关器件、所述第十一开关器件及所述第十二开关器件的驱动信号;所述第一电压信号作为所述第十三开关器件和所述第十四开关器件的驱动信号。上述五电平拓扑单元及五电平交直流变换器,将直流电源的直流电转换成为交流电输出或者将交流侧的交流电转换成直流侧的直流电输出。在所述五电平拓扑单元的一个工作周期内,所述五电平拓扑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五电平拓扑单元,其特征在于,包括:第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件及第十四开关器件;第一电容、第二电容、第三电容及第四电容;所述五电平拓扑单元与直流电源连接;所述直流电源的直流正端与直流负端之间并联有第一支路、第二支路和第三支路;其中,所述第一支路包括相连的所述第一电容和所述第二电容,所述第一电容和所述第二电容之间的电路中点作为第一连接端;所述第一电容未连接所述第一连接端的电极连接所述直流正端,所述第二电容未连接所述第一连接端的电极连接所述直流负端;所述第二支路包括依次连接的所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件和所述第五开关器件,所述第二开关器件未连接所述第三开关器件的一端与所述直流正端连接,所述第五开关器件未连接所述第四开关器件的一端与所述直流负端连接;所述第三支路包括依次连接的所述第一开关器件、所述第十三开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件、所述第十四开关器件及所述第六开关器件,所述第一开关器件未连接所述第十三开关器件的一端连接所述直流正端,所述第六开关器件未连接所述第十四开关器件的一端连接所述直流负端;所述第七开关器件和所述第八开关器件的公共连接端作为交流端;所述第十一开关器件一端与所述第一连接端连接,另一端通过所述第十二开关器件、所述第九开关器件及所述第十开关器件与所述交流端连接;所述第一开关器件和所述第十三开关器件之间的公共连接端通过所述第三电容与所述第二开关器件与所述第三开关器件的公共连接端连接;所述第六开关器件和所述第十四开关器件的公共连接端通过所述第四电容与所述第四开关器件与所述第五开关器件的公共连接端连接;所述五电平拓扑单元工作模态包括第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态以及第五工作模态;在所述五电平拓扑单元的一个工作周期内,所述五电平拓扑单元依次工作在所述第一工作模态、所述第二工作模态、所述第三工作模态、所述第二工作模态、所述第一工作模态、所述第四工作模态、所述第五工作模态、所述第四工作模态及所述第一工作模态,以使得所述交流端输出交流电压;当所述五电平拓扑单元工作在所述第一工作模态时,所述交流端的电压为零;当所述五电平拓扑单元工作在第二工作模态时,所述五电平拓扑单元交流端的电压与所述直流正端的电压相等;当所述五电平拓扑单元工作在所述第三工作模态时,所述交流端的电压为所述直流正端的电压的两倍;当所述五电平拓扑单元工作在所述第四工作模态时,所述交流端的电压与所述直流负端相等;当所述五电平拓扑单元工作在所述第五工作模态时,所述交流端的电压是所述直流负端电压的两倍。...

【技术特征摘要】
1.一种五电平拓扑单元,其特征在于,包括:第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件及第十四开关器件;第一电容、第二电容、第三电容及第四电容;所述五电平拓扑单元与直流电源连接;所述直流电源的直流正端与直流负端之间并联有第一支路、第二支路和第三支路;其中,所述第一支路包括相连的所述第一电容和所述第二电容,所述第一电容和所述第二电容之间的电路中点作为第一连接端;所述第一电容未连接所述第一连接端的电极连接所述直流正端,所述第二电容未连接所述第一连接端的电极连接所述直流负端;所述第二支路包括依次连接的所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件和所述第五开关器件,所述第二开关器件未连接所述第三开关器件的一端与所述直流正端连接,所述第五开关器件未连接所述第四开关器件的一端与所述直流负端连接;所述第三支路包括依次连接的所述第一开关器件、所述第十三开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件、所述第十四开关器件及所述第六开关器件,所述第一开关器件未连接所述第十三开关器件的一端连接所述直流正端,所述第六开关器件未连接所述第十四开关器件的一端连接所述直流负端;所述第七开关器件和所述第八开关器件的公共连接端作为交流端;所述第十一开关器件一端与所述第一连接端连接,另一端通过所述第十二开关器件、所述第九开关器件及所述第十开关器件与所述交流端连接;所述第一开关器件和所述第十三开关器件之间的公共连接端通过所述第三电容与所述第二开关器件与所述第三开关器件的公共连接端连接;所述第六开关器件和所述第十四开关器件的公共连接端通过所述第四电容与所述第四开关器件与所述第五开关器件的公共连接端连接;所述五电平拓扑单元工作模态包括第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态以及第五工作模态;在所述五电平拓扑单元的一个工作周期内,所述五电平拓扑单元依次工作在所述第一工作模态、所述第二工作模态、所述第三工作模态、所述第二工作模态、所述第一工作模态、所述第四工作模态、所述第五工作模态、所述第四工作模态及所述第一工作模态,以使得所述交流端输出交流电压;当所述五电平拓扑单元工作在所述第一工作模态时,所述交流端的电压为零;当所述五电平拓扑单元工作在第二工作模态时,所述五电平拓扑单元交流端的电压与所述直流正端的电压相等;当所述五电平拓扑单元工作在所述第三工作模态时,所述交流端的电压为所述直流正端的电压的两倍;当所述五电平拓扑单元工作在所述第四工作模态时,所述交流端的电压与所述直流负端相等;当所述五电平拓扑单元工作在所述第五工作模态时,所述交流端的电压是所述直流负端电压的两倍。2.根据权利要求1所述的五电平拓扑单元,其特征在于,第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十三开关器件导通,其他开关器件截止,以使所述五电平拓扑单元工作在第一工作模态;或者第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、第十四开关器件导通,其他开关器件截...

【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

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