一种电容自均压多电平高频逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种电容自均压多电平高频逆变器，包括：开关电容单元，包括第一、二电解电容、第一、二、三、四、九、十、十一二极管、第一、二、三、四开关管；全桥单元，包括第五、六、七、八二极管、第五、六、七、八开关管。第一、二极管、第一开关管接第二开关管，第一、九二极管接第一开关管，第三、十二极管、第三开关管接第一电解电容，第三、十一二极管、第三开关管接第二电解电容，第二、四、十二极管、第二、四开关管接第二电解电容，第九、十一二极管、第一电解电容接第五、七二极管、第五、七开关管，第四二极管、第四开关管接第六、八二极管、第六、八开关管。本发明专利技术具有开关频率低、传输效率高、电容自均压等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高频交流配电系统(HighFrequencyACPowerDistributionSystem，HFACPDS)领域，尤其是指一种电容自均压多电平高频逆变器。
技术介绍
传统的直流配电系统(DCPDS)因其可靠性低、传输效率低、动态响应慢等缺点，在许多对供电要求较高的场合已不再适用。高频交流电(HFACPDS)因具有高可靠性、高效率、高功率密度、可实现无线传输等优点而受到越来越广泛的关注，相关研究也已逐步运用于计算机、通信、电动汽车、可再生能源微网等领域。与此同时，高频逆变器作为高频交流配电系统的前级，其研究也取得了突破性的进展。高频逆变器用于将直流电转换为高频交流电，并馈送至高频交流母线(HFACBUS)供后级HFAC/DC变换器再分配，对高频逆变器的要求是输出波形的谐波含量小，逆变器的传输效率高。谐波含量与逆变器能够输出的电平数有关，通常输出电平数越多，谐波含量越小；传输效率高要求传输损耗小，逆变器的传输损耗主要包括开关损耗和导通损耗，通常开关频率越低，逆变器所用的器件越少，传输损耗越小，效率越高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用电容储能的性质，用电容来代替直流源，以少量器件实现更多的电平输出，提出一种新型的电容自均压多电平高频逆变器，该电容自均压多电平高频逆变器适用于高频交流配电领域；本专利技术只需单个输入直流源，电容储能增加了输出的电平数量，有效地降低了输出交流电的谐波畸变，r>减少了使用器件的数量，提高了逆变器的效率，同时也有效地减少了逆变器所需的驱动电路和安装空间；本专利技术通过使两只电容同时串联充电、串联或并联放电，实现电容自均压，有效地避免的电容电压不平衡问题的产生，简化了调制方式。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种电容自均压多电平高频逆变器，包括并联连接的开关电容单元与全桥单元，其中，所述开关电容单元包括第一电解电容、第二电解电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述全桥单元包括第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；所述第一电解电容和第二电解电容的电容值相等，所述第一二极管的阴极、第二二极管的阴极、第一开关管的漏级分别与第二开关管的漏级相连接，所述第一二极管的阳极、第九二极管的阳极分别与第一开关管的源级相连接，所述第三二极管的阳极、第十二极管的阴极、第三开关管的源级分别与第一电解电容的负极相连接，所述第三二极管的阴极、第十一二极管的阳极、第三开关管的漏级分别与第二电解电容的正极相连接，所述第二二极管的阳极、第四二极管的阴极、第十二极管的阳极、第二开关管的源级、第四开关管的漏级分别与第二电解电容的负极相连接，所述第五二极管的阳极、第六二极管的阴极、第五开关管的源级分别与第六开关管的漏级相连接，所述第七二极管的阳极、第八二极管的阴极、第七开关管的源级分别与第八开关管的漏级相连接，所述第九二极管阴极、第十一二极管的阴极、第一电解电容的正极分别与第五二极管的阴极、第七二极管的阴极、第五开关管的漏级和第七开关管的漏级相连接，所述第四二极管的阳极和第四开关管的源级分别与第六二极管的阳极、第八二极管的阳极、第六开关管的源级和第八开关管的源级相连接。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、与现有的三电平、五电平或七电平逆变器相比，本专利技术通过电容实现了更多的电平输出，电平数量的增加有效地减少了输出电压的谐波含量。2、与现有的九电平逆变器相比，本专利技术使用的器件更少，降低导通损耗的同时，也节省了安装空间。3、现有的多电平逆变器通常需要两个或两个以上的电源来实现更多的电平输出，本专利技术使用电容替代独立源的作用，只需单个电源便可实现更多电平输出，适用范围更加广泛。4、本专利技术所述的电容自均压多电平高频逆变器，开关频率仅为输出阶梯波的两倍，当输出频率为25kHz时，开关频率仅为50kHz，与现有的多电平逆变器相比，降低了开关频率和开关损耗，因此特别适用于HFACPDS。5、本专利技术所述的电容自均压多电平高频逆变器，通过电容储能的性质实现更多的电平输出，两只电容串联充电、串联或并联放电，有效地避免了电容电压不平衡问题的产生，简化了驱动电路的设计。6、本专利技术所述的电容自均压多电平高频逆变器，同时降低了开关损耗和导通损耗，提高了逆变器的传输效率。附图说明图1为本专利技术所述的电容自均压多电平高频逆变器的结构示意图。图2为本专利技术所述的电容自均压多电平高频逆变器中开关管的驱动信号及输出电压波形示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本实施例所述的电容自均压多电平高频逆变器，包括并联连接的开关电容单元X与全桥单元Y，其中，所述开关电容单元X包括第一电解电容C1、第二电解电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4，所述全桥单元Y包括第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第八开关管S8；所述第一电解电容C1和第二电解电容C2的电容值相等，所述第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极、第一开关管S1的漏级分别与第二开关管S2的漏级相连接，所述第一二极管D1的阳极、第九二极管D9的阳极分别与第一开关管S1的源级相连接，所述第三二极管D3的阳极、第十二极管D10的阴极、第三开关管S3的源级分别与第一电解电容C1的负极相连接，所述第三二极管D3的阴极、第十一二极管D11的阳极、第三开关管S3的漏级分别与第二电解电容C2的正极相连接，所述第二二极管D2的阳极、第四二极管D4的阴极、第十二极管D10的阳极、第二开关管S2的源级、第四开关管S4的漏级分别与第二电解电容C2的负极相连接，所述第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阴极、第五开关管S5的源级分别与第六开关管S6的漏级相连接，所述第七二极管D7的阳极、第八二极管D8的阴极、第七开关管S7的源级分别与第八开关管S8的漏级相连接，所述第九二极管D9的阴极、第十一二极管D11的阴极、第一电解电容C1的正极分别与第五二极管D5的阴极、第七二极管D7的阴极、第五开关管S5的漏级和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容自均压多电平高频逆变器，其特征在于：包括并联连接的开关电容单元(X)与全桥单元(Y)，其中，所述开关电容单元(X)包括第一电解电容(C1)、第二电解电容(C2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第九二极管(D9)、第十二极管(D10)、第十一二极管(D11)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)和第四开关管(S4)，所述全桥单元(Y)包括第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、第七开关管(S7)和第八开关管(S8)；所述第一电解电容(C1)和第二电解电容(C2)的电容值相等，所述第一二极管(D1)的阴极、第二二极管(D2)的阴极、第一开关管(S1)的漏级分别与第二开关管(S2)的漏级相连接，所述第一二极管(D1)的阳极、第九二极管(D9)的阳极分别与第一开关管(S1)的源级相连接，所述第三二极管(D3)的阳极、第十二极管(D10)的阴极、第三开关管(S3)的源级分别与第一电解电容(C1)的负极相连接，所述第三二极管(D3)的阴极、第十一二极管(D11)的阳极、第三开关管(S3)的漏级分别与第二电解电容(C2)的正极相连接，所述第二二极管(D2)的阳极、第四二极管(D4)的阴极、第十二极管(D10)的阳极、第二开关管(S2)的源级、第四开关管(S4)的漏级分别与第二电解电容(C2)的负极相连接，所述第五二极管(D5)的阳极、第六二极管(D6)的阴极、第五开关管(S5)的源级分别与第六开关管(S6)的漏级相连接，所述第七二极管(D7)的阳极、第八二极管(D8)的阴极、第七开关管(S7)的源级分别与第八开关管(S8)的漏级相连接，所述第九二极管(D9)的阴极、第十一二极管(D11)的阴极、第一电解电容(C1)的正极分别与第五二极管(D5)的阴极、第七二极管(D7)的阴极、第五开关管(S5)的漏级和第七开关管(S7)的漏级相连接，所述第四二极管(D4)的阳极和第四开关管(S4)的源级分别与第六二极管(D6)的阳极、第八二极管(D8)的阳极、第六开关管(S6)的源级和第八开关管(S8)的源级相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种电容自均压多电平高频逆变器，其特征在于：包括并联连接的开关
电容单元(X)与全桥单元(Y)，其中，所述开关电容单元(X)包括第一电解
电容(C1)、第二电解电容(C2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三
二极管(D3)、第四二极管(D4)、第九二极管(D9)、第十二极管(D10)、第十
一二极管(D11)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)和第
四开关管(S4)，所述全桥单元(Y)包括第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、
第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第五开关管(S5)、第六开关管(S6)、
第七开关管(S7)和第八开关管(S8)；所述第一电解电容(C1)和第二电解电
容(C2)的电容值相等，所述第一二极管(D1)的阴极、第二二极管(D2)的
阴极、第一开关管(S1)的漏级分别与第二开关管(S2)的漏级相连接，所述第
一二极管(D1)的阳极、第九二极管(D9)的阳极分别与第一开关管(S1)的
源级相连接，所述第三二极管(D3)的阳极、第十二极管(D10)的阴极、第三
开关管(S3)的源级分别与第一电解电...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾君，吴佳磊，刘俊峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44