开关电容多电平转换器及多电平逆变器制造技术

本发明专利技术提供了一种开关电容多电平转换器及多电平逆变器，开关电容多电平转换器包括：第一开关器件；第二开关器件，所述第一开关器件的第一输入/输出端与所述第二开关器件的第二输入/输出端连接；至少一个分支电路，每一分支电路包括第三开关器件、电容、第四开关器件，所述至少一个分支电路的所有电容串联并与所述第一开关器件的第一输入/输出端、所述第二开关器件的第二输入/输出端连接；在每一所述分支电路中，所述第三开关器件、第四开关器件均包括第一输入/输出端、第二输入/输出端，所述第三开关器件的第一输入/输出端连接于所述第四开关器件的第二输入/输出端、所述电容的一端。本发明专利技术可以取得结构简化、系统稳定、成本降低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电压转换
，特别涉及一种开关电容多电平转换器及一种多电平逆变器。
技术介绍
相比传统的桥式逆变器，多电平逆变器能降低电气部件的额定值和提高输出的电能质量。由于没有庞大而沉重的滤波电感器，整合了开关电容技术的多电平逆变器能轻易达到升压和增加功率密度的目的。目前，大多数的储能技术都是基于：电化学电池、超级电容和燃料电池。为了提供足够的电压以驱动大多数的电力负载，这些储能器件需要互相串联连接起来。由于串接的储能装置本质上是多电平的电压源，简单地运用双向开关便可以产生多电平的输出。然而，大量堆栈储能装置会大幅增加储能管理系统和均衡电路的复杂程度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种开关电容多电平转换器及多电平逆变器，以降低变频驱动器储能系统的成本。为了实现上述目的，在第一方面，本专利技术提供了一种开关电容多电平转换器，其包括：第一开关器件，具有第一输入/输出端、第二输入/输出端；第二开关器件，具有第一输入/输出端、第二输入/输出端，且所述第一开关器件的第一输入/输出端与所述第二开关器件的第二输入/输出端连接；至少一个分支电路，每一分支电路包括第三开关器件、电容、第四开关器件，所述至少一个分支电路的所有电容串联并与所述第一开关器件的第一输入/输出端、所述第二开关器件的第二输入/输出端连接；在每一所述分支电路中，所述第三开关器件、第四开关器件均包括第一输入/输出端、第二输入/输出端，所述第三开关器件的第一输入/输出端连接于所述第四开关器件的第二输入/输出端、所述电容的一端。优选地，所述第一开关器件、第二开关器件均为晶体管。优选地，所述第三开关器件为单向开关器件，所述第四开关器件为双向开关器件或单向开关器件。优选地，所述第三开关器件为晶体管或二极管，所述第四开关器件为晶体管、或者二极管、或者串联的晶体管和二极管、或者反向串联的两个晶体管。优选地，所述晶体管为MOSFET或IGBT。优选地，所述分支电路包括第一分支电路、多个第二分支电路、第三分支电路，所述多个第二分支电路结构相同，且所述第一分支电路的电容与所述第一开关器件、第二开关器件连接，所述第一分支电路的电容与对应的第二分支的电容连接，所述第三分支电阻器件的电容与对应的第二分支电路的电容连接。优选地，所述第三开关器件的第二输入/输出端分别连接有一电感。在第二方面，本专利技术提供了一种多电平逆变器，其包括开关电容多电平转换器、连接于所述开关电容多电平转换器输出总线的H桥逆变电路，其中，所述开关电容多电平转换器为根据本专利技术第一方面所述的开关电容多电平转换器。本专利技术的有益效果如下：在低成本和高供电质量的前提下，本专利技术的多电平开关电容转换器利用自举电路可以产生双倍的直流电压和电平数量，将电压幅度和可输出的电平数目增加一倍。在本专利技术的多电平逆变器中，多电平转换器的直流输出端串联连接到H桥逆变电路，则可以产生多电平交流输出。借此，利用本专利技术不但可以大大降低储能系统的成本，而且可以有效地降低储能系统的输出谐波，改善系统稳定性。附图说明图1为本专利技术多电平逆变器实施例一的电路拓扑结构图；图2为图1所示实施例一的开关电容多电平直流转换器的输出总线电压以及相应开关状态的对照表；图3为图1所示实施例一H桥逆变器输出电压及H桥逆变器相应开关状态的对照表；图4为本专利技术多电平逆变器实施例二的电路拓扑结构图；图5为本专利技术多电平逆变器实施例三的电路拓扑结构图；图6为本专利技术多电平逆变器实施例四的电路拓扑结构图；图7为本专利技术多电平逆变器实施例五的电路拓扑结构图；图8为图7所示实施例五的计算机仿真模型的输出波形图；图9、图10、图11分别为本专利技术多电平逆变器多个实施例中可能所涉的分支电路一、分支电路二、分支电路三的拓扑结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。为了缓解现有技术中因为储能管理系统和均衡电路复杂程度增加导致的问题，本专利技术提供一种开关电容多电平转换器以及具有该开关电容多电平转换器的多电平逆变器，以利用开关电容技术将电压幅度和可输出的电平数目增加一倍。从而不但大大降低变频驱动器储能系统的成本，而且有效地降低变频器的输出谐波。由于本专利技术提供的多电平逆变器包括本专利技术提供的开关电容多电平转换器，为了减少不必要的赘述，下面详细描述多电平逆变器时，不再对开关电容多电平转换器进行独立描述。此外，本专利技术多个实施例的部分电路结构相同，对相同部分也不再一一描述。如图1所示，本专利技术提供的多电平逆变器实施例一包括开关电容多电平转换器100(以下简称为转换器100，与此相同，其他实施例也相应简称为转换器300、转换器500等)、连接于转换器100输出总线VBus(附图标记VBus也表示总线电压)的H桥逆变电路200(以下简称为逆变电路200)。转换器100包括开关器件T01、T02(对应于本专利技术的第一开关器件和第二开关器件)和多个分支电路(未一一标注)。为了清楚的描述本实施例一的结构及原理，开关器件T01、T02和多个分支电路连接到由n个储能装置Vs1至Vsn(例如电池、超级电容器等)串联组成的多电平电压源。本领域技术人员应当理解，储能装置并不是构成本专利技术的必需部件。具体而言，开关器件T01的第一输入/输出端与开关器件T02的第二输入/输出端连接。n个分支电路分别包括开关器件T11、电容C1、开关器件T12(这三者构成第一分支电路)、开关器件T21至开关器件T(n-1)1、电容C2至电容C(n-1)、开关器件T22至开关器件T(n-1)2(开关器件T21至开关器件T(n-1)1、电容C2至电容C(n-1)、开关器件T22至开关器件T(n-1)2、构成多个第二分支电路)、开关器件Tn1、电容Cn、开关器件Tn2(这三者构成第三分支电路)。开关器件T11至开关器件Tn1(对应于本专利技术的第三开关器件)、开关器件T12至开关器件Tn2(对应于本专利技术的第四开关器件)均包括第一输入/输出端、第二输入/输出端，以和其他器件连接。在本实施例一中以及其他实施例中，开关器件T11至开关器件Tn1、开关器件T12至开关器件Tn2可以是二极管、晶体管、场效应管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等或者其中二者的组合。若为二极管，输入/输出端为正极、负极；若为晶体管，输入/输出端为集电极、发射极；若为场效应管，输入/输出端为源极、漏极。进一步具体而言，本实施例一的开关器件T01、T02、T11至Tn1、T12和Tn2为单向开关，例如MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)和IGBT，而部分分支电路的开关器件T22至T(n-1)2是双向开关，由两个单向开关反向串联组成。n个分支电路的电容C1至Cn串联后与开关器件T01的第一输入/输出端、开关器件T02的第二输入/输出端连接。开关器件T11至开关器件Tn1的第一输入/输出端连接于相应的开关器件T12至开关器件Tn2的第二输入/输出端、电容C1至电容Cn的一端，然后，各分支电路与输出总线VBus连接。本实施例一通过(2n+2)个主动开关(或者称之为有源开关)和n个电容，在输出总线VBus之间可产生的电平数目为2n。图2列出了直流总线的电平和相应的主动开关的状态(假设电容C1-Cn足够大；Tx1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电容多电平转换器，其特征在于，包括：第一开关器件，具有第一输入/输出端、第二输入/输出端；第二开关器件，具有第一输入/输出端、第二输入/输出端，且所述第一开关器件的第一输入/输出端与所述第二开关器件的第二输入/输出端连接；至少一个分支电路，每一分支电路包括第三开关器件、电容、第四开关器件，所述至少一个分支电路的所有电容串联并与所述第一开关器件的第一输入/输出端、所述第二开关器件的第二输入/输出端连接；在每一所述分支电路中，所述第三开关器件、第四开关器件均包括第一输入/输出端、第二输入/输出端，所述第三开关器件的第一输入/输出端连接于所述第四开关器件的第二输入/输出端、所述电容的一端。

【技术特征摘要】
1.一种开关电容多电平转换器，其特征在于，包括：第一开关器件，具有第一输入/输出端、第二输入/输出端；第二开关器件，具有第一输入/输出端、第二输入/输出端，且所述第一开关器件的第一输入/输出端与所述第二开关器件的第二输入/输出端连接；至少一个分支电路，每一分支电路包括第三开关器件、电容、第四开关器件，所述至少一个分支电路的所有电容串联并与所述第一开关器件的第一输入/输出端、所述第二开关器件的第二输入/输出端连接；在每一所述分支电路中，所述第三开关器件、第四开关器件均包括第一输入/输出端、第二输入/输出端，所述第三开关器件的第一输入/输出端连接于所述第四开关器件的第二输入/输出端、所述电容的一端。2.根据权利要求1所述的开关电容多电平转换器，其特征在于，所述第一开关器件、第二开关器件均为晶体管。3.根据权利要求1所述的开关电容多电平转换器，其特征在于，所述第三开关器件为单向开关器件，所述第四开关器件为双向开关器件或单向开关器件。4.根据权利要求3所述的开关电...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑家伟，陈宇澄，方逸之，
申请(专利权)人：富华德电子东莞有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44