一种单相三电平逆变电路制造技术

本发明专利技术公开了一种单相三电平逆变电路，采用三电平设计，每个开关周期内的逆变输出电压只有零电平和一个正或负电平，与两电平电路相比，其在输出电压和电流谐波性能上表现更优，同时由于每个开关周期逆变输出电压的变化是两电平电路的一半，因此其输出滤波器的参数将明显减小；采用单相设计，更加简单，方便分析处理。因此，本发明专利技术具有以下优点：设计简单，方便分析，输出滤波器的参数较小，在输出电压方面和谐波性能方面表现较好，可以满足低EMI和低纹波电流，干扰较小。

A single phase three level inverter circuit

The invention discloses a single phase three level inverter circuit, which uses three level design. The inverter output voltage is only zero level and a positive or negative level in each switch period. Compared with the two level circuit, the output voltage and current harmonic performance are better than the two level circuit, and the output voltage is at the same time in each switch period. The change is half of the two level circuit, so the parameters of its output filter will be significantly reduced. The single-phase design is simpler and easier to analyze and process. Therefore, the invention has the following advantages: simple design, convenient analysis, small parameters of the output filter, good performance in output voltage and harmonic performance, which can meet low EMI and low ripple current, and have less interference.

【技术实现步骤摘要】
一种单相三电平逆变电路
本专利技术涉及电力电子领域中的变流电路，尤其是一种单相三电平逆变电路。
技术介绍
逆变器是指通过半导体功率IGBT管的开通和关断作用而把直流电转换成交流电的一种交流器。常见的逆变器电路包括拓扑全桥电路、半桥电路和半桥中点箝位电路等；按照输出电平的不同，可以将逆变电路分为两电平电路、三电平电路以及多电平电路。其中，两电平电路是指在PWM调制方式下，每个开关周期内逆变输出电压的波形都会出现正负两种极性的电平，其每个开关周期逆变输出电压的变化较大，因此输出滤波器的参数较大，整个电路装置的体积和重量较大，在输出电压方面和谐波性能方面表现不佳，尤其是EMI和纹波电流较高，存在着较大的干扰。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种单相三电平逆变电路，该电路设计简单，方便处理，输出滤波器的参数较小，在输出电压方面和谐波性能方面表现较好。为了弥补现有技术的不足，本专利技术采用的技术方案是：一种单相三电平逆变电路，包括逆变元件、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和输入电压端；逆变元件包括第一逆变元件、第二逆变元件、第三逆变元件、第四逆变元件、第五逆变元件、第六逆变元件和第七逆变元件；第五逆变元件的发射极设置在第一逆变元件、第三逆变元件和第一电感的相交结点上，第五逆变元件的集电极接在第七逆变元件的集电极与第六逆变元件的集电极的相交结点上；第六逆变元件的发射极设置在第二逆变元件、第四逆变元件和第二电感的相交结点上，第六逆变元件的集电极接在第七逆变元件的集电极与第五逆变元件的集电极的相交结点上；第一逆变元件和第三逆变元件串联相接且分别与第一电感连接，第二逆变元件和第四逆变元件串联相接且分别与第二电感连接；第一电容和第二电容串联相接，第七逆变元件的集电极分别连接到第五逆变元件和第六逆变元件，第七逆变元件的发射极连接到第一电容和第二电容的相交结点；第一电感设置在火线上且与第五逆变元件的发射极相接，第二电感设置在零线上且与第六逆变元件的发射极相接；第一电容的正极接到输入电压端的正端，第二电容的负极接到输入电压端的负端。进一步，第一逆变元件包括第一IGBT管和反向并联的第一体内二极管，第二逆变元件包括第二IGBT管和反向并联的第二体内二极管，第三逆变元件包括第三IGBT管和反向并联的第三体内二极管，第四逆变元件包括第四IGBT管和反向并联的第四体内二极管，第五逆变元件包括第五IGBT管和反向并联的第五体内二极管，第六逆变元件包括第六IGBT管和反向并联的第六体内二极管，第七逆变元件包括第七IGBT管和反向并联的第七体内二极管；第一IGBT管的集电极连接到第二IGBT管的集电极，第一体内二极管的正极连接到第五IGBT管的发射极和第三IGBT管的集电极，第二体内二极管的正极连接到第六IGBT管的发射极和第四IGBT管的集电极，第七IGBT管的集电极连接到第五体内二极管的负极和第六体内二极管的负极，第七体内二极管的正极连接到第一电容与第二电容的相交结点，第三体内二极管的正极连接到第四体内二极管的正极。进一步，本专利技术还包括滤波电容，滤波电容设置在火线与零线之间且分别连接到第一电感和第二电感，滤波电容的两端与负载相接。进一步，本专利技术在一个工作周期下工作时，包括如下工作过程，检测输入电压端的输入电压VI以及负载两端的负载电压VO：在正半周期内工作，当VO<0.5VI时，第五逆变元件处于常通状态，第四逆变元件处于脉宽调制状态，其它的逆变元件均处于关断状态；在正半周期内工作，当VO>0.5VI时，第一逆变元件、第四逆变元件和第七逆变元件处于脉宽调制状态，其它的逆变元件均处于关断状态；在负半周期内工作，当VO<0.5VI时，第六逆变元件处于常通状态，第三逆变元件处于脉宽调制状态，其它的逆变元件均处于关断状态；在负半周期内工作，当VO>0.5VI时，第二逆变元件、第三逆变元件和第七逆变元件处于脉宽调制状态，其它的逆变元件均处于关断状态。进一步，在正半周期内工作，当VO<0.5VI时，第五逆变元件处于常通状态，第四逆变元件处于脉宽调制状态，包括第四逆变元件开通或关断：当第四逆变元件开通时，电流依次流入第二电容正极、第七体内二极管、第五逆变元件、第一电感、负载、第二电感、第四逆变元件和电容负极；当第四逆变元件关断时，电流依次流入第一电感、负载、第二电感、第六体内二极管、第五逆变元件和第一电感。进一步，在正半周期内工作，当VO>0.5VI时，第一逆变元件、第四逆变元件和第七逆变元件处于脉宽调制状态，包括关断第七逆变元件以及开通第一逆变元件和第四逆变元件，或开通第七逆变元件以及关断第一逆变元件和第四逆变元件：当关断第七逆变元件以及开通第一逆变元件和第四逆变元件时，电流依次流入输入电压端的正端、第一逆变元件、第一电感、负载、第二电感、第四逆变元件和输入电压端的负端；当开通第七逆变元件以及关断第一逆变元件和第四逆变元件时，电流依次流入第一电感、负载、第二电感、第六体内二极管、第七逆变元件、第二电容、第三逆变元件内二极管和第一电感。进一步，在负半周期内工作，当VO<0.5VI时，第六逆变元件处于常通状态，第三逆变元件处于脉宽调制状态，包括第三逆变元件开通或关断：当第三逆变元件开通时，电流依次流入第二电容正极、第七体内二极管、第六逆变元件、第二电感、负载、第一电感、第三逆变元件和电容负极；当第三逆变元件关断时，电流依次流入第二电感、负载、第一电感、第五体内二极管、第六逆变元件和第二电感。进一步，在负半周期内工作，当VO>0.5VI时，第二逆变元件、第三逆变元件和第七逆变元件处于脉宽调制状态，包括关断第七逆变元件以及开通第二逆变元件和第三逆变元件，或开通第七逆变元件以及关断第二逆变元件和第三逆变元件：当关断第七逆变元件以及开通第二逆变元件和第三逆变元件时，电流依次流入输入电压端的正端、第二逆变元件、第二电感、负载、第一电感、第三逆变元件和输入电压端的负端；当开通第七逆变元件以及关断第二逆变元件和第三逆变元件时，电流依次流入第二电感、负载、第一电感、第五体内二极管、第七逆变元件、第二电容、第四逆变元件体内二极管和第二电感。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种单相三电平逆变电路，采用三电平设计，每个开关周期内的逆变输出电压只有零电平和一个正或负电平，与两电平电路相比，其在输出电压和电流谐波性能上表现更优，同时由于每个开关周期逆变输出电压的变化是两电平电路的一半，因此其输出滤波器的参数将明显减小；逆变元件具有多个分部件，可完美适应于在正常的工作周期下的驱动；同时采用单相设计，更加简单，方便分析处理；第一电感和第二电感起到减小纹波电流的作用，保证了整个逆变电路的稳定工作。因此，本专利技术具有以下优点：设计简单，方便分析，输出滤波器的参数较小，在输出电压方面和谐波性能方面表现较好，可以满足低EMI和低纹波电流，干扰较小。附图说明下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的实施方案。图1是本专利技术的电路原理图。具体实施方式参照图1，本专利技术的一种单相三电平逆变电路，包括逆变元件1、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相三电平逆变电路，其特征在于：包括逆变元件(1)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)和输入电压端；所述逆变元件(1)包括第一逆变元件(Q1)、第二逆变元件(Q2)、第三逆变元件(Q3)、第四逆变元件(Q4)、第五逆变元件(Q5)、第六逆变元件(Q6)和第七逆变元件(Q7)；所述第五逆变元件(Q5)的发射极设置在第一逆变元件(Q1)、第三逆变元件(Q3)和第一电感(L1)的相交结点上，第五逆变元件(Q5)的集电极接在第七逆变元件(Q7)的集电极与第六逆变元件(Q6)的集电极的相交结点上；所述第六逆变元件(Q6)的发射极设置在第二逆变元件(Q2)、第四逆变元件(Q4)和第二电感(L2)的相交结点上，第六逆变元件(Q6)的集电极接在第七逆变元件(Q7)的集电极与第五逆变元件(Q5)的集电极的相交结点上；所述第一逆变元件(Q1)和第三逆变元件(Q3)串联相接且分别与第一电感(L1)连接，所述第二逆变元件(Q2)和第四逆变元件(Q4)串联相接且分别与第二电感(L2)连接；所述第一电容(C1)和第二电容(C2)串联相接，所述第七逆变元件(Q7)的集电极分别连接到第五逆变元件(Q5)和第六逆变元件(Q6)，第七逆变元件(Q7)的发射极连接到第一电容(C1)和第二电容(C2)的相交结点；所述第一电感(L1)设置在火线上且与第五逆变元件(Q5)的发射极相接，所述第二电感(L2)设置在零线上且与第六逆变元件(Q6)的发射极相接；所述第一电容(C1)的正极接到输入电压端的正端，所述第二电容(C2)的负极接到输入电压端的负端。...

【技术特征摘要】
1.一种单相三电平逆变电路，其特征在于：包括逆变元件(1)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)和输入电压端；所述逆变元件(1)包括第一逆变元件(Q1)、第二逆变元件(Q2)、第三逆变元件(Q3)、第四逆变元件(Q4)、第五逆变元件(Q5)、第六逆变元件(Q6)和第七逆变元件(Q7)；所述第五逆变元件(Q5)的发射极设置在第一逆变元件(Q1)、第三逆变元件(Q3)和第一电感(L1)的相交结点上，第五逆变元件(Q5)的集电极接在第七逆变元件(Q7)的集电极与第六逆变元件(Q6)的集电极的相交结点上；所述第六逆变元件(Q6)的发射极设置在第二逆变元件(Q2)、第四逆变元件(Q4)和第二电感(L2)的相交结点上，第六逆变元件(Q6)的集电极接在第七逆变元件(Q7)的集电极与第五逆变元件(Q5)的集电极的相交结点上；所述第一逆变元件(Q1)和第三逆变元件(Q3)串联相接且分别与第一电感(L1)连接，所述第二逆变元件(Q2)和第四逆变元件(Q4)串联相接且分别与第二电感(L2)连接；所述第一电容(C1)和第二电容(C2)串联相接，所述第七逆变元件(Q7)的集电极分别连接到第五逆变元件(Q5)和第六逆变元件(Q6)，第七逆变元件(Q7)的发射极连接到第一电容(C1)和第二电容(C2)的相交结点；所述第一电感(L1)设置在火线上且与第五逆变元件(Q5)的发射极相接，所述第二电感(L2)设置在零线上且与第六逆变元件(Q6)的发射极相接；所述第一电容(C1)的正极接到输入电压端的正端，所述第二电容(C2)的负极接到输入电压端的负端。2.根据权利要求1所述的一种单相三电平逆变电路，其特征在于：所述第一逆变元件(Q1)包括第一IGBT管(S1)和反向并联的第一体内二极管(D1)，所述第二逆变元件(Q2)包括第二IGBT管(S2)和反向并联的第二体内二极管(D2)，所述第三逆变元件(Q3)包括第三IGBT管(S3)和反向并联的第三体内二极管(D3)，所述第四逆变元件(Q4)包括第四IGBT管(S4)和反向并联的第四体内二极管(D4)，所述第五逆变元件(Q1)包括第五IGBT管(S5)和反向并联的第五体内二极管(D5)，所述第六逆变元件(Q1)包括第六IGBT管(S6)和反向并联的第六体内二极管(D6)，所述第七逆变元件(Q7)包括第七IGBT管(S7)和反向并联的第七体内二极管(D7)；所述第一IGBT管(S1)的集电极连接到第二IGBT管(S2)的集电极，所述第一体内二极管(D1)的正极连接到第五IGBT管(S5)的发射极和第三IGBT管(S3)的集电极，所述第二体内二极管(D2)的正极连接到第六IGBT管(S6)的发射极和第四IGBT管(S4)的集电极，所述第七IGBT管(S7)的集电极连接到第五体内二极管(D5)的负极和第六体内二极管(D6)的负极，所述第七体内二极管(D7)的正极连接到第一电容(C1)与第二电容(C2)的相交结点，所述第三体内二极管(D3)的正极连接到第四体内二极管(D4)的正极。3.根据权利要求1所述的一种单相三电平逆变电路，其特征在于：还包括滤波电容(C3)，所述滤波电容(C3)设置在火线与零线之间且分别连接到第一电感(L1)和第二电感(L2)，所述滤波电容(C3)的两端与负载相接。4.根据权利要求2所述的一种单相三电平逆变电路，其特征在于，在一个工作周期下工作时，包括如下工作过程，检测输入电压端的输入电压VI以及负载两端的负载电压VO：在正半周期内工作，当VO<0.5VI时，第五逆变元件(Q5)处于常通状态，第四逆变元件(Q4)处于脉宽调制状态，其它的逆变元件(1)均处于关断状态；在正半周期内工作，当VO>0.5VI时，第一逆变元件(Q1)、第四逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：许雁龙，仇巍，李江俊，李元立，
申请(专利权)人：珠海联合电能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44