一种四电平拓扑单元及其应用电路制造技术

本发明专利技术涉及一种四电平拓扑单元，所述四电平拓扑单元连接在直流电源的正极和负极之间，所述四电平拓扑单元包括：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、反向并联于各开关单元两端的二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和限流电感。上述四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。本发明专利技术还公开了一种四电平拓扑单元的应用电路。

A four level topology unit and its application circuit

The invention relates to a four level topology unit. The four level topology unit is connected between the positive pole and the negative pole of the DC power supply. The four level topology unit includes the first switch unit, the second switch unit, the third switch unit, the fourth switch unit, the fifth switch single unit, the sixth switch unit, and the seventh switch single. A diode, a eighth switch unit, a diode, a first capacitor, a second capacitor, a third capacitor, a fourth capacitor and a current limiting inductor at both ends of each switch unit. In the case of low loss, the above four level topology unit can provide higher AC voltage, and can prevent the cross - capacitor and the over voltage at both ends of the switch tube or diode. It can reduce the AC side cost and loss of AC / DC converter effectively, and the reliability is higher. The invention also discloses an application circuit of the four level topology unit.

【技术实现步骤摘要】
一种四电平拓扑单元及其应用电路
本专利技术涉及电力电子
，特别是涉及一种四电平拓扑单元及其应用电路。
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，例如四电平交直流变换器。传统四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，而且传统四电平交直流变换器中拓扑封装结构不通用，在实际应用中一般都需要从新做封装，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，有必要针对传统四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，而且传统四电平交直流变换器中拓扑封装结构不通用，在实际应用中一般都需要从新做封装从而会带来成本增加、可靠性差的问题，提供一种四电平拓扑单元及其应用电路。一种四电平拓扑单元，所述四电平拓扑单元连接在直流电源的正极和负极之间，所述四电平拓扑单元包括：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、反向并联于各开关单元两端的二极管、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八开关单元第一端相连，连接点为所述四电平拓扑单元的交流端；所述第八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其一端与所述第一开关单元的第二端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的第一端和所述直流电源负极连接在一起；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之间；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七开关单元的公共端；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八开关单元的公共端；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，所述四电平拓扑单元工作时存在四种工作模态，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，所述四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、第七开关单元导通，其它开关单元截止。在其中一个实施例中，所述四电平拓扑单元工作在第二模态下时，所述第二开关单元、第四开关单元、第六开关单元、第七开关单元导通，其它开关单元截止。在其中一个实施例中，所述四电平拓扑单元工作在第三模态下时，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、第八开关单元导通，其它开关单元截止。在其中一个实施例中，所述四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、第五开关单元、第八开关单元导通，其它开关单元截止。一种四电平拓扑单元的应用电路，包括2个上述的四电平拓扑单元，分别为第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元，所述四电平拓扑单元的应用电路还包括第一电感和第二电感，其中：所述第一四电平拓扑单元的第一电容和所述第二四电平拓扑单元的第一电容相互并联；所述第一四电平拓扑单元的第二电容和所述第二四电平拓扑单元的第二电容相互并联；所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元的第一输入端均与直流电源正极相连；所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元的第二输入端均连接到所述第一电容和第二电容的公共端；所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元的第三输入端均与直流电源负极相连；所述第一四电平拓扑单元的输出端与所述第一电感相连，所述第一电感另一端与交流负载第一端相连；所述第二四电平拓扑单元的输出端与所述第二电感相连，所述第二电感另一端与交流负载第二端相连。在其中一个实施例中，所述四电平拓扑单元的应用电路还包括第五电容，所述第五电容并联在所述交流负载两端。一种四电平拓扑单元的应用电路，包括3个上述的四电平拓扑单元，分别为第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元，所述四电平拓扑单元的应用电路还包括第一电感、第二电感和第三电感，其中：所述第一四电平拓扑单元的第一电容、第二四电平拓扑单元的第一电容和第三四电平拓扑单元的第一电容相互并联；所述第一四电平拓扑单元的第二电容、第二四电平拓扑单元的第二电容和第三四电平拓扑单元的第二电容相互并联；所述第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元的第一输入端均与直流电源正极相连；所述第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元的第二输入端均连接到所述第一电容和第二电容的公共端；所述第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元的第三输入端均与直流电源负极相连；所述第一四电平拓扑单元的输出端与所述第一电感相连，所述第一电感另一端与第一交流负载第一端相连；所述第二四电平拓扑单元的输出端与所述第二电感相连，所述第二电感另一端与第二交流负载第一端相连；所述第三四电平拓扑单元的输出端与所述第三电感相连，所述第三电感另一端与第三交流负载第一端相连；所述第一交流负载第二端、第二交流负载第二端和第三交流负载第二端连接于同一连接点。在其中一个实施例中，所述四电平拓扑单元的应用电路还包括第五电容、第六电容和第七电容，其中：所述第五电容第一端连接在所述第一电感和所述第一交流负载之间；所述第六电容第一端连接在所述第二电感和所述第二交流负载之间；所述第七电容第一端连接在所述第三电感和所述第三交流负载之间；所述第五电容第二端、第六电容第二端和第七电容第二端连接于同一连接点。上述四电平拓扑单元及其应用电路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，另外部分开关管采取通用结构封装，成本更低，可靠性更高。附图说明图1为本专利技术的实施例的四电平拓扑单元的示意图；图2为本专利技术另一实施例的四电平拓扑单元的示意图；图3为本专利技术的实施例的四电平拓扑单元工作在第一模态下时的等效电路图；图4为本专利技术的实施例的四电平拓扑单元工作在第二模态下时的等效电路图；图5为本专利技术的实施例的四电平拓扑单元工作在第三模态下时的等效电路图；图6为本专利技术的实施例的四电平拓扑单元工作在第四模态下时的等效电路图；图7为本专利技术的实施例的四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和交流端AC波形的时序图；图8为本专利技术的实施例的四电平拓扑单元的功能单元接口示意图；图9为本专利技术的实施例的四电平拓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四电平拓扑单元，所述四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，所述四电平拓扑单元包括：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、反向并联于各开关单元两端的二极管、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八开关单元第一端相连，连接点为所述四电平拓扑单元的交流端；所述第八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其一端与所述第一开关单元的第二端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的第一端和所述直流电源负极连接在一起；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之间；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七开关单元的公共端；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八开关单元的公共端；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】
1.一种四电平拓扑单元，所述四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，所述四电平拓扑单元包括：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、反向并联于各开关单元两端的二极管、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八开关单元第一端相连，连接点为所述四电平拓扑单元的交流端；所述第八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其一端与所述第一开关单元的第二端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的第一端和所述直流电源负极连接在一起；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之间；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七开关单元的公共端；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八开关单元的公共端；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所述的四电平拓扑单元，其特征在于，所述四电平拓扑单元工作时存在四种工作模态，实现不同工作功率下的交流直流转换。3.根据权利要求2所述的四电平拓扑单元，其特征在于，所述四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、第七开关单元导通，其它开关单元截止。4.根据权利要求2所述的四电平拓扑单元，其特征在于，所述四电平拓扑单元工作在第二模态下时，所述第二开关单元、第四开关单元、第六开关单元、第七开关单元导通，其它开关单元截止。5.根据权利要求2所述的四电平拓扑单元，其特征在于，所述四电平拓扑单元工作在第三模态下时，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、第八开关单元导通，其它开关单元截止。6.根据权利要求2所述的四电平拓扑单元，其特征在于，所述四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、第五开关单元、第八开关单元导通，其它开关单元截止。7.一种四电平拓扑单元的应用电路，其特征在于，包括2个如权利要求1-6所述的四电平拓扑单元，分别为第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元，所述四电平拓扑单元的应用电路还包括第一电...

【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：发明
国别省市：广东,44