一种共地型开关电容多电平逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种共地型开关电容多电平逆变器，包括直流输入端、交流输出端、开关电容基本单元(M1)以及开关电容可拓展单元(M2)，其中M2由开关电容单元级联而成，可提供多电平输出电压。本发明专利技术无需桥式逆变电路，通过基本单元(M1)串联直流输入电压源以及可拓展单元(M2)产生共地的交流输出电压。与同类共地多电平逆变器相比，本发明专利技术所提出的开关电源拓扑所使用的器件数量更少，且具备高增益、可拓展、输出总谐波畸变率较低的优点。本发明专利技术所公开的一种共地型开关电容多电平逆变器无需感性元件，效率高，功率密度高，可消除电源系统接地寄生电容的漏电流问题，可应用于电动汽车、光伏并网发电和分布式发电系统的DC

【技术实现步骤摘要】
一种共地型开关电容多电平逆变器


[0001]本专利技术属于多电平逆变器与新能源分布式并网发电领域，具体涉及一种共地型开关电容多电平逆变器及其调制方法。

技术介绍

[0002]目前的光伏逆变器有如下挑战：1.由于光伏板寄生电容C
pv
的存在，在连接到电网时存在漏电流，导致系统损耗增大和安全性问题；2.输出增益低；3.输出电平数量少。光伏板寄生电容C
pv
的电压变化使光伏逆变器产生了漏电流，为消除漏电流，可通过逆变器输入端和输出端共地，使电容C
pv
上的电压始终保持为零。输出电平数量少会导致输出电压THD较大，因此需要的滤波器体积大，从而导致系统功率密度较低。开关电容型逆变器的升压性能好，可输出多电平，且易于调节，常用于多电平拓扑结构中。因此本专利技术提出一种共地型开关电容多电平逆变器及其调制方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种共地型开关电容多电平逆变器及其调制方法。
[0004]实现本专利技术目的的技术方案为：一种共地型开关电容多电平逆变器，包括直流输入端、交流输出端V
o
、开关电容基本单元(M1)以及开关电容可拓展单元(M2)。其中：
[0005]所述开关电容基本单元(M1)包括单向耐压功率开关管、双向耐压功率开关管以及电容C1、C
v
。其中，单向耐压功率开关管包括第一功率开关管S
11
、第二功率开关管S
12
、第三功率开关管S1、第四功率开关管S2、第六功率开关管S
v1
以及第八功率开关管S
v3
；双向耐压功率开关管包括第五功率开关管S3和第七功率开关管S
v2
。其中，第一功率开关管S
11
的阳极与直流输入端的正极连接，其阴极与电容C1的阳极连接；第二功率开关管S
12
的阳极连接于共地点G，其阴极连接电容C1的负极及第五功率开关管S3的阴极；第三功率开关管S1的阴极与第六功率开关管S
v1
的阳极连接，其阳极与第四功率开关管S2和第八功率开关管S
v3
的阳极、电容C
v
的阳极连接；第八功率开关管S
v3
的阴极与共地点G连接；第七功率开关管S
v2
的阴极与电容C
v
的负极以及第六功率开关管S
v1
的阴极连接，其阳极与第四功率开关管S2的阴极、第五功率开关管S3的阳极连接；
[0006]所述开关电容可拓展单元(M2)包含三个端口，即端口a、端口b以及端口c。其中，a端口与开关电容基本单元(M1)中的电容C1正极连接；b端口与电容C1的负极连接；c端口与第三功率开关管S1的阴极连接。
[0007]进一步的，所述开关电容可拓展单元(M2)可为但不限于串并联型、级联型、阶梯型或者斐波那契型(Fibonacci)开关电容拓扑。
[0008]进一步的，所述单向耐压的功率开关管采用全控电力电子器件，可为但不限于金属氧化物半导体场效应管(MOSFECT)或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)；所述双向耐压的功率开关管可为但不限于两个金属氧化物半导体场效应管(MOSFECT)共源极串联组成；
[0009]进一步的，所述开关电容基本单元(M1)的电容C1、C
v
以及开关电容可拓展单元(M2)
中的电容器可通过串并联方式输出交流电压。
[0010]其中，输出电压V
o
正半波时，输出电压V
o
等于输入电源电压V
in
、开关电容基本单元(M1)输出电压以及开关电容可拓展单元(M2)输出电压之和；输出电压V
o
负半波时，输出电压V
o
等于开关电容基本单元(M1)输出电压以及开关电容可拓展单元(M2)输出电压之和；输出电压Vo为0时，第五功率开关管S3导通，为负载提供续流支路。
[0011]进一步的，所述的共地型开关电容多电平逆变器的工作模式，即在一个工作周期内电容的充放电状态可采用但不限于下表所述的工作模式。其中“C”代表电容处于充电状态，“D”代表电容处于放电状态，
“‑‑”
代表电容处于闲置状态。
[0012][0013]交流输出电压V
o
＝0时，第五功率开关S3导通，为负载提供续流支路；开关电容可拓展单元(M2)端子c、a的输出电压V
ca
为V
in
，串联输入电源V
in
经过第一功率开关管S
11
、第二功率开关管S
12
、第三功率开关管S1、第五功率开关S3以及第七功率开关管S
v2
为开关电容基本单元(M1)中的电容C
v
充电至2V
in
；电容C1与输入电源并联充电至V
in
；
[0014]交流输出电压V
o
＝V
in
时，输入电源V
in
经过开第一功率开关管S
11
、第三功率开关管S1以及第四功率开关管S2，向负载供电；
[0015]交流输出电压V
o
＝2V
in
时，开关电容可拓展单元(M2)端子c、a的输出电压V
ca
为V
in
，与输入电源V
in
串联，经过第一功率开关管S
11
、第三功率开关管S1以及第四功率开关管S2，向负载供电；
[0016]交流输出电压V
o
＝3V
in
时，开关电容可拓展单元(M2)端子c、a的输出电压V
ca
为0。输入电源V
in
于电容C
v
串联，经过第一功率开关管S
11
、第四功率开关管S2以及第六功率开关管S
v1
，向负载供电；
[0017]交流输出电压V
o
＝nV
in
时(n为任意正整数n＞3)，开关电容可拓展单元(M2)端子c、a的输出电压V
ca
为(n
‑
3)V
in
，与输入电源V
in
以及电容C
v
串联，经过第一功率开关管S11、第四功率开关管S2以及第六功率开关管S
v1
，向负载供电；
[0018]交流输出电压V
o
＝
‑
V
in
时，开关电容基本单元(M1)中的电容C1与电源并联充电，电容C
v
与C1反向串联，经过第二功率开关管S
12
、第三功率开关管S1以及第七功率开关管S
v2
，向负载输出电平
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共地型开关电容多电平逆变器，其特征在于，包括直流输入端、交流输出端、开关电容基本单元(M1)以及开关电容可拓展单元(M2)。其中：所述开关电容基本单元(M1)包括单向耐压功率开关管，双向耐压功率开关管以及电容C1、C
v
。其中第一功率开关管S
11
、第二功率开关管S
i2
、第三功率开关管S1、第四功率开关管S2、第六功率开关管S
v1
以及第八功率开关管S
v3
为单向耐压的功率开关管；第五功率开关管S3和第七功率开关管S
v2
为双向耐压的功率开关管。第一功率开关管S
11
的阳极与直流输入端的正极连接，其阴极与电容C1的阳极连接；第二功率开关管S
12
的阳极连接于共地点G，其阴极连接电容C1的负极及第五功率开关管S3的阴极；第三功率开关管S1的阴极与第六功率开关管S
v1
的阳极连接，其阳极与第四功率开关管S2和第八功率开关管S
v3
的阳极、电容C
v
的阳极连接；第八功率开关管S
v3
的阴极与共地点G连接；第七功率开关管S
v2
的阴极与电容C
v
的负极以及第六功率开关管S
v1
的阴极连接，其阳极与第四功率开关管S2的阴极、第五功率开关管S3的阳极连接；所述开关电容可拓展单元(M2)包含三个端口，即端口a、端口b以及端口c。其中，a端口与开关电容基本单元(M1)中的电容C1正极连接；b端口与电容C1的负极连接；c端口与第三功率开关管S1的阴极连接。2.根据权利要求1所述的共地型开关电容多电平逆变器，其特征在于，所述开关电容可拓展单元(M2)可为但不限于串并联型、级联型、阶梯型或者斐波那契型(Fibonacci)开关电容拓扑。3.根据权利要求1所述的共地型开关电容多电平逆变器，其特征在于，所述单向耐压的功率开关管采用全控电力电子器件，可为但不限于金属氧化物半导体场效应管(MOSFECT)或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)；所述双向耐压的功率开关管可为但不限于两个金属氧化物半导体场效应管(MOSFECT)共源极串联组成。4.根据权利要求1所述的共地型开关电容多电平逆变器，其特征在于，所述开关电容基本单元(M1)的电容C1、C
v
以及开关电容可拓展单元(M2)中的电容器可通过串并联方式输出交流电压。其中，输出电压V
o
正半波时，输出电压V
o
等于输入电源电压V
in
、开关电容基本单元(M1)输出电压以及开关电容可拓展单元(M2)输出电压之和；输出电压V
o
负半波时，输出电压V
o
等于开关电容基本单元(M1)输出电压以及开关电容可拓展单元(M2)输出电压之和；输出电压Vo为0时，第五功率开关管S3导通，为负载提供续流支路。5.根据权利要求4所述的共地型开关电容多电平逆变器的工作模式，其特征在于，在一个工作周期内，电容的充放电状态可采用但不限于下表所述的工作模式。其中“C”代表电容处于充电状态，“D”代表电容处于放电状态，
“‑‑”
代表电容处于闲置状态。
交流输出电压V
o
＝0时，第五功率开关S3导通，为负载提供续流支路；开关电容可拓展单元(M2)端子c、a的输出电压V
ca
为V
in
，串联输入电源V
in
经过第一功率开关管S
11
、第二功率开关管S
12
、第三功率开关管S1、第五功率开关S3以及第七功率开关管S
v2
为开关电容基本单元(M1)中的电容C
v
充电至2V
in
；电容C1与输入电源并联充电至V
in
；交流输出电压V
o
＝V
in
时，输入电源V
in<...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚佳，郑晓枫，张俊芳，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：