一种单相五电平逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种单相五电平逆变器及其控制方法，属于电力电子技术领域，解决了现有单相五电平逆变器所需开关器件较多、结构复杂等问题。在该逆变器中，开关管S1的源极连接开关管S3的漏极，S3的源极连接开关管S5的漏极；开关管S2的源极连接开关管S4的漏极，S4的源极连接开关管S6的漏极；S1、S2的源极分别连接第一升压器件的第一输入端、第二输入端；S3、S4的源极分别连接第二升压器件的第一输入端、第二输入端；第一升压器件的第一输出端、第二升压器件的第二输出端分别连接滤波电路的第一输入端、第二输入端，第一升压器件的第二输出端连接第二升压器件的第一输出端，滤波电路的输出端和第二输入端之间串联负载。端和第二输入端之间串联负载。端和第二输入端之间串联负载。

【技术实现步骤摘要】
一种单相五电平逆变器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种单相五电平逆变器及其控制方法。

技术介绍

[0002]逆变器是一种将直流电转换为交流电的变压器，广泛应用于不间断电源、光伏发电系统以及电动车辆等相关场景中。随着逆变器技术的不断发展，多电平逆变器的应用日渐广泛。电平数的增加意味着改善了逆变器的输出电压波形、减小了输出波形的畸变，仅使用较低的开关频率就可以实现以高开关频率工作的多电平逆变器的功能，还降低了功率器件的损耗，提高了逆变器的效率。
[0003]但是，现有的单相五电平逆变器所需的开关器件较多，结构复杂，成本较高；同时，单相五电平逆变器的控制方式也较为复杂，上述缺陷严重限制了单相五电平逆变器的广泛引用。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种单相五电平逆变器及其控制方法，用以解决现有单相五电平逆变器所需开关器件较多、结构复杂等问题。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种单相五电平逆变器，所述逆变器包括：电压源、开关管S1
‑
S6、第一升压器件、第二升压器件及滤波电路；其中，开关管S1的源极连接开关管S3的漏极，开关管S3的源极连接开关管S5的漏极；开关管S2的源极连接开关管S4的漏极，开关管S4的源极连接开关管S6的漏极；电压源的正极连接开关管S1和开关管S2的漏极，电压源的负极连接开关管S5和开关管S6的源极；开关管S1的源极连接第一升压器件的第一输入端，开关管S2的源极连接第一升压器件的第二输入端；开关管S3的源极连接第二升压器件的第一输入端，开关管S4的源极连接第二升压器件的第二输入端；第一升压器件的第一输出端连接滤波电路的第一输入端，第一升压器件的第二输出端连接第二升压器件的第一输出端，第二升压器件的第二输出端连接滤波电路的第二输入端，滤波电路的输出端和第二输入端之间串联负载。
[0006]在上述方案的基础上，本专利技术还做出了如下改进：进一步，所述第一升压器件和第二升压器件为变压器；其中，所述第一升压器件和第二升压器件的第一输入端为变压器的同名输入端；所述第一升压器件和第二升压器件的第二输入端为变压器的异名输入端；所述第一升压器件和第二升压器件的第一输出端为变压器的同名输出端；所述第一升压器件和第二升压器件的第二输出端为变压器的异名输出端。
[0007]进一步，所述第一升压器件和第二升压器件为升压变换电路；其中，所述第一升压器件和第二升压器件的第一输入端为升压变换电路的正输入端；所述第一升压器件和第二升压器件的第二输入端为升压变换电路的负输入端；
所述第一升压器件和第二升压器件的第一输出端为升压变换电路的正输出端；所述第一升压器件和第二升压器件的第二输出端为升压变换电路的负输出端。
[0008]进一步，所述滤波电路为电感和电容串联组成的滤波电路；其中，将所述电感与所述电容串联的一端作为所述滤波电路的输出端；将所述电感的另一端作为所述滤波电路的第一输入端；将所述电容的另一端作为所述滤波电路的第二输入端。
[0009]进一步，所述逆变器包括以下六种工作模态：工作模态1：开关管S1、S4、S6导通，开关管S2、S3、S5关断，逆变器的实际输出电压；工作模态2：开关管S1、S3、S6导通，开关管S2、S4、S5关断，；工作模态3：开关管S2、S3、S5导通，开关管S1、S4、S6关断，；工作模态4：开关管S2、S4、S5导通，开关管S1、S3、S6关断，；工作模态5：开关管S1、S6导通，开关管S2、S3、S4、S5关断，；工作模态6：开关管S2、S5导通，开关管S1、S3、S4、S6关断，；其中，表示第一升压器件两端的最大输出电压，表示第二升压器件两端的最大输出电压；所述逆变器的实际输出电压为所述第一升压器件的第一输出端与所述第二升压器件的第二输出端之间的电压。
[0010]进一步，所述第一升压器件的升压比例为1：，所述第二升压器件的升压比例为1：；或者，所述第一升压器件的升压比例为1：，所述第二升压器件的升压比例为1：；其中，表示基准升压变比。
[0011]另一方面，本专利技术提供了一种单相五电平逆变器的控制方法，包括：在调制波的正半周期，控制开关管S1和S6导通，控制开关管S2和S5关断，还通过控制开关管S3和S4工作，使得逆变器工作于工作模态1、工作模态2或工作模态5；在调制波的负半周期，控制开关管S1和S6关断，控制开关管S2和S5导通，还通过控制控制开关管S3和S4工作，使得逆变器工作于工作模态3、工作模态4或工作模态6。
[0012]在上述方案的基础上，本专利技术还做出了如下改进：进一步，所述控制开关管S3和开关管S4工作，包括：将逆变器的目标输出电压的有效值作为参考电压，所述参考电压与逆变器的实际输出电压的有效值作差形成误差信号，将所述误差信号输入PI控制器；所述PI控制器的输出信号与单位正弦波相乘得到调制波；所述PI控制器的输出信号为所述调制波的幅值；所述调制波的幅值在（k，2k）之间，k表示单位正弦波的幅值；所述调制波分别与三个频率相同的三角载波进行瞬时值比较，根据瞬时值比较结果相应输出三个波形；所述三个三角载波包括三角载波、三角载波和三角载波；其中，三角载波工作在所述调制波的正半周期，三角载波的幅度范围为[k，2k]，峰值为2k；三角载波和三角载波工作在所述调制波的负半周期；三角载波的幅度
范围为[
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k，0]，峰值为
‑
k；三角载波的幅度范围为[
‑
2k，
‑
k]，峰值为
‑
2k；三角载波、三角载波、三角载波对应输出的波形分别为波形1、波形2、波形3；基于所述波形1、波形2和波形3，得到控制开关管S3和S4工作的波形。
[0013]进一步，当所述第一升压器件的升压比例为1：、所述第二升压器件的升压比例为1：时，将波形3减去波形2，再与波形1相加，得到控制开关管S3工作的波形；将控制开关管S3工作的波形延迟，得到控制开关管S4工作的波形；为所述单位正弦波的周期；当所述第一升压器件的升压比例为1：、所述第二升压器件的升压比例为1：时，将波形3减去波形2，再与波形1相加，得到控制开关管S4工作的波形；将控制开关管S4工作的波形延迟，得到控制开关管S3工作的波形。
[0014]进一步，所述调制波与每个三角载波进行瞬时值比较时，若所述调制波的瞬时值大于三角载波的瞬时值，则相应波形的输出为高电平；否则，相应波形的输出为低电平。
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：本专利技术提供的单相五电平逆变器，具备如下优势：第一，通过六个开关管、两个升压器件以及滤波电路实现相应的逆变功能，该逆变器所需的开关器件较少，结构简单，成本低，有效解决了现有单相五电平逆变器所需开关器件较多、结构复杂等问题；第二，选取输出电压较小的较小的电压源，即可得到较高的升压器件输出。此时，高频开关管承受的电压较小，由此增大了高频开关管的选择范围，降低了高频开关管的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相五电平逆变器，其特征在于，所述逆变器包括：电压源、开关管S1
‑
S6、第一升压器件、第二升压器件及滤波电路；其中，开关管S1的源极连接开关管S3的漏极，开关管S3的源极连接开关管S5的漏极；开关管S2的源极连接开关管S4的漏极，开关管S4的源极连接开关管S6的漏极；电压源的正极连接开关管S1和开关管S2的漏极，电压源的负极连接开关管S5和开关管S6的源极；开关管S1的源极连接第一升压器件的第一输入端，开关管S2的源极连接第一升压器件的第二输入端；开关管S3的源极连接第二升压器件的第一输入端，开关管S4的源极连接第二升压器件的第二输入端；第一升压器件的第一输出端连接滤波电路的第一输入端，第一升压器件的第二输出端连接第二升压器件的第一输出端，第二升压器件的第二输出端连接滤波电路的第二输入端，滤波电路的输出端和第二输入端之间串联负载。2.根据权利要求1所述的单相五电平逆变器，其特征在于，所述第一升压器件和第二升压器件为变压器；其中，所述第一升压器件和第二升压器件的第一输入端为变压器的同名输入端；所述第一升压器件和第二升压器件的第二输入端为变压器的异名输入端；所述第一升压器件和第二升压器件的第一输出端为变压器的同名输出端；所述第一升压器件和第二升压器件的第二输出端为变压器的异名输出端。3.根据权利要求1所述的单相五电平逆变器，其特征在于，所述第一升压器件和第二升压器件为升压变换电路；其中，所述第一升压器件和第二升压器件的第一输入端为升压变换电路的正输入端；所述第一升压器件和第二升压器件的第二输入端为升压变换电路的负输入端；所述第一升压器件和第二升压器件的第一输出端为升压变换电路的正输出端；所述第一升压器件和第二升压器件的第二输出端为升压变换电路的负输出端。4.根据权利要求1所述的单相五电平逆变器，其特征在于，所述滤波电路为电感和电容串联组成的滤波电路；其中，将所述电感与所述电容串联的一端作为所述滤波电路的输出端；将所述电感的另一端作为所述滤波电路的第一输入端；将所述电容的另一端作为所述滤波电路的第二输入端。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的单相五电平逆变器，其特征在于，所述逆变器包括以下六种工作模态：工作模态1：开关管S1、S4、S6导通，开关管S2、S3、S5关断，逆变器的实际输出电压；工作模态2：开关管S1、S3、S6导通，开关管S2、S4、S5关断，；工作模态3：开关管S2、S3、S5导通，开关管S1、S4、S6关断，；工作模态4：开关管S2、S4、S5导通，开关管S1、S3、S6关断，；工作模态5：开关管S1、S6导通，开关管S2、S3、S4、S5关断，；工作模态6：开关管S2、S5导通，开关管S1、S3、S4、S6关断，；
其中，表示第一升压器件两端的最大输出电压，表示第二升压器件两端的最大输出电压；所述逆变器的实际输出电压为所述第一升压器件的第一输...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐卫平，林伟群，姚志毅，唐亚海，
申请(专利权)人：深圳市恒运昌真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：