一种通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路制造技术

本实用新型专利技术公开的通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路，是通过开关电容电路和二极管箝位拓扑的电路组合来实现多电平输出的。该拓扑可以实现ｎ电平电压输出，ｎ≥４。每个桥臂包括２ｎ－５个电容器，其中ｎ－３个为直流母线电容，ｎ－２个为悬浮电容；４×（ｎ－２）个开关管，其中２×（ｎ－２）个为主开关管，２×（ｎ－２）个为箝位开关管；（ｎ－２）×（ｎ－３）个箝位二极管。本实用新型专利技术的优点是：１．利用开关电容电路实现母线电容电压的自动平衡，可以解决传统二极管箝位拓扑在高电平数情况下电容电压平衡难以实现的问题；２．低输入电压，利用开关电容拓扑电路实现高电压输出（输出电压峰峰值大于输入电压幅值）；３．开关器件较少。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种用于直流一交流相互转换的多电平逆变拓扑，具体说是 一种通用型的开关电容电路和二极管箝位电路组合的多电平逆变拓扑。技术背景传统的多电平逆变器主要分为三类基本拓扑二极管箝位型、飞跨电容型 和级联型。它们在实际应用中都存在一定的问题。其中二极管箝位型拓扑的主 要问题是直流母线分压电容电压不平衡，尤其是在高电平数的情况下，该问题 成为限制多电平在实际应用中推广的主要因素。近些年来，很多新的拓扑改进 和控制理论被提出和研究，用于解决直流母线分压电容电压不平衡的问题。但 是这些新的改进方法或者是附加比较复杂的硬件电路，或者是采用比较复杂的 控制算法，或者是在三电平下适用，但在五电平及更高电平下就不再适用，可 以说这个直流母线分压电容电压不平衡的问题并未妥善解决。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种使用器件数量较少，具有直流母线电容电压 自动平衡，可以实现升压输出的通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路。本技术的通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路，设有n电平电 压输出，n为大于等于4的正整数，每个桥臂包括1) 2n-5个电容器，其中n-3个为直流母线电容，n-2个为悬浮电容；2) 4x(n-2)个开关管，每个开关管均为带反并二极管的有源开关管，其中 2x(n-2)个为主开关管，2x(n-2)个为箝位开关管；3) (n-2)x(n-3)个箝位二极管；n-3个直流母线电容依次串联构成一条直流母线电容链路，连接方式为，前 面一个电容的负极与后面一个电容的正极相连接，连接处构成一个连接点，第 一个电容的正极和最后一个电容的负极分别作为起始连接点和终端连接点，该 直流母线电容链路共计有n-2个连接点，n-2个连接点按连接顺序依次编号，起 始连接点为l，终端连接点为n-2;2x(n-2)个箝位开关管依次串联构成一条箝位开关管链路，连接方式为，前 面一个箝位开关管的发射极与后面一个箝位开关管的集电极相连，连接处构成 一个连接点，第一个箝位开关管的集电极和最后一个箝位开关管的发射极分别 作为起始连接点和终端连接点，该箝位开关管链路共有2n-3个连接点，2n-3个接点按连接顺序依次编号，起始连接点为l，终端连接点为2n-3;n-2个悬浮电容依次串联构成一条悬浮电容链路，连接方式为，前面一个 电容的负极与后面一个电容的正极相连接，连接处构成一个连接点，第一个悬 浮电容的正极和最后一个悬浮电容的负极分别作为起始连接点和终端连接点， 该悬浮电容链路共计有n-l个连接点，n-l个连接点按连接顺序依次编号，起始 连接点为l，终端连接点为n-l;箝位开关管链路中编号为偶数的连接点和直流母线电容链路中的连接点按 编号升序依次相连，箝位开关管链路中编号为奇数的连接点和悬浮电容链路中 的连接点按编号升序依次相连，构成开关电容二极管箝位组合多电平电路的开 关电容拓扑部分；2x(n-2)个主开关管依次串联构成一条主开关管链路，连接方式为，前面一 个主开关管的发射极与后面一个主开关管的集电极相连，连接处构成一个连接 点，第一个主开关管的集电极和最后一个主开关管的发射极分别作为起始连接 点和终端连接点，该主开关管链路共有2n-3个连接点，2n-3个连接点按连接顺 序依次编号，起始连接点为l，终端连接点为2n-3;(n-2)x(n-3)个箝位二极管构成n-3条箝位二极管链路，设i为小于等于n-3 的正整数，第i条箝位二极管链路由2i个箝位二极管依次串联构成，其连接方 式为，前面一个箝位二极管的阳极与后面一个箝位二极管的阴极相连，连接处 构成一个连接点，每条链路上的第一个箝位二极管的阴极和最后一个箝位二极 管的阳极分别作为起始连接点和终端连接点，第i条链路上共有2i+l个连接点， 2i+l个连接点按连接顺序依次编号，起始连接点为l,终端连接点为2i+l;第i 条箝位二极管链路中的第1个连接点和主开关管链路中第n-l-i个连接点相连， 第2i+l个连接点和主开关管链路中第n-l+i个连接点相连接，第i条箝位二极管 链路上的其余连接点中编号为奇数的连接点与第i-l条箝位二极管链路中编号为 偶数的连接点按编号升序依次相连；悬浮电容链路中第一个连接点与主开关管 链路中第一个连接点相连，悬浮电容链路中最后一个连接点与主开关管链路中 最后一个连接点相连，悬浮电容链路中其余连接点与第n-3条箝位二极管链路中 编号为偶数的连接点按编号升序依次相连，构成开关电容二极管箝位组合多电 平电路的二极管箝位拓扑部分；主开关管链路中的第n-l个连接点作为输出连接 占。本技术的通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路，其直流输入电 压可以有多种接入方式。直流输入电压可以接在直流母线电容链路或者悬浮电容链路中任意j个连续串联电容的两端，其中n-2^j^l，j为正整数，实现^倍J的升压输出，即输出电压的峰峰值为输入电压幅值的^倍。J在单相工作时，考虑到电路正负电平的对称性和器件上的损耗，直流输入 电压的两个输入端口一般是关于输出连接点对称的；在三相工作时，考虑到三 相之间的对称型和器件的损耗，直流输入电压的两个输入端口一般只接在直流 母线电容链路上，并且关于输出连接点对称。本技术的通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路，是通过开关电 容拓扑和二极管箝位拓扑的电路组合来实现多电平输出的。其优点是l.利用开 关电容拓扑电路实现母线电容电压的自动平衡，可以解决传统二极管箝位拓扑 在高电平数情况下电容电压平衡难以实现的问题；2.低输入电压，利用开关电容 拓扑电路实现高电压输出(输出电压峰峰值大于输入电压幅值)，这种升压功能 可以减小输入变压器的变比甚至省去输入变压器；3.开关器件较少。附图说明图1所示是本技术的通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路电路 图(单臂电路)；图2所示为通用型开关电容二极管箝位组合五电平电路电路图(单臂电路)。具体实施方式参照图l，通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路，设有n电平电压输 出，n为大于等于4的正整数，每个桥臂包括1) 2n-5个电容器，其中n-3个为直流母线电容C广C (n.3)， n-2个为悬浮电容Cc广Cc (n-2);2) 4x(n-2)个开关管，每个开关管均为带反并二极管的有源开关管，其中 2x(n-2)个为主开关管S广S2n.4， 2x(n-2)个为箝位开关管SCl~Sc2n-4;3) (n画2)x(n-3)个箝4立二极管Dc广Dc (n.2) x (n.3);n-3个直流母线电容d C(n.p依次串联构成一条直流母线电容链路，连接方 式为，前面一个电容的负极与后面一个电容的正极相连接，连接处构成一个连 接点，第一个电容d的正极和最后一个电容C (n.3)的负极分别作为起始连接点 和终端连接点，该直流母线电容链路共计有n-2个连接点，n-2个连接点按连接 顺序依次编号，起始连接点为l，终端连接点为n-2;2x(n-2)个箝位开关管Sd SC2n.4依次串联构成一条箝位开关管链路，连接方式为，前面一个箝位开关管的发射极与后面一个箝位开关管的集电极相连，连 接处构成一个连接点，第一个箝位开关管SCl的集电极和最后一个箝位开关管Sc2n.4的发射极分别作为起始连接点和终端连接点，该箝位开关管链路共有2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路，设有ｎ电平电压输出，ｎ为大于等于４的正整数，其特征是：每个桥臂包括：　　　　１）２ｎ－５个电容器，其中ｎ－３个为直流母线电容（Ｃ↓［１］～Ｃ↓［（ｎ－３）］），ｎ－２个为悬浮电容（Ｃｃ↓［１］～Ｃｃ↓［（ｎ－２］））；　　　　２）４×（ｎ－２）个开关管，每个开关管均为带反并二极管的有源开关管，其中２×（ｎ－２）个为主开关管（Ｓ↓［１］～Ｓ↓［２ｎ－４］），２×（ｎ－２）个为箝位开关管（Ｓｃ↓［１］～Ｓｃ↓［２ｎ－４］）；　　　　３）－３；　　　　（ｎ－２）×（ｎ－３）个箝位二极管（Ｄｃ↓［１］～Ｄｃ↓［（ｎ－２）×（ｎ－３）］）构成ｎ－３条箝位二极管链路，设ｉ为小于等于ｎ－３的正整数，第ｉ条箝位二极管链路由２ｉ个筘位二极管（Ｄｃ↓［ｉ×（ｉ－１）＋１］～Ｄｃ↓［ｉ×（ｉ＋１）］）依次串联构成，其连接方式为，前面一个箝位二极管的阳极与后面一个箝位二极管的阴极相连，连接处构成一个连接点，每条链路上的第一个箝位二极管（Ｄｃ↓［ｉ×（ｉ－１）＋１］）的阴极和最后一个箝位二极管（Ｄｃ↓［ｉ×（ｉ＋１）］）的阳极分别作为起始连接点和终端连接点，第ｉ条链路上共有２ｉ＋１个连接点，２ｉ＋１个连接点按连接顺序依次编号，起始连接点为１，终端连接点为２ｉ＋１；第ｉ条箝位二极管链路中的第１个连接点和主开关管链路中第ｎ－１－ｉ个连接点相连，第２ｉ＋１个连接点和主开关管链路中第ｎ－１＋ｉ个连接点相连接，第ｉ条箝位二极管链路上的其余连接点中编号为奇数的连接点与第ｉ－１条箝位二极管链路中编号为偶数的连接点按编号升序依次相连；悬浮电容链路中第一个连接点与主开关管链路中第一个连接点相连，悬浮电容链路中最后一个连接点与主开关管链路中最后一个连接点相连，悬浮电容链路中其余连接点与第ｎ－３条箝位二极管链路中编号为偶数的连接点按编号升序依次相连，构成开关电容二极管箝位组合多电平电路的二极管箝位拓扑部分；主开关管链路中的第ｎ－１个连接点作为输出连接点。（ｎ－２）×（ｎ－３）个筘位二极管（Ｄｃ↓［１］～Ｄｃ↓［（ｎ－２）×（ｎ－３）］）；　　　　ｎ－３个直流母线电容（Ｃ↓［１］～Ｃ↓［（ｎ－３）］）依次串联构成一条直流母线电容链路连接方式为，前面一个电容的负极与后面一个电容的正极相连接，连接处构成一个连接点，第一个电容（Ｃ↓［１］）的正极和最后一个电容（Ｃ↓［（ｎ－３］））的负极分别作为起始连接点和终端连接点，该直...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何湘宁，韩云龙，赵菁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]