一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路制造技术

一种单相半桥五电平逆变器包括：八个开关管和四个钳位二极管；每个开关管反联二极管；第一开关管连接直流正引出端和第一节点；第二开关管连接第一、二节点；第三开关管连接第二、三节点；第四开关管连接第五开关管和第三节点；第五开关管连接第四开关管和第二引出端；第六开关管连接第三节点和第四节点；第七开关管连接第四、五节点；第八开关管连接第五节点和直流负引出端；第一引出端与第一节点之间、第四节点与第一引出端之间、第三引出端与第二节点之间，以及第五节点与第三引出端之间均串联钳位二极管。本发明专利技术提供单相半桥五电平逆变器及应用电路，使用半导体数目减少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路。
技术介绍
中压大容量场合，多电平逆变器得到广泛的应用，目前的五电平逆变器主要是二极管箝位型和飞跨电容型结构。下面分别予以介绍。参见图la，该图为现有技术中提供的二极管箝位型的五电平逆变器拓扑图。图Ia所示的是半桥五电平逆变器的拓扑结构。二极管用于为各个开关管进行电压箝位。例如，第一二极管DBl用于将开关管Tl下端的电位箝位于第一电容Cl的下端；第二二极管DB2用于将开关管T5下端的电位箝位于第一电容Cl的下端。其他二极管DB3、 DB4、DB5和DB6类似，在此不再赘述。由于箝位二极管需要阻断多倍电平电压，通常需要多个相同标称值的二极管串联，如图Ib所示，二极管DB21、DB22和DB23串联相当于图Ia中的二极管DB2。DB2UDB22 和DB23这三个二极管串联起来共同承受图Ia中DB2承受的电压。由于二极管的分散性以及杂散参数的影响，标称值相同的二极管所能承受的压力也有所差别，这样串联起来可能引起有的二极管两端过电压。因此，需要均压措施和很大的RC吸收电路，但是这样将导致系统体积庞大，成本增加。因此，为了解决图Ib存在的问题，提出了一种改进措施，如图Ic所示。这种拓扑所用的开关管数量和图Ia所用的一样，该拓扑可以将每个二极管电压箝位在单电平电压之内，如图Ic所示，所有的二极管没有两个串联的情况。在电平数较多的逆变器中，有较大的优越性。但是这种电路的缺点是，箝位二极管的数量太多。参见图2，该图为现有技术中提供的飞跨电容型五电平逆变器拓扑图。图2所示的拓扑中的电容可以起到均压的作用，但是缺点是运用的电容数目较^^ ο综上所述，现有技术中的两种五电平逆变器拓扑均使用较多的半导体器件，造成体积较大，损耗较多，效率较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路，使用的半导体数目减少，损耗小，成本低。本专利技术提供一种单相半桥五电平逆变器，具有交流引出端、直流正引出端、直流负引出端、第一引出端、第二引出端和第三引出端，所述单相半桥五电平逆变器包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；以及第一钳位二极管、第二钳位二极管、第三钳位二极管和第四钳位二极管；每个所述开关管反向并联一个二极管；所述第一开关管的第一端连接直流正引出端，第一开关管的第二端连接第一节点；所述第二开关管的第一端连接第一节点，第二开关管的第二端连接第二节点；所述第三开关管的第一端连接第二节点，第三开关管的第二端连接第三节点即交流引出端；所述第四开关管的第一端连接所述第五开关管的第一端，第四开关管的第二端连接第三节点；所述第五开关管的第一端连接所述第四开关管的第一端，第五开关管的第二端连接第二引出端；所述第六开关管的第一端连接第三节点，第六开关管的第二端连接第四节点；所述第七开关管的第一端连接第四节点，第七开关管的第二端连接第五节点；所述第八开关管的第一端连接第五节点，第八开关管的第二端连接直流负引出端；所述第一引出端与第一节点之间串联第一钳位二极管；所述第四节点与第一引出端之间串联第二钳位二极管；所述第三引出端与第二节点之间串联第三钳位二极管；所述第五节点与第三引出端之间串联第四钳位二极管。优选地，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管均为IGBT管，所述第一端为集电极，所述第二端为发射极。优选地，还包括第一电感、第二电感和第五电容；所述第三节点通过依次串联的第一电感、第五电容和第二电感连接第二引出端。优选地，所述单相半桥五电平逆变器对应的五个电平工作模态分别为第一模态第一、二、三、四开关管导通，其余开关管均截止；第二模态第二、三、四、六开关管导通，其余开关管均截止；第三模态第三、四、五、六开关管导通，其余开关管均截止；第四模态第三、五、六、七开关管导通，其余开关管均截止；第五模态第五、六、七、八开关管导通，其余开关管均截止。优选地，所述第一开关管的导通时序信号由正弦波和第一三角波进行比较产生， 在所述正弦波大于第一三角波时所述第一开关管导通，反之截止；所述第二开关管的导通时序信号由所述正弦波和第二三角波进行比较产生，在所述正弦波大于第二三角波时第二开关管导通，反之截止；所述第三开关管的导通时序信号由所述正弦波的反向波和第一三角波进行比较产生，所述正弦波的反向波小于第一三角波时第三开关管导通，反之截止；所述第四开关管的导通时序由所述正弦波的反向波与第二三角波进行比较，所述正弦波的反向波小于第二三角波时第四开关管导通，反之截止；所述第五开关管的导通时序信号由所述正弦波与第二三角波进行比较，所述正弦波小于第二三角波时第五开关管导通，反之截止；第六开关管的导通时序信号由所述正弦波和第一三角波进行比较产生，所述正弦波小于第一三角波时第六开关管导通，反之截止；第七开关管的导通时序信号由所述正弦波的反向波和第二三角波进行比较产生， 所述正弦波的反向波大于第二三角波时第三开关管导通，反之截止；第八开关管的导通时序信号由所述正弦波的反向波和第一三角波进行比较产生， 所述正弦波的反向波大于第一三角波时第八开关管导通，反之截止；所述第一三角波、第二三角波具有相同的频率和相同的幅值，且所述第一三角波的波谷值等于第二三角波的波峰值。本专利技术还提供一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，所述应用电路为单相全桥五电平拓扑电路，具体包括两个所述单相半桥五电平逆变器，分别是第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器中的第一开关管的第一端连接在一起均连接所述直流电源的正端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器中的第八开关管的第二端连接在一起均连接所述直流电源的负端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器的第一钳位二极管的正端连接在一起且连接所述第一电容和第二电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器的第三钳位二极管的正端连接在一起且连接第三电容和第四电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器的第五开关管的第二端连接在一起且连接第二电容和第三电容的公共端。本专利技术还提供一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，所述应用电路为三相三线五电平拓扑电路，具体包括三个所述单相半桥五电平逆变器，分别是第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器；所述第一、二、三单相半桥五电平逆变器中的第一开关管的第一端连接在一起均连接所述直流电源的正端；所述第一、二、三单相半桥五电平逆变器中的第八开关管的第二端连接在一起均连接所述直流电源的负端；所述第一、二、三单相半桥五电平逆变器的第一钳位二极管的正端连接在一起且连接第一电容和第二电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器的第三钳位二极管的正端连接在一起且连接第三电容和第四电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器的第五开关管的第二端连接在一起且连接第二电容和第三电容的公共端。本专利技术还提供一种单相半桥五电平逆变器的应用电路，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相半桥五电平逆变器，其特征在于，具有交流引出端、直流正引出端、直流负引出端、第一引出端、第二引出端和第三引出端，所述单相半桥五电平逆变器包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；以及第一钳位二极管、第二钳位二极管、第三钳位二极管和第四钳位二极管；每个所述开关管反向并联一个二极管；所述第一开关管的第一端连接直流正引出端，第一开关管的第二端连接第一节点； 所述第二开关管的第一端连接第一节点，第二开关管的第二端连接第二节点； 所述第三开关管的第一端连接第二节点，第三开关管的第二端连接第三节点即交流引出端；所述第四开关管的第一端连接所述第五开关管的第一端，第四开关管的第二端连接第二节占.所述第五开关管的第一端连接所述第四开关管的第一端，第五开关管的第二端连接第二引出端；所述第六开关管的第一端连接第三节点，第六开关管的第二端连接第四节点； 所述第七开关管的第一端连接第四节点，第七开关管的第二端连接第五节点； 所述第八开关管的第一端连接第五节点，第八开关管的第二端连接直流负引出端； 所述第一引出端与第一节点之间串联第一钳位二极管； 所述第四节点与第一引出端之间串联第二钳位二极管； 所述第三引出端与第二节点之间串联第三钳位二极管； 所述第五节点与第三引出端之间串联第四钳位二极管。2.根据权利要求1所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管均为 IGBT管，所述第一端为集电极，所述第二端为发射极。3.根据权利要求1或2所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，还包括第一电感、 第二电感和第五电容；所述第三节点通过依次串联的第一电感、第五电容和第二电感连接第二引出端。4.根据权利要求1所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，所述单相半桥五电平逆变器对应的五个电平工作模态分别为第一模态第一、二、三、四开关管导通，其余开关管均截止； 第二模态第二、三、四、六开关管导通，其余开关管均截止； 第三模态第三、四、五、六开关管导通，其余开关管均截止； 第四模态第三、五、六、七开关管导通，其余开关管均截止； 第五模态第五、六、七、八开关管导通，其余开关管均截止。5.根据权利要求4所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，所述第一开关管的导通时序信号由正弦波和第一三角波进行比较产生，在所述正弦波大于第一三角波时所述第一开关管导通，反之截止；所述第二开关管的导通时序信号由所述正弦波和第二三角波进行比较产生，在所述正弦波大于第二三角波时第二开关管导通，反之截止；所述第三开关管的导通时序信号由所述正弦波的反向波和第一三角波进行比较产生，所述正弦波的反向波小于第一三角波时第三开关管导通，反之截止；所述第四开关管的导通时序由所述正弦波的反向波与第二三角波进行比较，所述正弦波的反向波小于第二三角波时第四开关管导通，反之截止；所述第五开关管的导通时序信号由所述正弦波与第二三角波进行比较，所述正弦波小于第二三角波时第五开关管导通，反之截止；第六开关管的导通时序信号由所述正弦波和第一三角波进行比较产生，所述正弦波小于第一三角波时第六开关管导通，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洪亮，赵为，傅立秦，倪华，
申请(专利权)人：阳光电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：