功率变换电路和功率变换系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种功率变换器，包括：第一端子和第二端子，与直流电相连接。第三端子，与交流电相连接；N路多电平桥臂，并联连接到第一端子和第二端子，其中N路多电平桥臂以交错并联方式工作，N路多电平桥臂中的每个多电平桥臂包括交流电节点，并且在交流电节点产生随时间变化的多个电平，多个电平大于两个电平；耦合电感，包括：通过一个公共磁芯耦合的N个绕组，其中N个绕组中的每个绕组的一端分别与N路多电平桥臂中的一路多电平桥臂的交流电节点相连接，N个绕组中每个绕组的另一端连接到第三端子。本发明专利技术的技术方案简化了功率变换器的控制逻辑。

【技术实现步骤摘要】
功率变换电路和功率变换系统
本专利技术实施例涉及功率变换技术，尤其是涉及一种功率变换电路和功率变换系统。
技术介绍
在现有的高压逆变技术中，基于电力电子器件直接串联的高压变频器，对动静态的均压电路要求较高，并且输出电压高次谐波含量高，需设置输出滤波器。多电平逆变电路的提出为解决上述问题取得了突破性的进展。多电平逆变器的一般结构是由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦输出电压。这种逆变器由于输出电压电平数的增加，使得输出波形的谐波含量减小，开关所承受的电压应力减小，无需均压电路，例如，利用开关管来辅助中点箝位的三电平逆变电路、二极管箝位式逆变电路以及主要应用在高压大功率电机调速、无功补偿、有源滤波等领域的多电平逆变器。在三电平逆变电路基础上，可以通过增加更多功率半导体器件或者通过低电平拓扑串联的方式可以实现更多电平输出。然而该方案的逆变电路的控制逻辑复杂，不容易实现。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种功率变换电路和功率变换系统，能够简化功率变换电路的控制逻辑。一方面，提供了一种功率变换电路，包括：第一端子和第二端子，用于与直流电相连接；第三端子，用于与交流电相连接；N路多电平桥臂，并联连接在第一端子和第二端子之间，用于以交错并联方式工作，其中以交错并联方式工作是以相位错开的方式工作，在N路多电平桥臂中的每个多电平桥臂的交流电节点，产生随时间变化的多个电平，多个电平大于两个电平；耦合电感，包括通过一个公共磁芯耦合的N个绕组，用于形成相互耦合的电感，其中N个绕组中的每个绕组的一端分别与N路多电平桥臂中的一路多电平桥臂的交流电节点相连接，N个绕组中每个绕组的另一端连接到第三端子，N大于或等于2。在第一种可能的实现方式中，公共磁芯为相互连接的N个柱体，N个绕组分别缠绕N个柱体，并且N个绕组的缠绕方向相同。在第二种可能的实现方式中，N个绕组的匝数相同。在第三种可能的实现方式中，第一方面的功率变换电路还包括：驱动电路，用于产生驱动信号，控制N路多电平桥臂在功率变换电路的驱动信号的开关周期内以相位错开360/N度的方式进行工作。结合第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，驱动信号具有位于多个预设范围内的占空比，所述多个预设范围包括[(n-1)/N,n/N]，其中n∈[(n-1)/N,n/N]。在第五种可能的实现方式中，多电平桥臂为P电平桥臂，N路多电平桥臂生成(P-1)*N+1个电平。在第六种可能的实现方式中，第一方面的功率变换电路还包括：滤波电路，与第三端子相连接，用于对交流电进行滤波；分压电路，连接在第一端子与第二端子之间，用于对直流电进行分压。结合第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，多电平桥臂为中点箝位型多电平桥臂，分压电路的中点连接到N路多电平桥臂中的每个多电平桥臂的箝位中点。结合第六种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，滤波电路为电容。在第九种可能的实现方式中，多电平桥臂为电容箝位型多电平桥臂。结合第一方面的上述任一种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，功率变换电路为逆变器，用于将直流电变换为交流电，第一端子和第二端子为输入端子，第三端子为输出端子。结合第一方面的第一种至第九种可能的实现方式中的任一种，在第十一种可能的实现方式中，功率变换电路为整流器，用于将交流电变换为直流电，第三端子为输入端子，第一端子和第二端子为输出端子。第二方面，提供了一种三相功率变换器，包括：三相功率变换电路，用于在三相交流电与直流电之间进行功率变换，其中每相功率变换电路为如第一方面所述功率变换电路。在第一种可能的实现方式中，第二方面的三相功率变换器还包括：分压电路，连接在每相功率变换电路的第一端子与第二端子之间，用于对直流电进行分压；三相滤波电路，包括三个电容，用于对三相交流电进行滤波，三个电容中的每个电容的一端分别与三相功率逆变电路中的一相功率逆变电路的第三端子相连接，三个电容的另一端连接在一起。结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，三个电容的另一端共同连接到分压电路的中点。结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，第二方面的三相功率变换器还包括：第一中线，用于与电网的中线相连接，其中第一中线连接到三个电容连接在一起的一端。第三方面，提供了一种功率变换系统，包括：M路功率变换电路，用于进行在交流电与直流电之间进行功率变换，其中，M路功率变换电路中的每路功率变换电路为如第一方面所述的功率变换电路；分压电路，连接在M路功率变换电路中的每路功率变换电路的第一端子与第二端子之间，用于对直流电进行分压；第四端子；耦合电感，包括通过一个公共磁芯耦合的M个绕组，用于形成相互耦合的电感，M个绕组中的每个绕组的一端分别与M路功率变换电路中的一路功率变换电路的第三端子相连接，M个绕组中每个绕组的另一端连接到第四端子；滤波电路，与第四端子相连接，用于对交流电进行滤波，M大于或等于2。在第一种可能的实现方式中，滤波电路包括与第四端子连接的电容。在第二种可能的实现方式中，M路功率变换电路中的每个功率变换电路中的N路多电平桥臂在功率变换电路的驱动信号的开关周期内以相位错开的角度为360/(N*M)度的方式进行交错并联工作。第四方面，提供了一种功率变换系统，包括：第一功率变换电路为如第一方面的第十种可能的实现方式所述的功率变换电路，用于将直流电变换成交流电；第二功率变换电路为如第一方面的第十种可能的实现方式所述的功率变换电路，用于将交流电变换成直流电，其中所述第一功率变换电路的输出端子与所述第二功率变换电路的输入端子相连接，或者所述第二功率变换电路的输出端子与所述第一功率变换电路的输入端子相连接。本专利技术的技术方案通过交错并联的多路多电平桥臂与耦合电感相结合，可以在每个多电平桥臂的交流节点产生的多个交流电平，并且在与耦合电感连接的交流端子上产生更多个交流电平。由于多路多电平桥臂可以通过错相工作的方式实现更多个电平的输出，因此，简化了功率变换电路的控制逻辑。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术的实施例的功率变换电路的示意性框图。图2是根据本专利技术的另一实施例的功率变换电路的示意性框图。图3是根据本专利技术的又一实施例的功率变换电路的框图。图4是根据本专利技术的一个实施例的耦合电感的等效电路图。图5A是根据本专利技术的一个实施例的多电平桥臂的电路图。图5B是根据本专利技术的一个实施例的多电平桥臂的驱动信号的示意性时序图。图5C是根据本专利技术的另一实施例的多电平桥臂的电路图。图6是根据本专利技术的一个实施例的功率变换电路的电路图。图7是根据本专利技术的一个实施例的驱动信号的占空比和输出电压的示意性时序图。图8是根据本专利技术的又一实施例的功率变换电路的电路图。图9是根据本专利技术的一个实施例的功率变换系统的示意性框图。图10是根据本专利技术的另一实施例的功率变换系统的示意性框图。图11是根据本专利技术的一个实施例的三相功率变换器的示意性框图。图12是根据本专利技术的另一实施例的三相功率变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率变换电路，其特征在于，包括：第一端子和第二端子，用于与直流电相连接；第三端子，用于与交流电相连接；N路多电平桥臂，并联连接在所述第一端子和所述第二端子之间，用于以交错并联方式工作，其中所述以交错并联方式工作是以相位错开的方式工作，在所述N路多电平桥臂中的每个多电平桥臂的交流电节点，产生随时间变化的多个电平，所述多个电平大于两个电平；耦合电感，包括通过一个公共磁芯耦合的N个绕组，用于形成相互耦合的电感，其中所述N个绕组中的每个绕组的一端分别与所述N路多电平桥臂中的一路多电平桥臂的交流电节点相连接，所述N个绕组中每个绕组的另一端连接到所述第三端子，N大于或等于2。

【技术特征摘要】
1.一种功率变换电路，其特征在于，包括：第一端子和第二端子，用于与直流电相连接；第三端子，用于与交流电相连接；N路多电平桥臂，并联连接在所述第一端子和所述第二端子之间，用于以交错并联方式工作，其中所述以交错并联方式工作是以相位错开的方式工作，在所述N路多电平桥臂中的每个多电平桥臂的交流电节点，产生随时间变化的多个电平，所述多个电平大于两个电平；耦合电感，包括通过一个公共磁芯耦合的N个绕组，用于形成相互耦合的电感，其中所述N个绕组中的每个绕组的一端分别与所述N路多电平桥臂中的一路多电平桥臂的交流电节点相连接，所述N个绕组中每个绕组的另一端连接到所述第三端子，N大于或等于2；驱动电路，用于产生驱动信号，控制所述N路多电平桥臂在所述功率变换电路的驱动信号的开关周期内以相位错开360/N度的方式进行工作。2.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，所述公共磁芯为相互连接的N个柱体，所述N个绕组分别缠绕所述N个柱体，并且所述N个绕组的缠绕方向相同。3.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，所述N个绕组的匝数相同。4.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，所述驱动信号具有位于多个预设范围内的占空比，所述多个预设范围包括[(n-1)/N,n/N]，其中n∈[(n-1)/N,n/N]。5.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，所述多电平桥臂为P电平桥臂，所述N路多电平桥臂生成(P-1)*N+1个电平。6.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，还包括：滤波电路，与所述第三端子相连接，用于对所述交流电进行滤波；分压电路，连接在所述第一端子与所述第二端子之间，用于对所述直流电进行分压。7.根据权利要求6所述的功率变换电路，其特征在于，所述多电平桥臂为中点箝位型多电平桥臂，所述分压电路的中点连接到所述N路多电平桥臂中的每个多电平桥臂的箝位中点。8.根据权利要求6所述的功率变换电路，其特征在于，所述滤波电路为电容。9.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，所述多电平桥臂为电容箝位型多电平桥臂。10.一种三相功率变换器，其特征在于，包括：三相功率变换电路，用于在三相交流电与直流电之间进行功率变换，其中每相功率变换电路为如权利要求1至5中的任一项所述的功率变换电路。11.根据权利要求10所述的三相功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡炎申，刘云峰，石磊，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：