多电平转换电路制造技术

本发明专利技术提供一种多电平转换电路，减少了作为输入的直流电源侧与交流输出之间输出电流要通过的半导体开关的数量，降低了损耗，从而能够实现装置的高效率、低价格和小型化。该多电平转换电路包括：直流电源（BA1），该直流电源（BA1）由单电源（b1）和（b2）的串联连接电路构成，具有包括零在内的互不相同的3个电压电平（Vb1、0、Vb2）；将2条由半导体开关（Q1～Q8）构成的桥臂串联连接而成的第1、第2、第3及第4桥臂对（QA1～QA4）；以及由半导体开关组合而成的交流开关（SW1），通过控制这些开关元件的导通/截止，能够在多个电压电平中进行选择并输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多电平转换电路
本专利技术涉及一种能够输出多电平电压的所谓多电平转换电路。例如图23示出了专利文献I所公开的七电平转换电路的一个相。 该图中，在由直流单电源bll?b23串联连接而成的直流组电源BA2的正极与负极之间，连接有半导体开关Ql?Q12的串联电路，其中的半导体开关Q6与Q7的连接点为交流输出点U。另外，在半导体开关Ql与Q2的连接点、半导体开关Q7与Q8的连接点这2个连接点之间，连接有由二极管D1、D2构成的二极管对DAl的外侧端子，该二极管对DAl的中点端子连接至直流单电源bll与bl2的连接点。同样，在半导体开关Q2与Q3的连接点、半导体开关Q8与Q9的连接点这2个连接点之间，连接有由二极管D3、D4构成的二极管对DA2的外侧端子，该二极管对DA2的中点端子连接至直流单电源bl2与bl3的连接点；在半导体开关Q3与Q4的连接点、半导体开关Q9与QlO的连接点这2个连接点之间，连接有由二极管D5、D6构成的二极管对DA3的外侧端子，该二极管对DA3的中点端子连接至直流单电源bl3与b21的连接点。同样，在半导体开关Q4与Q5的连接点、半导体开关QlO与Qll的连接点这2个连接点之间，连接有由二极管D7、D8构成的二极管对DA4的外侧端子，该二极管对DA4的中点端子连接至直流单电源b21与b22的连接点；在半导体开关Q5与Q6的连接点、半导体开关Qll与Q12的连接点这2个连接点之间，连接有由二极管D9、DlO构成的二极管对DA5的外侧端子，该二极管对DA5的中点端子连接至直流单电源b22与b23的连接点。在这样的结构中，若将半导体开关Ql?Q6导通，并将半导体开关Q7?Q12截止，则交流输出端子U上将输出+ 3E的电压； 若将半导体开关Q2?Q7导通，并将半导体开关Q8?Q12、Q1截止，则交流输出端子U上将输出+ 2E的电压； 若将半导体开关Q3?Q8导通，并将半导体开关Q9?Q12、Q1、Q2截止，则交流输出端子U上将输出+ IE的电压； 若将半导体开关Q4?Q9导通，并将半导体开关Ql?Q3、Q10?Q12截止，则交流输出端子U上将输出零电压； 若将半导体开关Q5?QlO导通，并将半导体开关Qll、Q12、Ql?Q4截止，则交流输出端子U上将输出一 IE的电压； 若将半导体开关Q6?Qll导通,并将半导体开关Q12、Ql?Q5截止,则交流输出端子U上将输出一 2E的电压； 若将半导体开关Q7?Q12导通，并将半导体开关Ql?Q6截止，则交流输出端子U上将输出一 3E的电压。 由此，通过调节各半导体开关Ql?Q12的导通和截止，能够在交流输出端子U上输出互不相同的七电平的电压。图24示出了九电平转换电路的一个相。其将图23的七电平扩展到了九电平，电路结构和动作基本上与图23的情况相同，因此省略其说明。即，通过使直流电源的3个端子的电压电平为4E、0、一 4E，并调节各半导体开关Ql?Q16的导通和截止，能够在交流输出端子U上输出互不相同的九电平的电压。在图23或图24的电路中，从各直流组电源BA2到交流输出点U之间，输出电流最多要通过6个串联的半导体开关或8个串联的半导体开关。因此，半导体开关上的稳态导通损耗会变大，导致整个装置的效率下降，从而难以实现小型化和低价格。 另外，在图23、图24那样通常的多电平转换电路中，即使从交流输出点U输出的电压/电流是正负对称的交流波形，直流单电源bll?bl4及b21?b24上所分担的电力在原理上也不相同，因此需要各自独立的直流单电源。因此，作为输入的直流组电源BA2需要有能够独立供电的6个或8个单电源，从而给装置的制造带来很大的制约。关于该直流电源不平衡的问题，已在例如IEEE-PESC’ 95会议记录第1144?1150页中的《A mult1-levelvoltage-source converter system with balanced DC voltage (使用平衡 DC 电压的多电平电压源转换系统)》进行了介绍。 现有技术文献 专利文献专利文献1:日本专利特开平11 - 164567号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题因此，本专利技术的技术问题在于，减少输出电流要通过的半导体开关的数量，降低损耗，并且能够用2个单电源作为直流输入电源来进行动作，从而消除运用上的制约。 解决技术问题所采用的技术方案为了解决上述问题，权利要求1的专利技术涉及一种多电平转换电路，该多电平转换电路从直流电源生成多个电压电平，在该多个电压电平中进行选择并输出，其中，所述直流电源被一分为二，从而具有3个端子，且具有包括零在内的互不相同的3个电压电平，该多电平转换电路的特征在于， 包括:将2条由半导体开关构成的桥臂串联连接而成的第1、第2、第3及第4桥臂对；以及由半导体开关组合而成的第I交流开关，其中，在所述直流电源的电位最高的第I直流端子与电位最低的第3直流端子之间，从所述第I直流端子开始依次地串联连接所述第I桥臂对、第2桥臂对、第3桥臂对的各外侧端子， 在所述第I桥臂对的中点端子与所述第3桥臂对的中点端子之间，连接第4桥臂对的外侧端子 在所述第4桥臂对的中点端子与所述直流电源的中间电位即第2直流端子之间，连接所述第I交流开关的两端， 在所述第2桥臂对与所述第4桥臂对各自的两端，分别并联连接第I电容器和第2电容器的两端， 所述第2桥臂对的中点端子成为交流端子。在权利要求1的专利技术中，可以在所述第4桥臂对的中点端子与所述第2桥臂对的中点端子之间，连接第2交流开关的两端(权利要求2的专利技术)，或者可以在所述第2桥臂的外侧端子之间连接第5桥臂对，并在该第5桥臂对的中点端子与所述第4桥臂对的中点端子之间连接所述第2交流开关的两端(权利要求3的专利技术)。在上述权利要求3的专利技术中，可以在所述第5桥臂对的中点端子与所述第2桥臂对的中点端子之间，连接第3交流开关的两端(权利要求4的专利技术)。权利要求5的专利技术涉及一种多电平转换电路，该多电平转换电路从直流电源生成多个电压电平，在该多个电压电平中进行选择并输出，其中，所述直流电源被一分为二，从而具有3个端子，且具有包括零在内的互不相同的3个电压电平，该多电平转换电路的特征在于， 包括:将2条由半导体开关构成的桥臂串联连接而成的第1、第2及第3桥臂对；以及由半导体开关组合而成的第1、第2及第3交流开关，其中，在所述直流电源的电位最高的第I直流端子与电位最低的第3直流端子之间，从所述第I直流端子开始依次地串联连接所述第I桥臂对、第2桥臂对的各外侧端子， 在所述第I桥臂对的中点端子与所述第2桥臂对的中点端子之间，连接所述第3桥臂对的外侧端子， 在所述第3桥臂对的中点端子与所述直流电源的中间电位即第2直流端子之间，连接所述第I交流开关的两端， 所述第3桥臂对的外侧端子与由2个电容器串联连接而成的连接电路的外侧端子并联连接， 在所述电容器的串联连接电路的中点端子与所述第3桥臂对的中点端子之间，连接所述第2交流开关的两端， 在所述电容器的串联连接电路的中点端子与所述第I桥臂对和所述第2桥臂对的连接点之间，连接所述第3交流开关的两端， 所述第I桥臂对、所述第2桥臂对、及所述第3交流开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多电平转换电路，从直流电源生成多个电压电平，在该多个电压电平中进行选择并输出，其中，所述直流电源被一分为二，从而具有3个端子，且具有包括零在内的互不相同的3个电压电平，该多电平转换电路的特征在于，包括：将2条由半导体开关构成的桥臂串联连接而成的第1、第2、第3及第4桥臂对；以及由半导体开关组合而成的第1交流开关，其中，在所述直流电源的电位最高的第1直流端子与电位最低的第3直流端子之间，从所述第1直流端子开始依次地串联连接所述第1桥臂对、第2桥臂对、第3桥臂对的各外侧端子，在所述第1桥臂对的中点端子与所述第3桥臂对的中点端子之间，连接第4桥臂对的外侧端子，在所述第4桥臂对的中点端子与所述直流电源的中间电位即第2直流端子之间，连接所述第1交流开关的两端，在所述第2桥臂对与所述第4桥臂对各自的两端，分别并联连接第1电容器和第2电容器的两端，所述第2桥臂对的中点端子成为交流端子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.05 JP 2011-1492691.一种多电平转换电路，从直流电源生成多个电压电平，在该多个电压电平中进行选择并输出，其中，所述直流电源被一分为二，从而具有3个端子，且具有包括零在内的互不相同的3个电压电平，该多电平转换电路的特征在于， 包括:将2条由半导体开关构成的桥臂串联连接而成的第1、第2、第3及第4桥臂对；以及由半导体开关组合而成的第I交流开关，其中，在所述直流电源的电位最高的第I直流端子与电位最低的第3直流端子之间，从所述第I直流端子开始依次地串联连接所述第I桥臂对、第2桥臂对、第3桥臂对的各外侧端子， 在所述第I桥臂对的中点端子与所述第3桥臂对的中点端子之间，连接第4桥臂对的外侧端子， 在所述第4桥臂对的中点端子与所述直流电源的中间电位即第2直流端子之间，连接所述第I交流开关的两端， 在所述第2桥臂对与所述第4桥臂对各自的两端，分别并联连接第I电容器和第2电容器的两端， 所述第2桥臂对的中点端子成为交流端子。2.如权利要求1所述的多电平转换电路，其特征在于， 在所述第4桥臂对的中点端子与所述第2桥臂对的中点端子之间，连接第2交流开关的两端。3.如权利要求1所述的多电平转换电路，其特征在于， 在所述第2桥臂对的外侧端子之间连接第5桥臂对，在该第5桥臂对的中点端子与所述第4桥臂对的中点端子之间，连接所述第2交流开关的两端。4.如权利要求3所述的多电平转换电路，其特征在于， 在所述第5桥臂对的中点端子与所述第2桥臂对的中点端子之间，连接第3交流开关的两端。5.一种多电平转换电路，从直流电源生成多个电压电平，在该多个电压电平中进行选择并输出，其中，所述直流电源被一分为二，从而具有3个端子，且具有包括零在内的互不相同的3个电压电平，该多电平转换电路的特征在于， 包括:将2条由半导体开关构成的桥臂串联连接而成的第1、第2及第3桥臂对；以及由半导体开关组合而成的第1、第2及第3交流开关，其中，在所述直流电源的电位最高的第I直流端子与电位最低的第3直流端子之间，从所述第I直流端子开始依次地串联连接所述第I桥臂对、第2桥臂对的各外侧端子， 在所述第I桥臂对的中点端子与所述第2桥臂对的中点端子之间，连接所述第3桥臂对的外侧端子， 在所述第3桥臂对的中点端子与所述直流电源的中间电位即第2直流端子之间，连接所述第I交流开关的两端， 所述第3桥臂对的外侧端子与由2个电容器串联连接而成的连接电路的外侧端子并联连接， 在所述电容器的串联连接电路的中点端子与所述第3桥臂对的中点端子之间，连接所述第2交流开关的两端， 在所述电容器的串联连接电路的中点端子与所述第I桥臂对和所述第2桥臂对的连接点之间，连接所述第3交流开关的两端， 所述第I桥臂对、所述第2桥臂对、及所述第3交流开关这三者的连接点成为...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷津诚，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：
国别省市：