專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三電平電路及變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電路，還涉及使用該電路的變換器，具體涉及一種三電平電 路及使用該三電平電路的變換器。
背景技術(shù)：
目前，高電壓、大容量PWM高頻變換器的研究受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注，其 中，開(kāi)關(guān)管中點(diǎn)鉗位的多電平技術(shù)以其紋波低、所需開(kāi)關(guān)管耐壓低等優(yōu)勢(shì)，成為今年來(lái)備受 關(guān)注的研究課題。目前，市場(chǎng)上已推出一些采用專(zhuān)用集成模塊構(gòu)建的三電平電路，上述三電平電路 存在如下缺陷1、電壓等級(jí)較低，容量較小，逐漸不能滿(mǎn)足目前工業(yè)領(lǐng)域?qū)ψ儞Q器容量的需求；2、采用的專(zhuān)用集成模塊價(jià)格比較昂貴，導(dǎo)致使用該三電平電路的高頻變換器制造 成本較高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是，提供一種三電平電路，提高使用該電路的 變換器的電壓等級(jí)和容量，降低成本。本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題之二是，提供一種變換器，采用本實(shí)用新型的上述 三電平電路，提高電壓等級(jí)和容量，降低成本。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題之一所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種三電平電路，其 特征在于，包括半橋電路A、半橋電路B和半橋電路C，所述半橋電路A、半橋電路B和半橋電 路C分別包括相互串聯(lián)的兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管和分別對(duì)應(yīng)與該兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管 反并聯(lián)連接的二極管，所述半橋電路A、半橋電路B和半橋電路C分別包括電極正端、電極負(fù) 端和位于半橋電路橋臂中點(diǎn)的交流端；所述三半橋電路B的電極正端連接所述半橋電路A的交流端，所述半橋電路C的 電極正端連接所述半橋電路A的電極負(fù)端，所述半橋電路C的交流端連接所述三半橋電路 B的電極負(fù)端；所述半橋電路A的電極正端為所述三電平電路的電極正端，所述半橋電路C的電 極負(fù)端為所述三電平電路的電極負(fù)端，所述半橋電路C的電極正端為所述三電平電路的直 流母線(xiàn)中點(diǎn)，所述半橋電路B的交流端為所述三電平電路的交流端。在本實(shí)用新型的三電平電路中，所述半橋電路A包括兩個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交 流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路B包括兩個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端 分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路C包括兩個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端分別 一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路。在本實(shí)用新型的三電平電路中，所述半橋電路A包括三個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交 流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路B包括三個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路C包括三個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端分別 一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路。在本實(shí)用新型的三電平電路中，所述大容量功率開(kāi)關(guān)管為IGBT或IGCT或IEGT。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題之二所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種變換器，包括三 電平電路，其特征在于，所述三電平電路包括半橋電路A、半橋電路B和半橋電路C，所述半 橋電路A、半橋電路B和半橋電路C分別包括相互串聯(lián)的兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管和分別對(duì)應(yīng) 與該兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)連接的二極管，所述半橋電路A、半橋電路B和半橋電路 C分別包括電極正端、電極負(fù)端和位于半橋電路橋臂中點(diǎn)的交流端；所述三半橋電路B的電極正端連接所述半橋電路A的交流端，所述半橋電路C的 電極正端連接所述半橋電路A的電極負(fù)端，所述半橋電路C的交流端連接所述三半橋電路 B的電極負(fù)端；所述半橋電路A的電極正端為所述三電平電路的電極正端，所述半橋電路C的電 極負(fù)端為所述三電平電路的電極負(fù)端，所述半橋電路C的電極正端為所述三電平電路的直 流母線(xiàn)中點(diǎn)，所述半橋電路B的交流端為所述三電平電路的交流端。在本實(shí)用新型的變換器中，所述半橋電路A包括兩個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端 分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路B包括兩個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端分別 一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路C包括兩個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端分別一一 對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路。在本實(shí)用新型的變換器中，所述半橋電路A包括三個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端 分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路B包括三個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端分別 一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路C包括三個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端分別一一 對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路。在本實(shí)用新型的變換器中，所述大容量功率開(kāi)關(guān)管為IGBT或IGCT或IEGT。在本實(shí)用新型的變換器中，所述變換器為整流器或逆變器。實(shí)施本實(shí)用新型的三電平電路及變換器，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其有益效果是1.采用常用的大容量功率開(kāi)關(guān)管和二極管構(gòu)建三電平電路，提高了使用該三電平 電路的變換器的容量和電壓等級(jí)，制造成本低；2.簡(jiǎn)化了使用本實(shí)用新型三電平電路的變換器的主電路結(jié)構(gòu)，減小了變換器設(shè)備 體積，降低了變換器制造成本。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是本實(shí)用新型三電平電路所采用的半橋電路100的電路圖。圖2是本實(shí)用新型三電平電路所采用的半橋電路200的電路圖。圖3是本實(shí)用新型三電平電路所采用的半橋電路300的電路圖。圖4是本實(shí)用新型三電平電路一種實(shí)施例的電路圖。圖5是本實(shí)用新型三電平電路另一種實(shí)施例的電路圖。圖6是三電平電路原理電路圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的三電平電路包括半橋電路100、半橋電路200和半橋電路300。如圖1、圖2、圖3所示，半橋電路100、半橋電路200和半橋電路300分別包括相互 串聯(lián)的兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管和分別對(duì)應(yīng)與該兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)連接的二極 管。半橋電路100、半橋電路200和半橋電路300分別包括電極正端(即2、4、6端)、電極 負(fù)端(即1、3、5端)和位于半橋電路橋臂中點(diǎn)的交流端(即11/12、9/10、7/8端)。如圖4所示，三半橋電路200的電極正端4連接半橋電路100的交流端11/12，半 橋電路300的電極正端6連接半橋電路100的電極負(fù)端1，半橋電路300的交流端7/8連接 三半橋電路200的電極負(fù)端3。半橋電路100的電極正端2為三電平電路的電極正端D+端，半橋電路300的電極 負(fù)端5為三電平電路的電極負(fù)端D-端，半橋電路300的電極正端6三電平電路的直流母線(xiàn) 中點(diǎn)(NP端Neutral-Point)，半橋電路200的交流端9/10為三電平電路的交流端AC端。如圖4、圖6所示，本實(shí)用新型采用半橋電路100、半橋電路200和半橋電路300構(gòu) 成的三電平電路等價(jià)于圖6所示的三電平電路。半橋電路100的大容量功率開(kāi)關(guān)管與反 并聯(lián)連接的二極管部分101相當(dāng)于Ql (開(kāi)關(guān)管)，半橋電路200的大容量功率開(kāi)關(guān)管與反 并聯(lián)連接的二極管部分201相當(dāng)于Q2，半橋電路200的大容量功率開(kāi)關(guān)管與反并聯(lián)連接的 二極管部分202相當(dāng)于Q3，半橋電路300的大容量功率開(kāi)關(guān)管與反并聯(lián)連接的二極管部分 302相當(dāng)于Q4，半橋電路100的大容量功率開(kāi)關(guān)管與反并聯(lián)連接的二極管部分102相當(dāng)于 Dl ( 二極管)，半橋電路200的大容量功率開(kāi)關(guān)管與反并聯(lián)連接的二極管部分201相當(dāng)于 D2。如圖5所示，為了獲得更大容量的三電平電路，可以將兩個(gè)半橋電路100并聯(lián)、兩 個(gè)半橋電路200并聯(lián)、兩個(gè)半橋電路300并聯(lián)構(gòu)成新的三電平電路。并聯(lián)方式是將兩個(gè) 半橋電路100的兩個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)，將兩個(gè)半橋電路200 的兩個(gè)電極正端、電極負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)，將兩個(gè)半橋電路300的兩個(gè)電極正 端、電極負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)。在其他實(shí)施例中，可以將三電平電路的半橋電路100、半橋電路200和半橋電路 300分別采用三個(gè)半橋電路并聯(lián)構(gòu)成新的三電平電路、或分別采用四個(gè)半橋電路并聯(lián)構(gòu)成 新的三電平電路等等，均能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的。上述大容量功率開(kāi)關(guān)管可以單獨(dú)采用包括但不限于IGBTansulated GateBipolar Transistor)絕緣柵雙極型晶體管、IGCT(Intergrated Gate CommutatedThyristors)集 成門(mén)極換流晶閘管、IEGTanjection Enhanced Gate Transistor)電子注入增強(qiáng)門(mén)極晶體管。本實(shí)用新型的變換器采用上述本實(shí)用新型的三電平電路構(gòu)成，其構(gòu)成及變化如上 述，在此不再贅述。本實(shí)用新型的變換器可以是整流器、逆變器等。
權(quán)利要求1.一種三電平電路，其特征在于，包括半橋電路A、半橋電路B和半橋電路C，所述半橋 電路A、半橋電路B和半橋電路C分別包括相互串聯(lián)的兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管和分別對(duì)應(yīng)與 該兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)連接的二極管，所述半橋電路A、半橋電路B和半橋電路C 分別包括電極正端、電極負(fù)端和位于半橋電路橋臂中點(diǎn)的交流端；所述三半橋電路B的電極正端連接所述半橋電路A的交流端，所述半橋電路C的電極 正端連接所述半橋電路A的電極負(fù)端，所述半橋電路C的交流端連接所述三半橋電路B的 電極負(fù)端；所述半橋電路A的電極正端為所述三電平電路的電極正端，所述半橋電路C的電極負(fù) 端為所述三電平電路的電極負(fù)端，所述半橋電路C的電極正端為所述三電平電路的直流母 線(xiàn)中點(diǎn)，所述半橋電路B的交流端為所述三電平電路的交流端。
2.如權(quán)利要求1所述的三電平電路，其特征在于，所述半橋電路A包括兩個(gè)電極正端、 電極負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路B包括兩個(gè)電極正端、電極 負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路C包括兩個(gè)電極正端、電極負(fù) 端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路。
3.如權(quán)利要求1所述的三電平電路，其特征在于，所述半橋電路A包括三個(gè)電極正端、 電極負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路B包括三個(gè)電極正端、電極 負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路C包括三個(gè)電極正端、電極負(fù) 端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的三電平電路，其特征在于，所述大容量功率開(kāi)關(guān)管為 IGBT 或 IGCT 或 IEGT。
5.一種變換器，包括三電平電路，其特征在于，所述三電平電路包括半橋電路A、半橋 電路B和半橋電路C，所述半橋電路A、半橋電路B和半橋電路C分別包括相互串聯(lián)的兩個(gè) 大容量功率開(kāi)關(guān)管和分別對(duì)應(yīng)與該兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)連接的二極管，所述半橋 電路A、半橋電路B和半橋電路C分別包括電極正端、電極負(fù)端和位于半橋電路橋臂中點(diǎn)的 交流端；所述三半橋電路B的電極正端連接所述半橋電路A的交流端，所述半橋電路C的電極 正端連接所述半橋電路A的電極負(fù)端，所述半橋電路C的交流端連接所述三半橋電路B的 電極負(fù)端；所述半橋電路A的電極正端為所述三電平電路的電極正端，所述半橋電路C的電極負(fù) 端為所述三電平電路的電極負(fù)端，所述半橋電路C的電極正端為所述三電平電路的直流母 線(xiàn)中點(diǎn)，所述半橋電路B的交流端為所述三電平電路的交流端。
6.如權(quán)利要求5所述的變換器，其特征在于，所述半橋電路A包括兩個(gè)電極正端、電 極負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路B包括兩個(gè)電極正端、電極負(fù) 端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路C包括兩個(gè)電極正端、電極負(fù)端、 交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路。
7.如權(quán)利要求5所述的變換器，其特征在于，所述半橋電路A包括三個(gè)電極正端、電 極負(fù)端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路B包括三個(gè)電極正端、電極負(fù) 端、交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路，所述半橋電路C包括三個(gè)電極正端、電極負(fù)端、 交流端分別一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)的半橋電路。
8.如權(quán)利要求5至7之一所述的變換器，其特征在于，所述大容量功率開(kāi)關(guān)管為IGBT 或 IGCT 或 IEGT。
9.如權(quán)利要求5至7之一所述的變換器，其特征在于，所述變換器為整流器或逆變器。
10.如權(quán)利要求8所述的變換器，其特征在于，所述變換器為整流器或逆變器。
專(zhuān)利摘要一種三電平電路及變換器，三電平電路包括半橋電路A、半橋電路B和半橋電路C，三個(gè)半橋電路分別包括相串聯(lián)的兩個(gè)大容量功率開(kāi)關(guān)管和分別對(duì)應(yīng)與該大容量功率開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)連接的二極管，三半橋電路B電極正端接半橋電路A交流端，半橋電路C電極正端接半橋電路A電極負(fù)端，半橋電路C交流端接三半橋電路B電極負(fù)端；半橋電路A電極正端、半橋電路C電極負(fù)端、半橋電路C電極正端、半橋電路B的交流端分別為三電平電路的電極正端、電極負(fù)端、直流母線(xiàn)中點(diǎn)和交流端；變換器采用上述三電平電路構(gòu)成。本實(shí)用新型三電平電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低；提高變換器的容量和電壓等級(jí)、簡(jiǎn)化主電路結(jié)構(gòu)，減小變換器設(shè)備體積并降低變換器制造成本。
文檔編號(hào)H02M7/483GK201869116SQ20102064536
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者張嘉樂(lè), 王志華 申請(qǐng)人:深圳市禾望電氣有限公司