專利名稱：一種三相四線制三電平逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三相四線制三電平逆變器。
背景技術(shù)：
逆變器是指通過半導體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用，將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的一種變換器。近年來，三電平逆變器由于具有輸出容量大、輸出電壓高、電流諧波含量小等優(yōu)點，在高壓大功率交流電機變頻調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛的應用。由于受到功率器件容量、零線電流、電網(wǎng)負載平衡要求和用電負載的性質(zhì)(如三相交流異步電動機等)的限制，單相逆變器容量一般較低，大容量的逆變器多采用三相形式?，F(xiàn)有的三相三電平逆變器拓撲的每一相拓撲單元主要有兩類，分別是1字型拓撲結(jié)構(gòu)和T字型拓撲結(jié)構(gòu)。如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)中1字型拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖。在該1字型拓撲結(jié)構(gòu)中，通過在直流正負母線電壓之間串聯(lián)兩個容抗相等的電容 (即圖1中的電容Cl和電容C2)來獲得三個電平正母線電平、兩電容串聯(lián)接點電平、負母線電平。單相半橋逆變器交流輸出的一個接線端子從上述兩串聯(lián)電容的接點η引出，另一個交流輸出端子從圖中a點引出。每相拓撲單元的工作過程如下當半導體開關(guān)管Tl、T2導通，半導體開關(guān)管T3、T4、二極管D3、D4、D5、D6截止時， 輸出節(jié)點a的電平等于正母線電平。輸出側(cè)電流從a點流出到電感Ll時，二極管D1、D2截止，電流回路為Tl-T2-Ll-Ve-L2-Cl-Tl ；輸出側(cè)電流從Ll流進a點時，二極管D1、D2導通， 電流回路為 D2-Dl-Cl-L2-Ve-Ll-D2。當半導體開關(guān)管T2、T3導通，半導體開關(guān)管Tl、T4、二極管Dl、D2、D3、D4截止時， 輸出節(jié)點a的電平等于兩電容串聯(lián)接點電平。輸出側(cè)電流從a點流出到Ll時，二極管D5 導通，二極管D6截止，電流回路為D5-T2-Ll-Ve-L2-D5 ；輸出側(cè)電流從Ll流進a點時，二極管D6導通，二極管D5截止，電流回路為T3-D6-L2-Ve-Ll-T3。當半導體開關(guān)管T3、T4導通，半導體開關(guān)管Tl、T2、二極管Dl、D2、D5、D6截止時， 輸出節(jié)點a的電平等于負母線電平。輸出側(cè)電流從a點流出到Ll時，二極管D3、D4導通， 電流回路為D4-D3-Ll-Ve-L2-C2-D4 ；輸出側(cè)電流從Ll流進a點時，二極管D3、D4截止，電流回路為 T3-T4-C2-L2-Ve-Ll-T3。由上述工作過程可知，1字型三電平逆變器的四組半導體開關(guān)管(Tl和Dl，T2和 D2，T3和D3，T4和D4)承受的最大電壓為直流總輸入電壓的一半，因此，可以選擇額定電壓較小的半導體開關(guān)管進而減小其開關(guān)損耗。但在該拓撲中，需要兩個箝位二極管D5、D6，增加了器件個數(shù)和其損耗，同時還增加了半導體開關(guān)管T2、T3的通態(tài)損耗。如圖2所示，是現(xiàn)有技術(shù)中T字型拓撲結(jié)構(gòu)的示意圖。在該T字型拓撲結(jié)構(gòu)中，通過在直流正負母線電壓之間串聯(lián)兩個容抗相等的電容(即圖2中的電容Cl和電容C2)來獲得三個電平正母線電平，兩電容串聯(lián)接點電平，負母線電平，單相半橋逆變器交流輸出的一個接線端子從上述兩串聯(lián)電容的接點η引出，另一個交流輸出端子從圖中a點引出。每相拓撲單元的工作過程如下當半導體開關(guān)管Tl、T2導通，半導體開關(guān)管T3、T4、D2、D3、D4截止時，輸出節(jié)點 a的電平等于正母線電平。輸出側(cè)電流從a點流出到電感Ll時，二極管Dl截止，電流回路為Tl-Ll-Ve-L2-Cl-Tl ；輸出側(cè)電流從電感Ll流進a點時，二極管Dl導通，電流回路為 D1-C1-L2-Vg-L1-D1o當半導體開關(guān)管T2、T3導通，半導體開關(guān)管Tl、T4、Dl、D4截止時，輸出節(jié)點a的電平等于兩電容串聯(lián)接點電平。輸出側(cè)電流從a點流出到電感Ll時，二極管D3導通，二極管D2截止，電流回路為T2-D3-Ll-Ve-L2-T2 ；輸出側(cè)電流從電感Ll流進a點時，二極管D2 導通，二極管D3截止，電流回路為T3-D2-L2-Ve-Ll-T3。當半導體開關(guān)管T3、T4導通，半導體開關(guān)管Tl、T2、DU D2、D3截止時，輸出節(jié)點 a的電平等于負母線電平。輸出側(cè)電流從a點流出到電感Ll時，二極管D4導通，電流回路為D4-Ll-Ve-L2-C2-D4 ；輸出側(cè)電流從電感Ll流進a點時，二極管D4截止，電流回路為 T4-C2-L2-Vg-L1-T4。由上述工作過程可知，T字型三電平逆變器的四組半導體開關(guān)管中Tl、T4承受的最大電壓為直流總輸入電壓，T2、T3承受的最大電壓為一半直流總輸入電壓。因此，增加了半導體開關(guān)管Tl、Τ4的開關(guān)損耗，但無需兩個箝位二極管，避免了該部分損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種三相四線制三電平逆變器，以減小損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率。為此，本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案一種三相四線制三電平逆變器，用于將直流電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，包括四個拓撲單元，所述四個拓撲單元中的每個拓撲單元分別連接在所述直流電源之間，并且所述四個拓撲單元中至少包含以下兩個拓撲單元第一拓撲單元和第二拓撲單元這兩者之一、以及1字型拓撲單元和T字型拓撲單元這兩者之一，其中所述第一拓撲單元包括四個開關(guān)器件，其中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間，其中，第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端，第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負端；第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點，第三開關(guān)器件的第一端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端；第二開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端；所述第二拓撲單元包括四個開關(guān)器件，其中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間，其中，第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端，第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負端；第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點，第二開關(guān)器件的第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端；第一開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的
4一個輸出端。優(yōu)選地，每個開關(guān)器件均包括開關(guān)管和與所述開關(guān)管反并聯(lián)的二極管?？蛇x地，所述二極管為獨立二極管或所述開關(guān)管內(nèi)部自帶的反并聯(lián)二極管。優(yōu)選地，所述第一拓撲單元或第二拓撲單元中的四個開關(guān)器件的驅(qū)動信號由正弦波與三角形載波交截產(chǎn)生，并且在所述正弦調(diào)制波的正半周期，第二開關(guān)器件導通，第四開關(guān)器件關(guān)斷，并且如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波的電平，則第一開關(guān)器件導通，第三開關(guān)器件關(guān)斷；如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波的電平，則第一開關(guān)器件關(guān)斷，第三開關(guān)器件導通；在所述正弦調(diào)制波的負半周期，第一開關(guān)器件保持關(guān)斷狀態(tài)，第三開關(guān)器件保持導通狀態(tài)，并且如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波反向后的電平，則第二開關(guān)器件導通，第四開關(guān)器件關(guān)斷；如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波反向后的電平，則第二開關(guān)器件關(guān)斷，第四開關(guān)器件導通。優(yōu)選地，所述四個拓撲單元中的任意一個拓撲單元的輸出作為零線，其它三個拓撲單元的輸出作為火線。優(yōu)選地，所述三相四線制三電平逆變器還包括 兩個分壓電容，串聯(lián)連接在所述直流電源之間，用于對所述直流電源進行分壓，所述兩個分壓電容的連接點為所述直流電源的分壓中點。優(yōu)選地，所述兩個電容的容抗相同。本發(fā)明實施例提供的三相四線制三電平逆變器，可以在保持三電平逆變器的器件數(shù)目最少的同時，降低部分開關(guān)管的電壓應力，從而可以選用小功率半導體開關(guān)管，減小損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。


為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中三相三電平逆變器拓撲的每一相1字型拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中三相三電平逆變器拓撲的每一相T字型拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例中第一拓撲單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例中第二拓撲單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實施例中1字型拓撲單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例中T字型拓撲單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7、圖8、圖9、圖10分別是本發(fā)明實施例三相四線制三電平逆變器的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明實施例中第一拓撲單元和第二拓撲單元中各開關(guān)器件的驅(qū)動信號示意圖；圖12是本發(fā)明實施例中第一拓撲單元在第一工作模態(tài)下的電流回路示意圖；圖13是本發(fā)明實施例中第一拓撲單元在第二工作模態(tài)下的電流回路示意圖14是本發(fā)明實施例中第一拓撲單元在第三工作模態(tài)下的電流回路示意圖。圖15是本發(fā)明實施例中第二拓撲單元在第一工作模態(tài)下的電流回路示意圖；圖16是本發(fā)明實施例中第二拓撲單元在第二工作模態(tài)下的電流回路示意圖；圖17是本發(fā)明實施例中第二拓撲單元在第三工作模態(tài)下的電流回路示意圖。
具體實施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實施例的方案，下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明實施例作進一步的詳細說明。本發(fā)明實施例提供一種三相四線制三電平逆變器，用于將直流電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，所述直流電源可以是光伏電源，也可以是儲能電池。所述三相四線制三電平逆變器的輸出側(cè)可以接電網(wǎng)或者是交流負載。在該三相四線制三電平逆變器中包括四個拓撲單元，所述四個拓撲單元中的每個拓撲單元分別連接在所述直流電源之間，并且所述四個拓撲單元中至少包含以下兩個拓撲單元第一拓撲單元和第二拓撲單元這兩者之一、以及1字型拓撲單元和T字型拓撲單元這兩者之一。下面首先對這四個拓撲單元進行詳細說明。為了描述方便，將上述第一拓撲單元簡稱為M1，第二拓撲單元簡稱為M2。如圖3所示，是本發(fā)明實施例中第一拓撲單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖及其對應的簡化框圖。該第一拓撲單元包括四個開關(guān)器件，其中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間，其中，第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端，第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負端；第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點，第三開關(guān)器件的第一端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端；第二開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端。如圖4所示，是本發(fā)明實施例中第二拓撲單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖及其對應的簡化框圖。該第二拓撲單元包括四個開關(guān)器件，其中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間，其中，第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端，第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負端；第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點，第二開關(guān)器件的第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端；第一開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端。如圖5所示，是本發(fā)明實施例中1字型拓撲單元的結(jié)構(gòu)示意圖及其對應的簡化框圖。該1字型拓撲單元與現(xiàn)有技術(shù)相同，包括四個開關(guān)器件，這四個開關(guān)器件依次串聯(lián)連接在所述直流電源之間，另外，還包括兩個箝位二極管D5、D6。如圖6所示，是本發(fā)明實施例中T字型拓撲單元的結(jié)構(gòu)示意圖及其對應的簡化框圖。
該T字型拓撲單元與現(xiàn)有技術(shù)相同，包括四個開關(guān)器件，其中的第一開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間，其中，第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端，第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負端；第二開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第二端相連接，并且，第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點，第三開關(guān)器件的第一端分別與第一開關(guān)器件的第二端及第四開關(guān)器件的第一端相連接。需要說明的是，在實際應用中，上述直流電源的分壓中點可以由串聯(lián)連接在所述直流電源之間的兩個分壓電容形成，即所述兩個分壓電容的連接點為所述直流電源的分壓中占。
I ； WN O上述圖3至圖6中的各開關(guān)器件包括開關(guān)管和與所述開關(guān)管反并聯(lián)的二極管，所述開關(guān)管可以是半導體開關(guān)管，比如MOSFET (高壓金屬氧化物硅場效應晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、IGCT(集成門極換流晶閘管)、IEGT(增強注入柵晶體管)等。所述二極管可以是獨立二極管或所述開關(guān)管內(nèi)部自帶的反并聯(lián)二極管。相應地，所述開關(guān)管的漏極或集電極與所述二極管的陰極相連構(gòu)成所述開關(guān)器件的第一端，所述開關(guān)管的源極或發(fā)射極與所述二極管的陽極相連構(gòu)成所述開關(guān)器件的第二端。當然，本發(fā)明實施例并不限定上述開關(guān)管的類型，還可以是其它類型的開關(guān)管。如圖3至圖6所示，第一開關(guān)器件由第一開關(guān)管Tl和第一二極管Dl組成，第二開關(guān)器件由第二開關(guān)管T2和第二二極管D2組成，第三開關(guān)器件由第三開關(guān)管T3和第三二極管D3組成，第四開關(guān)器件由第四開關(guān)管T4和第四二極管D4組成?；谏鲜龈鞣N拓撲單元，本發(fā)明實施例提供的三相四線制三電平逆變器可以有多種變形結(jié)構(gòu)。圖7、圖8、圖9、圖10分別是本發(fā)明實施例三相四線制三電平逆變器的一種結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，兩個分壓電容Cl 1、C12串聯(lián)連接在直流電源之間，兩個分壓電容Cl 1、 C12的容抗相同，用于對直流電源進行分壓；四個拓撲單元分別為第一拓撲單元Ml、第一拓撲單元Ml、第一拓撲單元Ml和1字型拓撲單元，分別連接在所述直流電源之間。圖8、圖9、圖10所示三相四線制三電平逆變器與圖7類似，只是圖8中的四個拓撲單元分別為第一拓撲單元Ml、第一拓撲單元Ml、第一拓撲單元Ml和T字型拓撲單元；圖 9中的四個拓撲單元分別為第二拓撲單元M2、第二拓撲單元M2、第二拓撲單元M2和1字型拓撲單元；圖10中的四個拓撲單元分別為第二拓撲單元M2、第二拓撲單元M2、第二拓撲單元M2和T字型拓撲單元。需要說明的是，圖7至圖10所示的各三相四線制三電平逆變器中，四個拓撲單元的輸出中，可以選擇其中任意一個作為零線，其它另外三個拓撲單元的輸出作為火線。三條火線對應的三個拓撲單元中相對應的各開關(guān)器件的驅(qū)動信號相位互差120度。另外，圖7至圖10所示僅是本發(fā)明實施例三相四線制三電平逆變器的幾種示例， 并不僅限于上述這幾種拓撲形式，還可以有其它拓撲形式，只需使四個拓撲單元中至少包含以下兩個拓撲單元第一拓撲單元和第二拓撲單元這兩者之一、以及1字型拓撲單元和T 字型拓撲單元這兩者之一即可。本發(fā)明實施例中第一拓撲單元Ml和第二拓撲單元M2、以及1字型拓撲單元和T字型拓撲單元中四個開關(guān)器件的驅(qū)動信號由正弦調(diào)制波(即調(diào)制信號)與三角形載波(即載波信號)交截產(chǎn)生，如圖11所示。其中，Ug為正弦波，比如50Hz, Uc是三角形載波，如20KHz。Si、S2、S3和S4分別表示第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件的驅(qū)動信號，Van表示相應拓撲單元的輸出信號。在所述正弦調(diào)制波Ug的正半周期，第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件以工頻信號驅(qū)動，第一開關(guān)器件和第三開關(guān)器件以高頻脈沖信號驅(qū)動。具體地，如圖21所示，第二開關(guān)器件導通，第四開關(guān)器件關(guān)斷，并且如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波的電平， 即Uc < Ug，則第一開關(guān)器件導通，第三開關(guān)器件關(guān)斷；如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波的電平，即Uc > Ug，則第一開關(guān)器件關(guān)斷，第三開關(guān)器件導通；在所述正弦調(diào)制波Ug的負半周期，第一開關(guān)器件和第三開關(guān)器件以工頻信號驅(qū)動，第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件以高頻脈沖信號驅(qū)動。具體地，如圖21所示，第一開關(guān)器件保持關(guān)斷狀態(tài)，第三開關(guān)器件保持導通狀態(tài)，并且如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波反向后的電平，即Uc > _Ug，則第二開關(guān)器件導通，第四開關(guān)器件關(guān)斷；如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波反向后的電平，即Uc < _Ug，則第二開關(guān)器件關(guān)斷，第四開關(guān)器件導通。需要說明的是，上述高頻脈沖信號為PWM脈沖信號，比如可以是KHz范圍內(nèi)的脈沖信號。本發(fā)明實施例中的上述四個拓撲單元均工作在三個電平的工作模態(tài)，1字型拓撲單元和T字型拓撲單元的工作過程與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再詳細描述。下面僅結(jié)合圖3 和圖4詳細說明本發(fā)明實施例中第一拓撲單元Ml和第二拓撲單元M2的工作過程。圖12、圖13和圖14分別示出了第一拓撲單元Ml的三個工作模態(tài)，其中如圖12所示，當?shù)谝婚_關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2導通，第三開關(guān)管T3、第四開關(guān)管T4、第三二極管D3、第四二極管D4截止時，輸出節(jié)點a的電平等于正母線電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時，第一二極管D1、第二二極管D2截止，電流回路為 T1-T2-L-Vg-C1-T1 ；輸出側(cè)電流從電感L流進節(jié)點a時，第一二極管Dl和第二二極管D2導通，電流回路為D2-Dl-Cl-Ve-L-D2。如圖13所示，當?shù)诙_關(guān)管T2、第三開關(guān)管T3導通，第一開關(guān)管Tl、第四開關(guān)管 T4、第一二極管D1、第四二極管D4截止時，輸出節(jié)點a的電平等于兩個分壓電容串聯(lián)接點 η的電平，即Vd。/2，其中，Vd。為直流電源的電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時，第三二極管D3導通，第二二極管D2截止，電流回路為D3-T2-L-Ve-D3 ；輸出側(cè)電流從第一電感 Ll流進節(jié)點a時，第二二極管D2導通，第三二極管D3截止，電流回路為D2-T3-Ve-L-D2。如圖14所示，當?shù)谌_關(guān)管T3、第四開關(guān)管T4導通，第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管 T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3截止時，輸出節(jié)點a的電平等于負母線電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時，第四二極管D4導通，電流回路為D4-L-Ve-C2-D4 ； 輸出側(cè)電流從電感L流進節(jié)點a時，第四二極管D4截止，電流回路為T4-C2-Ve-L-T4。由上述工作過程可以看出，本發(fā)明實施例中的第一拓撲單元，無需兩個箝位二極管，減少了一個開關(guān)管的通態(tài)損耗；而且其中兩組開關(guān)管的電壓應力降低一半，因此可以選用小功率半導體開關(guān)管，減小損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。
圖15、圖16和圖17分別示出了第二拓撲單元M2的三個工作模態(tài)，其中如圖15所示，當?shù)谝婚_關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2導通，第三開關(guān)管T3、第四開關(guān)管 T4、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4截止時，輸出節(jié)點a的電平等于正母線電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時，第一二極管Dl截止，電流回路為Tl-L-Ve-Cl-Tl ； 輸出側(cè)電流從電感L流進a點時，第一二極管Dl導通，電流回路為Dl-Cl-Ve-L-Dl。如圖16所示，當?shù)诙_關(guān)管T2、第三開關(guān)管T3導通，第一開關(guān)管Tl、第四開關(guān)管 T4、第一二極管D1、第四二極管D4截止時，輸出節(jié)點a的電平等于兩個分壓電容串聯(lián)接點η 的電平，即Vd。/2，其中，Vd。為直流電源的電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到L時，第三二極管D3導通，第二二極管D2截止，電流回路為T2-D3-L-Ve-T2 ；輸出側(cè)電流從電感L流進節(jié)點 a時，第二二極管D2導通，第三二極管D3截止，電流回路為T3-D2-Ve-L-T3。如圖17所示，當?shù)诙_關(guān)管T2、第三開關(guān)管T3導通，第一開關(guān)管Tl、第四開關(guān)管 T4、第一二極管D1、第四二極管D4截止時，輸出節(jié)點a的電平等于兩個分壓電容串聯(lián)接點 η的電平，即Vd。/2，其中，Vd。為直流電源的電平。輸出側(cè)電流從節(jié)點a流出到電感L時，第三二極管D3導通，第二二極管D2截止，電流回路為T2-D3-L-Ve-T2 ；輸出側(cè)電流從電感L流進節(jié)點a時，第二二極管D2導通，第三二極管D3截止，電流回路為T3-D2-Ve-L-T3。由上述工作過程可以看出，本發(fā)明實施例中的第二拓撲單元，無需兩個箝位二極管，減少了一個開關(guān)管的通態(tài)損耗；而且其中兩組開關(guān)管的電壓應力降低一半，因此可以選用小功率半導體開關(guān)管，減小損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。以上對本發(fā)明實施例進行了詳細介紹，本文中應用了具體實施方式
對本發(fā)明進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的設備；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種三相四線制三電平逆變器，用于將直流電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，其特征在于，包括四個拓撲單元，所述四個拓撲單元中的每個拓撲單元分別連接在所述直流電源之間，并且所述四個拓撲單元中至少包含以下兩個拓撲單元第一拓撲單元和第二拓撲單元這兩者之一、以及1字型拓撲單元和T字型拓撲單元這兩者之一，其中所述第一拓撲單元包括四個開關(guān)器件，其中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間，其中，第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端，第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負端；第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點，第三開關(guān)器件的第一端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端；第二開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端；所述第二拓撲單元包括四個開關(guān)器件，其中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在所述直流電源之間，其中，第一開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的正端，第四開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的負端；第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點，第二開關(guān)器件的第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端；第一開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連并作為所述逆變器的一個輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相四線制三電平逆變器，其特征在于，每個開關(guān)器件均包括開關(guān)管和與所述開關(guān)管反并聯(lián)的二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相四線制三電平逆變器，其特征在于，所述二極管為獨立二極管或所述開關(guān)管內(nèi)部自帶的反并聯(lián)二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相四線制三電平逆變器，其特征在于，所述第一拓撲單元或第二拓撲單元中的四個開關(guān)器件的驅(qū)動信號由正弦波與三角形載波交截產(chǎn)生，并且在所述正弦調(diào)制波的正半周期，第二開關(guān)器件導通，第四開關(guān)器件關(guān)斷，并且如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波的電平，則第一開關(guān)器件導通，第三開關(guān)器件關(guān)斷； 如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波的電平，則第一開關(guān)器件關(guān)斷，第三開關(guān)器件導通；在所述正弦調(diào)制波的負半周期，第一開關(guān)器件保持關(guān)斷狀態(tài)，第三開關(guān)器件保持導通狀態(tài)，并且如果所述三角形載波的電平大于所述正弦調(diào)制波反向后的電平，則第二開關(guān)器件導通，第四開關(guān)器件關(guān)斷；如果所述三角形載波的電平小于所述正弦調(diào)制波反向后的電平，則第二開關(guān)器件關(guān)斷，第四開關(guān)器件導通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相四線制三電平逆變器，其特征在于，所述四個拓撲單元中的任意一個拓撲單元的輸出作為零線，其它三個拓撲單元的輸出作為火線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的三相四線制三電平逆變器，其特征在于，還包括兩個分壓電容，串聯(lián)連接在所述直流電源之間，用于對所述直流電源進行分壓，所述兩個分壓電容的連接點為所述直流電源的分壓中點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相四線制三電平逆變器，其特征在于，所述兩個電容的容抗相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相四線制三電平逆變器，包括四個拓撲單元，四個拓撲單元中至少包含以下兩個拓撲單元第一拓撲單元和第二拓撲單元這兩者之一、以及1字型拓撲單元和T字型拓撲單元這兩者之一，第一拓撲單元中的第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在直流電源之間，第三開關(guān)器件的第二端連接所述直流電源的分壓中點，第二端連接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端；第二拓撲單元中的第一開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件串聯(lián)連接在直流電源之間，第二開關(guān)器件的第一端連接所述直流電源的分壓中點，第二端連接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端。利用本發(fā)明，可以減小損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02M7/483GK102427307SQ20111032674
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者姚丹, 宋煬, 汪洪亮 申請人:陽光電源股份有限公司