專利名稱：一種單相半橋五電平逆變器及其應(yīng)用電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單相半橋五電平逆變器及其應(yīng)用電路。
背景技術(shù)：
中壓大容量場合，多電平逆變器得到廣泛的應(yīng)用，目前的五電平逆變器主要是二極管箝位型和飛跨電容型結(jié)構(gòu)。下面分別予以介紹。參見圖la，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中提供的二極管箝位型的五電平逆變器拓撲圖。圖Ia所示的是半橋五電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。二極管用于為各個開關(guān)管進行電壓箝位。例如，第一二極管DBl用于將開關(guān)管Tl下端的電位箝位于第一電容Cl的下端；第二二極管DB2用于將開關(guān)管T5下端的電位箝位于第一電容Cl的下端。其他二極管DB3、 DB4、DB5和DB6類似，在此不再贅述。由于箝位二極管需要阻斷多倍電平電壓，通常需要多個相同標稱值的二極管串聯(lián)，如圖Ib所示，二極管DB21、DB22和DB23串聯(lián)相當(dāng)于圖Ia中的二極管DB2。DB2UDB22 和DB23這三個二極管串聯(lián)起來共同承受圖Ia中DB2承受的電壓。由于二極管的分散性以及雜散參數(shù)的影響，標稱值相同的二極管所能承受的壓力也有所差別，這樣串聯(lián)起來可能引起有的二極管兩端過電壓。因此，需要均壓措施和很大的RC吸收電路，但是這樣將導(dǎo)致系統(tǒng)體積龐大，成本增加。因此，為了解決圖Ib存在的問題，提出了一種改進措施，如圖Ic所示。這種拓撲所用的開關(guān)管數(shù)量和圖Ia所用的一樣，該拓撲可以將每個二極管電壓箝位在單電平電壓之內(nèi)，如圖Ic所示，所有的二極管沒有兩個串聯(lián)的情況。在電平數(shù)較多的逆變器中，有較大的優(yōu)越性。但是這種電路的缺點是，箝位二極管的數(shù)量太多。參見圖2，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中提供的飛跨電容型五電平逆變器拓撲圖。圖2所示的拓撲中的電容可以起到均壓的作用，但是缺點是運用的電容數(shù)目較
^^ ο綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的兩種五電平逆變器拓撲均使用較多的半導(dǎo)體器件，造成體積較大，損耗較多，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種單相半橋五電平逆變器及其應(yīng)用電路，使用的半導(dǎo)體數(shù)目減少，損耗小，成本低。本發(fā)明提供一種單相半橋五電平逆變器，具有交流引出端、直流正引出端、直流負引出端、第一引出端、第二引出端和第三引出端，所述單相半橋五電平逆變器包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管；以及第一鉗位二極管、第二鉗位二極管、第三鉗位二極管和第四鉗位二極管；每個所述開關(guān)管反向并聯(lián)一個二極管；
所述第一開關(guān)管的第一端連接直流正引出端，第一開關(guān)管的第二端連接第一節(jié)
點；所述第二開關(guān)管的第一端連接第一節(jié)點，第二開關(guān)管的第二端連接第一引出端；所述第三開關(guān)管的第一端連接第一節(jié)點，第三開關(guān)管的第二端連接第二節(jié)點；所述第四開關(guān)管的第一端連接第二節(jié)點，第四開關(guān)管的第二端連接第三節(jié)點；所述第五開關(guān)管的第一端連接第三節(jié)點，第五開關(guān)管的第二端連接第四節(jié)點即交流引出端；所述第六開關(guān)管的第一端連接第四節(jié)點，第六開關(guān)管的第二端連接第五節(jié)點；所述第七開關(guān)管的第一端連接第五節(jié)點，第七開關(guān)管的第二端連接第六節(jié)點；所述第八開關(guān)管的第一端連接第六節(jié)點，第八開關(guān)管的第二端連接直流負引出端；所述第二引出端與第二節(jié)點之間串聯(lián)第一鉗位二極管；所述第五節(jié)點與第二引出端之間串聯(lián)第二鉗位二極管；第三引出端與第三節(jié)點之間串聯(lián)第三鉗位二極管；所述第六節(jié)點與第三引出端之間串聯(lián)第四鉗位二極管。優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管均為IGBT管，所述第一端為集電極，所述第二端為發(fā)射極。優(yōu)選地，還包括第一電感、第二電感和第五電容；所述第四節(jié)點通過依次串聯(lián)的第一電感、第五電容和第二電感連接第二引出端。優(yōu)選地，所述單相半橋五電平逆變器對應(yīng)的五個電平工作模態(tài)分別為第一模態(tài)第一、三、四、五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；第二模態(tài)第二、三、四、五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；第三模態(tài)第四、五、六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；第四模態(tài)第五、六、七開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止；第五模態(tài)第六、七、八開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止。優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由正弦波和第一三角波進行比較產(chǎn)生， 在所述正弦波大于第一三角波時所述第一開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第二開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由所述正弦波和第一三角波、第二三角波進行比較產(chǎn)生，在所述正弦波大于第二三角波且小于第一三角波時第二開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第三開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由所述正弦波和第二三角波進行比較產(chǎn)生，所述正弦波大于第二三角波時第三開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第四開關(guān)管的導(dǎo)通時序由所述正弦波的反向波與第二三角波進行比較，所述正弦波的反向波小于第二三角波時第四開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第五開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由所述正弦波的反向波與第一三角波進行比較， 所述正弦波的反向波小于第一三角波時第五開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；第六開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由所述正弦波和第二三角波進行比較產(chǎn)生，所述正弦波小于第二三角波時第六開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；第七開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號為第三開關(guān)管的導(dǎo)通時序關(guān)于正弦波的正半周和關(guān)于正弦波的負半周的對調(diào)；第八開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號為第一開關(guān)管的導(dǎo)通時序關(guān)于正弦波的正半周和關(guān)于正弦波的負半周的對調(diào)；所述第一三角波、第二三角波具有相同的頻率和相同的幅值，且所述第一三角波的波谷值等于第二三角波的波峰值。本發(fā)明還提供一種所述單相半橋五電平逆變器的應(yīng)用電路，所述應(yīng)用電路為單相全橋五電平拓撲電路，具體包括兩個所述單相半橋五電平逆變器，分別是第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器中的第一開關(guān)管的第一端連接在一起均連接所述直流電源的正端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器中的第八開關(guān)管的第二端連接在一起均連接所述直流電源的負端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第二開關(guān)管的第二端連接在一起且連接所述第一電容和第二電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第一鉗位二極管的正端連接在一起且連接第二電容和第三電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第三鉗位二極管的正端連接在一起且連接第三電容和第四電容的公共端。本發(fā)明還提供一種單相半橋五電平逆變器的應(yīng)用電路，所述應(yīng)用電路為三相三線五電平拓撲電路，具體包括三個所述單相半橋五電平逆變器，分別是第一單相半橋五電平逆變器、第二單相半橋五電平逆變器和第三單相半橋五電平逆變器；所述第一、二、三單相半橋五電平逆變器中的第一開關(guān)管的第一端連接在一起均連接所述直流電源的正端；所述第一、二、三單相半橋五電平逆變器中的第八開關(guān)管的第二端連接在一起均連接所述直流電源的負端；所述第一、二、三單相半橋五電平逆變器的第二開關(guān)管的第二端連接在一起且連接第一電容和第二電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第一鉗位二極管的正端連接在一起且連接第二電容和第三電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第三鉗位二極管的正端連接在一起且連接第三電容和第四電容的公共端。本發(fā)明還提供一種單相半橋五電平逆變器的應(yīng)用電路，所述應(yīng)用電路為三相四線五電平拓撲電路，具體包括四個所述單相半橋五電平逆變器，分別是第一單相半橋五電平逆變器、第二單相半橋五電平逆變器、第三單相半橋五電平逆變器和第四單相半橋五電平逆變器；所述第一、二、三、四單相半橋五電平逆變器中的第一開關(guān)管的第一端連接在一起均連接所述直流電源的正端；所述第一、二、三、四單相半橋五電平逆變器中的第八開關(guān)管的第二端連接在一起均連接所述直流電源的負端；所述第一、二、三、四單相半橋五電平逆變器的第二開關(guān)管的第二端連接在一起且連接第一電容和第二電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第一鉗位二極管的正端連接在一起且連接第二電容和第三電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第三鉗位二極管的正端連接在一起且連接第三電容和第四電容的公共端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器包括八個開關(guān)管和四個鉗位二極管，即可以起到連接多個電平到輸出電壓的作用。相比于二極管鉗位型拓撲，采用了一個開關(guān)管的自帶反并聯(lián)二極管取代了兩個鉗位二極管，達到減少鉗位二極管的目的。因此，本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器可以實現(xiàn)減少現(xiàn)有箝位二極管的數(shù)量，實現(xiàn)整個逆變器中的半導(dǎo)體器件減少，損耗小，體積小，進而成本降低的有益效果。


圖Ia是現(xiàn)有技術(shù)中提供的二極管箝位型的五電平逆變器拓撲圖；圖Ib是現(xiàn)有技術(shù)中提供的另一種二極管箝位型的五電平逆變器拓撲圖；圖Ic是現(xiàn)有技術(shù)中提供的又一種二極管箝位型的五電平逆變器拓撲圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中提供的飛跨電容型五電平逆變器拓撲圖；圖3是本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器拓撲圖；圖4是本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第一模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖；圖5是本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第二模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖；圖6是本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第三模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖；圖7是本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第四模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖；圖8是本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第五模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖；圖9是本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器中八個開關(guān)的導(dǎo)通時序圖；圖10是本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器拓撲單元等效圖；圖11是本發(fā)明實施例所述單相全橋五電平逆變器拓撲圖；圖12是本發(fā)明實施例所述三相三線制五電平逆變器拓撲圖；圖13是本發(fā)明實施例所述三相四線制五電平逆變器拓撲圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。參見圖3和圖10，圖3為本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器拓撲圖；圖10 為本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器拓撲單元等效圖。圖3中的單相半橋五電平逆變器等效后的拓撲單元示意圖如圖10所示。本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器具有AC(交流)引出端(即圖3中的節(jié)點a)、DC+(直流正)引出端、DC-(直流負)引出端、第一引出端Ml、第二引出端M2(即圖3 中的節(jié)點η)和第三引出端Μ3。本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器，包括第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管Τ2、 第三開關(guān)管Τ3、第四開關(guān)管Τ4、第五開關(guān)管Τ5、第六開關(guān)管Τ6、第七開關(guān)管Τ7和第八開關(guān)管Τ8。
本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器還包括第一鉗位二極管DF1、第二鉗位二極管DF2、第三鉗位二極管DF3和第四鉗位二極管DF4。第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2、第三開關(guān)管T3、第四開關(guān)管T4、第五開關(guān)管T5、第六開關(guān)管T6、第七開關(guān)管T7和第八開關(guān)管T8分別反向并聯(lián)第一二極管Dl、第二二極管D2、 第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、第八二極管 D8。直流電源的正端通過依次串聯(lián)的第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4連接直流電源的負端DC-。將圖3中的第四節(jié)點a定義為拓撲單元的AC(交流)引出端，第一開關(guān)管Tl的第一端定義為拓撲單元的DC+(直流正)引出端，第八開關(guān)管T8的第二端定義為拓撲單元的 DC-(直流負)弓丨出端，第二開關(guān)管T2的第二端定義為拓撲單元的第一引出端Ml，第一鉗位二極管DFl的正端定義為拓撲單元的第一引出端M2，第三鉗位二極管DF3的正端定義為拓撲單元的第一引出端M3。所述拓撲單元的第一引出端Ml連接圖3中的第一電容Cl和第二電容C2的公共端；拓撲單元的第一引出端M2連接圖3中的第二電容C2和第三電容C3的公共端；拓撲單元的第一引出端M3連接圖3中的第三電容C3和第四電容C4的公共端。第一開關(guān)管Tl的第一端連接DC+引出端(第一電容Cl的第一端)，第一開關(guān)管 Tl的第二端連接第一節(jié)點ml。第二開關(guān)管T2的第一端連接第一節(jié)點ml，第二開關(guān)管T2的第二端連接第一引出端Ml (第一電容Cl的第二端，即第一電容Cl與第二電容C2的公共端)。第三開關(guān)管T3的第一端連接第一節(jié)點ml，第三開關(guān)管T3的第二端連接第二節(jié)點 m2。第四開關(guān)管T4的第一端連接第二節(jié)點m2，第四開關(guān)管T4的第二端連接第三節(jié)點 m30第五開關(guān)管T5的第一端連接第三節(jié)點m3，第五開關(guān)管T5的第二端連接第四節(jié)點 a (AC引出端)。第六開關(guān)管T6的第一端連接第四節(jié)點a(AC引出端)，第六開關(guān)管T6的第二端連接第五節(jié)點m5。第七開關(guān)管T7的第一端連接第五節(jié)點m5，第七開關(guān)管T7的第二端連接第六節(jié)點 m60第八開關(guān)管T8的第一端連接第六節(jié)點m6，第八開關(guān)管T8的第二端連接直流電源的負端——DC-引出端(第四電容C4)。所述第二引出端M2 (AC引出端，第二電容C2的第二端即第二電容C2和第三電容 C3的公共端)與第二節(jié)點m2之間串聯(lián)第一鉗位二極管DF1。第五節(jié)點m5與第二引出端M2之間串聯(lián)第二鉗位二極管DF2。第三引出端M3 (第三電容C3的第二端，即第三電容C3和第四電容C4的公共端) 與第三節(jié)點m3之間串聯(lián)第三鉗位二極管DF3。第六節(jié)點m6與第三引出端M3之間串聯(lián)第四鉗位二極管DF4。本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器包括八個開關(guān)管和四個鉗位二極管，即可以起到鉗位單電平電壓的作用。這是由于分別與八個開關(guān)管反向串聯(lián)的八個二極管既可以起到鉗位二極管的作用，又可以起到自身反向串聯(lián)導(dǎo)通通路的作用。因此，本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器可以實現(xiàn)減少現(xiàn)有箝位二極管的數(shù)量，實現(xiàn)整個逆變器中的半導(dǎo)體器件較少，損耗較小，效率較高，體積也小，進而成本也低的有益效果。需要說明的是，優(yōu)選地，以上八個開關(guān)管——第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2、第三開關(guān)管T3、第四開關(guān)管T4、第五開關(guān)管T5、第六開關(guān)管T6、第七開關(guān)管T7和第八開關(guān)管T8 均為IGBT管，所述第一端為集電極，第二端為發(fā)射極?？梢岳斫獾氖牵陨习藗€開關(guān)管也可以選擇其他類型的開關(guān)管。需要說明的是，所述單相半橋五電平逆變器，還可以包括第一電感Li、第二電感 L2和第五電容C ；所述第四節(jié)點a通過依次串聯(lián)的第一電感Li、第五電容C和第二電感L2連接第二引出端M2，即節(jié)點η。為了清楚地說明本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器工作的五個工作模態(tài)， 下面結(jié)合附圖來對五種工作模態(tài)進行詳細分析。參見圖4，該圖為本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第一模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖。第一模態(tài)第一、三、四、五開關(guān)管Τ1、Τ3、Τ4、Τ5導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止(即第二、 六、七、八開關(guān)管Τ2、Τ6、Τ7、Τ8均截止)。導(dǎo)通的開關(guān)管在圖4中以粗實線示出，不導(dǎo)通的開關(guān)管在圖4中以細實線示出。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a流出電流時，電流的路徑為第一開關(guān)管Tl-第三開關(guān)管T3-第四開關(guān)管T4-第五開關(guān)管T5-第一電感Ll-電網(wǎng)Ve-第二電感L2-第二電容C2-第一電容Cl-第一開關(guān)管Tl。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a有電流流進時，電流的路徑為第五二極管D5-第四二極管D4-第三二極管D3-第一二極管Dl-第一電容Cl-第二電容C2-第二電感L2-電網(wǎng)VG-第一電感 Ll-第五電容D5。參見圖5，該圖為本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第二模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖。第二模態(tài)第二、三、四、五開關(guān)管T2、T3、T4、T5導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止(即第一、 六、七、八開關(guān)管Tl、Τ6、Τ7、Τ8均截止)。導(dǎo)通的開關(guān)管在圖5中以粗實線示出，不導(dǎo)通的開關(guān)管在圖5中以細實線示出。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a流出電流時，電流的路徑為第二二極管D2-第三開關(guān)管T3-第四開關(guān)管T4-第五開關(guān)管T5-第一電感Ll-電網(wǎng)VG-第二電感L2-第二電容C2-第四二極管 D2。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a有電流流進時，電流的路徑為第五二極管D5-第四二極管D4-第三二極管D3-第二開關(guān)管T2-第二電容C2-第二電感L2-電網(wǎng)VG-第一電感Ll-第五二極管D5。參見圖6，該圖為本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第三模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖。第三模態(tài)第四開關(guān)管T4和第五開關(guān)管T5以及第六開關(guān)管T6導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止((即第一、二、三、七、八開關(guān)管T1、T2、T3、T7、T8均截止)。導(dǎo)通的開關(guān)管在圖6中以粗實線示出，不導(dǎo)通的開關(guān)管在圖6中以細實線示出。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a流出電流時，電流的路徑為第一鉗位二極管DFl-第四開關(guān)管 T4-第五開關(guān)管T5-第一電感Ll-電網(wǎng)VG-第二電感L2-第一鉗位二極管DFl。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a有電流流進時，電流的路徑為第六開關(guān)管T6-第二鉗位二極管 DF2-第二電感L2-電網(wǎng)VG-第一電感Ll-第六開關(guān)管T6。參見圖7，該圖為本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第四模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖。第四模態(tài)第五開關(guān)管T5、第六開關(guān)管T6和第七開關(guān)管T7導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止(即第一、二、三、四、八開關(guān)管Tl、T2、T3、T4、T8均截止)。導(dǎo)通的開關(guān)管在圖7中以粗實線示出，不導(dǎo)通的開關(guān)管在圖7中以細實線示出。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a流出電流時，電流的路徑為第三鉗位二極管DF3-第五開關(guān)管 T5-第一電感Ll-電網(wǎng)VG-第二電感L2-第三電容C3-第三鉗位二極管DF3。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a有電流流進時，電流的路徑為第六開關(guān)管T6-第七開關(guān)管T7-第四鉗位二極管DF4-第三電容C3-第二電感L2-電網(wǎng)VG-第一電感Ll-第六開關(guān)管T6。參見圖8，該圖為本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器處于第五模態(tài)對應(yīng)的拓撲圖。第五模態(tài)第六開關(guān)管T6、第七開關(guān)管T7和第八開關(guān)管T8導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止(即第一、二、三、四、五開關(guān)管T1、T2、T3、T4、T5均截止)導(dǎo)通的開關(guān)管在圖8中以粗實線示出，不導(dǎo)通的開關(guān)管在圖8中以細實線示出。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a流出電流時，電流的路徑為第八二極管D8-第七二極管D7-第六二極管D6-第一電感Ll-電網(wǎng)VG-第二電感L2-第三電容C3-第四電容C4-第八二極管D8。當(dāng)?shù)谒墓?jié)點a有電流流進時，電流的路徑為第六開關(guān)管T6-第七開關(guān)管T7-第八開關(guān)管T8-第四電容C4-第三電容C3-第二電感L2-電網(wǎng)VG-第一電感Ll-第六開關(guān)管 T6。通過以上分析可知，每種工作模態(tài)有三個或四個開關(guān)管導(dǎo)通。參見圖9，該圖為本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器中八個開關(guān)的導(dǎo)通時序圖。圖9中的導(dǎo)通時序信號Sl至S8分別為第一至第八開關(guān)管Tl至T8的柵極驅(qū)動信號。當(dāng)某個開關(guān)管的驅(qū)動信號為高電平時，該開關(guān)管導(dǎo)通。當(dāng)某個開關(guān)管的驅(qū)動信號為低電平時，該開關(guān)管截止。圖9中的Van是圖3中第四節(jié)點a和節(jié)點η(第二電容C2和第三電容C3的公共點)之間的電壓。圖9中的波形包括兩個三角波(分別是第一三角波A和第二三角波B)和一個正弦波Ζ。正弦波Z與上述兩個三角波A、B進行比較產(chǎn)生導(dǎo)通時序信號S1-S8。所述第一三角波Α、第二三角波B具有相同的頻率和相同的幅值，且所述第一三角波A的波谷值等于第二三角波B的波峰值。所述第一開關(guān)管Tl的導(dǎo)通時序信號Sl由正弦波Z和第一三角波A進行比較產(chǎn)生，在所述正弦波Z大于第一三角波A時所述第一開關(guān)管Tl導(dǎo)通，反之截止。所述第二開關(guān)管T2的導(dǎo)通時序信號S2由所述正弦波Z和第一三角波A、第二三角波B進行比較產(chǎn)生，在所述正弦波Z大于第二三角波B且小于第一三角波A時第二開關(guān)管 T2導(dǎo)通，反之截止。所述第三開關(guān)管T3的導(dǎo)通時序信號S3由所述正弦波Z和第二三角波B進行比較產(chǎn)生，所述正弦波Z大于第二三角波B時第三開關(guān)管導(dǎo)通T3，反之截止。所述第四開關(guān)管T4的導(dǎo)通時序信號S4由所述正弦波Z的反向波與第二三角波B 進行比較，所述正弦波Z的反向波小于第二三角波B時，第四開關(guān)管T4導(dǎo)通，反之截止。所述第五開關(guān)管T5的導(dǎo)通時序信號S5由所述正弦波Z的反向波與第一三角波A 進行比較，所述正弦波Z的反向波小于第一三角波A時，第五開關(guān)管T5導(dǎo)通，反之截止。第六開關(guān)管T6的導(dǎo)通時序信號S6由所述正弦波Z和第二三角波B進行比較產(chǎn)生， 所述正弦波Z小于第二三角波B時第六開關(guān)管T6導(dǎo)通，反之截止。第七開關(guān)管T7的導(dǎo)通時序信號S7為第三開關(guān)管T3的導(dǎo)通時序關(guān)于正弦波Z的正半周和關(guān)于正弦波Z的負半周的對調(diào)。第八開關(guān)管T8的導(dǎo)通時序信號S8為第一開關(guān)管Tl的導(dǎo)通時序關(guān)于正弦波Z的正半周和關(guān)于正弦波Z的負半周的對調(diào)。以上實施例提供的均是單相半橋五電平逆變器，可以理解的是，由單相半橋五電平逆變器可以組成單相全橋、三相三線制以及三相四線制拓撲。下面分別予以介紹。參見圖11，該圖為本發(fā)明實施例所述單相全橋五電平逆變器拓撲圖。單相全橋五電平逆變器包括兩個所述單相半橋五電平逆變器，分別是第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器；將這兩個單相半橋五電平逆變器等效為圖 10所示的拓撲單元。如圖11所示，兩個拓撲單元的DC+端連接在一起，然后連接直流電源的正端； DC-引出端連接在一起，然后連接直流電源的負端。
兩個拓撲單元的第一引出端Ml連接在一起，然后連接第一電容Cl和第二電容C2 的公共端；兩個拓撲單元的第二引出端M2連接在一起，然后連接第二電容C2和第三電容 C3的公共端；兩個拓撲單元的第三引出端M3連接在一起，然后連接第三電容C3和第四電容C4的公共端。兩個拓撲單元的AC引出端均為交流電源輸出端。參見圖12，該圖為本發(fā)明實施例所述三相三線制五電平逆變器拓撲圖。該圖與圖11的區(qū)別是，包括三個圖10所示的拓撲單元，即包括三個所述單相半橋五電平逆變器，分別是第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器以及第三單相半橋五電平逆變器。第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器以及第三單相半橋五電平逆變器的連接與圖11中的兩個單相半橋逆變器的連接方式相同，具體如圖12所示，在此不再贅述。參見圖13，該圖為本發(fā)明實施例所述三相四線制五電平逆變器拓撲圖。該圖13與圖11的區(qū)別是，包括四個圖10所示的拓撲單元，即包括四個所述單相半橋五電平逆變器，分別是第一單相半橋五電平逆變器、第二單相半橋五電平逆變器和第
12三單相半橋五電平逆變器以及第四單相半橋五電平逆變器。這四個單相半橋逆變器——第一單相半橋五電平逆變器、第二單相半橋五電平逆變器和第三單相半橋五電平逆變器以及第四單相半橋五電平逆變器的連接與圖11中的兩個單相半橋逆變器的連接方式相同，具體如圖13所示，在此不再贅述。需要說明的是，本發(fā)明實施例所述單相半橋五電平逆變器使用的半導(dǎo)體器件較少，造成的功耗較低，因此效率較高，可以理解的是，由該單相半橋五電平逆變器組成的單相全橋、三相三線制以及三相四線制五電平逆變器同樣具有上述優(yōu)點。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單相半橋五電平逆變器，其特征在于，具有交流引出端、直流正引出端、直流負引出端、第一引出端、第二引出端和第三引出端，所述單相半橋五電平逆變器包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管；以及第一鉗位二極管、第二鉗位二極管、第三鉗位二極管和第四鉗位二極管；每個所述開關(guān)管反向并聯(lián)一個二極管；所述第一開關(guān)管的第一端連接直流正引出端，第一開關(guān)管的第二端連接第一節(jié)點； 所述第二開關(guān)管的第一端連接第一節(jié)點，第二開關(guān)管的第二端連接第一引出端； 所述第三開關(guān)管的第一端連接第一節(jié)點，第三開關(guān)管的第二端連接第二節(jié)點； 所述第四開關(guān)管的第一端連接第二節(jié)點，第四開關(guān)管的第二端連接第三節(jié)點； 所述第五開關(guān)管的第一端連接第三節(jié)點，第五開關(guān)管的第二端連接第四節(jié)點即交流引出端；所述第六開關(guān)管的第一端連接第四節(jié)點，第六開關(guān)管的第二端連接第五節(jié)點；所述第七開關(guān)管的第一端連接第五節(jié)點，第七開關(guān)管的第二端連接第六節(jié)點；所述第八開關(guān)管的第一端連接第六節(jié)點，第八開關(guān)管的第二端連接直流負引出端；所述第二引出端與第二節(jié)點之間串聯(lián)第一鉗位二極管；所述第五節(jié)點與第二引出端之間串聯(lián)第二鉗位二極管；第三引出端與第三節(jié)點之間串聯(lián)第三鉗位二極管；所述第六節(jié)點與第三引出端之間串聯(lián)第四鉗位二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相半橋五電平逆變器，其特征在于，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管均為 IGBT管，所述第一端為集電極，所述第二端為發(fā)射極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單相半橋五電平逆變器，其特征在于，還包括第一電感、 第二電感和第五電容；所述第四節(jié)點通過依次串聯(lián)的第一電感、第五電容和第二電感連接第二引出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相半橋五電平逆變器，其特征在于，所述單相半橋五電平逆變器對應(yīng)的五個電平工作模態(tài)分別為第一模態(tài)第一、三、四、五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止； 第二模態(tài)第二、三、四、五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止； 第三模態(tài)第四、五、六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止； 第四模態(tài)第五、六、七開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止； 第五模態(tài)第六、七、八開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均截止。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單相半橋五電平逆變器，其特征在于，所述第一開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由正弦波和第一三角波進行比較產(chǎn)生，在所述正弦波大于第一三角波時所述第一開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第二開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由所述正弦波和第一三角波、第二三角波進行比較產(chǎn)生，在所述正弦波大于第二三角波且小于第一三角波時第二開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第三開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由所述正弦波和第二三角波進行比較產(chǎn)生，所述正弦波大于第二三角波時第三開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第四開關(guān)管的導(dǎo)通時序由所述正弦波的反向波與第二三角波進行比較，所述正弦波的反向波小于第二三角波時第四開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；所述第五開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由所述正弦波的反向波與第一三角波進行比較，所述正弦波的反向波小于第一三角波時第五開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；第六開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號由所述正弦波和第二三角波進行比較產(chǎn)生，所述正弦波小于第二三角波時第六開關(guān)管導(dǎo)通，反之截止；第七開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號為第三開關(guān)管的導(dǎo)通時序關(guān)于正弦波的正半周和關(guān)于正弦波的負半周的對調(diào)；第八開關(guān)管的導(dǎo)通時序信號為第一開關(guān)管的導(dǎo)通時序關(guān)于正弦波的正半周和關(guān)于正弦波的負半周的對調(diào)；所述第一三角波、第二三角波具有相同的頻率和相同的幅值，且所述第一三角波的波谷值等于第二三角波的波峰值。
6.一種權(quán)利要求1至5任一項所述單相半橋五電平逆變器的應(yīng)用電路，其特征在于，所述應(yīng)用電路為單相全橋五電平拓撲電路，具體包括兩個所述單相半橋五電平逆變器，分別是第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器中的第一開關(guān)管的第一端連接在一起均連接所述直流電源的正端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器中的第八開關(guān)管的第二端連接在一起均連接所述直流電源的負端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第二開關(guān)管的第二端連接在一起且連接所述第一電容和第二電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第一鉗位二極管的正端連接在一起且連接第二電容和第三電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第三鉗位二極管的正端連接在一起且連接第三電容和第四電容的公共端。
7.—種權(quán)利要求1至5任一項所述單相半橋五電平逆變器的應(yīng)用電路，其特征在于， 所述應(yīng)用電路為三相三線五電平拓撲電路，具體包括三個所述單相半橋五電平逆變器，分別是第一單相半橋五電平逆變器、第二單相半橋五電平逆變器和第三單相半橋五電平逆變器；所述第一、二、三單相半橋五電平逆變器中的第一開關(guān)管的第一端連接在一起均連接所述直流電源的正端；所述第一、二、三單相半橋五電平逆變器中的第八開關(guān)管的第二端連接在一起均連接所述直流電源的負端；所述第一、二、三單相半橋五電平逆變器的第二開關(guān)管的第二端連接在一起且連接第一電容和第二電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第一鉗位二極管的正端連接在一起且連接第二電容和第三電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第三鉗位二極管的正端連接在一起且連接第三電容和第四電容的公共端。
8.—種權(quán)利要求1至5任一項所述單相半橋五電平逆變器的應(yīng)用電路，其特征在于，所述應(yīng)用電路為三相四線五電平拓撲電路，具體包括四個所述單相半橋五電平逆變器，分別是第一單相半橋五電平逆變器、第二單相半橋五電平逆變器、第三單相半橋五電平逆變器和第四單相半橋五電平逆變器；所述第一、二、三、四單相半橋五電平逆變器中的第一開關(guān)管的第一端連接在一起均連接所述直流電源的正端；所述第一、二、三、四單相半橋五電平逆變器中的第八開關(guān)管的第二端連接在一起均連接所述直流電源的負端；所述第一、二、三、四單相半橋五電平逆變器的第二開關(guān)管的第二端連接在一起且連接第一電容和第二電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第一鉗位二極管的正端連接在一起且連接第二電容和第三電容的公共端；第一單相半橋五電平逆變器和第二單相半橋五電平逆變器的第三鉗位二極管的正端連接在一起且連接第三電容和第四電容的公共端。
全文摘要
一種單相半橋五電平逆變器包括八個開關(guān)管和四個鉗位二極管；每個開關(guān)管反聯(lián)二極管；第一開關(guān)管連接直流正引出端和第一節(jié)點；第二開關(guān)管連接第一節(jié)點和第一引出端；第三開關(guān)管連接第一節(jié)點和第二節(jié)點；第四開關(guān)管連接第二節(jié)點和第三節(jié)點；第五開關(guān)管連接第三節(jié)點和第四節(jié)點；第六開關(guān)管連接第四節(jié)點和第五節(jié)點；第七開關(guān)管連接第五節(jié)點和第六節(jié)點；第八開關(guān)管連接第六節(jié)點和直流負引出端；第二引出端與第二節(jié)點之間、第五節(jié)點與第二引出端之間、第三引出端與第三節(jié)點之間，以及第六節(jié)點與第三引出端之間均串聯(lián)鉗位二極管。本發(fā)明提供單相半橋五電平逆變器及應(yīng)用電路，使用半導(dǎo)體數(shù)目減少。
文檔編號H02M7/487GK102437762SQ20111033194
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者倪華, 傅立秦, 汪洪亮, 趙為 申請人:陽光電源股份有限公司