專利名稱：一種三電平逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三電平逆變器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有三電平逆變器包括依次串聯(lián)在直流母線正、負(fù)端的四個開關(guān)管一第一、二、三、四開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4。第一、四開關(guān)管Ql、Q4為外管，第二、三開關(guān)管Q2、Q3為內(nèi)管。每個開關(guān)管有一路驅(qū)動控制信號。在逆變器的輸出電壓的正半周時，控制第二開關(guān)管Q2常通、第四開關(guān)管Q4常閉，第一開關(guān)管Ql和第三開關(guān)管Q3按SPWM互補(bǔ)導(dǎo)通并保證其死區(qū)。在輸出電壓的負(fù)半周時，控制第三開關(guān)管Q3常通、第一開關(guān)管Ql常閉，第四開關(guān) 管Q4和第二開關(guān)管Q2按SPWM互補(bǔ)導(dǎo)通并保證其死區(qū)。當(dāng)突加負(fù)載，且檢測到開關(guān)管電流大于設(shè)定電流閾值時，需要采用限流處理。目前常見的限流方式是按照一定時序強(qiáng)制關(guān)閉第一、二、三、四開關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q4。以輸出電壓正半周為例進(jìn)入限流強(qiáng)制關(guān)閉第一、二、三、四開關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q4。當(dāng)電流衰減至低于設(shè)定電流閾值，即退出限流，此時Q2先開通。這會造成第三、四開關(guān)管的體二極管D3、D4的反向恢復(fù)，引起橋臂上開關(guān)管電壓應(yīng)力問題。如果進(jìn)入限流時只強(qiáng)制關(guān)閉外管(Q1、Q4)、內(nèi)管(Q2、Q3)導(dǎo)通，則當(dāng)退出限流時橋臂上雖然不存在二極管反向恢復(fù)的問題，但此限流方案要求電感有足夠大的感量，否則突加非線性負(fù)載時，逆變電感L將流過很大的浪涌電流，導(dǎo)致功率開關(guān)管電流應(yīng)力過大而損壞。突加非線性負(fù)載時，輸出電容C會與負(fù)載產(chǎn)生諧振使輸出電壓由正變負(fù)或由負(fù)變正，此時進(jìn)入限流如果只關(guān)閉外管(Q1、Q4)，則電感L續(xù)流時仍承受正電壓，IL繼續(xù)上升，如果逆變器的電感L沒有足夠大的感量來減緩IL上升的速度，將會導(dǎo)致開關(guān)管電流應(yīng)力超規(guī)。將逆變器的電感L加到足夠大，就會使成本提高，且體積增大，一般不允許這種現(xiàn)象發(fā)生。因此，在進(jìn)入限流時只需關(guān)閉外管，控制開關(guān)管的電流應(yīng)力，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種三電平逆變器，用于實現(xiàn)在進(jìn)入限流時只關(guān)閉外管，并控制開關(guān)管的電流應(yīng)力。本發(fā)明提供一種三電平逆變器，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、第一電容、第二電容、第一二極管、第二二極管、電感和第三電容； 所述第一電容和所述第二電容串聯(lián)，所述第一電容和所述第二電容連接于第四節(jié)占.所述第一開關(guān)管、所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管、所述第四開關(guān)管依次串聯(lián)在所述第一電容和所述第二電容之間；所述第一開關(guān)管和所述第二開關(guān)管連接于第一節(jié)點；所述第二開關(guān)管和所述第三開關(guān)管連接于第二節(jié)點，所述第三開關(guān)管和所述第四開關(guān)管連接于第三節(jié)點；所述第一二極管的正極連接于第四節(jié)點，所述第一二極管的負(fù)極連接于第一節(jié)點；所述第二二極管的負(fù)極連接于第四節(jié)點，所述第二二極管的正極連接于第三節(jié)點；所述電感和所述第三電容串聯(lián)于第二節(jié)點和第四節(jié)點之間，所述電感和所述第三電容連接于第五節(jié)點； 所述第三電容兩端并聯(lián)有鉗位電路。優(yōu)選地，所述鉗位電路包括第一鉗位二極管和第二鉗位二極管；所述第一鉗位二極管的陽極與所述第二第五節(jié)點相連；所述第一鉗位二極管的陰極連接第四節(jié)點；所述第二鉗位二極管的陰極與所述第五節(jié)點相連；所述第二鉗位二極管的陽極連接第四節(jié)點；所述第一鉗位二極管、所述第二鉗位二極管的可控極分別用于接收驅(qū)動信號。優(yōu)選地，在逆變器的輸出電壓的正半周，所述第二鉗位二極管的可控極接收驅(qū)動信號為使能；所述第一鉗位二極管的可控極接收驅(qū)動信號為不使能；在輸出電壓的負(fù)半周，所述第一鉗位二極管的可控極接收驅(qū)動信號為使能；所述第二鉗位二極管的可控極接收驅(qū)動信號為不使能。優(yōu)選地，當(dāng)所述電感的電流達(dá)到設(shè)定的保護(hù)閾值點時，進(jìn)入限流僅強(qiáng)制關(guān)閉所述
第一開關(guān)管、所述第四開關(guān)管。優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管均為IGBT管。根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果本發(fā)明實施例所述三電平逆變器，由于在所述第三電容(輸出電容)兩端并聯(lián)有鉗位電路，可以實現(xiàn)在逆變器的輸出電壓正半周時，使得輸出電壓被鉗位到第四節(jié)點電壓和直流母線的正端電壓之間；在逆變器的輸出電壓負(fù)半周時，使得輸出電壓被鉗位到直流母線的負(fù)端電壓和第四節(jié)點電壓之間。當(dāng)突加非線性負(fù)載時，輸出電壓不會諧振過0點，使得進(jìn)入限流后的電感續(xù)流時，不再承受正向電壓，阻止電感電流進(jìn)一步上升，解決了開關(guān)管電流應(yīng)力問題。本發(fā)明實施例所述三電平逆變器，在進(jìn)入限流時可以只強(qiáng)制關(guān)閉外管一第一開關(guān)管和第四開關(guān)管，避免了在輸出電壓正半周退出限流時第三、四開關(guān)管的體二極管反向恢復(fù)引起的電壓應(yīng)力問題，以及在輸出電壓負(fù)半周退出限流時第一、二開關(guān)管的體二極管反向恢復(fù)引起的電壓應(yīng)力問題。


圖I為本發(fā)明第一實施例的三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器的第一、二鉗位二極管控制邏輯圖；圖4為本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器第一模態(tài)圖；圖5為本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器第二模態(tài)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)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種三電平逆變器，用于實現(xiàn)在進(jìn)入限流時只關(guān)閉外管，并控制開關(guān)管的電流應(yīng)力。參見圖1，該圖為本發(fā)明第一實施例的三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明第一實施例所述三電平逆變器，包括第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4、第一電容Cl、第二電容C2、第一二極管D5、第二二極管D6、以及電感L和第三電容C(即輸出電容)。直流母線的正端+BUS和直流母線的負(fù)端-BUS之間串聯(lián)有第一電容Cl和第二電容C2，第一電容Cl和第二電容C2之間的連接于第四節(jié)點N。 第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4依次串聯(lián)在所述第一電容Cl和所述第二電容C2之間。所述第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2連接于第一節(jié)點ml ;所述第二開關(guān)管Q2和所述第三開關(guān)管Q3連接于第二節(jié)點m2，所述第三開關(guān)管Q3和所述第四開關(guān)管Q4連接于第三節(jié)點m3。所述第一二極管D5的正極連接于第四節(jié)點N，所述第一二極管D5的負(fù)極連接于第一節(jié)點ml ;所述第二二極管的負(fù)極連接于第四節(jié)點N，所述第二二極管的正極連接于第三
ni3 o所述第一二極管D5的正極連接于第四節(jié)點N，所述第一二極管D5的負(fù)極連接于第一節(jié)點ml ;所述第二二極管D6的負(fù)極連接于第四節(jié)點N，所述第二二極管D6的正極連接于第三節(jié)點m3。所述電感L和所述第三電容C串聯(lián)于第二節(jié)點m2和第四節(jié)點N之間，所述電感L和所述第三電容C連接于第五節(jié)點m5。所述第三電容C兩端并聯(lián)有鉗位電路I。本發(fā)明第一實施例所述三電平逆變器，由于在所述第三電容C (輸出電容)兩端并聯(lián)有鉗位電路1，可以實現(xiàn)在輸出電壓正半周時，使得輸出電壓被鉗位到第四節(jié)點N電壓和直流母線的正端+BUS電壓之間；在輸出電壓負(fù)半周時，使得輸出電壓被鉗位到直流母線的負(fù)端電壓-BUS和第四節(jié)點N電壓之間。當(dāng)突加非線性負(fù)載時，輸出電壓不會諧振過0點，使得進(jìn)入限流后的電感L續(xù)流時，不再承受正向電壓，阻止電感L電流進(jìn)一步上升，解決了開關(guān)管電流應(yīng)力問題。本發(fā)明第一實施例所述三電平逆變器，在進(jìn)入限流時可以只強(qiáng)制關(guān)閉外管一第一開關(guān)管Ql和第四開關(guān)管Q4，避免了在輸出電壓正半周退出限流時第三、四開關(guān)管Q3、Q4的體二極管D3、D4反向恢復(fù)引起的電壓應(yīng)力問題，以及在輸出電壓負(fù)半周退出限流時第一、二開關(guān)管Q1、Q2的體二極管D1、D2反向恢復(fù)引起的電壓應(yīng)力問題。為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面舉例說明鉗位電路I的具體結(jié)構(gòu)。參見圖2為本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器與第一實施例的區(qū)別在于，所述鉗位電路I包括兩個鉗位二極管。
本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器的鉗位電路I具體包括第一鉗位二極管D7和第二鉗位二極管D8。所述第一鉗位二極管D7的陽極與所述第五節(jié)點m5相連；所述第一鉗位二極D7管的陰極連接第四節(jié)點N。所述第二鉗位二極管D8的陰極與所述第五節(jié)點m5相連；所述第二鉗位二極D8管的陽極連接第四節(jié)點N。所述第一、二鉗位二極管D7、D8的可控極分別用于接收驅(qū)動信號。所述第一、二鉗位二極管D7、D8的驅(qū)動信號具體可以參見圖3所示。
參見圖3，該圖為本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器的第一、二鉗位二極管控制邏輯圖。在逆變器的輸出電壓(即輸出濾波電容-第三電容C上的電壓)的正半周，所述第二鉗位二極管D8的可控極接收驅(qū)動信號為使能；所述第一鉗位二極管D7的可控極接收驅(qū)動信號為不使能。在逆變器的輸出電壓(即輸出濾波電容-第三電容C上的電壓)的負(fù)半周，所述第一鉗位二極管D7的可控極接收驅(qū)動信號為使能；所述第二鉗位二極管D8的可控極接收驅(qū)動信號為不使能。為了防止死區(qū)出現(xiàn)，上述的驅(qū)動信號均需要保證死區(qū)時間。由于第一、二鉗位二極管D7、D8采用上述控制邏輯，可以實現(xiàn)在輸出電壓正半周時，輸出電壓被箝位在第四節(jié)點N電壓到直流母線的正端+BUS電壓之間，在輸出電壓負(fù)半周時，輸出電壓被箝位在直流母線的負(fù)端-BUS電壓到第四節(jié)點N電壓之間。當(dāng)突加非線性負(fù)載時輸出電壓不會諧振過0，使進(jìn)入限流后電感L續(xù)流時，不再承受正向電壓，阻止電感L電流進(jìn)一步上升，解決了開關(guān)管電流應(yīng)力問題，節(jié)省電感成本。本發(fā)明實施例所述三電平逆變器在應(yīng)用于中等功率，電流較大且電感的體積與感量有限的條件下，可以使用電感量很小的逆變電感，同時保障開關(guān)管電流應(yīng)力不超規(guī)。參見圖4，該圖為本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器第一模態(tài)圖。本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器第一模態(tài)為在電壓正半周，電感L續(xù)流及輸出電壓被箝位的工作狀態(tài)。當(dāng)突加非線性負(fù)載，由于輸出電容一第三電容C與負(fù)載諧振，使第三電容C的電壓Uc跌落到負(fù)時，第二鉗位二極管D8將導(dǎo)通，使第三電容C的電壓Uc被箝位至第四節(jié)點N的電壓。如果檢測到電感電流達(dá)到設(shè)定保護(hù)閾值點時，則進(jìn)入限流。進(jìn)入限流時，不管是逆變器的輸出電壓正半周或負(fù)半周，可以強(qiáng)制關(guān)外管一第一、四開關(guān)管Ql、Q4。在逆變器的輸出電壓正半周，由于第四開關(guān)管Q4為關(guān)閉狀態(tài)，只需強(qiáng)制第一開關(guān)管Ql (當(dāng)然提供強(qiáng)制關(guān)閉第一、四開關(guān)管Q1、Q4的控制信號也可)，電感L的續(xù)流路徑第四節(jié)點N —第一二極管D5 —第二開關(guān)管Q2 —電感L —第三電容C。此時第三電容C的電壓Uc已被第二鉗位二極管D7箝位至第四節(jié)點N的電壓，則電感L兩端電壓隊=Un-Uc即為O。電感L兩端不承受正向電壓，阻止了電流的進(jìn)一步上升。因此開關(guān)管電流得到有效控制，電流應(yīng)力不會超規(guī)。
當(dāng)檢測到電感電流低于設(shè)定保護(hù)閾值后，則退出限流模式，恢復(fù)開關(guān)管正常PWM發(fā)波。電壓負(fù)半周同理可實現(xiàn)，如圖5所示。參見圖5，該圖為本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器第二模態(tài)圖。本發(fā)明第二實施例的三電平逆變器第二模態(tài)為在電壓負(fù)半周，電感L續(xù)流及輸出電壓箝位的工作狀態(tài)。在逆變器的輸出電壓負(fù)半周，由于第一開關(guān)管Ql為關(guān)閉狀態(tài)，只需強(qiáng)制第四開關(guān)管Q4(當(dāng)然提供強(qiáng)制關(guān)閉第一、四開關(guān)管Q1、Q4的控制信號也可)，電感L續(xù)流路徑第三電容C —電感L —第三開關(guān)管Q3 —第二二極管D6 —第四節(jié)點N。這樣就避免了在電壓正半周退出限流時第三、四開關(guān)管Q3、Q4的體二極管D3、D4反向恢復(fù)引起的電壓應(yīng)力問題；以及在電壓負(fù)半周退出限流時，第一、二開關(guān)管Q1、Q2的體 二極管D1、D2反向恢復(fù)引起的電壓應(yīng)力問題。由于本發(fā)明實施例所述三電平逆變器，在退出限流時橋臂上不存在開關(guān)管體二極管反向恢復(fù)的問題，因此內(nèi)管即第二、三開關(guān)管Q2、Q3可以選用體二極管特性要求不高的管子，降低了開關(guān)器件成本。本文所述第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4可以均為IGBT管。以上對本發(fā)明所提供的三電平逆變器，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；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(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種三電平逆變器，其特征在于，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、第一電容、第二電容、第一二極管、第二二極管、電感和第三電容； 所述第一電容和所述第二電容串聯(lián)，所述第一電容和所述第二電容連接于第四節(jié)點； 所述第一開關(guān)管、所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管、所述第四開關(guān)管依次串聯(lián)在所述第一電容和所述第二電容之間； 所述第一開關(guān)管和所述第二開關(guān)管連接于第一節(jié)點；所述第二開關(guān)管和所述第三開關(guān)管連接于第二節(jié)點，所述第三開關(guān)管和所述第四開關(guān)管連接于第三節(jié)點； 所述第一二極管的正極連接于第四節(jié)點，所述第一二極管的負(fù)極連接于第一節(jié)點；所述第二二極管的負(fù)極連接于第四節(jié)點，所述第二二極管的正極連接于第三節(jié)點； 所述電感和所述第三電容串聯(lián)于第二節(jié)點和第四節(jié)點之間，所述電感和所述第三電容連接于第五節(jié)點； 所述第三電容兩端并聯(lián)有鉗位電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三電平逆變器，其特征在于，所述鉗位電路包括第一鉗位二極管和第二鉗位二極管；所述第一鉗位二極管的陽極與所述第二第五節(jié)點相連；所述第一鉗位二極管的陰極連接第四節(jié)點； 所述第二鉗位二極管的陰極與所述第五節(jié)點相連；所述第二鉗位二極管的陽極連接第四節(jié)點； 所述第一鉗位二極管、所述第二鉗位二極管的可控極分別用于接收驅(qū)動信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三電平逆變器，其特征在于， 在逆變器的輸出電壓的正半周，所述第二鉗位二極管的可控極接收驅(qū)動信號為使能；所述第一鉗位二極管的可控極接收驅(qū)動信號為不使能； 在輸出電壓的負(fù)半周，所述第一鉗位二極管的可控極接收驅(qū)動信號為使能；所述第二鉗位二極管的可控極接收驅(qū)動信號為不使能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三電平逆變器，其特征在于， 當(dāng)所述電感的電流達(dá)到設(shè)定的保護(hù)閾值點時，進(jìn)入限流僅強(qiáng)制關(guān)閉所述第一開關(guān)管、所述第四開關(guān)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項所述的三電平逆變器，其特征在于，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管均為IGBT管。
全文摘要
一種三電平逆變器，包括第一、二、三、四開關(guān)管、第一、二電容、第一、二二極管、電感和第三電容；第一電容和第二電容串聯(lián)，第一電容和第二電容連接于第四節(jié)點；第一、二、三、四開關(guān)管依次串聯(lián)在第一、二電容之間；第一、二開關(guān)管連接于第一節(jié)點；第二、三開關(guān)管連接于第二節(jié)點，第三、四開關(guān)管連接于第三節(jié)點；第一二極管的正極連接于第四節(jié)點，第一二極管的負(fù)極連接于第一節(jié)點；第二二極管的負(fù)極連接于第四節(jié)點，第二二極管的正極連接于第三節(jié)點；電感和第三電容串聯(lián)于第二、四節(jié)點之間，電感和第三電容連接于第五節(jié)點；第三電容兩端并聯(lián)有鉗位電路。本發(fā)明提供實施例用于實現(xiàn)在進(jìn)入限流時只關(guān)閉外管，并控制開關(guān)管的電流應(yīng)力。
文檔編號H02M7/487GK102684532SQ20121012142
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者崔兆雪 申請人:華為技術(shù)有限公司