專利名稱：一種四電平逆變拓撲單元及四電平逆變器的制作方法
技術領域：
本申請涉及電カ電子技術領域，特別涉及ー種四電平逆變拓撲単元及四電平逆變器。
背景技術：
逆變器是將直流電轉變?yōu)榻涣麟姷脑O備。隨著技術的不斷發(fā)展和進步，人們生活水平的不斷提高，逆變器也成為了人們應急和外出的ー種重要設備。目前的逆變器多為ニ極管鉗位型逆變器或飛跨電容型逆變器。圖I和圖2分別示出了傳統(tǒng)四電平逆變器的部分結構。其中，圖I為ニ極管鉗位型四電平逆變器的部分結構，圖2為飛跨電容型四電平逆變器的部分結構。在圖I所示逆變器結構中，通過電容Cl、C2和C3產(chǎn)生四個不同電位的電信號，并且每個四電平拓撲單元包括六個開關管和十個ニ極管；在圖2所示逆變器結構中，每個四電平拓撲單元包括六個 開關管和六個ニ極管，且逆變器中通過設置電容C1、C2、C3、C4、C5和C6來產(chǎn)生四個不同電位的電信號。由上述可知，傳統(tǒng)的ニ極管鉗位型四電平逆變器和飛跨電容型四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多，由此加大了逆變器及其應用電路的成本，同時，増加了逆變器及其應用電路的封裝難度。

發(fā)明內(nèi)容
本申請所要解決的技術問題是提供一種四電平逆變拓撲単元及四電平逆變器，用以解決現(xiàn)有的四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多，由此加大了逆變器及其引用電路的成本的技術問題，同時避免了由于四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多導致増加逆變器及其應用電路的封裝難度的技術問題。本申請?zhí)峁┝艘环N四電平逆變拓撲単元，包括第一支路、第二支路、開關管Tl、開關管T4 ；每個開關管反向并聯(lián)ー個ニ極管；該拓撲單元的第一直流輸入端Ml通過依次串聯(lián)的第一支路和第二支路與該拓撲単元的第二直流輸入端M2相連；該拓撲単元的第三直流輸入端M3通過開關管Tl與第一支路和第二支路的連接線相連；第一支路和第二支路的連接線通過開關管T4與該拓撲単元的第四直流輸入端M4相連；第一支路和第二支路的連接線與該拓撲單元的交流輸出端AC相連接；其中，所述第一支路包括串聯(lián)的ニ極管DFl和開關管T2，所述第二支路包括串聯(lián)的開關管T3和ニ極管DF2。上述四電平逆變拓撲単元，優(yōu)選地，該四電平逆變拓撲単元對應的六個工作模態(tài)分別為第一工作模態(tài)開關管T2導通，其余開關管均截止；第二工作模態(tài)開關管Tl導通，或者開關管Tl和開關管T2導通，其余開關管均截止;第三工作模態(tài)開關管T2導通，或者開關管Tl和開關管T2導通，其余開關管均截止;第四工作模態(tài)開關管T3導通，其余開關管均截止；第五工作模態(tài)開關管T4導通，或者開關管T3和開關管T4導通，其余開關管均截止;第六工作模態(tài)開關管T3導通，或者開關管T3和開關管T4導通，其余開關管均截止。

本申請還提供了ー種四電平逆變器，包括直流輸入單元和ー個如上述任意ー種所述的拓撲單元，其中所述直流輸入單元的第一直流正電平PVl+與該逆變単元的第一直流輸入端Ml相連，所述直流輸入單元的第二直流正電平PV2+與該逆變単元的第三直流輸入端M3相連，所述直流輸入單元的第一直流負電平PVl-與該逆變単元的第二直流輸入端M2相連，所述直流輸入單元的第二直流負電平PV2-與該逆變単元的第四直流輸入端M4相連；該逆變単元的交流輸出端AC與該逆變器的交流輸出端相連。本申請還提供了ー種四電平逆變器，包括直流輸入單元和兩個如上述任意ー種所述的拓撲單元第一拓撲單元和第二拓撲單元；直流輸入單元的第一直流正電平PVl+與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第一直流輸入端Ml相連；直流輸入單元的第一直流負電平PVl-與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連；直流輸入單元的第二直流正電平PV2+與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連；直流輸入單元的第二直流負電平PV2-與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第四直流輸入端M4相連；第一拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端相連，第二拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端相連。本申請還提供了ー種四電平逆變器，包括直流輸入單元和三個如上述任意ー種所述的拓撲單元第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元；直流輸入單元的第一直流正電平PVl+與第一拓撲單元和、第二拓撲單元和第三拓撲單兀的各第一直流輸入端Ml相連；直流輸入單元的第一直流負電平PVl-與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連；直流輸入單元的第二直流正電平PV2+與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連；直流輸入單元的第二直流負電平PV2-與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第四直流輸入端M4相連；第一拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端相連，第二拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端相連，第三拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第三交流輸出端相連。本申請還提供了ー種四電平逆變器，包括直流輸入單元和四個如上述任意ー種所述的拓撲單元第一拓撲單元、第二拓撲單元、第三拓撲單元和第四拓撲單元；直流輸入單元的第一直流正電平PVl+與第一拓撲單元和、第二拓撲單元、第三拓撲單元和第四拓撲單元的各第一直流輸入端Ml相連；

直流輸入單元的第一直流負電平PVl-與第一拓撲單元、第二拓撲單元、第三拓撲単元和第四拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連；直流輸入單元的第二直流正電平PV2+與第一拓撲單元、第二拓撲單元、第三拓撲単元和第四拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連；直流輸入單元的第二直流負電平PV2-與第一拓撲單元、第二拓撲單元、第三拓撲単元和第四拓撲單元的各第四直流輸入端M4相連；第一拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端相連，第二拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端相連，第三拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第三交流輸出端相連，第四拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第四交流輸出端相連。 上述任意一種所述的四電平逆變器，優(yōu)選地，所述直流輸入單元包括電容CAl、電容CA2、電容CA3、電感LI、電感L2、開關管TB1、開關管TB2、ニ極管DBl和ニ極管DB2，其中直流電源的正端與電容CAl的第一端相連，直流電源的負端與電容CAl的第二端相連；電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電感LI和開關管TBl與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連；電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的開關管TB2和電感L2與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連；電感LI和開關管TBl的連接線通過依次串聯(lián)的ニ極管DBl和電容CA2與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連；電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電容CA3和ニ極管DB2與開關管TB2和電感L2的連接線相連；ニ極管DBl和電容CA2的連接線與該直流輸入單元的第二直流正電平PV2+相連，電容CAl的第一端和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流正電平PVl+相連，電容CAl的第二端和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流負電平PVl-相連，電容CA3和ニ極管DB2的連接線與該直流輸入單元的第二直流負電平PV2-相連。上述任意一種所述的四電平逆變器，優(yōu)選地，所述直流輸入單元包括電容CA1、電容CA2、電容CA3、電感LI、電感L2、開關管TB1、開關管TB2、ニ極管DBl和ニ極管DB2，其中直流電源的正端與電容CAl的第一端相連，直流電源的負端與電容CAl的第二端相連；電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電感LI和開關管TBl與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連；電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的開關管TB2和電感L2與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連；電感LI和開關管TBl的連接線通過依次串聯(lián)的ニ極管DBl和電容CA2與電容CAl的第一端和直流電源的連接線相連；電容CAl的第二端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電容CA3和ニ極管DB2與開關管TB2和電感L2的連接線相連；ニ極管DBl和電容CA2的連接線與該直流輸入單元的第二直流正電平PV2+相連，電容CAl的第一端和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流正電平PVl+相連，電容CAl的第二端和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流負電平PVl-相連，電容 CA3和ニ極管DB2的連接線與該直流輸入單元的第二直流負電平PV2-相連。上述任意一種所述的四電平逆變器，優(yōu)選地，所述直流輸入單元包括電容CB1、電容CB2、電容CA2、電容CA3、電感LI、電感L2、開關管TB1、開關管TB2、ニ極管DBl和ニ極管DB2，其中直流電源的正端通過依次串聯(lián)的電容CBl和電容CB2與直流電源的負端相連；電容CBl和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電感LI、開關管TBl、開關管TB2和電感L2與電容CB2和直流電源的連接線相連；電容CBl和電容CB2的連接線與開關管TBl和開關管TB2的連接線相連；電感LI和開關管TBl的連接線通過依次串聯(lián)的ニ極管DBl和電容CA2與電容CBl和直流電源的連接線相連；電容CB2和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電容CA3和ニ極管DB2與開關管TB2和電感L2的連接線相連；ニ極管DBl和電容CA2的連接線與該直流輸入單元的第二直流正電平PV2+相連，電容CBl和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流正電平PVl+相連，電容CB2和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流負電平PVl-相連，電容CA3和ニ極管DB2的連接線與該直流輸入單元的第二直流負電平PV2-相連。由上述可知，本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋮g元包括四個反向井聯(lián)ニ極管的開關管和兩個ニ極管，相對于現(xiàn)有的四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多，由此加大了逆變器及其引用電路的成本，且由于四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多導致増加逆變器及其應用電路的封裝難度的技術問題，本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋮g元在實現(xiàn)單相和多相應用時，在保證將直流逆變?yōu)榻涣鞯耐瑫r，減少了整個逆變器的半導體元器件的數(shù)量，體積較小，成本較低，同時，減小了其應用電路的封裝難度。


為了更清楚地說明本申請實施例中的技術方案，下面將對實施例描述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申請的ー些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為現(xiàn)有技術中的ニ極管鉗位型四電平逆變器的拓撲圖2為現(xiàn)有技術中的飛跨電容型四電平逆變器的拓撲圖；圖3為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例一的拓撲圖；圖4為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例ー處于第一工作模態(tài)的拓撲圖；圖5為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例ー處于第二工作模態(tài)的拓撲圖；圖6為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例ー處于第三工作模態(tài)的拓撲圖；圖I為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例一處于第四工作模態(tài)的拓撲圖；圖8為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例ー處于第五工作模態(tài)的拓 撲圖；圖9為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例一處于第六工作模態(tài)的拓撲圖；圖10為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例一中時序生成正弦波的一種時序調(diào)制圖；圖11為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例一中時序生成正弦波的另一種時序調(diào)制圖；圖12為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例ニ的拓撲圖；圖13為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例ニ的另一拓撲圖；圖14為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例ニ的另一拓撲圖；圖15為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例ニ的另一拓撲圖；圖16為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例一的等效圖；圖17為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的拓撲圖；圖18為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的另一拓撲圖；圖19為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的另一拓撲圖；圖20為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的另一拓撲圖；圖21為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的另一拓撲圖；圖22為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的拓撲圖；圖23為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的另一拓撲圖；圖24為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的另一拓撲圖；圖25為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的另一拓撲圖；圖26為本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的另一拓撲圖。
具體實施例方式下面將結合本申請實施例中的附圖,對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
參考圖3，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變拓撲單元實施例一的拓撲圖，所述四電平逆變拓撲単元包括第一支路、第二支路、開關管Tl、開關管T4 ；每個開關管反向并聯(lián)ー個ニ極管；該拓撲單元的第一直流輸入端Ml通過依次串聯(lián)的第一支路和第二支路與該拓撲単元的第二直流輸入端M2相連；該拓撲単元的第三直流輸入端M3通過開關管Tl與第一支路和第二支路的連接線相連；第一支路和第二支路的連接線通過開關管T4與該拓撲単元的第四直流輸入端M4相連；

第一支路和第二支路的連接線與該拓撲單元的交流輸出端AC相連接；其中，所述第一支路包括串聯(lián)的ニ極管DFl和開關管T2，所述第二支路包括串聯(lián)的開關管T3和ニ極管DF2。需要說明的是該拓撲單元的第一直流輸入端Ml通過依次串聯(lián)的ニ極管DF1、開關管T2、開關管T3和ニ極管DF2與該拓撲単元的第二直流輸入端M2相連接。其中，開關管T2和ニ極管DFl的連接順序、開關管T3和ニ極管DF2的連接順序均可以調(diào)換，此時，該拓撲單元的第一直流輸入端Ml通過依次串聯(lián)的開關管T2、ニ極管DF1、開關管T3和ニ極管DF2與該拓撲単元的第二直流輸入端M2相連接；或該拓撲単元的第一直流輸入端Ml通過依次串聯(lián)的ニ極管DF1、開關管T2、ニ極管DF2和開關管T3與該拓撲單元的第二直流輸入端M2相連接；或該拓撲単元的第一直流輸入端Ml通過依次串聯(lián)的開關管T2、ニ極管DFl、ニ極管DF2和開關管T3與該拓撲単元的第二直流輸入端M2相連接。上述基于串聯(lián)原理的元器件之間的連接順序的改變未脫離本申請的發(fā)明思想，屬于本申請的保護范圍。其中，以上拓撲單元的開關管可以為IGBT管、MOSFET管、IGCT管、或IEGT管?？梢岳斫獾氖?，以上開關管也可以選擇其他類型的開關管。 由上述方案可知，本神請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧ㄋ膫€反向并聯(lián)ニ極管的開關管和兩個ニ極管，相對于現(xiàn)有的四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多，由此加大了逆變器及其引用電路的成本，且由于四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多導致増加逆變器及其應用電路的封裝難度的技術問題，本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧诒ＷC將直流逆變?yōu)榻涣鞯耐瑫r，減少了整個逆變器的半導體元器件的數(shù)量，體積較小，成本較低，同時，減小了其應用電路的封裝難度。其中，本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├辉趯崿F(xiàn)直流電與交流電的轉換時，包括六個工作模態(tài)，下面結合附圖來對圖3所示的五電平逆變器的六種工作模態(tài)進行詳細分析。其中，ニ極管Dl與開關管Tl反向并聯(lián)，ニ極管D2與開關管T2反向并聯(lián)，ニ極管D3與開關管T3反向并聯(lián)，ニ極管D4與開關管T4反向并聯(lián)。參考圖4，其示出了本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏牡谝还ぷ髂B(tài)的拓撲圖。第一工作模態(tài)開關管T2導通，其余開關管均截止；其中，不導通的路徑在圖中以細實線示出，導通的路徑以粗實線示出。電流的路徑為MトDF1-T2-AC。
參考圖5，其示出了本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏牡诙ぷ髂B(tài)的拓撲圖。第二工作模態(tài)開關管Tl導通，或者開關管Tl和開關管T2同時導通，其余開關管均截止；其中，不導通的路徑在圖中以細實線示出，導通的路徑以粗實線示出。電流路徑為M3-T1-AC。參考圖6，其示出了本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏牡谌ぷ髂B(tài)的拓撲圖。第三工作模態(tài)開關管T2導通，或開關管Tl和開關管T2同時導通，其余開關管均 截止；其中，不導通的路徑在圖中以細實線示出，導通的路徑以粗實線示出。電流路徑為AC-D1-M3。參考圖7，其示出了本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏牡谒墓ぷ髂B(tài)的拓撲圖。第四工作模態(tài)開關管T3導通，其余開關管均截止；其中，不導通的路徑在圖中以細實線示出，導通的路徑以粗實線示出。電流路徑為AC-T3-DF2-M2。參考圖8，其示出了本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏牡谖骞ぷ髂B(tài)的拓撲圖。第五工作模態(tài)開關管T4導通，或者開關管T3和開關管T4導通，其余開關管均截止;其中，不導通的路徑在圖中以細實線示出，導通的路徑以粗實線示出。電流路徑為AC-T4-M4。參考圖9，其示出了本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏牡诹ぷ髂B(tài)的拓撲圖。第六工作模態(tài)開關管T3導通，或開關管T3和開關管T4同時導通，其余開關管均截止；其中，不導通的路徑在圖中以細實線示出，導通的路徑以粗實線示出。電流路徑為M4-D4_AC。通過對上述圖4、圖5、圖7、圖8所示的工作模態(tài)的時序進行控制，就能得到需要的正弦交流電，圖10、圖11為時序控制圖，其中，u為逆變器輸出的電壓波形。例如假定上述拓撲單元的四個直流輸入端Ml、M2、M3、M4的輸入電壓分別為+Vl、-Vl、+V2、-V2，則第一工作模態(tài)能獲得電壓Vl，第二工作模態(tài)獲得電壓V2，第四工作模態(tài)獲得電壓-VI，第五工作模態(tài)獲得電壓-V2，設滿足逆變要求的最小逆變電壓為Vm。當Vl〈Vm〈V2時，按圖10所示的時序進行控制，即tQ時刻 tl時刻、t2時刻 t4時刻以及t5時刻 t6時刻，第一工作模態(tài)和第四工作模態(tài)交替工作，tl時刻 t2時刻，第一工作模態(tài)和第二工作模態(tài)交替工作，t4時刻 t5時刻，第四工作模態(tài)和第五工作模態(tài)交替工作；當Vm〈Vl〈V2時，按圖11所示的時序進行控制,具體時序控制參見圖11,在此不再贅述。由上述可知，本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├徊捎盟碾娖郊夹g擬合正弦波的思路，相對于現(xiàn)有技術來說共模電壓小，紋波損耗較低，轉換效率較高。參考圖12，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例ニ的拓撲圖，所述四電平逆變器實施例ニ包括直流輸入單元1201和一個如實施例一所述的拓撲單元，其中所述直流輸入單元1201的第一直流正電平PVl+與該逆變単元的第一直流輸入端Ml相連，所述直流輸入單元1201的第二直流正電平PV2+與該逆變単元的第三直流輸入端M3相連，所述直流輸入單元1201的第一直流負電平PVl-與該逆變単元的第二直流輸入端M2相連，所述直流輸入單元1201的第二直流負電平PV2-與該逆變単元的第四直流輸入端M4相連；該逆變単元的交流輸出端AC與該逆變器的交流輸出端相連。其中，所述直流輸入單元1201的實現(xiàn)方式有多種 優(yōu)選地，參考圖13，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例ニ的另一拓撲圖，其中，所述直流輸入單元1201包括電容CAl、電容CA2、電容CA3、電感LI、電感L2、開關管TB1、開關管TB2、ニ極管DBl和ニ極管DB2，其中直流電源PV的正端與電容CAl的第一端相連，直流電源PV的負端與電容CAl的第二端相連；電容CAl的第一端和直流電源PV的連接線通過依次串聯(lián)的電感LI和開關管TBl與電容CAl的第二端和直流電源PV的連接線相連；電容CAl的第一端和直流電源PV的連接線通過依次串聯(lián)的開關管TB2和電感L2與電容CAl的第二端和直流電源PV的連接線相連；電感LI和開關管TBl的連接線通過依次串聯(lián)的ニ極管DBl和電容CA2與電容CAl的第二端和直流電源PV的連接線相連；電容CAl的第一端和直流電源PV的連接線通過依次串聯(lián)的電容CA3和ニ極管DB2與開關管TB2和電感L2的連接線相連；ニ極管DBl和電容CA2的連接線與該直流輸入單元的第二直流正電平PV2+相連，電容CAl的第一端和直流電源PV的連接線與該直流輸入單元的第一直流正電平PVl +相連，電容CAl的第二端和直流電源PV的連接線與該直流輸入單元的第一直流負電平PVl-相連，電容CA3和ニ極管DB2的連接線與該直流輸入單元的第二直流負電平PV2-相連。優(yōu)選地，參考圖14，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例ニ的另一拓撲圖，其中，所述直流輸入單元1201包括電容CAl、電容CA2、電容CA3、電感LI、電感L2、開關管TB1、開關管TB2、ニ極管DBl和ニ極管DB2，其中直流電源PV的正端與電容CAl的第一端相連，直流電源PV的負端與電容CAl的第二端相連；電容CAl的第一端和直流電源PV的連接線通過依次串聯(lián)的電感LI和開關管TBl與電容CAl的第二端和直流電源PV的連接線相連；電容CAl的第一端和直流電源PV的連接線通過依次串聯(lián)的開關管TB2和電感L2與電容CAl的第二端和直流電源PV的連接線相連；
電感LI和開關管TBl的連接線通過依次串聯(lián)的ニ極管DBl和電容CA2與電容CAl的第一端和直流電源PV的連接線相連；電容CAl的第二端和直流電源PV的連接線通過依次串聯(lián)的電容CA3和ニ極管DB2與開關管TB2和電感L2的連接線相連；ニ極管DBl和電容CA2的連接線與該直流輸入單元的第二直流正電平PV2+相連，電容CAl的第一端和直流電源PV的連接線與該直流輸入單元的第一直流正電平PVl +相連，電容CAl的第二端和直流電源PV的連接線與該直流輸入單元的第一直流負電平PVl-相連，電容CA3和ニ極管DB2的連接線與該直流輸入單元的第二直流負電平PV2-相連。優(yōu)選地，參考圖15，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例ニ的另一拓撲圖，其中，所述直流輸入單元1201包括電容CB1、電容CB2、電容CA2、電容CA3、電感LI、電 感L2、開關管TB I、開關管TB2、ニ極管DBl和ニ極管DB2，其中直流電源PV的正端通過依次串聯(lián)的電容CBl和電容CB2與直流電源PV的負端相連；電容CBl和直流電源PV的連接線通過依次串聯(lián)的電感LI、開關管TBl、開關管TB2和電感L2與電容CB2和直流電源PV的連接線相連；電容CBl和電容CB2的連接線與開關管TBl和開關管TB2的連接線相連；電感LI和開關管TBl的連接線通過依次串聯(lián)的ニ極管DBl和電容CA2與電容CBl和直流電源PV的連接線相連；電容CBl和直流電源PV的連接線通過依次串聯(lián)的電容CA3和ニ極管DB2與開關管TB2和電感L2的連接線相連；ニ極管DBl和電容CA2的連接線與該直流輸入單元的第二直流正電平PV2+相連，電容CBl和直流電源PV的連接線與該直流輸入單元的第一直流正電平PVl+相連，電容CB2和直流電源PV的連接線與該直流輸入單元的第一直流負電平PVl-相連，電容CA3和ニ極管DB2的連接線與該直流輸入單元的第二直流負電平PV2-相連。由上述方案可知，相對于現(xiàn)有的四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多，由此加大了逆變器及其引用電路的成本，且由于四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多導致増加逆變器及其應用電路的封裝難度的技術問題，本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兤鲗嵤├?，即本申請實施例一在實現(xiàn)單相時，在保證將直流逆變?yōu)榻涣鞯耐瑫r，減少了整個逆變器的半導體元器件的數(shù)量，體積較小，成本較低。需要說明的是，上述本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏墓ぷ髂B(tài)描述適用于本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兤鲗嵤├说墓ぷ髂B(tài)，通過采用四電平技術擬合正弦波思路，相對于現(xiàn)有技術來說共模電壓小，紋波損耗較低，轉換效率較高。參考圖16，其示出了本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏牡刃D。參考圖17，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的拓撲圖，為單相全橋四電平逆變器，所述四電平逆變器包括直流輸入單元1701和兩個如圖12所示的拓撲単元第一拓撲單元和第二拓撲單元；直流輸入單元的1701第一直流正電平PVl+與第一拓撲單元' 和第二拓撲單元的各第一直流輸入端Ml相連；
直流輸入單元1701的第一直流負電平PVl-與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連；直流輸入單元1701的第二直流正電平PV2+與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連；直流輸入單元1701的第二直流負電平PV2-與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第四直流輸入端M4相連；第一拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端01相連，第二拓撲単元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端02相連。需要說明的是，為減少本申請實施例三輸出的交流電的諧波含量，可以在如圖17所示的逆變器增加濾波單元，即通過設置電感和電容來實現(xiàn)交流電的濾波。參考圖18，其示 出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的另一拓撲圖，其中，所述四電平逆變器還包括電感L1801、電容C1801和電感L1802，其中第一拓撲單元的交流輸出端AC通過依次串聯(lián)的電感L1801、電容C1801和電感L1802與第二拓撲單元的交流輸出端AC相連；電感L1801和電容C1801的連接線與該逆變器的第一交流輸出端01相連，電容C1801和電感L1802的連接線與該逆變器的第二交流輸出端02相連。其中，所述直流輸入單元1701由多種實現(xiàn)方式參考圖19，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的另一拓撲圖，其中，所述直流輸入單元1701的組成與連接結構與如圖13所示的本申請實施例ニ中所述直流輸入單元1201中所述一致，在此不再闡述；參考圖20，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的另一拓撲圖，其中，所述直流輸入單元1701的組成與連接結構與如圖14所示的本申請實施例ニ中所述直流輸入單元1201中所述一致，在此不再闡述；參考圖21，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例三的另一拓撲圖，其中，所述直流輸入單元1701的組成與連接結構與如圖15所示的本申請實施例ニ中所述直流輸入單元1201中所述一致，在此不再闡述。需要說明的是，上述如圖18所示的由多個電感和電容組成的濾波單元同樣適用于如圖19、圖20、圖21中所示的四電平逆變器，在此不再詳細描述。由上述方案可知相對于現(xiàn)有的四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多，由此加大了逆變器及其引用電路的成本，且由于四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多導致増加逆變器及其應用電路的封裝難度的技術問題，本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兤鲗嵤├幢旧暾垖嵤├辉趯崿F(xiàn)兩相應用時，在保證將直流逆變?yōu)榻涣鞯耐瑫r，減少了整個逆變器的半導體元器件的數(shù)量，體積較小，成本較低。需要說明的是，上述本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏墓ぷ髂B(tài)描述適用于本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兤鲗嵤├墓ぷ髂B(tài)，通過采用四電平技術擬合正弦波思路，相對于現(xiàn)有技術來說共模電壓小，紋波損耗較低，轉換效率較高。參考圖22，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的拓撲圖，所述四電平逆變器包括直流輸入單元2201和三個如圖12所述的拓撲單元第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元；
直流輸入單元2201的第一直流正電平PVl+與第一拓撲單元和、第二拓撲單元和第三拓撲單兀的各第一直流輸入端Ml相連；直流輸入單元2201的第一直流負電平PVl-與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連；直流輸入單元2201的第二直流正電平PV2+與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連；直流輸入單元2201的第二直流負電平PV2-與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第四直流輸入端M4相連；第一拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端01相連，第二拓撲単元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端02相連，第三拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第三交流輸出端03相連。 需要說明的是，為減少本申請實施例四輸出的交流電的諧波含量，可以在如圖22所示的逆變器增加濾波單元，即通過設置電感和電容來實現(xiàn)交流電的濾波。參考圖23，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的另一拓撲圖，為三相三線四電平逆變器，其中，所述四電平逆變器還包括電感L2301、電感L2302、電感L2303、電容C2301、電容C2302和電容C2303，其中第一拓撲單元的交流輸出端AC通過依次串聯(lián)的電感L2301、電容C2301、電容C2302和電感L2302與第二拓撲單元的交流輸出端AC相連；第三拓撲單元的交流輸出端AC通過依次串聯(lián)的電感L2303和電容C2303與電容C2301和電容C2302的連接線相連；電感L2301和電容C2301的連接線與該逆變器的第一交流輸出端01相連，電容C2302和電感L2302的連接線與該逆變器的第二交流輸出端02相連，電感L2303和電容C2303的連接線與該逆變器的第三交流輸出端03相連。其中，所述直流輸入單元2201由多種實現(xiàn)方式參考圖24，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的另一拓撲圖，其中，所述直流輸入單元2201的組成與連接結構與如圖13所示的本申請實施例ニ中所述直流輸入單元1201中所述一致，在此不再闡述；參考圖25，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的另一拓撲圖，其中，所述直流輸入單元2201的組成與連接結構與如圖14所示的本申請實施例ニ中所述直流輸入單元1201中所述一致，在此不再闡述；參考圖26，其示出了本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四的另一拓撲圖，其中，所述直流輸入單元2201的組成與連接結構與如圖15所示的本申請實施例ニ中所述直流輸入單元1201中所述一致，在此不再闡述。需要說明的是，上述如圖23所示的由多個電感和電容組成的濾波單元同樣適用于如圖24、圖25、圖26中所示的四電平逆變器，在此不再詳細描述。進ー步的，在圖26所示的實施方式中，電容C2301、電容C2302和電容C2303的公共端還可以與電容CBl和電容CB2的公共端相連，即是三相四線式五電平逆變器。由上述方案可知，相對于現(xiàn)有兩相五電平逆變器中諸如ニ極管和開關管等元器件較多，使得逆變拓撲單元的應用系統(tǒng)體積較大，成本較高，且損耗較多，效率較低的技術問題，本申請?zhí)峁┑囊环N四電平逆變器實施例四，即本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋮g元在實現(xiàn)三相應用時，在保證將直流逆變?yōu)榻涣鞯耐瑫r，減少了整個逆變器的半導體元器件的數(shù)量，體積較小，成本較低。同時，避免了現(xiàn)有五電平逆變器需要進行三電平中點平衡控制，由此加大上述逆變單元及其逆變器的技術成本的技術問題。需要說明的是，上述本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兺負鋯卧獙嵤├坏墓ぷ髂B(tài)描述適用于本申請?zhí)峁┑乃碾娖侥孀兤鲗嵤├牡墓ぷ髂B(tài)，通過采用四電平技術擬合正弦波思路，相對于現(xiàn)有技術來說共模電壓小，紋波損耗較低，轉換效率較高。同樣的，本申請四電平逆變拓撲単元的方案，同樣適用于三相四線式逆變器，所述三相四線式逆變器包括直流輸入單元和四個如圖16所示的逆變拓撲単元，其接線方式與上述四電平逆變器實施例ニ、四電平逆變器實施例三和四電平逆變器實施例四相似，在此不在贅述。需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重 點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另ー個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。以上對本申請所提供的一種四電平逆變拓撲単元及四電平逆變器進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本申請的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本申請的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本申請的思想，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)容不應理解為對本申請的限制。
權利要求
1.一種四電平逆變拓撲單元，其特征在于，包括第一支路、第二支路、開關管Tl、開關管T4 ； 每個開關管反向并聯(lián)一個二極管； 該拓撲單元的第一直流輸入端Ml通過依次串聯(lián)的第一支路和第二支路與該拓撲單元的第二直流輸入端M2相連； 該拓撲單元的第三直流輸入端M3通過開關管Tl與第一支路和第二支路的連接線相連； 第一支路和第二支路的連接線通過開關管T4與該拓撲單元的第四直流輸入端M4相連； 第一支路和第二支路的連接線與該拓撲單元的交流輸出端AC相連接； 其中，所述第一支路包括串聯(lián)的二極管DFl和開關管T2，所述第二支路包括串聯(lián)的開關管T3和二極管DF2。
2.根據(jù)權利要求I所述的四電平逆變拓撲單元，其特征在于，該四電平逆變拓撲單元對應的六個工作模塊分別為 第一工作模態(tài)開關管T2導通，其余開關管均截止； 第二工作模態(tài)開關管Tl導通，或者開關管Tl和開關管T2導通，其余開關管均截止； 第三工作模態(tài)開關管T2導通，或者開關管Tl和開關管T2導通，其余開關管均截止； 第四工作模態(tài)開關管T3導通，其余開關管均截止； 第五工作模態(tài)開關管T4導通，或者開關管T3和開關管T4導通，其余開關管均截止； 第六工作模態(tài)開關管T3導通，或者開關管T3和開關管T4導通，其余開關管均截止。
3.一種四電平逆變器，其特征在于，包括直流輸入單元和一個如權I或權2所述的拓撲單元，其中 所述直流輸入單元的第一直流正電平PVl+與該逆變單元的第一直流輸入端Ml相連，所述直流輸入單元的第二直流正電平PV2+與該逆變單元的第三直流輸入端M3相連，所述直流輸入單元的第一直流負電平PVl-與該逆變單元的第二直流輸入端M2相連，所述直流輸入單元的第二直流負電平PV2-與該逆變單元的第四直流輸入端M4相連； 該逆變單元的交流輸出端AC與該逆變器的交流輸出端相連。
4.一種四電平逆變器，其特征在于，包括直流輸入單元和兩個如權I或權2所述的拓撲單元第一拓撲單元和第二拓撲單元； 直流輸入單元的第一直流正電平PVl+與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第一直流輸入端Ml相連； 直流輸入單元的第一直流負電平PVl-與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連； 直流輸入單元的第二直流正電平PV2+與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連； 直流輸入單元的第二直流負電平PV2-與第一拓撲單元和第二拓撲單元的各第四直流輸入端M4相連； 第一拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端相連，第二拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端相連。
5.一種四電平逆變器，其特征在于，包括直流輸入單元和三個如權I或權2所述的拓撲單元第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元； 直流輸入單元的第一直流正電平PVl+與第一拓撲單元和、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第一直流輸入端Ml相連； 直流輸入單元的第一直流負電平PVl-與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連； 直流輸入單元的第二直流正電平PV2+與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連； 直流輸入單元的第二直流負電平PV2-與第一拓撲單元、第二拓撲單元和第三拓撲單元的各第四直流輸入端M4相連； 第一拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端相連，第二拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端相連，第三拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第三交流輸出端相連。
6.一種四電平逆變器，其特征在于，包括直流輸入單元和四個如權I或權2所述的拓撲單元第一拓撲單元、第二拓撲單元、第三拓撲單元和第四拓撲單元； 直流輸入單元的第一直流正電平PVl+與第一拓撲單元和、第二拓撲單元、第三拓撲單元和第四拓撲單元的各第一直流輸入端Ml相連； 直流輸入單元的第一直流負電平PVl-與第一拓撲單元、第二拓撲單元、第三拓撲單元和第四拓撲單元的各第二直流輸入端M2相連； 直流輸入單元的第二直流正電平PV2+與第一拓撲單元、第二拓撲單元、第三拓撲單元和第四拓撲單元的各第三直流輸入端M3相連； 直流輸入單元的第二直流負電平PV2-與第一拓撲單元、第二拓撲單元、第三拓撲單元和第四拓撲單元的各第四直流輸入端M4相連；。
第一拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第一交流輸出端相連，第二拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第二交流輸出端相連，第三拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第三交流輸出端相連，第四拓撲單元的交流輸出端AC與該逆變器的第四交流輸出端相連。
7.根據(jù)權利要求3、4、5和6任意一項所述的四電平逆變器，其特征在于，所述直流輸入單元包括電容CA1、電容CA2、電容CA3、電感LI、電感L2、開關管TB1、開關管TB2、二極管DBl和二極管DB2，其中 直流電源的正端與電容CAl的第一端相連，直流電源的負端與電容CAl的第二端相連； 電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電感LI和開關管TBl與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連； 電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的開關管TB2和電感L2與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連； 電感LI和開關管TBl的連接線通過依次串聯(lián)的二極管DBl和電容CA2與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連； 電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電容CA3和二極管DB2與開關管TB2和電感L2的連接線相連； 二極管DBl和電容CA2的連接線與該直流輸入單元的第二直流正電平PV2+相連，電容CAl的第一端和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流正電平PVl+相連，電容CAl的第二端和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流負電平PVl-相連，電容CA3和二極管DB2的連接線與該直流輸入單元的第二直流負電平PV2-相連。
8.根據(jù)權利要求3、4、5和6任意一項所述的四電平逆變器，其特征在于，所述直流輸入單元包括電容CA1、電容CA2、電容CA3、電感LI、電感L2、開關管TB1、開關管TB2、二極管DBl和二極管DB2，其中 直流電源的正端與電容CAl的第一端相連，直流電源的負端與電容CAl的第二端相連； 電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電感LI和開關管TBl與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連； 電容CAl的第一端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的開關管TB2和電感L2與電容CAl的第二端和直流電源的連接線相連； 電感LI和開關管TBl的連接線通過依次串聯(lián)的二極管DBl和電容CA2與電容CAl的第一端和直流電源的連接線相連； 電容CAl的第二端和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電容CA3和二極管DB2與開關管TB2和電感L2的連接線相連； 二極管DBl和電容CA2的連接線與該直流輸入單元的第二直流正電平PV2+相連，電容CAl的第一端和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流正電平PVl+相連，電容CAl的第二端和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流負電平PVl-相連，電容CA3和二極管DB2的連接線與該直流輸入單元的第二直流負電平PV2-相連。
9.根據(jù)權利要求3、4、5和6任意一項所述的四電平逆變器，其特征在于，所述直流輸入單元包括電容CBl、電容CB2、電容CA2、電容CA3、電感LI、電感L2、開關管TBl、開關管TB2、二極管DBl和二極管DB2，其中 直流電源的正端通過依次串聯(lián)的電容CBl和電容CB2與直流電源的負端相連； 電容CB I和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電感LI、開關管TBl、開關管TB2和電感L2與電容CB2和直流電源的連接線相連； 電容CBl和電容CB2的連接線與開關管TBl和開關管TB2的連接線相連； 電感LI和開關管TBl的連接線通過依次串聯(lián)的二極管DBl和電容CA2與電容CBl和直流電源的連接線相連； 電容CB2和直流電源的連接線通過依次串聯(lián)的電容CA3和二極管DB2與開關管TB2和電感L2的連接線相連； 二極管DBl和電容CA2的連接線與該直流輸入單元的第二直流正電平PV2+相連，電容CBl和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流正電平PVl+相連，電容CB2和直流電源的連接線與該直流輸入單元的第一直流負電平PVl-相連，電容CA3和二極管DB2的連接線與該直流輸入單元的第二直流負電平PV2-相連。
全文摘要
本發(fā)明提供的四電平逆變拓撲單元包括四個反向并聯(lián)二極管的開關管和兩個二極管，相對于現(xiàn)有的四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多，由此加大了逆變器及其引用電路的成本，且由于四電平逆變器中半導體器件數(shù)量較多導致增加逆變器及其應用電路的封裝難度的技術問題，本發(fā)明提供的四電平逆變拓撲單元在實現(xiàn)單相和多相應用時，在保證將直流逆變?yōu)榻涣鞯耐瑫r，減少了整個逆變器的半導體元器件的數(shù)量，體積較小，成本較低，同時，減小了其應用電路的封裝難度。
文檔編號H02M7/515GK102769404SQ20121025651
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權日2012年7月23日
發(fā)明者汪洪亮, 趙為 申請人:陽光電源股份有限公司