級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器，包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的五電平輸出變頻器單元，每個(gè)五電平輸出變頻器單元由八個(gè)結(jié)構(gòu)相同的可控開關(guān)和四個(gè)二極管構(gòu)成，每四個(gè)可控開關(guān)串聯(lián)為一個(gè)開關(guān)串聯(lián)電路，每兩個(gè)二極管的正負(fù)極首尾串聯(lián)為一個(gè)二極管串聯(lián)電路，二極管串聯(lián)電路的兩端分別與開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，第一開關(guān)串聯(lián)電路和第二開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)后的兩端為對應(yīng)的五電平輸出變頻器單元的電源輸出端；相鄰的五電平輸出變頻器單元的開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)連接；首、尾兩個(gè)五電平輸出變頻器單元的開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)分別為電源輸入端的兩端。本發(fā)明易于模塊化，適用于電網(wǎng)接口中。
【專利說明】級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變頻器，尤其涉及一種易于實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)的級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的深度發(fā)展，大功率變流裝置在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛，如大容量變頻器、大功率電力有源濾波器、靜止無功補(bǔ)償裝置、MW級風(fēng)電機(jī)組用變流器等，而對于大功率變流器場合，大功率開關(guān)器件的功率處理能力和開關(guān)頻率之間往往存在著矛盾，通常功率越大開關(guān)頻率越低。由于開關(guān)頻率的限制難以應(yīng)用PWM技術(shù)來改善傳統(tǒng)大容量變流器的性能。因此，在大功率變流器場合，人們往往希望大功率、耐高壓的電力電子裝置能夠工作在盡可能高的開關(guān)頻率下，以便提高輸出波形的質(zhì)量。
[0003]普通型變頻器通常也稱為兩電平變頻器，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡單，為了獲得大功率，一般依靠開關(guān)器件串聯(lián)以承受高壓，將開關(guān)器件并聯(lián)以承受大電流，但由于功率器件參數(shù)的離散性，這將帶來靜、動態(tài)均壓和均流等一系列問題，技術(shù)上的不確定因素影響很大，可靠性不高；但由于輸出只有兩電平，電壓波動大，產(chǎn)生較大諧波。因此這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍非常有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種易于實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)的級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
本發(fā)明所述級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的五電平輸出變頻器單元，每個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的結(jié)構(gòu)為:由八個(gè)結(jié)構(gòu)相同的可控開關(guān)和四個(gè)二極管構(gòu)成，其中四個(gè)所述可控開關(guān)串聯(lián)為第一開關(guān)串聯(lián)電路，另外四個(gè)所述可控開關(guān)串聯(lián)為第二開關(guān)串聯(lián)電路，兩個(gè)所述二極管的正負(fù)極首尾串聯(lián)為第一二極管串聯(lián)電路，另外兩個(gè)所述二極管的正負(fù)極首尾串聯(lián)為第二二極管串聯(lián)電路，所述第一二極管串聯(lián)電路的兩端分別與所述第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，所述第二二極管串聯(lián)電路的兩端分別與所述第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，所述第一開關(guān)串聯(lián)電路和所述第二開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)后的兩端為對應(yīng)的所述五電平輸出變頻器單元的電源輸出端，每個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的電源輸出端相互獨(dú)立；相鄰的所述五電平輸出變頻器單元之間的連接結(jié)構(gòu)為:前一個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)與后一個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)連接；第一個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)和最后一個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)分別為所述級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器的電源輸入端的兩端。
[0006]具體地，所述可控開關(guān)包括一個(gè)三極管和一個(gè)二極管，所述三極管的發(fā)射極與所述二極管的正極連接，所述三極管的集電極與所述二極管的負(fù)極連接，所述三極管的發(fā)射極為所述可控開關(guān)的第一端，所述三極管的集電極為所述可控開關(guān)的第二端，所述三極管的基極為所述可控開關(guān)的控制輸入端。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明通過對多個(gè)五電平輸出變頻器單元進(jìn)行級聯(lián)，每個(gè)五電平輸出變頻器單元實(shí)現(xiàn)五種不同電平的輸出，從而完成對交流電源的變頻處理及多級串、并控制，具有所需器件數(shù)量少、易于模塊化的優(yōu)點(diǎn)，適合作為電網(wǎng)接口的變頻器；同時(shí)通過二極管對冗余狀態(tài)的選擇保持平衡，形成對輸出電壓的箝位控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明所述級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器的電路結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
如圖1所示，本發(fā)明所述級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的五電平輸出變頻器單元，每個(gè)五電平輸出變頻器單元均由八個(gè)結(jié)構(gòu)相同的可控開關(guān)和四個(gè)二極管構(gòu)成。圖中示出了兩個(gè)五電平輸出變頻器單元，兩個(gè)五電平輸出變頻器單元之間的連接線用虛線，表示還可以有更多的五電平輸出變頻器單元相互連接。下面僅以圖中所示的兩個(gè)五電平輸出變頻器單元的結(jié)構(gòu)對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
如圖1所示，第一個(gè)五電平輸出變頻器單元(即圖中上面的五電平輸出變頻器單元)的結(jié)構(gòu)為:由第一可控開關(guān)S1、第二可控開關(guān)S2、第三可控開關(guān)S3、第四可控開關(guān)S4、第五可控開關(guān)S5、第六可控開關(guān)S6、第七可控開關(guān)S7、第八可控開關(guān)S8、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4構(gòu)成，其中，第一可控開關(guān)S1、第三可控開關(guān)S3、第五可控開關(guān)S5和第七可控開關(guān)S7串聯(lián)為第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路，第二可控開關(guān)S2、第四可控開關(guān)S4、第六可控開關(guān)S6和第八可控開關(guān)S8串聯(lián)為第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路，第一二極管Dl和第二二極管D2的正負(fù)極首尾串聯(lián)為第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一二極管串聯(lián)電路，第三二極管D3和第四二極管D4的正負(fù)極首尾串聯(lián)為第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二二極管串聯(lián)電路，第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一二極管串聯(lián)電路的兩端分別與第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二二極管串聯(lián)電路的兩端分別與第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路和第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)后的兩端為第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的電源輸出端Voutl ;第二個(gè)五電平輸出變頻器單元(即圖中下面的五電平輸出變頻器單元)的結(jié)構(gòu)為:由第九可控開關(guān)S9、第十可控開關(guān)S10、第十一可控開關(guān)S11、第十二可控開關(guān)S12、第十三可控開關(guān)S13、第十四可控開關(guān)S14、第十五可控開關(guān)S15、第十六可控開關(guān)S16、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7和第八二極管D8構(gòu)成，其中，第九可控開關(guān)S9、第十一可控開關(guān)S11、第十三可控開關(guān)S13和第十五可控開關(guān)S15串聯(lián)為第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路，第十可控開關(guān)S10、第十二可控開關(guān)S12、第十四可控開關(guān)S14和第十六可控開關(guān)S16串聯(lián)為第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路，第五二極管D5和第六二極管D6的正負(fù)極首尾串聯(lián)為第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一二極管串聯(lián)電路，第七二極管D7和第八二極管D8的正負(fù)極首尾串聯(lián)為第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二二極管串聯(lián)電路，第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一二極管串聯(lián)電路的兩端分別與第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二二極管串聯(lián)電路的兩端分別與第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路和第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)后的兩端為第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的電源輸出端Vout2。
[0010]第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的電源輸出端Voutl和第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的電源輸出端Vout2之間相互獨(dú)立；第一個(gè)五電平輸出變頻器單元和第二個(gè)五電平輸出變頻器單元之間的連接結(jié)構(gòu)為:第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)與第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)連接；第一個(gè)五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)和第二個(gè)五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)分別為所述級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器的電源輸入端Vin的兩端。
[0011]如圖1所示，可控開關(guān)包括一個(gè)三極管和一個(gè)二極管，三極管的發(fā)射極與二極管的正極連接，三極管的集電極與二極管的負(fù)極連接，三極管的發(fā)射極為可控開關(guān)的第一端，三極管的集電極為可控開關(guān)的第二端，三極管的基極為可控開關(guān)的控制輸入端。上述可控開關(guān)的結(jié)構(gòu)為常規(guī)結(jié)構(gòu)，所以未在圖中標(biāo)記三極管和二極管的符號。
[0012]通過對各可控開關(guān)的基極信號的控制，實(shí)現(xiàn)各可控開關(guān)的開、關(guān)狀態(tài)，從而輸出不同電平，再由這些電平組合為不同頻率的電源。任意時(shí)刻，每一個(gè)五電平輸出變頻器單元的輸出電源Vout均為+2E、+E、-E、-2E和零電平之一，所以稱為五電平輸出。整個(gè)級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器包括多個(gè)五電平輸出變頻器單元，可進(jìn)行串、并聯(lián)組合，從而實(shí)現(xiàn)更多電壓和頻率的電源輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器，其特征在于:包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的五電平輸出變頻器單元，每個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的結(jié)構(gòu)為:由八個(gè)結(jié)構(gòu)相同的可控開關(guān)和四個(gè)二極管構(gòu)成，其中四個(gè)所述可控開關(guān)串聯(lián)為第一開關(guān)串聯(lián)電路，另外四個(gè)所述可控開關(guān)串聯(lián)為第二開關(guān)串聯(lián)電路，兩個(gè)所述二極管的正負(fù)極首尾串聯(lián)為第一二極管串聯(lián)電路，另外兩個(gè)所述二極管的正負(fù)極首尾串聯(lián)為第二二極管串聯(lián)電路，所述第一二極管串聯(lián)電路的兩端分別與所述第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，所述第二二極管串聯(lián)電路的兩端分別與所述第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，所述第一開關(guān)串聯(lián)電路和所述第二開關(guān)串聯(lián)電路并聯(lián)后的兩端為對應(yīng)的所述五電平輸出變頻器單元的電源輸出端，每個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的電源輸出端相互獨(dú)立；相鄰的所述五電平輸出變頻器單元之間的連接結(jié)構(gòu)為:前一個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)與后一個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)連接；第一個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的第二開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)和最后一個(gè)所述五電平輸出變頻器單元的第一開關(guān)串聯(lián)電路的中心節(jié)點(diǎn)分別為所述級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器的電源輸入端的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)五電平輸出二極管箝位橋式變頻器，其特征在于:所述可控開關(guān)包括一個(gè)三極管和一個(gè)二極管，所述三極管的發(fā)射極與所述二極管的正極連接，所述三極管的集電極與所述二極管的負(fù)極連接，所述三極管的發(fā)射極為所述可控開關(guān)的第一端，所述三極管的集電極為所述可控開關(guān)的第二端，所述三極管的基極為所述可控開關(guān)的控制輸入端。
【文檔編號】H02M7/487GK103684016SQ201210352906
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】張鋒 申請人:成都市思博睿科技有限公司