一種五電平逆變器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種五電平逆變器，包括：逆變器的第一輸入端通過依次串聯(lián)第一開關(guān)管和第二開關(guān)管與逆變器的輸出端連接；第二輸入端通過依次串聯(lián)第七二極管和第二開關(guān)管與輸出端連接；第三輸入端通過依次串聯(lián)第八二極管和第三開關(guān)管與輸出端連接以及通過依次串聯(lián)第九二極管和第四開關(guān)管與輸出端連接；第四輸入端通過依次串聯(lián)第十二極管和第五開關(guān)管與輸出端連接；第五輸入端通過依次串聯(lián)第六開關(guān)管和第五開關(guān)管與輸出端連接；第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管以及第六二極管分別與對應(yīng)的各開關(guān)管逆并聯(lián)連接。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)架構(gòu)簡單的五電平逆變器，從而使其成本較低、功率密度較高和穩(wěn)定性較好。
【專利說明】一種五電平逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種五電平逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]多電平逆變器與傳統(tǒng)兩電平逆變器相比，可以使用較低耐壓等級的功率開關(guān)管組合輸出較高的電壓等級，并且具有輸出諧波小、電磁兼容性好以及轉(zhuǎn)換效率高等一系列優(yōu)點，因此得到了廣泛的關(guān)注和研究。目前，三電平逆變器拓?fù)浼軜?gòu)已經(jīng)在各類產(chǎn)品中使用的比較成熟，但是五電平逆變器以及更多電平的逆變器拓?fù)浼軜?gòu)在實際產(chǎn)品中的使用還多處于探索階段。
[0003]目前，多電平逆變器的基本拓?fù)浼軜?gòu)主要分為三類，分別是二極管鉗位型多電平逆變器、飛跨電容型多電平逆變器以及級聯(lián)型多電平逆變器。針對五電平逆變器，研究較多的是二極管鉗位型。眾所周知，現(xiàn)有技術(shù)的五電平逆變器的拓?fù)浼軜?gòu)中，包括八個帶有體二極管的開關(guān)管以及六個獨立的二極管，這使得五電平逆變器的架構(gòu)復(fù)雜，從而使五電平逆變器的成本較高、功率密度較低和穩(wěn)定性較差。
實用新型內(nèi)容
[0004]有鑒于此，本實用新型提供一種五電平逆變器，來解決現(xiàn)有技術(shù)中的五電平逆變器的架構(gòu)復(fù)雜、成本較高、功率密度較低和穩(wěn)定性較差的技術(shù)問題。
[0005]本實用新型提供了一種五電平逆變器，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、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管、第九二極管和第十二極管，其中，
[0006]所述逆變器的第一輸入端通過依次串聯(lián)所述第一開關(guān)管和所述第二開關(guān)管與所述逆變器的輸出端連接；
[0007]所述逆變器的第二輸入端通過依次串聯(lián)所述第七二極管和所述第二開關(guān)管與所述輸出端連接；
[0008]所述逆變器的第三輸入端通過依次串聯(lián)所述第八二極管和所述第三開關(guān)管與所述輸出端連接以及通過依次串聯(lián)所述第九二極管和所述第四開關(guān)管與所述輸出端連接；
[0009]所述逆變器的第四輸入端通過依次串聯(lián)所述第十二極管和所述第五開關(guān)管與所述輸出端連接；
[0010]所述逆變器的第五輸入端通過依次串聯(lián)所述第六開關(guān)管和所述第五開關(guān)管與所述輸出端連接；
[0011]所述第一二極管、所述第二二極管、所述第三二極管、所述第四二極管、所述第五二極管以及所述第六二極管分別對應(yīng)于所述第一開關(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、所述第五開關(guān)管和所述第六開關(guān)管，并與對應(yīng)的各開關(guān)管逆并聯(lián)連接。
[0012]進一步地，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、所述第五開關(guān)管和所述第六開關(guān)管均為絕緣柵雙極型晶體管；
[0013]所述逆變器的第一輸入端分別與所述第一開關(guān)管的集電極和所述第一二極管的陰極連接，所述第一開關(guān)管的發(fā)射極與所述第一二極管的陽極、所述第二開關(guān)管的集電極和所述第二二極管的陰極連接，所述第二開關(guān)管的發(fā)射極與所述第二二極管的陽極和所述逆變器的輸出端連接；
[0014]所述逆變器的第二輸入端與所述第七二極管的陽極連接，所述第七二極管的陰極與所述第二開關(guān)管的集電極和所述第二二極管的陰極連接；
[0015]所述逆變器的第三輸入端分別與所述第八二極管的陽極連接以及與所述第九二極管的陰極連接，所述第八二極管的陰極與所述第三開關(guān)管的集電極和所述第三二極管的陰極連接，所述第三開關(guān)管的發(fā)射極與所述第三二極管的陽極和所述輸出端連接，所述第九二極管的陽極與所述第四開關(guān)管的發(fā)射極和所述第四二極管的陽極連接，所述第四開關(guān)管的集電極與所述第四二極管的陰極和所述輸出端連接；
[0016]所述逆變器的第四輸入端與所述第十二極管的陰極連接，所述第十二極管的陽極與所述第五開關(guān)管的發(fā)射極和所述第五二極管的陽極連接，所述第五開關(guān)管的集電極與所述第五二極管的陰極和所述輸出端連接；
[0017]所述逆變器的第五輸入端與所述第六開關(guān)管的發(fā)射極和所述第六二極管的陽極連接，所述第六開關(guān)管的集電極與所述第六二極管的陰極和所述第十二極管的陽極連接。
[0018]進一步地，所述第一二極管、所述第二二極管、所述第三二極管、所述第四二極管、所述第五二極管和所述第六二極管均為獨立的二極管或分別為所述第一開關(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、所述第五開關(guān)管和所述第六開關(guān)管的體二極管。
[0019]本實用新型提出的五電平逆變器，通過采用六個開關(guān)管、與各開關(guān)管對應(yīng)且與其逆并聯(lián)的二極管以及四個獨立的二極管，能夠?qū)崿F(xiàn)架構(gòu)簡單的五電平逆變器，從而使該五電平逆變器的成本較低、功率密度較高和穩(wěn)定性較好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0021]圖1是根據(jù)本實用新型的實施例的五電平逆變器的電路圖；
[0022]圖2是根據(jù)圖1中五電平逆變器的第一輸出電平的電路圖；
[0023]圖3是根據(jù)圖1中五電平逆變器的第二輸出電平的電路圖；
[0024]圖4是根據(jù)圖1中五電平逆變器的第三輸出電平的一個電路圖；
[0025]圖5是根據(jù)圖1中五電平逆變器的第三輸出電平的另一個電路圖；
[0026]圖6是根據(jù)圖1中五電平逆變器的第四輸出電平的電路圖；
[0027]圖7是根據(jù)圖1中五電平逆變器的第五輸出電平的電路圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。
[0029]在圖1-圖7中示出了本實用新型的實施例。
[0030]圖1根據(jù)本實用新型的實施例的五電平逆變器的電路圖。如圖1所示，所述五電平逆變器包括:第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第一二極管D1、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、第九二極管D9和第十二極管D10，其中，所述第一開關(guān)管S1、所述第二開關(guān)管S2、所述第三開關(guān)管S3、所述第四開關(guān)管S4、所述第五開關(guān)管S5和所述第六開關(guān)管S6均為絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor，簡稱IGBT);所述逆變器的第一輸入端IPl分別與所述第一開關(guān)管SI的集電極和所述第一二極管Dl的陰極連接，所述第一開關(guān)管SI的發(fā)射極與所述第一二極管Dl的陽極、所述第二開關(guān)管S2的集電極和所述第二二極管D2的陰極連接，所述第二開關(guān)管S2的發(fā)射極與所述第二二極管D2的陽極和所述逆變器的輸出端OP連接；所述逆變器的第二輸入端IPl與所述第七二極管D7的陽極連接，所述第七二極管D7的陰極與所述第二開關(guān)管S2的集電極和所述第二二極管D2的陰極連接；所述逆變器的第三輸入端IP3分別與所述第八二極管D8的陽極連接以及與所述第九二極管D9的陰極連接，所述第八二極管D8的陰極與所述第三開關(guān)管S3的集電極和所述第三二極管D3的陰極連接，所述第三開關(guān)管S3的發(fā)射極與所述第三二極管D3的陽極和所述輸出端OP連接，所述第九二極管D9的陽極與所述第四開關(guān)管S4的發(fā)射極和所述第四二極管D4的陽極連接，所述第四開關(guān)管S4的集電極與所述第四二極管D4的陰極和所述輸出端OP連接；所述逆變器的第四輸入端IP4與所述第十二極管DlO的陰極連接，所述第十二極管DlO的陽極與所述第五開關(guān)管S5的發(fā)射極和所述第五二極管D5的陽極連接，所述第五開關(guān)管S5的集電極與所述第五二極管D5的陰極和所述輸出端OP連接；所述逆變器的第五輸入端IP5與所述第六開關(guān)管S6的發(fā)射極和所述第六二極管D6的陽極連接，所述第六開關(guān)管S6的集電極與所述第六二極管D6的陰極和所述第十二極管DlO的陽極連接。
[0031]在本實施例中，所述第一開關(guān)管S1、所述第二開關(guān)管S2、所述第三開關(guān)管S3、所述第四開關(guān)管S4、所述第五開關(guān)管S5和所述第六開關(guān)管S6均為IGBT。此外，所述第一開關(guān)管S1、所述第二開關(guān)管S2、所述第三開關(guān)管S3、所述第四開關(guān)管S4、所述第五開關(guān)管S5和所述第六開關(guān)管S6也可以均為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-SemiconductorField Effect Transistor,簡稱M0SFET)、功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(PowerMetal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，簡稱 Power M0SFET)或其它類型的功率半導(dǎo)體器件，能夠?qū)崿F(xiàn)與采用IGBT時具有相似的開關(guān)功能。
[0032]在本實施例中，所述第一二極管D1、所述第二二極管D2、所述第三二極管D3、所述第四二極管D4、所述第五二極管D5和所述第六二極管D6分別為所述第一開關(guān)管S1、所述第二開關(guān)管S2、所述第三開關(guān)管S3、所述第四開關(guān)管S4、所述第五開關(guān)管S5和所述第六開關(guān)管S6的體二極管。此外，可選的，所述第一二極管D1、所述第二二極管D2、所述第三二極管D3、所述第四二極管D4、所述第五二極管D5和所述第六二極管D6均為獨立的二極管。如果IGBT沒有體二極管，在本實施例中作為開關(guān)管時，需要相應(yīng)逆并聯(lián)獨立的二極管。但是，因為第三二極管D3和第四二極管D4并不參與逆變器電路的正常工作，因此，在IGBT沒有體二極管的情況下，第三二極管D3和第四二極管D4可以從圖1所示的電路中去掉；如果從開關(guān)管選型一致的角度考慮，在圖1的電路中保留第三二極管D3和第四二極管D4較好。
[0033]在本實施例中，當(dāng)五電平逆變器正常工作時，逆變器的五個輸入端分別對應(yīng)有五個輸入電平。假設(shè)第一輸入端IPl的輸入電平為VI，第二輸入端IP2的輸入電平為V2，第三輸入端IP3的輸入電平為V3，第四輸入端IP4的輸入電平為V4以及第五輸入端IP5的輸入電平為V5。下面結(jié)合圖2-圖7來說明本實施例的五電平逆變器實現(xiàn)五個輸出電平的具體原理，其中，五個輸出電平分別為第一輸出電平、第二輸出電平、第三輸出電平、第四輸出電平和第五輸出電平。
[0034]圖2是根據(jù)本實施例的五電平逆變器的第一輸出電平的電路圖。參見圖2，五電平逆變器的第一輸出電平的電路圖用加黑的電路圖表示。當(dāng)對第一開關(guān)管SI的基極和第二開關(guān)管S2的基極同時施加控制信號分別使第一開關(guān)管SI導(dǎo)通和第二開關(guān)管S2導(dǎo)通時，五電平逆變器的輸出端OP的輸出電平為VI，即第一輸出電平為VI。
[0035]圖3是根據(jù)本實施例的五電平逆變器的第二輸出電平的電路圖。參見圖3，五電平逆變器的第二輸出電平的電路圖用加黑的電路圖表示。當(dāng)?shù)谄叨O管D7導(dǎo)通并且對第二開關(guān)管S2的基極施加控制信號使第二開關(guān)管S2導(dǎo)通時，五電平逆變器的輸出端OP的輸出電平為V2，即第二輸出電平為V2。
[0036]圖4是根據(jù)本實施例的五電平逆變器的第三輸出電平的一個電路圖。參見圖4，五電平逆變器的第三輸出電平的電路圖用加黑的電路圖表示。當(dāng)?shù)诎硕O管D8導(dǎo)通并且對第三開關(guān)管S3的基極施加控制信號使第三開關(guān)管S3導(dǎo)通時，五電平逆變器的輸出端OP的輸出電平為V3，即第三輸出電平為V3。
[0037]圖5是根據(jù)本實施例的五電平逆變器的第三輸出電平的另一個電路圖。參見圖5，五電平逆變器的第三輸出電平的電路圖用加黑的電路圖表示。當(dāng)?shù)诰哦O管D9導(dǎo)通并且對第四開關(guān)管S4的基極施加控制信號使第四開關(guān)管S4導(dǎo)通時，五電平逆變器的輸出端OP的輸出電平為V3，即第三輸出電平為V3。在五電平逆變器工作時，可以使圖4和圖5中任一個電路工作來實現(xiàn)第三輸出電平。
[0038]圖6是根據(jù)本實施例的五電平逆變器的第四輸出電平的電路圖。參見圖6，五電平逆變器的第四輸出電平的電路圖用加黑的電路圖表示。當(dāng)?shù)谑O管DlO導(dǎo)通并且對第五開關(guān)管S5的基極施加控制信號使第五開關(guān)管S5導(dǎo)通時，五電平逆變器的輸出端OP的輸出電平為V4，即第四輸出電平為V4。
[0039]圖7是根據(jù)本實施例的五電平逆變器的第五輸出電平的電路圖。參見圖7，五電平逆變器的第五輸出電平的電路圖用加黑的電路圖表示。當(dāng)對第五開關(guān)管S5的基極和第六開關(guān)管S6的基極同時施加控制信號分別使第五開關(guān)管S5導(dǎo)通和第六開關(guān)管S6導(dǎo)通時，五電平逆變器的輸出端OP的輸出電平為V5，即第五輸出電平為V5。
[0040]綜上所述，通過選擇性地控制各個開關(guān)管并使其導(dǎo)通，可以實現(xiàn)五電平逆變器的五個輸出電平，即第一輸出電平為VI，第二輸出電平為V2，第三輸出電平為V3，第四輸出電平為V4以及第五輸出電平為V5。與現(xiàn)有技術(shù)相比，實現(xiàn)五電平逆變器所使用的開關(guān)管和獨立的二極管的個數(shù)較少，能夠使得五電平逆變器的架構(gòu)簡單，從而使該逆變器的成本較低、功率密度較高和穩(wěn)定性較好。
[0041]本實用新型的實施例提出的五電平逆變器，通過六個采用絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)管、與各開關(guān)管對應(yīng)且與其逆并聯(lián)的二極管以及四個獨立的二極管，能夠?qū)崿F(xiàn)架構(gòu)簡單的五電平逆變器，從而使該五電平逆變器的成本較低、功率密度較高和穩(wěn)定性較好。
[0042]注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本實用新型不限于這里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實用新型的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本實用新型進行了較為詳細(xì)的說明，但是本實用新型不僅僅限于以上實施例，在不脫離本實用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【權(quán)利要求】
1.一種五電平逆變器，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、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管、第九二極管和第十二極管，其中， 所述逆變器的第一輸入端通過依次串聯(lián)所述第一開關(guān)管和所述第二開關(guān)管與所述逆變器的輸出端連接； 所述逆變器的第二輸入端通過依次串聯(lián)所述第七二極管和所述第二開關(guān)管與所述輸出端連接； 所述逆變器的第三輸入端通過依次串聯(lián)所述第八二極管和所述第三開關(guān)管與所述輸出端連接以及通過依次串聯(lián)所述第九二極管和所述第四開關(guān)管與所述輸出端連接； 所述逆變器的第四輸入端通過依次串聯(lián)所述第十二極管和所述第五開關(guān)管與所述輸出端連接； 所述逆變器的第五輸入端通過依次串聯(lián)所述第六開關(guān)管和所述第五開關(guān)管與所述輸出端連接； 所述第一二極管、所述第二二極管、所述第三二極管、所述第四二極管、所述第五二極管以及所述第六二極管分別對應(yīng)于所述第一開關(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、所述第五開關(guān)管和所述第六開關(guān)管，并與對應(yīng)的各開關(guān)管逆并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五電平逆變器，其特征在于，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、所述第五開關(guān)管和所述第六開關(guān)管均為絕緣柵雙極型晶體管； 所述逆變器的第一輸入端分別與所述第一開關(guān)管的集電極和所述第一二極管的陰極連接，所述第一開關(guān)管的發(fā)射極與所述第一二極管的陽極、所述第二開關(guān)管的集電極和所述第二二極管的陰極連接，所述第二開關(guān)管的發(fā)射極與所述第二二極管的陽極和所述逆變器的輸出端連接； 所述逆變器的第二輸入端與所述第七二極管的陽極連接，所述第七二極管的陰極與所述第二開關(guān)管的集電極和所述第二二極管的陰極連接； 所述逆變器的第三輸入端分別與所述第八二極管的陽極連接以及與所述第九二極管的陰極連接，所述第八二極管的陰極與所述第三開關(guān)管的集電極和所述第三二極管的陰極連接，所述第三開關(guān)管的發(fā)射極與所述第三二極管的陽極和所述輸出端連接，所述第九二極管的陽極與所述第四開關(guān)管的發(fā)射極和所述第四二極管的陽極連接，所述第四開關(guān)管的集電極與所述第四二極管的陰極和所述輸出端連接； 所述逆變器的第四輸入端與所述第十二極管的陰極連接，所述第十二極管的陽極與所述第五開關(guān)管的發(fā)射極和所述第五二極管的陽極連接，所述第五開關(guān)管的集電極與所述第五二極管的陰極和所述輸出端連接； 所述逆變器的第五輸入端與所述第六開關(guān)管的發(fā)射極和所述第六二極管的陽極連接，所述第六開關(guān)管的集電極與所述第六二極管的陰極和所述第十二極管的陽極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五電平逆變器，其特征在于，所述第一二極管、所述第二二極管、所述第三二極管、所述第四二極管、所述第五二極管和所述第六二極管均為獨立的二極管或分別為所述第一開關(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、所述第.五開關(guān)管和所述第六開關(guān)管的體二極管。
【文檔編號】H02M7/483GK203608107SQ201320788060
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】胡高宏, 陳永華 申請人:廣東易事特電源股份有限公司