[发明专利]多电平整流的T型变换器拓扑结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种整流电路的拓扑结构，特别涉及一种可以实现整流的多电平变换器的拓扑结构。

背景技术

两电平变换器电路在铁路，工业等各个领域有着十分广泛的应用，然后在高压领域的应用中，两电平变换器由于受到器件耐压的限制，必须通过变压器与高压电网相连，笨重的工频变压器大大增加了电力电子变换装置的成本和体积。

目前，在现有的多电平变换器的拓扑结构中，随着电平数量的增多，所需的半导体器件的数量急剧增加；随着电平数增加，各个电容电压不容易平衡是现有多电平结构中常见的问题，使得多电平在实际使用中有一定的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决传统两电平及传统多电平变换器在高压领域应用的局限性，可以实现无需工频变压器，提供了一种可直接应用于高压整流，提高交流电压电流波形质量的新的多电平拓扑结构。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

通过2k个电容，电容串联构成T型变换器的纵轴；分为上下平均两组电容，中间点接地；k个双向开关构成T型变换器的横轴；双向开关之间的节点和对应的纵轴上半部分电容的节点之间有单向整流支路，在双向开关之间的节点和对应的纵轴下半部分电容的节点之间是由单向可控开关构成从纵轴流向横轴的单向整流支路，与前述的整流支路的方向相反。T型横轴的最后一个开关的一端接交流端，通过电感接到交流电源的输出端，交流电源的另一端与横轴延长线的最外端相连。k为一个正整数常数，i＝1，2……k-1。

三相以及多相交流电源或者三相以及多相交流负载可以采用单相电路结构进行组合，满足三相以及多相运行的要求。

本发明的有益效果：

与传统的通用型多电平变换器相比，本发明所提出的多电平的拓扑结构用的半导体器件数量大大减少；由于拓展性好，电路很容易可以增加电平数，容易实现更高的电平方案，避免传统的在高压应用中采用工频变压器的方案，提高效率和性价比。

附图说明

图1为一个桥臂的电路原理图。

图2为双向开关单元S_k的构成的示例。

图3为T形结构示意图。

图4为单相整流电路原理图。

图5为扩展对称横轴后的单相整流电路原理图。

图6为三相或者多相系统的电路结构图。

结合附图对本发明作进一步说明：

具体实施方式

图1为单个桥臂的电路原理图，将k个电容C_T1、C_T2……C_Tk-1、C_Tk顺次串联构成的支路以及将k个电容C_B1、C_B2……C_Bk-1、C_Bk顺次串联构成的支路通过将C_T1与C_B1相连而串联构成T型变换器的纵轴；其中C_T1与C_B1的连接点作为纵轴电容的中点D₀；k个双向开关S₁、S₂……S_k-1、S_k顺次串联构成T型变换器的横轴，双向开关可以通过两个IGBT反向串联或者其他可实现双向开关功能的半导体器件及其拓扑电路实现。

双向开关S_i、S_i+1(i＝1，2……k-1)之间的节点D_i和电容C_Ti、C_Ti+1(i＝1，2……k-1)之间的节点D_Ti之间是由2i个单向开关S_Tk1、S_Tk2……S_Tk(2k)顺次串联构成从横轴流向纵轴的单向整流支路，在节点D_i和C_Bi与C_B(i+1)(i＝1，2……k-1)的节点D_Bi之间有一反方向的单向整流支路，该支路是由2i个单向开关S_Bk1、S_Bk2……S_Bk(2k)顺次串联构成从纵轴流向横轴的单向整流支路。