[发明专利]一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路。

背景技术

中压大容量场合，多电平逆变器得到广泛的应用，目前的五电平逆变器主要是二极管箝位型和飞跨电容型结构。下面分别予以介绍。

参见图1a，该图为现有技术中提供的二极管箝位型的五电平逆变器拓扑图。

图1a所示的是半桥五电平逆变器的拓扑结构。二极管用于为各个开关管进行电压箝位。例如，第一二极管DB1用于将开关管T1下端的电位箝位于第一电容C1的下端；第二二极管DB2用于将开关管T5下端的电位箝位于第一电容C1的下端。其他二极管DB3、DB4、DB5和DB6类似，在此不再赘述。

由于箝位二极管需要阻断多倍电平电压，通常需要多个相同标称值的二极管串联，如图1b所示，二极管DB21、DB22和DB23串联相当于图1a中的二极管DB2。DB21、DB22和DB23这三个二极管串联起来共同承受图1a中DB2承受的电压。由于二极管的分散性以及杂散参数的影响，标称值相同的二极管所能承受的压力也有所差别，这样串联起来可能引起有的二极管两端过电压。因此，需要均压措施和很大的RC吸收电路，但是这样将导致系统体积庞大，成本增加。

因此，为了解决图1b存在的问题，提出了一种改进措施，如图1c所示。这种拓扑所用的开关管数量和图1a所用的一样，该拓扑可以将每个二极管电压箝位在单电平电压之内，如图1c所示，所有的二极管没有两个串联的情况。在电平数较多的逆变器中，有较大的优越性。但是这种电路的缺点是，箝位二极管的数量太多。

参见图2，该图为现有技术中提供的飞跨电容型五电平逆变器拓扑图。

图2所示的拓扑中的电容可以起到均压的作用，但是缺点是运用的电容数目较多。

综上所述，现有技术中的两种五电平逆变器拓扑均使用较多的半导体器件，造成体积较大，损耗较多，效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路，使用的半导体数目较少，损耗较小，效率较高，成本低。

本发明实施例提供一种单相半桥五电平逆变器，包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；每个所述开关管反向并联一个二极管；

直流电源的正端通过依次串联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容连接直流电源的负端；

第一开关管的第一端连接第一电容的第一端，第一开关管的第二端连接第一节点；

第二开关管的第一端连接第一节点，第二开关管的第二端连接第二节点；

第三开关管的第一端连接第一节点，第三开关管的第二端连接第一电容的第二端；

第四开关管的第一端连接第五开关管的第一端，第四开关管的第二端连接第二节点；

第五开关管的第二端连接第二电容的第二端；

第六开关管的第一端连接第三电容的第一端，第六开关管的第二端连接第三节点；

第七开关管的第一端连接第二节点，第七开关管的第二端连接第三节点；

第八开关管的第一端连接第三节点，第八开关管的第二端连接第四电容的第二端；

第二节点作为该逆变器的一个交流输出端，第五开关管的第二端作为该逆变器的另一个交流输出端。

优选地，所述开关管均为IGBT管，所述第一端为集电极，第二端为发射极。

优选地，还包括第一电感、第二电感和电容；

所述第二节点通过依次串联的第一电感、电容和第二电感连接第二电容的第二端。

优选地，该单相半桥五电平逆变器对应的五个电平工作模态分别为：

第一模态：第一开关管和第二开关管导通，其余开关管均截止；

第二模态：第二开关管和第三开关管导通，其余开关管均截止；

第三模态：第四开关管和第五开关管导通，其余开关管均截止；

第四模态：第六开关管和第七开关管导通，其余开关管均截止；

第五模态：第七开关管和第八开关管导通，其余开关管均截止。

优选地，所述第一开关管的导通时序由正弦波和第一三角波进行比较产生，所述正弦波大于第一三角波时第一开关管导通，反之截止；

所述第二开关管的导通时序由所述正弦波和第二三角波进行比较产生，所述正弦波大于第二三角波时第二开关管导通，反之截止；