[实用新型]一种五电平电路拓扑结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电力电子电压型多电平变换器拓扑结构，特别是一种五电平电路拓扑结构。 

背景技术

随着工业快速发展，对电力电子功率器件的电压等级要求越来越高但高压功率器件目前受到技术等多方面的制约，多电平变换器是实现高压大容量产品的一个发展方向，多电平变换器具有以下优点： 

1.每个功率器件反受1/n-1的母线电压(n为电平数)，所以用低耐压的器件来实现高压大功率的输出。 

2.电平数增加改善输出电压波形，减少输出电压波形畸变率。 

3.电平数增加，输出电压的dv/dt减小，有效防止对电机绝缘的损害。 

通用的二极管钳位式五电平拓扑单桥臂结构如图1所示，虽然它具备多电平变换器的3个优点，但仍然存在着钳位二极管个数多，成本高，结构设计相对复杂的不足，其直流侧有4个电容，每个桥臂功率器件有8个，钳位二极管有12个。这种电路拓扑结构不利于产品的批量生产。 

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种结构简单，成本低，性能安全可靠的五电平电路拓扑结构。 

一种五电平电路拓扑结构，单桥臂结构包括4个直流输入电容、10个功率开关器件和4个箝位二极管；4个直流输入电容C1、C2、C3和C4依次串联然后接直流输入电压；4个箝位二极管依次正向串联后，正极与功率开关器件V7与V8之间的连接点连接，负极与、功率开关器件V2与V3之间的连接点连接；功率开关器件V1、V2、V3、V4、V6、V7、V8、V9依次正向串联后分别接直流输入电容的两端，功率开关器件V5通过反击穿二极管的负极与功率开关器件V1、V2的连接点连接，另一端通过反击穿二极管的正极与直流输入电容C1、C2的连接点连接，功率开关器件V10通过反击穿二极管的正极与功率开关器件V8、V9的连接点连接，另一端通过反击穿二极管的负极与直流输入电容C3、C4的连接点连接。 

所述的箝位二极管为快恢复二极管。 

所述的开关器件的发射极和集电极之间正向并接一个反击穿二极管，构成十个具有反击穿功能的开关器件，开关器件的型号为IGBT或IGCT，反击穿二极管为开关器件自身带有的。 

上述五电平电路拓扑结构的工作方法为： 

当所述的开关器件要求输出 

V₀＝2V时，开通V1、V2、V3、V4、V10，即断开V5、V6、V7、V8、V9； 

V₀＝1V时，开通V2、V3、V4、V5、V10，即断开V1、V6、V7、V8、V9； 

V₀＝-2V时，开通V5、V6、V7、V8、V9，即断开V1、V2、V3、V4、V10； 

V₀＝-1V时，开通V5、V6、V7、V8、V10，即断开V1、V2、V3、V4、V9； 

V₀＝0V时，开通V3、V4、V6、V7、V5、V10，即断开V1、V2、V8、V9。 

五电平单桥臂电路拓扑功率器件开通关断状态如表1所示。 

表1 五电平单桥臂电路拓扑功率器件开通关断状态表