[发明专利]五级功率转换的转换器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体功率转换器的电路配置技术，具体地涉及直接输出五级电压的五级功率转换器。

背景技术

五级逆变器电路的一相被示为图10中的现有技术。在图10中，半导体开关Q1至Q8的串联电路连接在其中直流单电源b11、b12、b21和b22串联连接的直流组合电源BA2的正端子与负端子之间，并且作为串联电路的中间连接点的半导体开关Q4和Q5的连接点是交流输出点U。同样，其中二极管D1和D4串联连接的二极管串联臂DA1连接在半导体开关Q1和Q2的连接点与半导体开关Q5和Q6的连接点之间，并且二极管串联臂DA1内部的串联连接点连接到直流单电源b11和b12的连接点。以相同方式，其中二极管D1和D5串联连接的二极管串联臂DA2连接在半导体开关Q2和Q3的连接点与半导体开关Q6和Q7的连接点之间，并且二极管串联臂DA2内部的串联连接点连接到直流单电源b12和b21的连接点。其中二极管D3和D6串联连接的二极管串联臂DA3连接在半导体开关Q3和Q4的连接点与半导体开关Q7和Q8的连接点之间，并且二极管串联臂DA3内部的串联连接点连接到直流单电源b21和b22的连接点。在此，当每一直流单电源的电压为E且直流组合电源BA2的中间连接点的电位为0时，直流组合电源BA2的正端子的电位为+2E，而负端子的电位为-2E。

在这种电路配置的情况下，+2E的电压在半导体开关Q1至Q4导通且半导体开关Q5至Q8截止时被输出到交流输出点U，而+1E的电压在半导体开关Q2至Q5导通且半导体开关Q6至Q8以及Q1截止时被输出到交流输出点U。同样，零电压在半导体开关Q3至Q6导通且Q7、Q8、Q1和Q2截止时被输出到交流输出点U。-1E的电压在半导体开关Q4至Q7导通且Q1至Q3以及Q8截止时被输出到交流输出点U，而-2E的电压在半导体开关Q5至Q8导通且Q1至Q4截止时被输出到交流输出点U。通过以此方式调节半导体开关Q1至Q8中的每一个的导通-截止操作，有可能将五级电压输出至交流输出点U。在JP-A-2006-271042中公开了图10所示的电路的具体操作。

在图10所示的电路中，当电压从直流组合电源BA2输出至交流输出点U时电流通过的半导体开关的数量是最大值为四个串联。为此，半导体开关中的稳态导通损耗增加，整个转换器的转换效率降低，并且此外，存在尺寸减小和成本降低困难的问题。

同样，由于在直流单电源b11、b12、b21和b22之间的划分的功率原则上不相等，因此即使当从交流输出点U输出的电压和电流具有正/负对称交流波形时，也需要独立的直流电源。为此，在作为输入的直流组合电源BA2中需要可独立供电的四个单电源，并且这极大地限制了转换器的制造。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种五级功率转换器，其中与以前已知的情况相比，通过减少输出电流通过的半导体开关的数量来减少发生的损耗，并且此外，其中有可能用作为直流输入电源的两个单电源操作。

为了解决以前所描述的问题，在本发明的第一方面，五级功率转换设备包括：直流电源电路，其中第一和第二直流电源串联连接，并且该直流电源电路包括三个端子；并联连接到直流电源电路的第一半导体开关串联电路，其中其二极管各自反并联连接的2N(N是大于等于2的整数)个半导体开关元件串联连接；由两个串联连接的其中二极管各自反并联连接的半导体开关元件构成的、并联连接到第二半导体开关串联电路的第三半导体开关串联电路，该第三半导体开关串联电路是连接到第一半导体开关串联电路内部的中间连接点的两个半导体开关元件的串联连接电路部分；并联连接到第三半导体开关串联电路的电容器；以及连接在第三半导体开关串联电路内部的串联连接点与第一和第二直流电源的串联连接点之间的第一交流开关，其中第二半导体开关串联电路内部的串联连接点被用作交流端子。

在本发明的第二方面，第二交流开关连接在第二半导体开关串联电路内部的串联连接点与第三半导体开关串联电路内部的串联连接点之间。

在本发明的第三方面，第一半导体开关串联电路中的、除构成第二半导体开关串联电路的半导体开关元件以外的半导体开关元件各自由单独的控制信号驱动。