[发明专利]三电平逆变器和供电设备

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种三电平逆变器和供电设备。

背景技术

逆变器是指通过控制开关管的导通和关断将直流电压源的直流电能转换为交流电能的一种变换装置，是不间断电源（Uninterruptible PowerSystem）、太阳能技术和风力发电技术中的一个重要部件。目前，开关管通常采用金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（Insulated GateBipolar Transistor，IGBT）等功率半导体器件。

逆变器有多种拓扑结构，其中二极管中点箝位型三电平逆变器（以下简称三电平逆变器）因其电路拓扑结构简单、容易控制且成本较低而得到广泛应用。在三电平逆变器中，每个桥臂有四个开关管、四个续流二极管和两个箝位二极管。通常将与直流电压源相连接的两个开关管称为外管，而将串联连接在两个外管之间的两个开关管称为内管。在三电平逆变器中，每相的开关状态有三种：N、O和P，对应的输出电压分别为-Udc/2、0和Udc/2，因此，被称为三电平逆变器，其中Udc/2为直流电源的电压。

在一种现有技术方案中，三电平逆变器的四个开关管均采用相同性能的IGBT。然而，这种三电平逆变器的IGBT总损耗较大，逆变器的转换效率较低。

发明内容

本发明的实施例提供了一种三电平逆变器和供电设备，能够提高逆变器的转换效率。

第一方面，提供了一种三电平逆变器，包括：第一绝缘栅双极型晶体管IGBT，第一IGBT的集电极连接到正的直流母线，第一IGBT的发射极连接到第一连接点（或节点），第一IGBT的集电极和发射极跨接有第一续流二极管；第二IGBT，第二IGBT的集电极连接到第一连接点，第二IGBT的发射极连接到第二连接点，第二IGBT的集电极和发射极跨接有第二续流二极管；第三IGBT，第三IGBT的集电极连接到第二连接点，第三IGBT的发射极连接到第三连接点，第三IGBT的集电极和发射极跨接有第三续流二极管；第四IGBT，第四IGBT的集电极连接到第三连接点，第四IGBT的发射极连接到负的直流母线，第四IGBT的集电极和发射极跨接有第四续流二极管；第一箝位二极管，分别连接第四连接点与第一连接点；第二箝位二极管，分别连接第四连接点与第三连接点，其中第四连接点为中性电位点，第二连接点为交流输出连接点，第一IGBT和第四IGBT的开关速度高于第二IGBT和第三IGBT的开关速度，或者第二IGBT和第三IGBT的饱和导通压降低于第一IGBT和第四IGBT的饱和导通压降。

在第一种可能的实现方式中，第一IGBT和第四IGBT的关断损耗小于第二IGBT和第三IGBT的关断损耗；或者第一IGBT和第四IGBT的开通损耗小于第二IGBT和第三IGBT的开通损耗；或者第一IGBT和第四IGBT的关断时间小于第二IGBT和第三IGBT的关断时间；或者第一IGBT和第四IGBT的开通时间小于第二IGBT和第三IGBT的开通时间；或者第二IGBT和第三IGBT的饱和导通压降低于第一IGBT和第四IGBT的饱和导通压降。

结合上述任一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，三电平逆变器还包括：低通滤波器，连接在第二连接点与负载之间，用于对所述第二连接点输出的交流信号进行滤波。

结合上述任一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，三电平逆变器还包括：控制器，其输出端连接到所述第一IGBT的栅极、第二IGBT的栅极、第三IGBT的栅极和第四IGBT的栅极，用于根据预设的脉宽调制规则控制第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT的开通和关断，以便在第二连接点输出交流信号。

结合上述任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，三电平逆变器还包括：第一电容器，连接在该正的直流母线与第四连接点之间；第二电容器，连接在该负的直流母线与第四连接点之间。