[实用新型]一种最少元件的中点钳位式三电平可控开关变流器

说明书

技术领域

本实用新型涉及功率变频器领域，更具体地说，涉及一种二极管中位钳位式三电平逆变器的电路。

背景技术

出于节约能源、提高生产效率，降低生产成本的目的，采用高压大功率变频器成为人们的首选，为了解决低压(中压)主开关器件在高压应用情况下的矛盾，国外许多学者提出了多电平逆变技术，近年来，随着电力电子技术的发展，多电平逆变技术逐步被应用于多个社会领域。

对于具有高速开关特性的开关功率器件，是不允许直接串联的，否则由于器件开关特性的分散性，中间回路的高电压直接加在晚开通的器件上，使晚开通开关功率可能承受高压而被击穿，进而导致整个桥臂上开关功率器件损坏。这种情况下采用开关功率器件直接串联将带来麻烦的开关功率器件的静态和动态的均压问题。大容量开关器件的发展也会随其物理性质而逐渐达到极限，而且容量越大，器件成本越高，实用性、可靠性就会大大降低。

目前高压变频器的电路拓扑结构种类较多，相应的开关功率器件容量也越来越大，其主要有3种基本的拓扑结构：1.H桥级连式；2.电容钳位式；3.二极管钳位式。其中应用最广泛的是第三种。这些直接高压变频器拓扑结构因输出电压比通用二电平变频器输出电平数多，所以被称为多电平变频器。所谓多电频逆变技术，就是指逆变器输出相对于中间直流回路中点有多个电平。当电平数为3时，成为三电平逆变器，并可以此类推。

作为三电平逆变器的一种，二极管中位钳位式三电平逆变器，其具有直流侧耐压高的优点。由于这一优点，二极管中位钳位式三电平逆变器在电机领域中得到了广泛的应用。在电机领域中，直流电压越高，意味着电感上的电流可以变化的更快，也就是说，电流的跟踪性能会更好。交流侧相电压有三个电平，对于三相三电平变流器，线电压可以有5个电平。更多的电平数量，意味着谐波成份比较低。

目前在现有技术中，二极管中位钳位式三电平逆变器电路中，如图1所示，在每个功率开关器件上都有一个反向并联的续流二极管，每个桥臂上的每相都有4个反向续流二极管。电子元件多，就会造成整体体积大，半导体元器件的集成度下降，另一方面，单个桥臂上元件越多，该电路的可靠度就越低，任何一个元件出现故障都会造成整体电路故障。所以，在保证整体电路的性能的前提下，尽可能降低电路中的元件数量，就成为解决上述问题的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种在保证整体电路的前提下，电路中元件最少的最少元件的中点钳位式三电平可控开关变流器。

上述技术问题可以通过如下的技术手段加以解决：一种最少元件的中点钳位式三电平可控开关变流器，电路拓扑结构由上、下两个桥臂电路构成，所述上桥臂电路包括上半直流电容、第一功率开关器件、第二功率开关器件、上半钳位二极管和上半反向续流二极管，下半桥臂电路包括下半直流电容、第三功率开关器件、第四功率开关器件、下半钳位二极管、下半反向续流二极管，其中上半桥臂的第一功率开关器件与上半直流电容、上半钳位二极管串联，上半反向续流二极管与第二功率开关器件串联后并联在第一功率开关器件上；下半桥臂的第四功率开关器件与下半直流电容、下半钳位二极管串联，下半反向续流二极管与第三功率开关器件串联后并联在第四功率开关器件上；第二功率开关器件和第三功率开关器件相连接并且同时与所在桥臂电路的输出端相连接，上半直流电容和下半直流电容相连接并且同时与所在桥臂电路的另一直流端相连接。

由上述具体实施例可知，相对于现有技术每个功率开关器件要配置一个反向续流二极管而言，在本发明中每两个功率开关器件只需要配置一个反向续流二极管，这样单相就可以节省两个反向续流二极管，双相就可以节省四个、三相就可以节省六个反向续流二极管。节省了电子元件，从而提高电路集成度。

所述最少元件的中点钳位式三电平可控开关变流器的电路拓扑结构还包括有缓冲电路，在每相的桥臂中，所述缓冲电路分为上半缓冲电路和下半缓冲电路，其中上半缓冲电路并联在所述上半桥臂的第一开关功率件上，下半缓冲电路并联在所述下半桥臂的第四开关功率件上。

缓冲电路的配置是为了尽可能地减少关断功率开关器件时尖峰电压对电路的影响，提高整体电路的稳定性和使用寿命。

所述上半缓冲电路由上半缓冲电容、上半缓冲电容放电二极管和上半缓冲电容放电电阻构成，其中上半缓冲放电二极管与上半缓冲电容串联，上半缓冲电容放电电阻并联在上半缓冲放电二极管两端，上半缓冲电路通过上半缓冲电容和上半缓冲放电二极管并入上桥臂电路。