[发明专利]极低输出电压纹波二极管钳位七电平直流变换器及直流电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种多电平直流变换器拓扑，该电路可用于直流开关电源领域。

背景技术

多电平技术是电力电子技术的热门技术。在电力电子应用中，受到器件电压定额的影响，电路中不可避免采用器件串联的结构形式，为了解决器件串联的静态、动态均压问题必须附加均压电路。随着均压电路的加入以及器件数量的增加，电路自然具备多种工作模式以及多个输出电平，通过工作模式的组合得到更好的输出特性。

1992年，巴西学者提出一种二极管钳位三电平直流变换器，该电路如图1所示。图1电路中，4只自关断器件串行连接，通过直流母线电容C_in1、C_in2和钳位二极管D_cl1、D_cl2均衡自关断器件的电压应力，从而使每个自关断器件的电压应力为输入电压的一半，该电路可广泛应用于高压直流变换领域。但该电路有一个不足之处，即输出滤波器前电压在U_in/2k_T和0之间跳变，输出谐波含量大，导致输出滤波器体积大，影响装置整体的功率密度。与此同时，当输出滤波器前电平为0时，输入电流断续，导致较大的输入电流纹波，从而需要较大的输入EMI滤波器抑制输入电流纹波。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种极低输出电压纹波二极管钳位七电平直流变换器，可有效减小输入、输出滤波器的体积。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

极低输出电压纹波二极管钳位多电平直流变换器，包括三电平不对称半桥直流变换器，所述三电平不对称半桥直流变换器包括自关断器件组、均压电路、高频变压器T₁以及输出整流滤波单元，

所述自关断器件组包括自关断器件S₁、S₂、S₃、S₄，S₁、S₂、S₃、S₄之间通过发射极与集电极的连接而依次串联，其中S₁的集电极与直流电源的正端连接，S₄的发射极与直流电源的负端连接，每一个自关断器件还反并联一个二极管；

所述均压电路包括连接在直流电源正负端之间的串联的两个电容C_in1和C_in2；还包括连接在S₁发射极与S₃发射极之间的两个相串联的钳位二极管D_cl1与D_cl2，其中D_cl1的正端与S₃发射极连接，D_cl2的负端与S₁发射极连接，D_cl1与D_cl2的连接点与C_in1和C_in2的连接点连通；还包括连接在S₁发射极与S₃发射极之间浮动电容C_aa；

所述高频变压器T₁的原边绕组的同名端通过隔直电容C_BL与S₁发射极连接，所述高频变压器T₁的原边绕组的异名端与直流电源负端连接，所述高频变压器T₁的副边绕组通过整流滤波单元输出直流，

其特殊之处在于：

所述多电平直流变换器还包括四只自关断器件S₅、S₆、S₇、S₈，两个变压器T₂和T₃，每只自关断器件还反并联一个二极管，

自关断器件S₅、S₆、S₇、S₈、S₂、S₃形成三相逆变半桥电路，S₅、S₆为一个单相逆变半桥电路的两个桥臂，S₇、S₈为一个单相逆变半桥电路的两个桥臂，S₂、S₃为一个单相逆变半桥电路的两个桥臂，