[发明专利]五电平有源中点箝位型H桥变流器

说明书

一种五电平有源中点箝位型H桥变流器，包含三个单相H桥变流器。每个单相H桥变流器由第一桥臂和第二桥臂组成。输入电压源(Vdc)的两端并联两个串联的分压电容器(C1、C2))，再和第一个桥臂、第二桥臂并联。每个桥臂为三电平有源中点箝位拓扑，a相、b相和c相的H桥变流器的结构相同。a相、b相和c相H桥变流器通过共用零线n，与a、b、c三根火线形成三相四线交流输出，组成五电平有源中点箝位H桥变流器。每个桥臂器件均有反并联二极管形成续流通道，构成一个可双向导通的开关器件单元。本发明可单独控制每个开关器件的最大损耗，平均桥臂上各个器件的损耗，提高功率容量，可用于大功率逆变器。

技术领域

本发明涉及一种五电平变流器，特别涉及一种五电平有源中点箝位型H桥变流器。

背景技术

多电平变流器在高压大功率变频领域中得到了越来越广泛的关注。与两电平变流器相比，多电平变流器具有更低的输出谐波含量，更高的电压输出等优点。

三电平中点箝位NPC变流器在输出电压低于6kV的中压驱动市场中已经有非常广泛的应用，由于电力电子器件耐压的限制，对于更高的电压等级和更大容量输出需求时，就需要五电平或更多电平的变频器。单纯的五电平NPC变流器由于存在中点电压难以控制的缺陷，实际很少采用。其中NPC型H桥五电平变流器，简称为五电平NPC/H变流器，同时具有三电平NPC型变流器和H桥变流器的优势，具有组成简单、控制灵活、运行可靠、谐波含量少的优点，在中高压驱动领域已有实际应用。

在变频器的设计中，承受最大开关应力，产生损耗最大的器件决定了变流器的最大输出容量和开关频率。三电平NPC变流器存在中点电压波动和桥臂器件损耗不一致的问题。

五电平NPC/H变流器比三电平NPC变流器具有更多的电平输出状态，其损耗特性具有新的特点，虽然具有冗余开关状态，有一定的损耗平衡能力，但仍然存在桥臂器件损耗不平衡的问题，部分器件承受的损耗大，限制了变流器的最大输出容量。

发明内容

本发明的目的是克服现有五电平NPC/H桥变流器中器件损耗不平衡的缺点，提出一种五电平有源中点箝位H桥变流器。本发明中的器件损耗平衡，可用于大功率逆变器场合。

与五电平NPC/H变流器相比，在产生同样的器件损耗的前提下，本发明五电平有源中点箝位H桥变流器具有更大的输出容量，可提高变流器的功率密度，在高压大功率变流器领域具有较强的应用价值。

本发明的解决技术问题采用的技术方案是：

本发明五电平有源中点箝位H桥变流器包括三个单相H桥变流器。每个单相H桥变流器由第一桥臂和第二桥臂组成。输入电压源的两端并联两个串联的分压电容器，再和第一个桥臂、第二桥臂并联。

每个桥臂为三电平有源中点箝位拓扑。

所述的三电平有源中点箝位拓扑中，第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关器件单元依次串联连接。第五开关单元的输入端同第二开关单元的输入端连接，第六开关单元和第五开关单元串联，第六开关单元和第五开关单元的中间连接点引出，作为第一引出点，第六开关单元的输出端与第三开关单元的输出端相连。第二开关和第三开关单元的中间连接点引出，作为第二引出点。其中，所述的开关单元由功率开关器件与反并联二极管组成，开关单元的输入端即功率器件电流流入端，开关单元的输出端即电流流出端。

所述的单相H桥变流器中，串联的两个电容器的中点引出作为箝位电路中点和第一桥臂的第一引出点和第二桥臂的第一引出点相接。第一桥臂的第二引出点的引线作为该相火线，第二桥臂的第二引出点的引线作为该相零线。

三个单相H桥变流器通过共用零线，与三根火线形成三相四线交流输出，组成本发明五电平有源中点箝位H桥变流器。本发明可实现三个独立直流电压源对三相四线制交流电源的变流功能。

本发明五电平有源中点箝位H桥变流器拓扑结构与现有技术相比，具有以下优点：