[发明专利]单相四电平逆变器拓扑电路及三相四电平逆变器拓扑电路

说明书

一种单相四电平逆变器拓扑电路(M)及三相四电平逆变器拓扑电路，该单相四电平逆变器拓扑电路(M)适于和两个串联连接的直流电源一起使用，使得第一电流电源(C₁)或第二直流电源(C₂)给所述四电平逆变器拓扑电路(M)的负载供电，或者，所述两个电流电源中的任一个与悬浮电容(C_S)代数叠加后给所述四电平逆变器拓扑电路(M)的负载供电，从而使所述四电平逆变器拓扑电路(M)输出四个互不相同的电平。该单相、三相四电平逆变器拓扑电路通过采用悬浮电容(C_S)，降低了系统成本和体积，在相同的运行条件下，电压利用率是现有四电平逆变器拓扑电路的三倍，而且不需要附加电路，直流侧中点电压就可以平衡。

本申请要求2015年11月6日提交的美国临时专利申请US62/252,122的优先权，其公开内容整体并入于此作为参考。

技术领域

本发明涉及电力电子领域中的电力变换器拓扑电路，特别是单相四电平逆变器拓扑电路及三相四电平逆变器拓扑电路。

背景技术

逆变器用于将直流电转化成交流电。随着技术发展和生活质量提高，逆变器尤其是多电平逆变器的作用越来越重要。现有公开的多电平逆变器分成两类，分别是多二极管嵌位式逆变器和悬浮电容式逆变器。

四电平逆变器产生四个互不相同的电平。图1(a)给出了现有的多二极管嵌位式四电平逆变器拓扑电路，图1(b)给出了现有的悬浮电容式四电平逆变器拓扑电路。但是，图1(a)和图1(b)中的两种电路的电压利用率均是单位一，且当输出高电压时，这两种电路均需要附加电路来增大输入电压。这两种电路的输入侧均连接两个以上的串联电容。因此，需要额外的附加电路平衡电容电压。这些附加电路降低了系统效率，增大了系统成本。

发明内容

本发明提供了一种四电平逆变器拓扑电路及其逆变器，以解决现有技术中的上述问题中的至少部分技术问题。

为了叙述方便，本申请中的术语“双向开关”指电流可以双向流动但只能承受单向电压的开关，比如带有反向并联二极管的IGBT，或内置并联二极管的MOSFET。

本发明提供的四电平逆变器拓扑电路，适于和两个串联连接的直流电源一起使用。

本发明一实施例提供了一种单相四电平逆变器拓扑电路，适于和两个串联连接的直流电源一起使用，两个直流电源包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源的负极连接第二直流电源的正极，两直流电源的公共端适于连接交流电网或交流负载的接入端，包括第一电路模块和第二电路模块；

所述第一电路模块具有第一端、第二端、第三端和第四端；所述第二电路模块具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和一个输出端；

所述第一电路模块的第一端连接所述单相四电平逆变器拓扑电路的第一端，第二端连接单相四电平逆变器拓扑电路的第二端；第三端连接第二电路模块的第三输入端，第四端连接第二电路模块的第四输入端；

所述第二电路模块的第一输入端连接所述单相四电平逆变器拓扑电路的第一端，第二输入端连接单相四电平逆变器拓扑电路的第二端；输出端连接所述单相四电平逆变器拓扑电路的第三端；所述第二电路模块还包括所述悬浮电容；

所述第一电路模块还连接若干控制端，适于在控制端接入的控制信号的控制下，提供四种工作模式：模式一：针对四个端子，导通第二端到第三端的连接，并断开其他端到端的连接；模式二：针对四个端子，导通第四端到第二端的连接，并断开其他端到端的连接；模式三：针对四个端子，导通第一端到第三端的连接，并断开其他端到端的连接；模式四：针对四个端子，导通第四端到第一端的连接，并断开其他端到端的连接；