[发明专利]一种基于开关电容的模块化多电平变换器

权利要求书

1.一种基于开关电容的模块化多电平变换器，其特征在于，包括三个并联在直流母线之间的多电平桥臂；

对于输出n+1个电平的基于开关电容的模块化多电平变换器，其多电平桥臂由2n-1个子模块依次串联构成，其中n为大于等于2的偶数；所述2n-1个子模块中有n-1个子模块为第一基本单元(SMA)，有1个子模块为中间单元(SMC)，有n-1个子模块为第二基本单元(SMB)；

所述多电平桥臂中的n-1个第一基本单元(SMA)依次串联在中间单元(SMC)与直流母线正极之间，n-1个第二基本单元(SMB)依次串联在中间单元(SMC)与直流母线负极之间，多电平桥臂的交流输出端均由中间单元(SMC)引出；

所述第一基本单元(SMA)包括第一电容(Ca)、第一功率开关管(Sa)、第二功率开关管(Sb)、第三功率开关管(Sc)；其中每个功率开关管均为带反并联二极管的有源开关管；第一电容(Ca)的正极与第一功率开关管(Sa)的集电极连接，连接点记为端子Xa；第一电容(Ca)的负极与第二功率开关管(Sb)的发射极连接，连接点记为端子Xb；第一功率开关管(Sa)的发射极与第二功率开关管(Sb)的集电极连接，连接点记为端子(Ya)；第三功率开关管(Sc)的集电极与端子Xb连接，第三功率开关管(Sc)的发射极记为端子Yb。

2.根据权利要求1所述的基于开关电容的模块化多电平变换器，其特征在于，所述第二基本单元(SMB)包括第二电容(Cb)、第四功率开关管(Sd)、第五功率开关管(Se)、第六功率开关管(Sf)；其中每个功率开关管均为带反并联二极管的有源开关管；第二电容(Cb)的正极与第四功率开关管(Sd)的发射极连接，连接点记为端子Ye；第二电容(Cb)的负极与第六功率开关管(Sf)的发射极连接，连接点记为端子(Yf)；第四功率开关管(Sd)的集电极记为端子Xe；第五功率开关管(Se)的集电极与端子Ye连接，第五功率开关管(Sc)的发射极与第六功率开关管(Sf)的集电极连接，连接点记为端子Xf。

3.根据权利要求2所述的基于开关电容的模块化多电平变换器，其特征在于，所述中间单元(SMC)有第一中间单元(SMC1)，第二中间单元(SMC2)，第三中间单元(SMC3)三种不同的形式：

第一中间单元(SMC1)包括：第三电容(Cc1)、第四电容(Cc2)、第五电容(Cc3)、第六电容(Cc4)、第七功率开关管(Sg1)、第八功率开关管(Sg2)、第九功率开关管(Sg3)、第十功率开关管(Sg4)、第十一功率开关管(Sg5)、第十二功率开关管(Sg6)、第十三功率开关管(Sg7)、第十四功率开关管(Sg8)、第十五功率开关管(Sg9)、第十六功率开关管(Sg10)；其中每个功率开关管均为带反并联二极管的有源开关管；所述第三电容(Cc1)的正极与第七功率开关管(Sg1)的集电极连接，连接点记为端子Xc；第三电容(Cc1)的负极与第八功率开关管(Sg2)的发射极连接，连接点记为端子Xd；第七功率开关管(Sg1)的发射极与第八功率开关管(Sg2)的集电极连接；第九功率开关管(Sg3)的集电极与端子Xd连接；第九功率开关管(Sg3)的发射极与第四电容(Cc2)的负极连接；第四电容(Cc2)的正极与第八功率开关管(Sg2)的集电极连接；第十功率开关管(Sg4)的集电极与第四电容(Cc2)的正极连接，第十功率开关管(Sg4)的发射极与第十一功率开关管(Sg5)的集电极连接，连接点记为端子Z；第十一功率开关管(Sg5)的发射极与第四电容(Cc2)的负极连接；第十二功率开关管(Sg6)的集电极与端子Z连接；第十二功率开关管(Sg6)的发射极与第五电容(Cc3)的负极连接；第十三功率开关管(Sg7)的发射极与端子Z连接；第十三功率开关管(Sg7)的集电极与第五电容(Cc3)的正极相连；第十四功率开关管(Sg8)的集电极与第五电容(Cc3)的正极连接；第十四功率开关管(Sg8)的发射极与第十五功率开关管(Sg9)的集电极连接，连接端记为Yc；第十五功率开关管(Sg9)的发射极连接第五电容(Cc3)的负极；第十六功率开关管(Sg1)0的集电极与第十五功率开关管(Sg9)的发射极连接；第十六功率开关管(Sg10)的发射极与第六电容(Cc4)的负极连接，连接点记为端子Yd；第六电容(Cc4)的正极连接到端子Yc；

第二中间单元(SMC2)包括：第七电容(Cd1)、第八电容(Cd2)、第九电容(Cd3)、第十七功率开关管(Sh1)、第十八功率开关管(Sh2)、第十九功率开关管(Sh3)、第二十功率开关管(Sh4)、第二十一功率开关管(Sh5)、第二十二功率开关管(Sh6)、第二十三功率开关管(Sh7)、第二十四功率开关管(Sh8)；其中每个功率开关管均为带反并联二极管的有源开关管；所述第七电容(Cd1)的正极与第十七功率开关管(Sh1)的集电极连接，连接点记为端子Xc；第七电容(Cd1)的负极与第十八功率开关管(Sh2)的发射极连接，连接点记为端子Xd；第十七功率开关管(Sh1)的发射极与第十八功率开关管(Sh2)的集电极连接；第十九功率开关管(Sh3)的集电极与端子Xd连接；第十九功率开关管(Sh3)的发射极与第八电容(Cd2)的负极连接；第八电容(Cd2)的正极与第十八功率开关管(Sh2)的集电极连接；第二十功率开关管(Sh4)的集电极与第八电容(Cd2)的正极连接，第二十功率开关管(Sh4)的发射极与第二十一功率开关管(Sh5)的集电极连接，连接点记为端子Z；第二十一功率开关管(Sh5)的发射极与第八电容(Cd2)的负极连接；第二十二功率开关管(Sh6)的集电极与第八电容(Cd2)的正极连接；第二十二功率开关管(Sh6)的发射极与第九电容(Cd3)的正极连接，连接点记为端子Yc；第二十三功率开关管(Sh7)的发射极与第二十一功率开关管(Sh5)的发射极连接；第二十三功率开关管(Sh7)的集电极与端子Yc相连；第二十四功率开关管(Sh8)的集电极与第二十三功率开关管(Sh7)的发射极连接；第二十四功率开关管(Sg8)的发射极与第九电容(Cd3)的负极连接，连接点记为端子Yd；

第三中间单元(SMC3)包括：第十电容(Ce1)、第十一电容(Ce2)、第十二电容(Ce3)、第二十五功率开关管(Si1)、第二十六功率开关管(Si2)、第二十七功率开关管(Si3)、第二十八功率开关管(Si4)、第二十九功率开关管(Si5)、第三十功率开关管(Si6)；其中每个功率开关管均为带反并联二极管的有源开关管；所述第十电容(Ce1)的正极与第二十五功率开关管(Si1)的集电极连接，连接点记为端子Xc；第十电容(Ce1)的负极与第二十六功率开关管(Si2)的发射极连接，连接点记为端子Xd；第二十五功率开关管(Si1)发射极与第二十六功率开关管(Si2)的集电极连接；第二十七功率开关管(Si3)的集电极与第二十六功率开关管(Si2)的集电极连接；第二十七功率开关管(Si3)的发射极与第二十八功率开关管(Si4)的集电极连接，连接点记为端子Z；第十一电容(Ce2)的正极与第二十七功率开关管(Si3)的集电极连接；第二十八功率开关管(Si4)的发射极与第十一电容(Ce2)的负极连接；第二十九功率开关管(Si5)的发射极与第二十八功率开关管(Si4)的发射极连接，第二十九功率开关管(Si5)的集电极与第十二电容(Ce3)的正极连接，连接点记为端子Yc；端子Yc与端子Xd用导线连接，为等电位端子；第三十功率开关管(Si6)的集电极与第二十九功率开关管(Si5)的发射极连接；第三十功率开关管(Si6)的发射极与第十二电容(Ce3)的负极连接，连接点记为端子Yd。