[发明专利]一种半桥级联型多电平整流电路

说明书

本发明公开了一种半桥级联型多电平整流电路，所述多电平整流电路由三种基本单元构成，其中包括顶端单元、中间单元和底端单元。将顶端单元、多个底端单元与一个中间单元依次按端口连接可构成不同多电平拓扑。所述半桥级联型多电平整流电路可在整流电路交流侧实现多电平控制，使输入电流谐波大大减小，器件使用数量少，电路结构简单，有效降低了硬件成本。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种半桥级联型多电平整流电路，可应用于高低压整流器、直流输变电和储能装置等领域。

背景技术

近年来，电力电子装置在高电压大功率领域的应用不断增加。由于受到器件耐压等级的限制，多电平拓扑结构及相关控制理论等方面的研究受到广泛关注。在多电平整流电路的不断发展和变换过程中，形成下面几类基本的拓扑结构：二极管钳位型、级联型H桥型、模块化多电平型。其中，二极管钳位型需要使用数目众多的钳位电容；H桥级联结构每一个H桥单元都必须采用独立的PWM整流，使用的器件较多，而且需要移相隔离变压器作电气隔离；模块化多电平变换器秉承了H桥级联结构模块化的优点，但是级联的单元数量多，成本较大。

相反的，级联型多电平整流器能够降低输入侧谐波，使用元器件少，结构简单，因此一直在中高压大功率场合备受青睐。

发明内容

本发明提出了一种半桥级联型多电平整流电路，本发明的目的在于提出一种由基本单元构成的新型多电平整流电路拓扑结构，所述的整流电路包括交流电动势、电网侧电抗和半桥联型多电平整流电路拓扑结构，所述的基本单元包括顶端单元、中间单元、底端单元三种。通过将三种基本单元进行配置组合，可以得到不同的多电平拓扑且可自由输出多电平，通过在直流侧串联多个电容，可以提高直流母线的电压等级。相比较二极管钳位型、级联H桥型、模块化多电平型拓扑结构，本发明不需要额外的二极管和电容，器件使用数量少，电路结构简单，有效降低了硬件成本。

基本单元即为满足构成半桥级联型多电平整流电路拓扑条件的最小组成部分，本发明的拓扑结构由顶端单元、中间单元、底端单元组成，可构成M相、N（N≥2）电平电路，每一相中三种基本单元的总数为N-1个。进一步地，每相中所述顶端单元数量为K-1（1≤K≤N）个，所述中间单元数量为1个，所述底端单元数量为N-K-1个，即第1个至第K-1个模块为所述顶端单元，第K个模块为所述中间单元，第K+1个至第N-1个模块为所述底端单元。

所述顶端单元为三端口模块，由第一开关管、第二开关管和第一电容构成。所述顶端单元的具体连接方式为：所述第一电容的正极即为所述顶端单元的第一一端口；所述第一开关管集电极即为为顶端单元的第一二端口；所述第一开关管发射极与所述第二开关管的集电极相连接，此连接点即为为顶端单元的第一三端口。

所述中间单元为五端口模块，由第三开关管、第四开关管和第二电容构成，三者构成两条支路。两条支路的具体连接方式为：所述第二电容独自构成一条支路，所述第二电容的正极即为所述中间单元的第二一端口，负极即为所述中间单元的第二二端口；另一条支路以所述第三开关管的发射极与所述第四开关管的集电极相连的方式构成，第三开关管的集电极即为所述中间单元的第二三端口，所述第四开关管的发射极即为所述中间单元的第二四端口，所述第三开关管的发射极与所述第四开关管的集电极的连接点即为所述中间单元的第二五端口。

所述底端单元为三端口模块，包括第五开关管、第六开关管和第三电容。所述第三电容的负极则作为所述底端单元的第三一端。而所述第五开关管的发射极则与所述第六开关管的集电极相连，此连接点为所述底端单元的第三二端，所述第六开关管的发射极作为所述底端单元的第三三端。

进一步地，本发明中的所述整流电路，通过所述的中间单元的第二五端口与所述的电网侧电抗连接，再将所述的电网侧电抗接入所述的交流侧。