[发明专利]混合I-T型多电平转换器

说明书

一种多电平转换器包括多个电容器，该多个电容器串联耦接在DC端口的第一节点与第二节点之间并且在n‑2个第一中间节点处彼此耦接。该转换器还包括开关电路，该开关电路包括：至少一个第一开关，该至少一个第一开关被配置为将DC端口的第一节点耦接到输入/输出节点；至少一个第二开关，该至少一个第二开关被配置为将DC端口的第二节点耦接到输入/输出节点；和至少三个第三开关，该至少三个第三开关被配置为将第一中间节点中的相应节点耦接到输入/输出节点。该转换器还包括控制电路，该控制电路被配置为控制第一开关、第二开关和第三开关以提供n电平转换器。

背景技术

本发明的主题涉及电源转换器，并且更具体地，涉及多电平电源转换器。

多电平转换器通常用于诸如不间断电源(例如，用于逆变器和/或整流器)、并网转换器、马达驱动逆变器等的应用中。与传统的两电平逆变器所提供的两个输出电压电平相比，多电平逆变器以更大数量的不同电压电平驱动输出。典型的多电平逆变器使用串联的多个开关(例如，晶体管和并联连接的二极管)，使得与两电平转换器中的设备相比，每个设备的电压应力通常更小。

存在可用于实现多电平逆变器的各种不同的电路拓扑。例如，图1示出了常规的3电平“I”型多电平转换器，该3电平“I”型多电平转换器包括上部开关分支和下部开关分支，所述开关分支包括相应的绝缘栅双极晶体管(IGBT)IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4，所述绝缘栅双极晶体管耦接到正DC总线V+和负DC总线V-以及耦接到包括电感器L和电容器C的能量存储电路。二极管D1、D2、D3、D4跨晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4中的相应晶体管耦接。中性钳位二极管D5和D6将中间节点N1、N2中的相应节点耦接到中性N。电容器C1和C2耦接在DC总线V+、V-和中性N中的相应总线与中性N之间。图2示出了常规的5电平I型多电平转换器，该5电平I型多电平转换器包括：上部开关分支，所述上部开关分支包括晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4和并联连接的二极管D1、D2、D3、D4；下部开关分支，所述下部开关分支包括晶体管IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8和并联连接的二极管D5、D6、D7、D8；钳位二极管D9、D10、D11、D12、D13、D14；和电容器C1、C2、C3、C4。图3示出了常规的“T”型多电平转换器，该“T”型多电平转换器包括：上部开关分支和下部开关分支，所述开关分支包括晶体管IGBT1、IGBT4和并联连接的二极管；中性钳位开关分支，该中性钳位开关分支具有晶体管IGBT2、IGBT3和并联连接的二极管D3、D4；和电容器C1、C2。

发明内容

本发明的主题的一些实施方案提供了一种多电平转换器，该多电平转换器包括多个电容器，该多个电容器串联耦接在DC端口的第一节点和第二节点之间并且在n-2个第一中间节点处彼此耦接。该转换器还包括开关电路，该开关电路包括：至少一个第一开关，该至少一个第一开关被配置为将DC端口的第一节点耦接到输入/输出节点；至少一个第二开关，该至少一个第二开关被配置为将DC端口的第二节点耦接到输入/输出节点；和至少三个第三开关，该至少三个第三开关被配置为将第一中间节点中的相应节点耦接到输入/输出节点。该转换器还包括控制电路，该控制电路被配置为控制第一开关、第二开关和第三开关以提供n电平转换器。

在一些实施方案中，至少一个第一开关可包括两个开关，该两个开关串联耦接在DC端口的第一节点与输入/输出节点之间并且在第二中间节点处彼此耦接，并且至少一个第二开关可包括两个开关，该两个开关串联耦接在DC端口的第二节点与输入/输出节点之间并且在第三中间节点处彼此耦接。至少三个第三开关可包括：两个第三开关，该两个第三开关串联耦接在第一中间节点中的第一节点与输入/输出节点之间；和两个开关，该两个开关被配置为将第一中间节点中的相应第二节点耦接到第二中间节点和第三中间节点中的相应节点。