[发明专利]一种提高直流电压利用率的多电平逆变器及电能变换设备

权利要求书

1.一种提高直流电压利用率的多电平逆变器，其特征是：包括直流电源、半桥电路单元、三电平二极管中点钳位型逆变器电路单元和级联单元；半桥电路单元和三电平二极管中点钳位型逆变器电路单元并联在直流电源的两端，三电平二极管中点钳位型逆变器电路单元的输出端连接级联单元的输入端，级联单元的输出端为逆变器输出端；

级联单元的开关管和二极管采用SiC功率器件，半桥电路单元和三电平二极管中点钳位型逆变器电路单元的开关管和二极管采用Si功率器件；

级联单元组L3’中，每一个级联单元与相邻的级联单元共用同一个桥臂，最后一个级联单元cell N的输出端为多电平逆变器的输出端；其中，cell 1和cell 2上面的开关管是背向串联的，cell 2，cell 3，cell 4… cell N-1上面的开关管是同向串联的：即cell 1里面的开关管S5的集电极和cell 2里面的开关管S7的集电极连接，而cell 2里面的开关管S7的发射极和cell 3里面的开关管S1'的集电极连接，cell 3里面的开关管S1'的发射极和cell4里面的开关管S2'的集电极连接，以此类推，最终cell N-1里面的开关管S2N-6'的发射极和cell N里面的开关管S2N-5'的集电极连接，通过控制多电平逆变器不同的开关状态，可以输出M＝6N-1个电压电平数，需要的开关管的数量为(M+19)/3，需要的飞跨电容的数量为(M-5)/9；

三电平二极管中点钳位型逆变器电路单元包括依次连接的电容器分压电路、二极管钳位电路和开关管电路，所述电容器分压电路并联在直流电源两端，开关管电路的输出端连接级联单元的输入端；

所述开关管电路包括依次串联连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，二极管钳位电路包括两个串联连接的第十一二极管和第十二二极管，第十一二极管的阳极连接第十二二极管的阴极，两个二极管连接的连接点连接电容器分压电路的中性点，第十一二极管的阴极连接第一开关管和第二开关管连接点，第十二二极管的阳极连接第三开关管和第四开关管连接点，第二开关管和第三开关管之间的连接点为开关管电路的输出端；

电容器分压电路包括串联的第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和第二电容器的电容值相等，第一电容器和第二电容器串联后并联在直流电源两端，第一电容器和第二电容器的连接点为中性点；

级联单元包括两个桥臂和一个飞跨电容器，飞跨电容器C_f并联在两个桥臂两端，每个桥臂包括串联连接的两个二极管，两个桥臂方向并联，两个桥臂包括前桥臂和后桥臂，前桥臂的两个二极管的连接点为级联单元的输入端，后桥臂的两个二极管的连接点为级联单元的输出端；

半桥电路单元包括两个依次串联连接的第九开关管和第十开关管，第九开关管的集电极或源极连接直流电源的正极，第十开关管的发射极或漏极连接直流电源的负极；

三电平二极管中点钳位型逆变器电路单元中，第一开关管和第三开关管的控制信号互补，第二开关管和第四开关管的控制信号互补；

半桥电路单元的两个开关管的控制信号互补，级联单元中，S5和S6互补，S7和S8互补，S’1和S’2互补，以此类推，S’2N-5和S’2N-4互补。