[发明专利]一种基于双开关电容的多电平升压逆变电路

说明书

本发明提出一种基于双开关电容的多电平升压逆变电路，解决了现有多电平升压逆变电路无法同时兼顾电路结构复杂度和电路电容电压稳定的问题，本发明以双开关电容单元为基础，通过调节开关的有序通断，第一开关电容单元及第二开关电容单元的相应电容器的电压在任意时刻均能稳定，且电路结构复杂度低，而且不采用全桥逆变单元，即不存在过多高压开关的开关损耗，降低了开关损耗及电路投资成本，本发明兼顾了电路结构复杂度和电路电容电压稳定的问题，更加适用于稳压均衡需求的应用场合。

技术领域

本发明涉及多电平逆变的技术领域，更具体地，涉及一种基于双开关电容的多电平升压逆变电路。

背景技术

光伏发电单元、蓄电池或燃料电池等直流电源的低压直流电转换成高压交流电输出时须用到升压逆变电路，而传统两电平的逆变电路通常需要前级直流升压电路将低压直流电转换成高压直流电，然后再逆变成工业应用需要的交流电，这不但增加了成本和系统复杂性，还降低了系统效率。为此，基于开关电容的单级升压型逆变电路成为了近年的研究热点。

2012年2月，Y.Hinago，H.Koizumi等在IEEE Transactions on IndustrialElectronics上发表的A Switched-Capacitor Inverter Using Series/ParallelConversion with Inductive Load的论文中公开了一种如图1所示的基于开关电容的升压逆变电路，参见图1，该电路由左侧n个串并联开关电容单元及右侧的全桥逆变单元构成，其中，每个串并联开关电容单元M由三个开关管和两个电容器构成。其中，由n个串并联开关电容单元构成的电路可产生n+1种不同的直流电平，再经全桥逆变单元N逆变后，整个电路可输出含有2n+3种不同电平的交流电。然而，这种基于开关电容的多电平逆变电路需要较多的开关管，尤其当实际要求输出电平数目较多时，需要开关管的数目更是惊人，过多开关器件的使用造成整个电路的结构复杂度增加，另外，交流电是通过全桥逆变单元产生的，一个全桥逆变单元由四个高压开关管构成，过多高压开关的使用也会导致开关损耗及电路投资成本的增加，无法保证电路的实用性。

随着开关技术的不断发展，一方面多电平升压逆变电路的电路结构复杂度不断降低，高压开关的使用数目减少，电路的开关损耗和电路投资成本降低，但另一方面随着开关数目的减少，相应电路中的电容电压却无法实现稳定控制，这时基于开关数目改进的多电平升压逆变电路在一些需要稳压均衡的应用场合却不适用。

发明内容

为解决现有多电平升压逆变电路无法同时兼顾电路结构复杂度和电路电容电压稳定的问题，本发明提出一种基于双开关电容的多电平逆变电路，降低电路的结构复杂度，减少整个电路的开关损耗，同时保持电路电容电压的稳定均衡，提升电路的实用性。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于双开关电容的多电平升压逆变电路，包括第一开关桥、第一开关电容单元、直流电压源、均分开关电容单元及三端开关桥，第一开关电容单元的第一输入端a连接直流电压源的正极，直流电压源的负极连接第一开关电容单元的第二输入端b，第一开关电容单元的第一输出端c连接第一开关桥的一端，第一开关电容单元的第二输出端d连接第一开关桥的另一端，第一开关桥还连接多电平升压逆变电路的第一电平输出端u_o+；