[发明专利]一种基于开关电容和飞跨电容的多电平升压逆变电路

说明书

本发明提出一种基于开关电容和飞跨电容的多电平升压逆变电路，解决了现有多电平逆变电路结构复杂度高、开关损耗及电路投资成本大的问题，本发明以单个开关电容和飞跨电容单元为基础，还包括若干个开关，通过控制若干个开关的有序通断，第一电平输出端与第二电平输出端共同作用之后，作为多电平升压逆变电路的输出，输出多电平状态，本发明提出的电路结构复杂度低，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。

技术领域

本发明涉及多电平逆变的技术领域，更具体地，涉及一种基于开关电容和飞跨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，现有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。

发明内容

现有基于开关电容的多电平逆变电路需要开关管的数目多，电路结构复杂度高，另外现有基于开关电容的多电平逆变电路的全桥逆变单元中采用多个高压开关，具有开关损耗及电路投资成本大的缺陷，为克服以上弊端，本发明提出一种基于开关电容和飞跨电容的多电平逆变电路，降低电路的结构复杂度，同时减少整个电路的损耗，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：

一种基于开关电容和飞跨电容的多电平升压逆变电路，包括第一开关桥、开关电容单元、直流电压源、第三开关S₃、第三互补开关S’₃、由第三电容器C₃及第四电容器C₄依次相连构成的飞跨电容单元及三端开关桥，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开关电容单元的第二输入端b，开关电容单元的第一输出端c连接第一开关桥的一端，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+；

所述飞跨电容单元的一端通过第三开关S₃连接直流电压源的正极，飞跨电容单元的另一端通过第三互补开关S’₃连接直流电压源的负极，三端开关桥的e端连接飞跨电容单元的一端，飞跨电容单元的第三电容器C₃与第四电容器C₄连接于a'点，a'点与三端开关桥的f端连接，三端开关桥的g端连接飞跨电容单元的另一端，三端开关桥的f端反向延伸，连接多电平升压逆变电路的第二电平输出端u_o-。

在此，第一电平输出端u_o+与第二电平输出端u_o-共同作用，组成多电平升压逆变电路的输出，多电平升压逆变电路的输出电平满足：