[发明专利]一种升压式多电平逆变器电路及其控制方法

说明书

本发明公开了一种升压式多电平逆变器电路及其控制方法，包括与直流电源连接的第一子模块电路，与第一子模块电路依次连接的多个第二子模块电路，与末端的第二子模块电路连接的第三子模块电路；该电路的工作包括正半周正弦波输出、负半周正弦波输出和充电模式，在实际工作状态下，在需要输出脉冲时切换到输出模式，无需输出时切换到充电模式，通过输出模式和充电模式的不断切换，电容电压自动保持动态平衡，无需升压变压器便可实现成倍于直流电源电压的交流输出，升压变比由子模块数量和占空比决定，子模块内部桥臂耐压等于直流电源电压。

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，具体涉及一种升压式多电平逆变器电路及其控制方法。

背景技术

多电平级联式逆变器被广泛用于产生中高压交流电，通过多个模块的串并联，降低单个功率器件的电压、电流应力，并且多电平调制能够实现高电能质量的输出。由于多电平电路工作的前提是保证能量在单元间的稳定平均分配，因此多电平级联式逆变器需要解决的首要问题是模块间的能量均衡调制策略。

传统的二极管箝位式多电平逆变器无法通过控制实现三电平以上的电压平衡，H桥级联型和模块化多电平级联型(MMC)都需要复杂的电容电压平衡策略和数量众多的传感器。另外，在变流过程中变换器的电压调节范围有限，升压基本依靠交流侧变压器完成。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种升压式多电平逆变器电路及其控制方法。本发明可以实现由直流向交流的电能转换，无需额外电压或能量的均衡方案；此外，本发明无需升压变压器便可实现成倍于直流电源电压的交流输出。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种升压式多电平逆变器电路，包括与直流电源连接的第一子模块电路M₁，第一子模块电路M₁依次连接有多个第二子模块电路M_n(n＝2,3,...,N-1)，末端的第二子模块电路连接有第三子模块电路M_N；

所述第一子模块电路M₁包括与直流电源连接第一电容C₁，第一电容C₁并联有第一a桥臂和第一b桥臂；所述的第一a桥臂的上桥臂设有开关管S_{1_1}，下桥臂设有开关管S_{1_3}和开关管S_{1_5}，且开关管S_{1_3}和开关管S_{1_5}为反向串联；所述第一b桥臂的上桥臂为二极管D_{1_1}和开关管S_{1_2}串联，二极管D_{1_1}阳极与第一电容C₁相连，二极管D_{1_1}阴极与开关管S_{1_2}相连，第一b桥臂的下桥臂设有一个开关管S_{1_4}；

所述第二子模块电路M_n包括第二电容C_n(n＝2,3,...,N-1)，第二电容C_n并联有第二a桥臂和第二b桥臂；所述的第二a桥臂的上桥臂设有开关管S_{n_1}，下桥臂为二极管D_{n_2}和开关管S_{n_3}串联，二极管D_{n_2}阳极与开关管S_{n_3}相连，二极管D_{n_2}阴极与第二电容C_n相连；所述第二b桥臂的上桥臂为二极管D_{n_1}和开关管S_{n_2}串联，二极管D_{n_1}阳极与第二电容C_n相连，二极管D_{n_1}阴极与开关管S_{n_2}相连，第二b桥臂的下桥臂设有开关管S_{n_4}；