[发明专利]基于并联式二极管钳位双向开关的三电平整流器

权利要求书

1.基于并联式二极管钳位双向开关的三电平整流器，其特征在于该整流器包括：

功率开关管S₁～S₄，二极管D₁～D₈，电感L，分压电容C₁、C₂；

交流电源AC一端连接电感L一端，交流电源AC另一端接地；

电感L另一端分别连接功率开关管S₁源极、功率开关管S₂漏极，其连接点构成节点a；

功率开关管S₁漏极分别连接二极管D₁阳极、二极管D₃阴极；

功率开关管S₂源极分别连接二极管D₂阴极、二极管D₄阳极；

二极管D₃阳极分别连接二极管D₄阴极、功率开关管S₃源极、功率开关管S₄漏极、交流电源AC另一端，其连接点构成节点b；

功率开关管S₃漏极分别连接二极管D₅阳极、二极管D₇阴极；

功率开关管S₄源极分别连接二极管D₆阴极、二极管D₈阳极；

二极管D₁阴极分别连接二极管D₅阴极、分压电容C₁一端，其连接点构成节点p；

二极管D₂阳极分别连接二极管D₆阳极、分压电容C₂另一端，其连接点构成节点m；

二极管D₇阳极分别连接二极管D₈阴极、分压电容C₁另一端、分压电容C₂一端，其连接点构成节点n；

负载R_L两端分别连接节点p、节点m。

2.根据权利要求1所述基于并联式二极管钳位双向开关的三电平整流器，其特征在于：该整流器中，二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、功率开关管S₁、功率开关管S₂组成第一组二极管钳位双向开关；

二极管D₅、二极管D₆、二极管D₇、二极管D₈、功率开关管S₃、功率开关管S₄组成第二组二极管钳位双向开关。

3.根据权利要求1所述基于并联式二极管钳位双向开关的三电平整流器，其特征在于：该整流器中，二极管D₃和二极管D₄、二极管D₇和二极管D₈分别为两组钳位二极管。

4.根据权利要求1所述基于并联式二极管钳位双向开关的三电平整流器，其特征在于：该整流器中，功率开关管S₁～S₄均为绝缘栅型双极晶体管IGBT、或者集成门极换流晶闸管IGCT、或者电力场效应晶体管MOSFET。

5.如权利要求1～4所述任意一项的三电平整流器，其特征在于：整个工频工作周期分为六种工作模态：

工作模态一：工作在交流电源AC的正半周期，二极管D₁、二极管D₆导通，功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃、功率开关管S₄断开；电流从交流电源AC出发，经过电感L、功率开关管S₁的体二极管、二极管D1、分压电容C₁、分压电容C₂、二极管D₆、功率开关管S₄的体二极管，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于直流侧电压u_dc，分压电容C₁、分压电容C₂充电，交流电源AC和电感L一起给负载R_L供电，电感L电流线性下降；

工作模态二：工作在交流电源AC的正半周期，二极管D₁、二极管D₇导通，功率开关管S₃导通，功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₄断开；电流从交流电源AC出发，经过电感L、功率开关管S₁的体二极管、二极管D₁、分压电容C₁、二极管D₇、功率开关管S₃，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于直流侧电压u_dc的一半，分压电容C₁充电，分压电容C₂放电，如果交流电源电压u_s高于u_dc/2时，在此状态下，电感L电流线性上升，如果交流电源电压u_s小于u_dc/2时，在此状态下，电感L电流线性下降；

工作模态三：工作在交流电源AC的正半周期，二极管D₄导通，功率开关管S₂导通，功率开关管S₁、功率开关管S₃、功率开关管S₄断开；电流从交流电源AC出发，经过电感L、功率开关管S₂、二极管D₄，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于零，分压电容C₁、分压电容C₂共同放电给负载R_L充能，交流电源AC给电感L充电；

工作模态四：工作在交流电源AC的负半周期，二极管D₃导通，功率开关管S₁导通，功率开关管S₂、功率开关管S₃、功率开关管S₄断开，电流从交流电源AC出发，经过二极管D₃、功率开关管S₁、电感L，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于零，分压电容C₁、分压电容C₂共同放电给负载R_L充能，交流电源AC给电感L充电；

工作模态五：工作在交流电源AC的负半周期，二极管D₂、二极管D₈导通，功率开关管S₄导通，功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃断开，电流从交流电源AC出发，经过功率开关管S₄、二极管D₈、分压电容C₂、二极管D₂、功率开关管S₂的体二极管、电感L，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于负的直流侧电压u_dc的一半，分压电容C₁放电，分压电容C₂充电，如果交流电源电压u_s的绝对值高于u_dc/2时，在此状态下，电感L电流线性上升；如果交流电源电压u_s的绝对值小于u_dc/2时，在此状态下，电感L电流线性下降；

工作模态六：工作在交流电源AC的负半周期，二极管D₂、二极管D₅导通，功率开关管S₁、功率开关管S₂、功率开关管S₃、功率开关管S₄断开，电流从交流电源AC出发，经过功率开关管S₃的体二极管、二极管D₅、分压电容C₁、分压电容C₂、二极管D₂、功率开关管S₂的体二极管、电感L，最后回到交流电源AC；在这种工作模态下，a点和b点之间电压u_ab等于负的直流侧电压u_dc，分压电容C₁、分压电容C₂充电，交流电源AC和电感L一起给负载R_L供电，电感L电流线性下降。