[发明专利]一种新型开关电容准谐振多电平逆变器

说明书

本发明公开了一种新型开关电容准谐振多电平逆变器，包括开关电容模块、准谐振模块和全桥逆变模块，开关电容模块的输入端与驱动电源V₁连接，准谐振模块串联在开关电容模块和全桥逆变模块之间；所述开关电容模块与全桥逆变模块配合，输出所需五电平。本发明在实现五电平输出和两倍升压增益的同时完成了电容与电感间的谐振，消除了电容充放电过程的电压尖峰和电流变化率过快等问题。

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，特别是一种新型开关电容准谐振多电平逆变器。

背景技术

逆变器是把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电(一般为220V，50Hz正弦波)的转换器，由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。常见的逆变器类型有传统逆变器、多电平逆变器、改进的级联型逆变器、开关电容单元级联结构以及基于开关电容的改进型多电平逆变器等等，这几种逆变器均有各自的优缺点：1)传统的逆变器大多采用了飞跨电容型单元、二极管箝位式结构，不仅增加了电路的复杂性，并且控制策略需要大量数据计算，增加了任务量；2)多电平逆变器则采用了大量的开关器件以及电容电感等储能元器件实现，不仅结构复杂，使得开关损耗增大，而且电容电压难以得到均衡输出；3)改进的级联型逆变器，其拓扑的优化使得输出电压等级增加，并且相较于全桥逆变器拥有更低的输出谐波，但是，简单的控制电路无法弥补大量存在的开关器件造成的功率密度低的问题；4)开关电容单元级联结构，利用电容直接与电源串并联的结构，其操作更为灵活，此类拓扑虽通过复用开关器件的方式减少了开关管数量，但需要多个输入电源，成本过高；5)基于开关电容的改进型多电平逆变器，具备自均压的能力，适用于高频逆变器等，但在直流电压输入时，电容在充放电过程中产生的电压尖峰对器件的耐压提出了挑战。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种新型开关电容准谐振多电平逆变器，能够在以少量器件实现多电平输出的基础上，消除电压尖峰，提高输出电压增益。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种新型开关电容准谐振多电平逆变器，包括开关电容模块、准谐振模块和全桥逆变模块，开关电容模块的输入端与驱动电源V₁连接，准谐振模块串联在开关电容模块和全桥逆变模块之间；所述开关电容模块与全桥逆变模块配合，输出所需五电平。

上述一种新型开关电容准谐振多电平逆变器，所述准谐振模块与开关电容模块、全桥逆变模块分时复用，实现串联谐振。

上述一种新型开关电容准谐振多电平逆变器，所述开关电容模块与全桥逆变模块，构成多电平逆变器电路结构，根据全桥电路的桥臂输出正负两种电平，实现电压均衡输出。

上述一种新型开关电容准谐振多电平逆变器，所述全桥逆变模块与负载电阻串并联连接，实现正负电平的输出。

上述一种新型开关电容准谐振多电平逆变器，所述开关电容模块包括电容C₁、二极管D₁、第一开关管S₁和第二开关管S₂，电容C₁和电感L₁构成准谐振模块。

上述一种新型开关电容准谐振多电平逆变器，所述第一开关管S₁的源极连接在驱动电源V₁的正极端，二极管D₁、电容C₁、第二开关管S₂以及电感L₁串联连接后并联连接在驱动电源V₁的两端。

上述一种新型开关电容准谐振多电平逆变器，所述全桥逆变模块包括负载支路以及组成全桥电路单元的上半桥支路单元和下半桥支路单元。