[发明专利]一种基于桥式多电平开关电容模块的两级式九电平逆变器

摘要

本发明公开了一种基于桥式多电平开关电容模块的两级式九电平逆变器。其中DC‑DC变流环节应用了桥式多电平开关电容模块，实现了峰值为4倍输入电压的电压输出，保证了升压环节的高效率和高功率密度，解决了多电平逆变存在的母线电压不平衡的问题；DC‑AC变流环节应用双向开关非对称H桥，结合不等幅载波层叠PWM控制策略，实现了九电平交流输出，提高了直流母线电压利用率，优化了输出波形质量。

主权项

1.一种基于桥式多电平开关电容模块的两级式九电平逆变器，其特征在于：包括桥式多电平开关电容模块与逆变模块；所述桥式多电平开关电容模块包含H桥和基本开关电容模块；其中H桥由四个全控器件MOSFET开关管S₁、S₂、S₃、S₄组成；基本开关电容模块包括串联连接的第一电容C_1a和第二电容C_1b、串联连接的第三电容C_2a和第四电容C_2b，以及四个全控器件MOSFET开关管S_1a、S_1b、S_2a、S_2b；其中S₁的漏极、S₃的漏极、S_1a的源极相连；S₁的源极、S₂的漏极、C_2a的负极、C_2b的正极相连；S₂的源极、S₄的源极、S_1b的漏极相连；S₃的源极、S₄与C_1a的负极、C_1b的正极相连；S_1a的漏极、S_2a的源极、C_1a的正极相连；S_2a的漏极、C_2a的正极相连；S_1b的源极、S_2b的漏极、C_1b的负极相连；S_2b的源极、C_2b的负极相连；低压端电源U_i并联滤波电容，电源U_i正极接S₁的漏极，负极接S₂的源极；系统运行过程中，先由桥式多电平开关电容模块变换实现输出电压U_i→2U_i→4U_i→2U_i→U_i的变换过程，继而经由逆变模块实现DC‑AC变换；所述逆变模块采用基于载波层叠PWM控制方法的不等幅控制方法：由8组频率相同的三角载波a‑h分为八层上下层叠，且8组三角载波对称分布于横轴上下，通过一个正弦调制波u_S进行调制，调制波u_S的幅值为U_S；其中三角载波a与载波h幅值为1/2U_S，载波a位于调制波u_S为U_S～1/2U_S的范围内，载波h位于调制波u_S为‑U_S～‑1/2U_S的范围内；载波a与h应用在母线电压U_d等于4U_in的范围内，分别用于实现输出电压在4U_in～2U_in与‑4U_in～‑2U_in之间的转换；三角载波b与载波g幅值为1/4U_S，载波b位于调制波u_S为1/2U_S～1/4U_S的范围内，载波g位于调制波u_S为‑1/2U_S～‑1/4U_S的范围内；载波b与g应用在母线电压U_d等于2U_in的范围内，分别用于实现输出电压在2U_in～U_in与‑2U_in～‑U_in之间的转换；三角载波c、d、e、f幅值为1/8U_S，载波c位于调制波u_S为1/4U_S～1/8U_S的范围内，载波d位于调制波u_S为1/8U_S～0的范围内，载波e位于调制波u_S为0～‑1/8U_S的范围内，载波f位于调制波u_S为‑1/8U_S～‑1/4U_S的范围内；载波c、d、e、f均应用在母线电压U_d等于U_in的范围内，分别用于实现输出电压在U_in～1/2U_in、1/2U_in～0、0～‑1/2U_in与‑1/2U_in～‑U_in之间的转换；所述母线电压U_d为桥式多电平开关电容模块输出的电压U_d；所述逆变模块采用双向开关型非对称H桥结构，由一个双向开关S₉与全桥逆变电路组成；其中全桥逆变电路包括由四个MOS管S₅、S₆、S₇、S₈构成的全桥结构，与基本开关电容模块输出端连接，双向开关S₉两端分别连接到基本开关电容模块中电容C_2a、C_2b的连接点和全桥结构MOS管S₅、S₆的连接点；所述MOS管S₅、S₇的漏极相连，所述MOS管S₆、S₈的源极相连，MOS管S₅的源极与S₆的漏极相连，MOS管S₇的源极与S₈的漏极相连。