四电平拓扑单元及其应用电路制造技术

本发明专利技术公开了一种四电平拓扑单元，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一钳位二极管、第二钳位二极管和六个二极管。本发明专利技术公开的四电平拓扑单元与现有技术中的二极管钳位型四电平拓扑单元相比，减少了两个钳位二极管的使用，从而有效降低了逆变器的成本、简化了逆变器的结构、并降低了封装难度；与现有技术中的飞跨电容型四电平拓扑单元相比，在应用于四电平逆变器的过程中，可以减少3个电容的使用，由于电容本身的成本远高于二极管的成本，因此有效降低了逆变器的成本。本发明专利技术还公开了多种四电平逆变器和一种四电平直流交流转换芯片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子技术
，尤其涉及四电平拓扑单元及其应用电路。
技术介绍
逆变器可以将直流电转变为交流电。随着技术的不断发展和进步，人们生活水平的不断提高，逆变器也成为了人们应急和外出的一种重要设备。目前的逆变器多为二极管钳位型逆变器或飞跨电容型逆变器。图I和图2分别示出了传统四电平逆变器的部分结构。其中，图I为二极管钳位型四电平逆变器的部分结构，图2为飞跨电容型四电平逆变器的部分结构。在图I所示逆变器结构中，通过电容Cl、C2和C3产生四个不同电位的电信号，并且每个四电平拓扑单元包括六个开关管和十个二极管；在图2所示逆变器结构中，每个四电平拓扑单元包括六个开关管和六个二极管，但是逆变器中必须设置电容C1、C2、C3、C4、C5和C6来产生四个不同电位的电信号。因此，传统的二极管钳位型四电平逆变器和飞跨电容型四电平逆变器中使用的半导体器件数量较多，增加了逆变器的成本，并且也增大了逆变器的封装难度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种应用于四电平逆变器的四电平拓扑单元， 可以减小四电平逆变器中半导体器件的数量，有效降低四电平逆变器的成本和封装难度。 本专利技术还公开了多种四电平逆变器和一种四电平直流交流转换芯片。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案—种四电平拓扑单元，应用于四电平逆变器中，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一钳位二极管、第二钳位二极管和六个二极管；所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管分别反向并联一个二极管；直流电源的正端依次通过第一电容、第二电容和第三电容连接至所述直流电源的负端；所述第一开关管的第一端连接至所述第一电容的第一端、第二端连接至第一节点；所述第二开关管的第一端连接至所述第一节点、第二端连接至第二节点；所述第五开关管的第一端连接至所述第二节点、第二端连接至第三节点；所述第六开关管的第一端连接至所述第三节点、第二端连接至所述第三电容的第二端；所述第三开关管的第一端连接至所述第二电容的第一端、第二端连接至第四节点；所述第四开关管的第一端连接至所述第二节点、第二端连接至所述第四节点；所述第一钳位二极管的阳极连接至所述第二电容的第二端、阴极连接至所述第一节点；所述第二钳位二极管的阳极连接至所述第三节点、阴极连接至所述第二电容的第二端；所述第二节点为所述四电平拓扑单元的交流输出端。优选的，上述四电平拓扑单元包括四个工作模态，分别为第一工作模态，所述第一开关管和第二开关管导通，其余开关管截止；第二工作模态，所述第三开关管和第四开关管导通，其余开关管截止；第三工作模态，所述第二开关管和第五开关管导通，其余开关管截止；第四工作模态，所述第五开关管和第六开关管导通，其余开关管截止。优选的，在上述四电平拓扑单元中，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管的驱动信号通过比较正弦波与第一三角波和/或第二三角波确定，所述第一三角波和第二三角波具有相同的频率和幅值，所述第一三角波的波谷等于所述第二三角波的波峰；所述第一开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波大于所述第一三角波时所述第一开关管导通，反之截止；所述第二开关管的驱动信号由所述正弦波的反向波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波的反向波小于所述第一三角波时所述第二开关管导通，反之截止；所述第三开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第二三角波进行比较产生，在所述正弦波的正半周期内，当所述正弦波大于所述第二三角波时所述第三开关管导通，反之截止，在所述正弦波的负半周期内，当所述正弦波的反向波小于所述第二三角波时所述第三开关管导通，反之截止；所述第四开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波小于所述第一三角波时所述第四开关管导通，反之截止；所述第五开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第二三角波进行比较产生，在所述正弦波的正半周期内，当所述正弦波小于所述第二三角波时所述第五开关管导通，反之截止，在所述正弦波的负半周期内，当所述正弦波的反向波大于所述第二三角波时所述第五开关管导通，反之截止；所述第六开关管的驱动信号由所述正弦波的反向波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波的反向波大于所述第一三角波时所述第六开关管导通，反之截止。优选的，在上述四电平拓扑单元中，所述开关管均为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，所述第一端为集电极，第二端为发射极。—种单相全桥四电平逆变器，包括电容串、第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元；所述电容串由第一电容、第二电容和第三电容依次串联而成，直流电源的正端依次通过所述第一电容、第二电容和第三电容连接至所述直流电源的负端；所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元为前述任一种四电平拓扑单元， 所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元中第一开关管的第一端均连接至所述第一电容的第一端，所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元中第六开关管的第二端均连接至所述第三电容的第二端，所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元中第一钳位二极管的阳极以及第二钳位二极管的阴极均连接至所述第二电容和第三电容的公共端，所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元中第三开关管的第一端均连接至所述第一电容和第二电容的公共端，所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元的交流输出端分别作为所述单相全桥四电平逆变器的两个交流输出端；用于产生所述第一四电平拓扑单元驱动信号的正弦波的相位、以及用于产生所述第二四电平拓扑单元驱动信号的正弦波的相位相差180°。优选的，在上述单相全桥四电平逆变器中，所述第一四电平拓扑单元的交流输出端连接至一个交流负载的一端，所述第二四电平拓扑单元的交流输出端连接至所述交流负载的另一端;所述单相全桥四电平逆变器中还包括滤波电路，所述滤波电路包括第一电感、第二电感和电容；所述第一电感串联于所述第一四电平拓扑单元的交流输出端和所述交流负载之间；所述第二电感串联于所述第二四电平拓扑单元的交流输出端和所述交流负载之间；所述电容并联于所述交流负载两端。一种三相三线四电平逆变器，包括电容串、第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元；所述电容串由第一电容、第二电容和第三电容依次串联而成，直流电源的正端依次通过所述第一电容、第二电容和第三电容连接至所述直流电源的负端；所述第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元为前述任一种四电平拓扑单元，所述第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元中第一开关管的第一端均连接至所述第一电容的第一端，所述第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元中第六开关管的第二端均连接至所述第三电容的第二端，所述第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元中第一钳位二极管的阳极以及第二钳位二极管的阴极均连接至所述第二电容和第三电容的公共端，所述第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元中第三开关管的第一端均连接至所述第一电容和第二电容的公共端，所述第一四电平拓扑单元、第二四电平拓扑单元和第三四电平拓扑单元的交流输出端分别作为所述三相三线四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洪亮，陶磊，倪华，岳秀梅，宋炀，
申请(专利权)人：阳光电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：