单相半桥三电平电路及三电平变换器制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种单相半桥三电平电路，包括第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端、第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件，以及第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管；第一开关器件的第一端和第七二极管的第二端接第一直流输入端，第四开关器件的第二端和第八二极管的第一端接第二直流输入端；第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件分别反向并联有二极管；第五开关器件的第二端和第六开关器件的第一端的连接点作为交流输出端。本发明专利技术实施例还公开了具有该单相半桥三电平电路的三电平变换器，在同时需要单位功率因数和非单位功率因数应用的场合时，开关器件选择范围大，并且能够降低开关器件损耗、延长开关器件的使用寿命，并提高了整体转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子领域，具体涉及一种单相半桥三电平电路及包括该电路的三电平变换器。
技术介绍
传统的I字型三电平电路如图I所示，Tl、T2、T3、T4为开关器件，DU D2、D3、D4分别为Tl、T2、T3、T4的反并联二极管，Dl、D2、D3、D4为开关器件的体二极管。I字型三电平电路工作在单位功率因数时的模态如图2所示，图2a中，电流从M端经Tl、T2至交流输出A ;图2b中，电流从0端经T1、T2至交流输出A ;图2c中，电流从交流输出A经T3、T4至N端；图2d中，电流从交流输出A经T3、D6至0端。I字型三电平电路工作在非单位功率因数时的模态如图3所示，图3a中，电流从交流输出A经T3、D6至0端；图3b中，电流从交 流输出A经D2、D1至M端；图3c中，电流从0端经D5、T2至交流输出A ;图3d中，电流从N端经D4、D3至交流输出A。以上模态对应的各个开关管的驱动信号如图4所示。在交流电压的第一半周，Tl和T3的驱动信号为高频且互补，T2导通，T4关断；在交流电压的第二半周，T2和T4的驱动信号为高频且互补，T3导通，Tl关断。从上述工作模态分析以及各个开关管驱动信号可以看出，I字型三电平电路工作在单位功率因数时，T2和T3工作在工频状态，而当I字型三电平电路工作在非单位功率因数时，T2和T3工作在高频状态。因此，在同时需要单位功率因数和非单位功率因数应用的场合，存在以下技术问题(1)选择T2和T3时，需要兼顾考虑器件的开关性能和导通性能，在目前的半导体工艺下，选择时只能折中考虑，导致在单位功率因数工作时效率不高；(2)由于T2和T3在单位功率因数和非单位功率因数时都要参与工作，损耗较大，不利于散热，减少了器件的使用寿命，降低了电路的转换效率；(3)无功电流需要通过Tl、T2、T3、T4的体二极管D1、D2、D3、D4，损耗较大，也不利于器件散热，减少了器件使用寿命，限制了开关频率的提高，也降低了电路的转换效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供解决上述技术问题的单相半桥三电平电路及包括该电路的三电平变换器，在同时需要单位功率因数和非单位功率因数应用的场合时，开关器件选择范围大，并且能够降低开关器件损耗、延长开关器件的使用寿命，并提高了整体转换效率。本专利技术提供了一种单相半桥三电平电路，包括第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端、第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件，以及第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管；第一开关器件的第一端和第七二极管的第二端接第一直流输入端，第四开关器件的第二端和第八二极管的第一端接第二直流输入端；第五二极管的第一端和第六二极管的第二端相连后接所述中点电平端，第五二极管的第二端接第一开关器件的第二端和第二开关器件的第一端，第六二极管的第一端接第三开关器件的第二端和第四开关器件的第一端；第五开关器件的第一端接第一开关器件的第二端，第六开关器件的第二端接第三开关器件的第二端；第五开关器件的第二端和第六开关器件的第一端相连，其连接点接第七二极管的第一端和第八二极管的第二端；第二开关器件的第二端和第三开关器件的第一端相连，其连接点与第五开关器件的第二端之间连接有阻流元件；第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件分别反向并联有第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；第五开关器件的第二端和第六开关器件的第一端的连接点作为交流输出端。进一步地，在上述单相半桥三电平电路中，第一开关器件、第四开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管，第二开关器件、第三开关器件、第五开关器件、第六开关器件均为绝缘栅双极晶体管。进一步地，在上述单相半桥三电平电路中，所述阻流元件为电感。 进一步地，上述单相半桥三电平电路具有八种工作模态，分别为第一工作模态电流经第一直流输入端、第一开关器件、第二开关器件、阻流元件至交流输出端；第二工作模态电流经中点电平端、第五二极管、第二开关器件、阻流元件至交流输出端；第三工作模态电流经交流输出端、阻流元件、第三开关器件、第四开关器件至第二直流输入端;第四工作模态电流经交流输出端、阻流元件、第三开关器件、第六二极管至中点电平端；第五工作模态电流经交流输出端、第六开关器件、第六二极管至中点电平端；第六工作模态电流经交流输出端、第七二极管至第一直流输入端；第七工作模态电流经中点电平端、第五二极管、第五开关器件至交流输出端；第八工作模态电流经第二直流输入端、第八二极管至交流输出端。进一步地，上述单相半桥三电平电路设置有第一开关条件和第二开关条件，在第一开关条件下，第一开关器件和第六开关器件以互补的高频脉冲信号触发动作，第二开关器件导通，第三、第四、第五开关器件关断；在第二开关条件下，第一、第二、第六开关器件关断，第三开关器件导通，第四开关器件和第五开关器件以互补的高频脉冲信号触发动作。进一步地，上述单相半桥三电平电路中，所述第一开关器件在第一开关条件下的高频脉冲信号与第四开关器件在第二开关条件下的高频脉冲信号相同；第五开关器件在第二开关条件下的高频脉冲信号与第六开关器件在第一开关条件下的高频脉冲信号相同。进一步地，上述高频脉冲信号为PWM信号。本专利技术还提供了一种三电平变换器，包括至少一个上述的单相半桥三电平电路，所述单相半桥三电平电路的第一直流输入端均接直流电源的正极，第二直流输入端均接直流电源的负极，中点电平端均接直流电源的中点电位端。进一步地，上述三电平变换器还包括分别连接在直流电源的正极与中点电位端之间以及连接在中点电位端与直流电源的负极之间的参数相同的电容。进一步地，所述每个单相半桥三电平电路的交流输出端与交流负载或电网之间连接有滤波电路。本专利技术的有益效果为通过在常规三电平电路中构造由第五开关器件、第六开关器件、第七二极管、第八二极管组成的无功支路，将有功路径和无功路径分离，开关器件的选择范围大，减小了电路的开关损耗和导通损耗并有利于器件散热，延长了器件的使用寿命，提高了电路的整体转换效率。并且，第七二极管、第八二极管为独立的二极管，反向恢复特性优于体内二极管，电路可以采用更高的开关频率，也有利于提高电路的转换效率。附图说明图I为现有技术的电路示意图；图2a_2d为图I所示电路工作于单位功率因数时的电流流向示意图；图3a_3d为图I所示电路工作于非单位功率因数时的电流流向示意图；图4为图I所示电路中开关器件的驱动信号图；图5为单相半桥三电平电路模块的示意图； 图6为三电平变换器的第一实施例的一种电路不意图；图7a_7d为单相半桥三电平电路工作于单位功率因数时的电流流向示意图；图8a_8d为单相半桥三电平电路工作于非单位功率因数时的电流流向示意图；图9为单相半桥三电平电路中开关器件的驱动信号示意图；图10为三电平变换器的第一实施例的另一种电路不意图；图11为三电平变换器的第二实施例的电路示意图；图12为三电平变换器的第三实施例的电路示意图。第一直流输入端Ml中点电平端0第二直流输入端NI第一开关器件RTl第二开关器件RT2 第三开关器件RT3第四开关器件RT4第五开关器件RTll 第六开关器件RT22第五二极管RD5第六二极管RD6交流输出端AC第七二极管RD7第八二极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相半桥三电平电路，其特征在于：包括第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端、第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件，以及第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管；第一开关器件的第一端和第七二极管的第二端接第一直流输入端，第四开关器件的第二端和第八二极管的第一端接第二直流输入端；第五二极管的第一端和第六二极管的第二端相连后接所述中点电平端，第五二极管的第二端接第一开关器件的第二端和第二开关器件的第一端，第六二极管的第一端接第三开关器件的第二端和第四开关器件的第一端；第五开关器件的第一端接第一开关器件的第二端，第六开关器件的第二端接第三开关器件的第二端；第五开关器件的第二端和第六开关器件的第一端相连，其连接点接第七二极管的第一端和第八二极管的第二端；第二开关器件的第二端和第三开关器件的第一端相连，其连接点与第五开关器件的第二端之间连接有阻流元件；第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件分别反向并联有第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；第五开关器件的第二端和第六开关器件的第一端的连接点作为交流输出端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫，申潭，张彦虎，薛丽英，邓君，
申请(专利权)人：阳光电源上海有限公司，
类型：发明
国别省市：