專利名稱：單相半橋三電平電路及三電平變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種單相半橋三電平電路及包括該電路的三電平變換器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的I字型三電平電路如圖I所示，Tl、T2、T3、T4為開關(guān)器件，DU D2、D3、D4分別為Tl、T2、T3、T4的反并聯(lián)二極管，Dl、D2、D3、D4為開關(guān)器件的體二極管。I字型三電平電路工作在單位功率因數(shù)時(shí)的模態(tài)如圖2所示，圖2a中，電流從M端經(jīng)Tl、T2至交流輸出A ;圖2b中，電流從0端經(jīng)T1、T2至交流輸出A ;圖2c中，電流從交流輸出A經(jīng)T3、T4至N端；圖2d中，電流從交流輸出A經(jīng)T3、D6至0端。I字型三電平電路工作在非單位功率因數(shù)時(shí)的模態(tài)如圖3所示，圖3a中，電流從交流輸出A經(jīng)T3、D6至0端；圖3b中，電流從交 流輸出A經(jīng)D2、D1至M端；圖3c中，電流從0端經(jīng)D5、T2至交流輸出A ;圖3d中，電流從N端經(jīng)D4、D3至交流輸出A。以上模態(tài)對應(yīng)的各個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號如圖4所示。在交流電壓的第一半周，Tl和T3的驅(qū)動(dòng)信號為高頻且互補(bǔ)，T2導(dǎo)通，T4關(guān)斷；在交流電壓的第二半周，T2和T4的驅(qū)動(dòng)信號為高頻且互補(bǔ)，T3導(dǎo)通，Tl關(guān)斷。從上述工作模態(tài)分析以及各個(gè)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號可以看出，I字型三電平電路工作在單位功率因數(shù)時(shí)，T2和T3工作在工頻狀態(tài)，而當(dāng)I字型三電平電路工作在非單位功率因數(shù)時(shí)，T2和T3工作在高頻狀態(tài)。因此，在同時(shí)需要單位功率因數(shù)和非單位功率因數(shù)應(yīng)用的場合，存在以下技術(shù)問題(1)選擇T2和T3時(shí)，需要兼顧考慮器件的開關(guān)性能和導(dǎo)通性能，在目前的半導(dǎo)體工藝下，選擇時(shí)只能折中考慮，導(dǎo)致在單位功率因數(shù)工作時(shí)效率不高；(2)由于T2和T3在單位功率因數(shù)和非單位功率因數(shù)時(shí)都要參與工作，損耗較大，不利于散熱，減少了器件的使用壽命，降低了電路的轉(zhuǎn)換效率；(3)無功電流需要通過Tl、T2、T3、T4的體二極管D1、D2、D3、D4，損耗較大，也不利于器件散熱，減少了器件使用壽命，限制了開關(guān)頻率的提高，也降低了電路的轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供解決上述技術(shù)問題的單相半橋三電平電路及包括該電路的三電平變換器，在同時(shí)需要單位功率因數(shù)和非單位功率因數(shù)應(yīng)用的場合時(shí)，開關(guān)器件選擇范圍大，并且能夠降低開關(guān)器件損耗、延長開關(guān)器件的使用壽命，并提高了整體轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明提供了一種單相半橋三電平電路，包括第一直流輸入端、中點(diǎn)電平端、第二直流輸入端、第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件、第五開關(guān)器件和第六開關(guān)器件，以及第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管；第一開關(guān)器件的第一端和第七二極管的第二端接第一直流輸入端，第四開關(guān)器件的第二端和第八二極管的第一端接第二直流輸入端；第五二極管的第一端和第六二極管的第二端相連后接所述中點(diǎn)電平端，第五二極管的第二端接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端，第六二極管的第一端接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端；第五開關(guān)器件的第一端接第一開關(guān)器件的第二端，第六開關(guān)器件的第二端接第三開關(guān)器件的第二端；第五開關(guān)器件的第二端和第六開關(guān)器件的第一端相連，其連接點(diǎn)接第七二極管的第一端和第八二極管的第二端；第二開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連，其連接點(diǎn)與第五開關(guān)器件的第二端之間連接有阻流元件；第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件分別反向并聯(lián)有第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管；第五開關(guān)器件的第二端和第六開關(guān)器件的第一端的連接點(diǎn)作為交流輸出端。進(jìn)一步地，在上述單相半橋三電平電路中，第一開關(guān)器件、第四開關(guān)器件為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第五開關(guān)器件、第六開關(guān)器件均為絕緣柵雙極晶體管。進(jìn)一步地，在上述單相半橋三電平電路中，所述阻流元件為電感。 進(jìn)一步地，上述單相半橋三電平電路具有八種工作模態(tài)，分別為第一工作模態(tài)電流經(jīng)第一直流輸入端、第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、阻流元件至交流輸出端；第二工作模態(tài)電流經(jīng)中點(diǎn)電平端、第五二極管、第二開關(guān)器件、阻流元件至交流輸出端；第三工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端、阻流元件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件至第二直流輸入端;第四工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端、阻流元件、第三開關(guān)器件、第六二極管至中點(diǎn)電平端；第五工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端、第六開關(guān)器件、第六二極管至中點(diǎn)電平端；第六工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端、第七二極管至第一直流輸入端；第七工作模態(tài)電流經(jīng)中點(diǎn)電平端、第五二極管、第五開關(guān)器件至交流輸出端；第八工作模態(tài)電流經(jīng)第二直流輸入端、第八二極管至交流輸出端。進(jìn)一步地，上述單相半橋三電平電路設(shè)置有第一開關(guān)條件和第二開關(guān)條件，在第一開關(guān)條件下，第一開關(guān)器件和第六開關(guān)器件以互補(bǔ)的高頻脈沖信號觸發(fā)動(dòng)作，第二開關(guān)器件導(dǎo)通，第三、第四、第五開關(guān)器件關(guān)斷；在第二開關(guān)條件下，第一、第二、第六開關(guān)器件關(guān)斷，第三開關(guān)器件導(dǎo)通，第四開關(guān)器件和第五開關(guān)器件以互補(bǔ)的高頻脈沖信號觸發(fā)動(dòng)作。進(jìn)一步地，上述單相半橋三電平電路中，所述第一開關(guān)器件在第一開關(guān)條件下的高頻脈沖信號與第四開關(guān)器件在第二開關(guān)條件下的高頻脈沖信號相同；第五開關(guān)器件在第二開關(guān)條件下的高頻脈沖信號與第六開關(guān)器件在第一開關(guān)條件下的高頻脈沖信號相同。進(jìn)一步地，上述高頻脈沖信號為PWM信號。本發(fā)明還提供了一種三電平變換器，包括至少一個(gè)上述的單相半橋三電平電路，所述單相半橋三電平電路的第一直流輸入端均接直流電源的正極，第二直流輸入端均接直流電源的負(fù)極，中點(diǎn)電平端均接直流電源的中點(diǎn)電位端。進(jìn)一步地，上述三電平變換器還包括分別連接在直流電源的正極與中點(diǎn)電位端之間以及連接在中點(diǎn)電位端與直流電源的負(fù)極之間的參數(shù)相同的電容。進(jìn)一步地，所述每個(gè)單相半橋三電平電路的交流輸出端與交流負(fù)載或電網(wǎng)之間連接有濾波電路。本發(fā)明的有益效果為通過在常規(guī)三電平電路中構(gòu)造由第五開關(guān)器件、第六開關(guān)器件、第七二極管、第八二極管組成的無功支路，將有功路徑和無功路徑分離，開關(guān)器件的選擇范圍大，減小了電路的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗并有利于器件散熱，延長了器件的使用壽命，提高了電路的整體轉(zhuǎn)換效率。并且，第七二極管、第八二極管為獨(dú)立的二極管，反向恢復(fù)特性優(yōu)于體內(nèi)二極管，電路可以采用更高的開關(guān)頻率，也有利于提高電路的轉(zhuǎn)換效率。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的電路示意圖；圖2a_2d為圖I所示電路工作于單位功率因數(shù)時(shí)的電流流向示意圖；圖3a_3d為圖I所示電路工作于非單位功率因數(shù)時(shí)的電流流向示意圖；圖4為圖I所示電路中開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號圖；圖5為單相半橋三電平電路模塊的示意圖； 圖6為三電平變換器的第一實(shí)施例的一種電路不意圖；圖7a_7d為單相半橋三電平電路工作于單位功率因數(shù)時(shí)的電流流向示意圖；圖8a_8d為單相半橋三電平電路工作于非單位功率因數(shù)時(shí)的電流流向示意圖；圖9為單相半橋三電平電路中開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號示意圖；圖10為三電平變換器的第一實(shí)施例的另一種電路不意圖；圖11為三電平變換器的第二實(shí)施例的電路示意圖；圖12為三電平變換器的第三實(shí)施例的電路示意圖。第一直流輸入端Ml中點(diǎn)電平端0第二直流輸入端NI第一開關(guān)器件RTl第二開關(guān)器件RT2 第三開關(guān)器件RT3第四開關(guān)器件RT4第五開關(guān)器件RTll 第六開關(guān)器件RT22第五二極管RD5第六二極管RD6交流輸出端AC第七二極管RD7第八二極管RD8第一二極管RDl第二二極管RD2第三二極管RD3第四二極管RD具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參照圖5，為本發(fā)明實(shí)施例公開的單相半橋三電平電路的電路示意圖。所述單相半橋三電平電路包括包括第一直流輸入端Ml，中點(diǎn)電平端0，第二直流輸入端NI，依次串聯(lián)在第一直流輸入端Ml和第二直流輸入端NI之間的第一開關(guān)器件RT1、第二開關(guān)器件RT2、第三開關(guān)器件RT3和第四開關(guān)器件RT4，串聯(lián)連接的第五開關(guān)器件RTll和第六開關(guān)器件RT22，和串聯(lián)連接的第五二極管RD5和第六二極管RD6，以及串聯(lián)連接的第七二極管RD7和第八二極管RD8。其中，第一開關(guān)器件RTl的第一端和第七二極管RD7的第二端接第一直流輸入端M1，第四開關(guān)器件RT4的第二端和第八二極管RD8的第一端接第二直流輸入端NI ;第五二極管RD5的第一端和第六二極管RD6的第二端相連后接所述中點(diǎn)電平端0，第五二極管RD5的第二端接第一開關(guān)器件RTl的第二端和第二開關(guān)器件RT2的第一端，第六二極管RD6的第一端接第三開關(guān)器件RT3的第二端和第四開關(guān)器件RT4的第一端；第五開關(guān)器件RTll的第一端接第一開關(guān)器件RTl的第二端，第六開關(guān)器件RT22的第二端接第三開關(guān)器件RT3的第二端；第五開關(guān)器件RTll的第二端和第六開關(guān)器件RT22的第一端相連，其連接點(diǎn)接第七二極管RD7的第一端和第八二極管RD8的第二端；第二開關(guān)器件RT2的第二端和第三開關(guān)器件RT3的第一端相連，其連接點(diǎn)與第五開關(guān)器件RTll的第二端之間連接有阻流元件LRl ;第一開關(guān)器件RT1、第二開關(guān)器件RT2、第三開關(guān)器件RT3和第四開關(guān)器件RT4分別反向并聯(lián)有第一二極管RD1、第二二極管RD2、第三二極管RD3、第四二極管RD4 ;第五開關(guān)器件RTll的第二端和第六開關(guān)器件RT22的第一端的連接點(diǎn)作為交流輸出端AC。圖5的單相半橋三電平電路可集成為芯片，第一開關(guān)器件RTl的第一端做為第一直流輸入端M1，第四開關(guān)器件RT4的第二端做為第二直流輸入端NI，第五二極管RD5和第六二極管RD6的公共端做為中點(diǎn)電平端O。需要說明的是，第一開關(guān)器件RT1、第二開關(guān)器件RT2、第三開關(guān)器件RT3和第四開關(guān)器件RT4的反向并聯(lián)二極管RD1、RD2、RD3、RD4可以是開關(guān)器件自帶的二極管，也可以是
獨(dú)立的二極管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例通過在常規(guī)三電平電路中構(gòu)造由第五開關(guān)器件 RT11、第六開關(guān)器件RT22、第七二極管RD7、第八二極管RD8組成的無功支路，將有功路徑和無功路徑分離，開關(guān)器件的選擇范圍大，減小了電路的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗并有利于器件散熱，延長了器件的使用壽命，提高了電路的整體轉(zhuǎn)換效率。并且，第七二極管RD7、第八二極管RD8為獨(dú)立的二極管，反向恢復(fù)特性優(yōu)于體內(nèi)二極管，電路可以采用更高的開關(guān)頻率，也有利于提聞電路的轉(zhuǎn)換效率。在上述單相半橋三電平電路中，第一開關(guān)器件RT1、第四開關(guān)器件RT4為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0FET)，第二開關(guān)器件RT2、第三開關(guān)器件RT3、第五開關(guān)器件RT11、第六開關(guān)器件RT22均為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。需要說明的是，第五開關(guān)器件RT11、第六開關(guān)器件RT22均不帶反并聯(lián)二極管。在上述單相半橋三電平電路中，第一開關(guān)器件RTl、第四開關(guān)器件RT4的第一端為MOFET的漏極，第一開關(guān)器件RT1、第四開關(guān)器件RT4的第二端為MOFET的源極；第二開關(guān)器件RT2、第三開關(guān)器件RT3、第五開關(guān)器件RTlI、第六開關(guān)器件RT22的第一端為IGBT的集電極，第二端為IGBT的發(fā)射極。二極管的第一端為陽極、第二端為陰極。參見圖5，上述單相半橋三電平電路中，阻流元件LRl為電感，LRl的取值較小，實(shí)際中還可以采用其它可以控制電流流向的電氣元件，阻斷電流從交流輸出端AC流經(jīng)第二二極管RD2、第一二極管RDl至第一直流輸入端Ml。參見圖7和圖8，上述單相半橋三電平電路具有八種工作模態(tài)，圖7a_7d為單相半橋三電平電路工作于單位功率因數(shù)時(shí)的電流流向示意圖，分別對應(yīng)的是第一、第二、第三、第四工作模態(tài)；圖8a_8d為單相半橋三電平電路工作于非單位功率因數(shù)時(shí)的電流流向示意圖，分別對應(yīng)的是第五、第六、第七、第八工作模態(tài)；第一工作模態(tài)電流經(jīng)第一直流輸入端Ml、第一開關(guān)器件RT1、第二開關(guān)器件RT2、阻流元件LRl至交流輸出端AC ；第二工作模態(tài)電流經(jīng)中點(diǎn)電平端O、第五二極管RD5、第二開關(guān)器件RT2、阻流元件LRl至交流輸出端AC ；第三工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端AC、阻流元件LRl、第三開關(guān)器件RT3、第四開關(guān)器件RT4至第二直流輸入端NI ；第四工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端AC、阻流元件LR1、第三開關(guān)器件RT 3、第六二極管RD6至中點(diǎn)電平端O ;第五工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端AC、第六開關(guān)器件RT22、第六二極管RD6至中點(diǎn)電平端0 ;第六工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端AC、第七二極管RD7至第一直流輸入端Ml ；第七工作模態(tài)電流經(jīng)中點(diǎn)電平端O、第五二極管RD5、第五開關(guān)器件RTll至交流輸出端AC;第八工作模態(tài)電流經(jīng)第二直流輸入端NI、第八二極管RD8至交流輸出端AC。圖9公開了單相半橋三電平電路中開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號圖；上述單相半橋三電平電路設(shè)置有第一開關(guān)條件和第二開關(guān)條件，在第一開關(guān)條件下，第一開關(guān)器件RTl和第六開關(guān)器件RT22以互補(bǔ)的高頻脈沖信號觸發(fā)動(dòng)作，第二開關(guān)器件RT2導(dǎo)通，第三開關(guān)器件RT3、第四開關(guān)器件RT4、第五開關(guān)器件RTll關(guān)斷；在第二開關(guān)條件下，第一開關(guān)器件RT1、第 二開關(guān)器件RT2、第六開關(guān)器件RT22關(guān)斷，第三開關(guān)器件RT3導(dǎo)通，第四開關(guān)器件RT4和第五開關(guān)器件RTll以互補(bǔ)的高頻脈沖信號觸發(fā)動(dòng)作。需要說明的是，在本實(shí)施例中，第一開關(guān)條件對應(yīng)的是交流輸出電壓的正半周，第二開關(guān)條件對應(yīng)的是交流輸出電壓的負(fù)半周。進(jìn)一步地，上述單相半橋三電平電路中，所述第一開關(guān)器件RTl在第一開關(guān)條件下的高頻脈沖信號與第四開關(guān)器件RT4在第二開關(guān)條件下的高頻脈沖信號相同；第五開關(guān)器件RTlI在第二開關(guān)條件下的高頻脈沖信號與第六開關(guān)器件RT22在第一開關(guān)條件下的高頻脈沖信號相同。具體的，上述高頻脈沖信號為PWM信號，比如可以是幾KHZ至幾十KHZ之間范圍內(nèi)的脈沖信號。實(shí)際中脈沖信號可由正弦調(diào)制波與載波比較生成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的單相半橋三電平電路的工作在高頻的第一開關(guān)器件RTl和第四開關(guān)器件RT4選用開關(guān)性能較好的M0SFET，工作在工頻的第二開關(guān)器件RT2和第三開關(guān)器件RT3選用導(dǎo)通性能較好的IGBT ;并且構(gòu)造由第五開關(guān)器件RT11、第六開關(guān)器件RT22、第七二極管RD7和第八二極管RD8組成的無功支路，第五開關(guān)器件RTll和第六開關(guān)器件RT22選用導(dǎo)通性能較好的IGBT，使得在要求單相半橋三電平電路運(yùn)行在非單位功率因數(shù)的場合時(shí)，無功電流不再流經(jīng)第二開關(guān)器件RT2、第三開關(guān)器件RT3及其反并聯(lián)二極管RD2、RD3，以及第一開關(guān)器件RTl和第四開關(guān)器件RT4的反并聯(lián)二極管RDl和RD4，而是流經(jīng)第五開關(guān)器件RT11、第六開關(guān)器件RT22、第七二極管RD7和第八二極管RD8，從而將有功路徑和無功路徑有效的分離，使得開關(guān)器件的選擇范圍大，減小了電路的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗并有利于開關(guān)器件散熱，延長了開關(guān)器件的使用壽命，提高了電路的整體轉(zhuǎn)換效率。并且，第七二極管RD7、第八二極管RD8為獨(dú)立的二極管，反向恢復(fù)特性優(yōu)于體內(nèi)二極管，電路可以米用更聞的開關(guān)頻率，也有利于提聞電路的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明實(shí)施例還公開了應(yīng)用上述單相半橋三電平電路的三電平變換器，圖6給出了三電平變換器的第一實(shí)施例的電路示意圖，包括一個(gè)上述的單相半橋三電平電路，單相半橋三電平電路的第一直流輸入端Ml接直流電源的正極，第二直流輸入端NI接直流電源的負(fù)極，中點(diǎn)電平端0接直流電源的中點(diǎn)電位端。直流電源的中點(diǎn)電位通過分別在第一直流輸入端Ml和中點(diǎn)電平端0之間、中點(diǎn)電平端0和第二直流輸入端NI之間接入電壓相同的電壓源VI、V2來構(gòu)造。電網(wǎng)或交流負(fù)載接在單相半橋三電平電路的交流輸出端AC與中點(diǎn)電平端O之間。參見圖10，上述兩個(gè)電壓相同的電壓源V1、V2也可以通過兩個(gè)參數(shù)相同的電容來實(shí)現(xiàn)，即圖10中第一電容Cl和第二電容C2。進(jìn)一步地，請一并參見圖6和圖10，該單相半橋三電平電路的交流輸出端AC與交流負(fù)載或電網(wǎng)之間連接有濾波電路。所述濾波電路包括第一電感LI，實(shí)際還可以為LC或LCL形式的濾波電路。該三電平變換器的工作模態(tài)與單相半橋三電平電路的工作模態(tài)相同，此處不再贅述。圖11給出了三電平變換器的第二實(shí)施例的電路示意圖，包括兩個(gè)上述的單相半橋三電平電路，即第一單相半橋三電平電路和第二單相半橋三電平電路，所述第一、第二單相半橋三電平電路的第一直流輸入端Ml均接直流電源的正極、第二直流輸入端NI均接直流電源的負(fù)極、中點(diǎn)電平端0均接直流電源的中點(diǎn)電位端。直流電源的中點(diǎn)電位通過分別在第一直流輸入端Ml和中點(diǎn)電平端0之間、中點(diǎn)電平端0和第二直流輸入端NI之間接入 電壓相同的電壓源Vl、V2來構(gòu)造。電網(wǎng)或交流負(fù)載接在第一單相半橋三電平電路和第二單相半橋三電平電路的交流輸出端AC之間。其余同三電平變換器的第一實(shí)施例。圖12給出了三電平變換器的第三實(shí)施例的電路示意圖，包括三個(gè)上述的單相半橋三電平電路，即第一單相半橋三電平電路、第二單相半橋三電平電路和第三單相半橋三電平電路，所述單相半橋三電平電路的第一直流輸入端Ml均接直流電源的正極，第二直流輸入端NI均接直流電源的負(fù)極，中點(diǎn)電平端0均接直流電源的中點(diǎn)電位端。直流電源的中點(diǎn)電位通過分別在第一直流輸入端Ml和中點(diǎn)電平端0之間、中點(diǎn)電平端0和第二直流輸入端NI之間接入電壓相同的電壓源VI、V2來構(gòu)造。第一、第二、第三單相半橋三電平電路的交流輸出端AC接三相電網(wǎng)或交流負(fù)載。其余同三電平變換器的第一實(shí)施例。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的三電平變換器中工作在高頻的第一開關(guān)器件RTl和第四開關(guān)器件RT4選用開關(guān)性能較好的M0SFET，工作在工頻的第二開關(guān)器件RT2和第三開關(guān)器件RT3選用導(dǎo)通性能較好的IGBT ;并且構(gòu)造由第五開關(guān)器件RT11、第六開關(guān)器件RT22、第七二極管RD7和第八二極管RD8組成的無功支路，第五開關(guān)器件RTll和第六開關(guān)器件RT22選用導(dǎo)通性能較好的IGBT，使得在要求單相半橋三電平電路運(yùn)行在非單位功率因數(shù)的場合時(shí)，無功電流不再流經(jīng)第二開關(guān)器件RT2、第三開關(guān)器件RT3及其反并聯(lián)二極管RD2、RD3，以及第一開關(guān)器件RTl和第四開關(guān)器件RT4的反并聯(lián)二極管RDl和RD4，而是流經(jīng)第五開關(guān)器件RT11、第六開關(guān)器件RT22、第七二極管RD7和第八二極管RD8，從而將有功路徑和無功路徑有效的分離，使得開關(guān)器件的選擇范圍大，減小了電路的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗并有利于開關(guān)器件散熱，延長了開關(guān)器件的使用壽命，提高了電路的整體轉(zhuǎn)換效率。并且，第七二極管RD7、第八二極管RD8為獨(dú)立的二極管，反向恢復(fù)特性優(yōu)于體內(nèi)二極管，電路可以米用更聞的開關(guān)頻率，也有利于提聞電路的轉(zhuǎn)換效率。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種單相半橋三電平電路，其特征在于包括第一直流輸入端、中點(diǎn)電平端、第二直流輸入端、第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件、第五開關(guān)器件和第六開關(guān)器件，以及第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管； 第一開關(guān)器件的第一端和第七二極管的第二端接第一直流輸入端，第四開關(guān)器件的第二端和第八二極管的第一端接第二直流輸入端； 第五二極管的第一端和第六二極管的第二端相連后接所述中點(diǎn)電平端，第五二極管的第二端接第一開關(guān)器件的第二端和第二開關(guān)器件的第一端，第六二極管的第一端接第三開關(guān)器件的第二端和第四開關(guān)器件的第一端； 第五開關(guān)器件的第一端接第一開關(guān)器件的第二端，第六開關(guān)器件的第二端接第三開關(guān)器件的第二端；第五開關(guān)器件的第二端和第六開關(guān)器件的第一端相連，其連接點(diǎn)接第七二極管的第一端和第八二極管的第二端； 第二開關(guān)器件的第二端和第三開關(guān)器件的第一端相連，其連接點(diǎn)與第五開關(guān)器件的第二端之間連接有阻流元件； 第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件分別反向并聯(lián)有第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管； 第五開關(guān)器件的第二端和第六開關(guān)器件的第一端的連接點(diǎn)作為交流輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相半橋三電平電路，其特征在于所述第一開關(guān)器件、第四開關(guān)器件為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第五開關(guān)器件、第六開關(guān)器件均為絕緣柵雙極晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相半橋三電平電路，其特征在于所述阻流元件為電感。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的單相半橋三電平電路，其特征在于包括八種工作模態(tài)，分別為 第一工作模態(tài)電流經(jīng)第一直流輸入端、第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、阻流元件至交流輸出端； 第二工作模態(tài)電流經(jīng)中點(diǎn)電平端、第五二極管、第二開關(guān)器件、阻流元件至交流輸出端; 第三工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端、阻流元件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件至第二直流輸入端； 第四工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端、阻流元件、第三開關(guān)器件、第六二極管至中點(diǎn)電平端; 第五工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端、第六開關(guān)器件、第六二極管至中點(diǎn)電平端； 第六工作模態(tài)電流經(jīng)交流輸出端、第七二極管至第一直流輸入端； 第七工作模態(tài)電流經(jīng)中點(diǎn)電平端、第五二極管、第五開關(guān)器件至交流輸出端； 第八工作模態(tài)電流經(jīng)第二直流輸入端、第八二極管至交流輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的單相半橋三電平電路，其特征在于設(shè)置有第一開關(guān)條件和第二開關(guān)條件，在所述第一開關(guān)條件下，第一開關(guān)器件和第六開關(guān)器件以互補(bǔ)的高頻脈沖信號觸發(fā)動(dòng)作，第二開關(guān)器件導(dǎo)通，第三、第四、第五開關(guān)器件關(guān)斷；在所述第二開關(guān)條件下，第一、第二、第六開關(guān)器件關(guān)斷，第三開關(guān)器件導(dǎo)通，第四開關(guān)器件和第五開關(guān)器件以互補(bǔ)的高頻脈沖信號觸發(fā)動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單相半橋三電平電路，其特征在于所述第一開關(guān)器件在第一開關(guān)條件下的高頻脈沖信號與第四開關(guān)器件在第二開關(guān)條件下的高頻脈沖信號相同；第五開關(guān)器件在第二開關(guān)條件下的高頻脈沖信號與第六開關(guān)器件在第一開關(guān)條件下的高頻脈沖信號相同。
7.一種三電平變換器，其特征在于包括至少一個(gè)權(quán)利要求I至6中任意一項(xiàng)所述的單相半橋三電平電路，所述單相半橋三電平電路的第一直流輸入端均接直流電源的正極，第二直流輸入端均接直流電源的負(fù)極，中點(diǎn)電平端均接直流電源的中點(diǎn)電位端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三電平變換器，其特征在于所述直流電源的中點(diǎn)電位端通過分別在第一直流輸入端和中點(diǎn)電平端之間、中點(diǎn)電平端和第二直流輸入端之間接入電壓相同的電壓源來構(gòu)造。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三電平變換器，其特征在于所述電壓相同的電壓源為參數(shù)相同的電容。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的三電平變換器，其特征在于，所述每個(gè)單相半橋三電平電路的交流輸出端與交流負(fù)載或電網(wǎng)之間連接有濾波電路。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種單相半橋三電平電路，包括第一直流輸入端、中點(diǎn)電平端、第二直流輸入端、第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件、第四開關(guān)器件、第五開關(guān)器件和第六開關(guān)器件，以及第五二極管、第六二極管、第七二極管、第八二極管；第一開關(guān)器件的第一端和第七二極管的第二端接第一直流輸入端，第四開關(guān)器件的第二端和第八二極管的第一端接第二直流輸入端；第一開關(guān)器件、第二開關(guān)器件、第三開關(guān)器件和第四開關(guān)器件分別反向并聯(lián)有二極管；第五開關(guān)器件的第二端和第六開關(guān)器件的第一端的連接點(diǎn)作為交流輸出端。本發(fā)明實(shí)施例還公開了具有該單相半橋三電平電路的三電平變換器，在同時(shí)需要單位功率因數(shù)和非單位功率因數(shù)應(yīng)用的場合時(shí)，開關(guān)器件選擇范圍大，并且能夠降低開關(guān)器件損耗、延長開關(guān)器件的使用壽命，并提高了整體轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02M7/521GK102769405SQ20121022423
公開日2012年11月7日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者劉鑫, 張彥虎, 申潭, 薛麗英, 鄧君 申請人:陽光電源(上海)有限公司