專利名稱：一種單相七電平逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單相七電平逆變器。
背景技術(shù)：
近年來，多電平技術(shù)越來越受關(guān)注，相比傳統(tǒng)的兩電平技術(shù)，多電平技術(shù)具有器件開關(guān)應(yīng)力低，開關(guān)損耗小，輸出濾波器小以及諧波含量小的特點，其主要應(yīng)用于大中三相逆變器。參見圖1，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中提供的二極管嵌位型五電平逆變器拓?fù)洹DI所示的二極管嵌位型的五電平逆變器的結(jié)構(gòu)中，二極管DBl、DB2、DB3、DB4、·DB5和DB6均為嵌位式二極管，其作用是為電流提供通路和保護電容不被短路。例如，第一二極管DBl用于將開關(guān)管Tl下端的電位嵌位于第一電容Cl的下端；第二二極管DB2用于將開關(guān)管T5下端的電位嵌位于第一電容Cl的下端；其他二極管DB3、DB4、DB5和DB6類似，在此不再贅述。然而，要達(dá)到為電流提供通路和保護電容不被短路的目的，嵌位式二極管則需要阻斷多倍電平電壓，通常需要多個相同標(biāo)稱值的嵌位式二極管串聯(lián)，但是基于嵌位式二極管的分散性以及雜散參數(shù)的影響，標(biāo)稱值相同的嵌位式二極管所能承受的壓力也有所差另O，這樣串聯(lián)起來可能引起有的嵌位式二極管兩端過電壓。因此，需要均壓措施和很大的RC(相移電路)吸收電路，但是這樣將導(dǎo)致逆變器中的電感和濾波電容的積龐大，成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N單相七電平逆變器，用以解決現(xiàn)有二極管嵌位型的五電平逆變器系統(tǒng)體積龐大以及成本較高的技術(shù)問題。一種單相七電平逆變器，其特征在于，包括串聯(lián)的第一直流源和第二直流源；輸入端并聯(lián)在第一直流源兩端的升壓電路；依次串聯(lián)的第一電容、第二電容和第三電容；所述第二電容和第三電容的公共端分別與所述升壓電路的第一輸出端和第一直流源的負(fù)極相連；所述第一電容未連接第二電容的一端與所述升壓電路的第二輸出端相連；所述第一電容和第二電容的公共端與第一直流源的正極相連；陰極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第一二極管，所述第一二極管的陽極連接有第一開關(guān)管的輸入端；陽極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第二二極管，所述第二二極管的陰極連接有第二開關(guān)管的輸入端；陽極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第三二極管，所述第三二極管的陰極連接有第三開關(guān)管的輸入端；陰極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第四二極管，所述第四二極管的陽極連接有第四開關(guān)管的輸入端；所述第一開關(guān)管的輸出端與第四開關(guān)管的輸出端相連；所述第二開關(guān)管的輸出端與第三開關(guān)管的輸出端相連；輸出端與所述升壓電路的第二輸出端相連的第五開關(guān)管，所述第五開關(guān)管的輸入端連接有第六開關(guān)管的輸出端，所述第六開關(guān)管的輸入端與第二直流源的負(fù)極相連；輸出端與第五開關(guān)管的輸出端相連的第七開關(guān)管，所述第七開關(guān)管的輸入端與所述第三開關(guān)管的輸出端相連；輸入端與第二直流源的負(fù)極相連的第八開關(guān)管，所述第八開關(guān)管的輸出端與所述四開關(guān)管的輸出端相連；
陰極與所述升壓電路的第二輸出端相連的第五二極管，所述第五二極管的陽極與所述第四開關(guān)管的輸出端相連；陽極與第二直流源的負(fù)極相連的第六二極管，所述第六二極管的陰極與所述第三開關(guān)管的輸出端相連。優(yōu)選地，所述開關(guān)管為金屬氧化物半導(dǎo)體管或結(jié)型場效應(yīng)管或絕緣柵雙極型晶體管；當(dāng)所述開關(guān)管為金屬氧化物半導(dǎo)體管管或結(jié)型場效應(yīng)管時，所述開關(guān)管的輸入端為源極，所述輸出端為漏極，所述開光管的控制端為柵極；當(dāng)所述開關(guān)管為絕緣柵雙極型晶體管時，所述開關(guān)管的輸入端為集電極，所述開光管的輸出端為發(fā)射極，所述控制端為基極。優(yōu)選地，所述二極管為碳化硅二極管或快恢復(fù)二極管或超快速恢復(fù)二極管。優(yōu)選地，單相七電平逆變器的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感和濾波電容，其中濾波電容第一端與第五開關(guān)管輸入端相連；第一電感和第二電感相串聯(lián)；第一電感和第二電感的公共端與濾波電容的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連。優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管的控制端連接有控制芯片，所述控制芯片控制所述單相七電平逆變器實現(xiàn)八種有功工作模態(tài)；當(dāng)處于第一模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第七開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止當(dāng)處于第二模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第二開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第三模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第三開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第四模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止;當(dāng)處于第五模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第八開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第六模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第四開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第七模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第一開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第八模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止;優(yōu)選地，所述控制芯片控制所述單相七電平逆變器實現(xiàn)八種無功工作模態(tài)當(dāng)處于第九模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第八開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第十模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第四開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第十一模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第一開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第十二模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第十三模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第七開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第十四模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第二開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第十五模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第三開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；當(dāng)處于第十六模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；優(yōu)選地，所述單相七電平逆變器的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感、濾波電容和隔離變壓器，其中隔離變壓器初級線圈的第一端與第五開關(guān)管輸入端相連；第一電感和第二電感相串聯(lián)；第一電感和第二電感的公共端與隔離變壓器初級線圈的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連；濾波電容的兩個接線端分別與隔離變壓器次級線圈的兩個接線端相連。一種單相七電平逆變單元，其特征在于，應(yīng)用于單相七電平逆變器，包括依次串聯(lián)的第一電容、第二電容和第三電容；所述第二電容和第三電容的公共端分別與所述第一直流源的負(fù)極和第二直流源的正極相連；所述第一電容和第二電容的公共端與第一直流源的正極相連；陰極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第一二極管，所述第一二極管的陽極連接有第一開關(guān)管的輸入端；陽極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第二二極管，所述第二二極管的陰極連接有第二開關(guān)管的輸入端；陽極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第三二極管，所述第三二極管的陰極連接有第三開關(guān)管的輸入端；陰極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第四二極管，所述第四二極管的陽極連接有第四開關(guān)管的輸入端；所述第一開關(guān)管的輸出端與第四開關(guān)管的輸出端相連；所述第二開關(guān)管的輸出端與第三開關(guān)管的輸出端相連；輸出端與所述第一電容未與第二電容相連的一端相連的第五開關(guān)管，所述第五開關(guān)管的輸入端連接有第六開關(guān)管的輸出端，所述第六開關(guān)管的輸入端與第二直流源的負(fù)極相連；輸出端與第五開關(guān)管的輸出端相連的第七開關(guān)管，所述第七開關(guān)管的輸入端與所述第三開關(guān)管的輸出端相連；輸入端與第二直流源的負(fù)極相連的第八開關(guān)管，所述第八開關(guān)管的輸出端與所述四開關(guān)管的輸出端相連；陰極與所述第五開關(guān)管輸出端相連的第五二極 管，所述第五二極管的陽極與所述第四開關(guān)管的輸出端相連；陽極與第二直流源的負(fù)極相連的第六二極管，所述第六二極管的陰極與所述第三開關(guān)管的輸出端相連。優(yōu)選的，所述單相七電平逆變單元的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感和濾波電容，其中濾波電容第一端與第五開關(guān)管輸入端相連；第一電感和第二電感相串聯(lián)；第一電感和第二電感的公共端與濾波電容的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連。優(yōu)選的，所述單相七電平逆變單元的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感、濾波電容和隔離變壓器，其中隔離變壓器初級線圈的第一端與第五開關(guān)管輸入端相連；第一電感和第二電感相串聯(lián)；第一電感和第二電感的公共端與隔離變壓器初級線圈的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連；濾波電容的兩個接線端分別與隔離變壓器次級線圈的兩個接線端相連。優(yōu)選的，單相七電平逆變單元還包括輸入端并聯(lián)在第一直流源兩端的升壓電路；所述升壓電路的第一輸出端與所述第二電容和第三電容的公共端相連；升壓電路的第二輸出端與第一電容未連接第二電容的一端相連。通過上述方案可知本發(fā)明不包含現(xiàn)有技術(shù)中二極管嵌位型五電平逆變器中用到的嵌位式二極管，以解決現(xiàn)有二極管嵌位型五電平逆變器系統(tǒng)體積龐大以及成本較高的技術(shù)問題。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中提供的二極管嵌位型的五電平逆變器拓?fù)?；圖2為本發(fā)明實施例公開的一種單相七電平逆變器的電路圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第一有功模態(tài)的電路·
圖4為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第二有功模態(tài)的電路圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第三有功模態(tài)的電路圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第四有功模態(tài)的電路圖；圖7為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第五有功模態(tài)的電路圖；圖8為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第六有功模態(tài)的電路圖；圖9為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第七有功模態(tài)的電路圖；圖10為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第八有功模態(tài)的電路圖；圖11為不同時刻單相七電平逆變器對應(yīng)的輸出電壓變化圖；圖12為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第九無功模態(tài)的電路圖；圖13為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十無功模態(tài)的電路圖；圖14為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第i^一無功模態(tài)的電路圖；圖15為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十二無功模態(tài)的電路圖；圖16為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十三無功模態(tài)的電路圖；圖17為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十四無功模態(tài)的電路圖；圖18為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十五無功模態(tài)的電路圖；圖19為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十六無功模態(tài)的電路圖；圖20為該圖為本發(fā)明實施例公開的一種單相七電平逆變器的電路圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖2所示，為本發(fā)明實施例公開的一種單相七電平逆變器，包括串聯(lián)的第一直流源DC1和第二直流源DC2 ；輸入端并聯(lián)在第一直流源DC1兩端的升壓電路Boost ；依次串聯(lián)的第一電容C1、第二電容C2和第三電容C3 ;所述第二電容C2和第三電容C3的公共端O分別與所述升壓電路Boost的第一輸出端和第一直流源DC1的負(fù)極相連；所述第一電容C1未連接第二電容C2的一端與所述升壓電路Boost的第二輸出端相連；所述第一電容C1和第二電容C2的公共端與第一直流源DC1的正極相連；陰極與所述第一電容C1和第二電容C2的公共端相連的第一二極管D1，所述第一二極管D1的陽極連接有第一開關(guān)管Qhi的輸入端；陽極與所述第一電容C1和第二電容C2的公共端相連的第二二極管QH2，所述第二二極管D2的陰極連接有第二開關(guān)管Qh2的輸入端；陽極與所述第二電容C2和第三電容C3的公共端相連的第三二極管D3,所述第三二極管D3的陰極連接有第三開關(guān)管Qh3的輸入端；陰極與所述第二電容C2和第三電容C3的公共端O相連的第四二極管D4,所述第四二極管D4的陽極連接有第四開關(guān)管Qh4的輸入端；所述第一開關(guān)管Qhi的輸出端與第四關(guān)管Qh4的輸出端相連；第二開關(guān)管Qh2的輸出端與第三開關(guān)管Qh3的輸出端相連； 輸出端與所述升壓電路Boost的第二輸出端相連的第五開關(guān)管Qw，所述第五開關(guān)管Qu的輸入端連接有第六開關(guān)管Qui的輸出端，所述第六開關(guān)管Qui的輸入端與第二直流源DC2的負(fù)極相連；輸出端與第五開關(guān)管的輸出端相連的第七開關(guān)管Qh7，所述第七開關(guān)管Qh7的輸入端與所述第三開關(guān)管Qh3的輸出端相連；輸入端與第二直流源DC2的負(fù)極相連的第八開關(guān)管QH8，所述第八開關(guān)管Qh8的輸出端與所述四開關(guān)管Qh4的輸出端相連；陰極與所述升壓電路Boost的第二輸出端相連的第五二極管D5，所述第五二極管D5的陽極與所述第四開關(guān)管Qh4的輸出端相連；陽極與第二直流源DC2的負(fù)極相連的第六二極管D6，所述第六二極管D6的陰極與所述第三開關(guān)管D6的輸出端相連。本實施例提供的單相七電平逆變器拓?fù)浒ㄒ粋€Boost電路，八個開關(guān)管和六個二極管，通過二極管的限流作用和控制不同的開關(guān)管導(dǎo)通就可以為電流提供通路以及保護電容不被短路，舍去了現(xiàn)有技術(shù)中用到的嵌位式二極管，達(dá)到了減小逆變器體積的目的，而且由于前級增加了 Boost電路，使得電壓輸入范圍變寬，適合輸入更高電壓的場合。需要說明的是，開關(guān)管可以是金屬氧化物半導(dǎo)體管或結(jié)型場效應(yīng)管或絕緣柵雙極型晶體管；當(dāng)所述開關(guān)管為金屬氧化物半導(dǎo)體管或結(jié)型場效應(yīng)管時，所述開關(guān)管的輸入端為源極，所述輸出端為漏極，所述開光管的控制端為柵極；當(dāng)所述開關(guān)管為絕緣柵雙極型晶體管時，所述開關(guān)管的輸入端為集電極，所述開光管的輸出端為發(fā)射極，所述控制端為基極。可以理解的是以上八個開關(guān)管也可以選擇其他類型的開關(guān)管。需要說明的是，所述二極管為碳化硅二極管或快恢復(fù)二極管或超快速恢復(fù)二極管。可以理解的是，所述二極管也可以選擇其他類型的二極管。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，單相七電平逆變器包含的濾波并網(wǎng)單元，如圖2所示，包括第一電感L1、第二電感L2、濾波電容Ctl，其中濾波電容Ctl的第一端與第五開關(guān)管Qw輸入端相連；第一電感L1和第二電感L2相串聯(lián)；
第一電感L1和第二電感L2的公共端與濾波電容Ctl的第二端相連，第一電感L1未與第二電感L2相連的一端與第三開關(guān)管Qh3的輸出端相連；第二電感L2未與第一電感L1相連的一端與第四開關(guān)管Qh4的輸出端相連。在本發(fā)明的上述兩個實施例中，所述的第一開關(guān)管Qhi、第二開關(guān)管Qh2、第三開關(guān)管Qh3、第四開關(guān)管QH4、第五開關(guān)管Qm、第六開關(guān)管Qui、第七開關(guān)管Qh7和第八開關(guān)管Qh8的控制端連接有控制芯片，所述控制芯片控制所述單相七電平逆變器實現(xiàn)八種有功工作模態(tài)，并且每個工作模態(tài)最多只有兩個開關(guān)管導(dǎo)通。為了清楚說明本發(fā)明實施例所述單相七電平逆變器的八個有功工作模態(tài)，下面結(jié)合附圖來對八個工作模態(tài)進行詳細(xì)描述。參見圖3，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第一有功模態(tài)的電路圖。 當(dāng)處于第一模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第七開關(guān)管Qh7和第六開關(guān)管Qui導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。電流的走向為Qh7-L1-U8-Ql6-C3-C2-C1-Qh70參見圖4，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第二有功模態(tài)的電路圖。 當(dāng)處于第二模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第二開關(guān)管Qh2和第六開關(guān)管Qui導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。電流的走向為D2-Q112-L1-Ug-QurC3-C2-D2tj參見圖5，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第三有功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第三模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第三開關(guān)管Qh3和第六開關(guān)管Qui導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。電流的走向為D3-Qh3-L1-Us-Ql6-C3-D3q參見圖6，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第四有功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第四模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。電流的走向為L1-Ug-Qli6-D6-L115參見圖7，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第五有功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第五模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第八開關(guān)管Qh8和第五開關(guān)管Qu導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。電流的走向為Qh8-C3-C2-C1-Ql5-U8-L2-Qh80參見圖8，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第六有功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第六模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第四開關(guān)管Qh4和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。電流的走向為QH4-D4-C2-C「QL5_ug-L2-QH4。
參見圖9，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第七有功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第七模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第一開關(guān)管Qhi和第五開關(guān)管Qu導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。電流的走向為Qm-D1-C1-Qu-Ug-L2-Q1^參見圖10，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第八有功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第八模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第五開關(guān)管Qw導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。電流的走向為Ql5-Us-L2-D5-Ql515 其中Ug為負(fù)載。如圖11所示，該圖為不同時刻單相七電平逆變器對應(yīng)的輸出電壓變化圖。當(dāng)逆變器工作于有功模態(tài)時，控制芯片控制逆變器實現(xiàn)不同模態(tài)之間的切換，并且輸出電壓也隨著逆變器工作模態(tài)的變化而變化to-t!時間段內(nèi)所述控制芯片控制所述單相七電平逆變器由第四模態(tài)變?yōu)榈谌B(tài)，輸出電壓由輸出電壓O變?yōu)閁111trt2時間段內(nèi)所述控制芯片控制所述單相七電平逆變器由第三模態(tài)變?yōu)榈诙B(tài)，輸出電壓由U1變?yōu)閁2。t2_t3時間段內(nèi)所述控制芯片控制所述單相七電平逆變器由第二模態(tài)變?yōu)榈谝荒B(tài)，輸出電壓由U2變?yōu)閁3。其他時間段內(nèi)t3_t4、t4_t5、t5_t6、t6_t7、t7_t8、t8_t9、t9-t10> t10-tn 和 tn_t12 所述控制芯片控制所述單相七電平逆變器模態(tài)變化和輸出電壓變化類似，在此不再贅述。為了清楚說明本發(fā)明實施例所述單相七電平逆變器的八個無功工作模態(tài)，下面結(jié)合附圖來對八種無功工作模態(tài)進行詳細(xì)描述。參見圖12，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第九無功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第九模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第八開關(guān)管Qh8和第六開關(guān)管Qui導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；電流的走向為QH8_QLe_ug_L2-QH8。參見圖13，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十無功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第十模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第四開關(guān)管Qh4和第六開關(guān)管Qui導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；電流的走向為Qh4-D4-C3-Ql6-Us-L2-Qh4。參見圖14，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第i^一無功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第十一模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第一開關(guān)管Qm和第六開關(guān)管Qui導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；電流的走向為Qhi-D1-C2-C3-Ql6-Us-L2-Qhiq
參見圖15，本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十二無功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第十二模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第六開關(guān)管Qui導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；電流的走向為Ql6-Us-L2-D5-C1-C2-C3-Ql60參見圖16，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十三無功模態(tài)的電路圖。
當(dāng)處于第十三模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第七開關(guān)管Qh7和第五開關(guān)管Qu導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；電流的走向為Qh7-L1-Us-Q1j5-QhP參見圖17，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十四無功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第十四模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第二開關(guān)管Qh2和第五開關(guān)管Qu導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；電流的走向為D2-Qh2-L1-Us-Ql5-C1-D215參見圖18，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十五無功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第十五模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第三開關(guān)管Qh3和第五開關(guān)管Qu導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；電流的走向為D3-Qh3-L1-U8-Ql5-C1-C2-D3O參見圖19，該圖為本發(fā)明實施例提供的單相七電平逆變器處于第十六無功模態(tài)的電路圖。當(dāng)處于第十六模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第五開關(guān)管I5導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止；電流的走向為D6-L1-Us-Ql5-C1-C2-C3-D615參見圖20，該圖為本發(fā)明實施例公開的一種單相七電平逆變器的電路圖。在高頻切換時，為了防止產(chǎn)生共模漏電流問題，所述單相七電平逆變器的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感、濾波電容和隔離變壓器，其中隔離變壓器初級線圈的第一端與第五開關(guān)管輸入端相連；第一電感和第二電感相串聯(lián)；第一電感和第二電感的公共端與隔離變壓器初級線圈的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連；濾波電容的兩個接線端分別與隔離變壓器次級線圈的兩個接線端相連?？梢岳斫獾氖?，在高頻切換時，為了防止本發(fā)明會產(chǎn)生共模漏電流問題，所述濾波并網(wǎng)單元也可以包括與濾波電容串聯(lián)的RC電路。本發(fā)明公開的一種單相七電平逆變單元，應(yīng)用于單相七電平逆變器，包括依次串聯(lián)的第一電容、第二電容和第三電容；所述第二電容和第三電容的公共端分別與所述第一直流源的負(fù)極和第二直流源的正極相連；所述第一電容和第二電容的公共端與第一直流源的正極相連；陰極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第一二極管，所述第一二極管的陽極連接有第一開關(guān)管的輸入端；陽極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第二二極管，所述第二二極管的陰極連接有第二開關(guān)管的輸入端；陽極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第三二極管，所述第三二極管的陰極連接有第三開關(guān)管的輸入端；陰極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第四二極管，所述第四二極管的陽極連接有第四開關(guān)管的輸入端；所述第一開關(guān)管的輸出端與第四開關(guān)管的輸出端相連； 所述第二開關(guān)管的輸出端與第三開關(guān)管的輸出端相連；輸出端與所述第一電容未與第二電容相連的一端相連的第五開關(guān)管，所述第五開關(guān)管的輸入端連接有第六開關(guān)管的輸出端，所述第六開關(guān)管的輸入端與第二直流源的負(fù)極相連；輸出端與第五開關(guān)管的輸出端相連的第七開關(guān)管，所述第七開關(guān)管的輸入端與所述第三開關(guān)管的輸出端相連；輸入端與第二直流源的負(fù)極相連的第八開關(guān)管，所述第八開關(guān)管的輸出端與所述四開關(guān)管的輸出端相連；陰極與所述第五開關(guān)管輸出端相連的第五二極管，所述第五二極管的陽極與所述第四開關(guān)管的輸出端相連；陽極與第二直流源的負(fù)極相連的第六二極管，所述第六二極管的陰極與所述第三開關(guān)管的輸出端相連。需要說明的是，本單相七電平逆變單元中的開關(guān)管可以是金屬氧化物半導(dǎo)體管或結(jié)型場效應(yīng)管或絕緣柵雙極型晶體管；當(dāng)所述開關(guān)管為金屬氧化物半導(dǎo)體管管或結(jié)型場效應(yīng)管時，所述開關(guān)管的輸入端為源極，所述輸出端為漏極，所述開光管的控制端為柵極；當(dāng)所述開關(guān)管為絕緣柵雙極型晶體管時，所述開關(guān)管的輸入端為集電極，所述開光管的輸出端為發(fā)射極，所述控制端為基極。可以理解的是以上八個開關(guān)管也可以選擇其他類型的開關(guān)管。需要說明的是，本單相七電平逆變單元中的二極管為碳化硅二極管或快恢復(fù)二極管或超快速恢復(fù)二極管。可以理解的是，所述二極管也可以選擇其他類型的二極管。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，單相七電平逆變單元包含的濾波并網(wǎng)單元，包括第一電感、第二電感和濾波電容，其中濾波電容第一端與第五開關(guān)管輸入端相連；第一電感和第二電感相串聯(lián)；第一電感和第二電感的公共端與濾波電容的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連。需要說明的是，在本發(fā)明七電平逆變單元的其他實施例中，所述單相七電平逆變單元的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感、濾波電容和隔離變壓器，其中隔離變壓器初級線圈的第一端與第五開關(guān)管輸入端相連；第一電感和第二電感相串聯(lián)；第一電感和第二電感的公共端與隔離變壓器初級線圈的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連；濾波電容的兩個接線端分別與隔離變壓器次級線圈的兩個接線端相連。可以理解的是，在高頻切換時，為了防止本發(fā)明會產(chǎn)生共模漏電流問題，所述濾波并網(wǎng)單元也可以包括與濾波電容串聯(lián)的RC電路。需要說明的是所述單相七電平逆變單元還包括·輸入端并聯(lián)在第一直流源兩端的升壓電路；所述升壓電路的第一輸出端與所述第二電容和第三電容的公共端相連；升壓電路的第二輸出端與第一電容未連接第二電容的一端相連。由以上實施例可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)的二極管嵌位型五電平技術(shù)相比，本發(fā)明的電平數(shù)較多，開關(guān)管和電感的電壓變化率較小，而且所述單相七電平逆變器在不同模態(tài)最多有兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通，開關(guān)損耗和磁性元件損耗較小，并且，由于電平數(shù)的增多，本發(fā)明所述單相七電平逆變器輸出的電流紋波減小，進網(wǎng)電流諧波含量減小，使得逆變器中的濾波器的體體積明顯減小，逆變器的成本降低。而且本發(fā)明中增加了 Boost升壓電路，使得輸入電壓的范圍比較寬，適合輸入更高壓的場合。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種單相七電平逆變器，其特征在于，包括 串聯(lián)的第一直流源和第二直流源； 輸入端并聯(lián)在第一直流源兩端的升壓電路； 依次串聯(lián)的第一電容、第二電容和第三電容；所述第二電容和第三電容的公共端分別與所述升壓電路的第一輸出端和第一直流源的負(fù)極相連；所述第一電容未連接第二電容的一端與所述升壓電路的第二輸出端相連；所述第一電容和第二電容的公共端與第一直流源的正極相連； 陰極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第一二極管，所述第一二極管的陽極連接有第一開關(guān)管的輸入端； 陽極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第二二極管，所述第二二極管的陰極連接有第二開關(guān)管的輸入端； 陽極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第三二極管，所述第三二極管的陰極連接有第三開關(guān)管的輸入端； 陰極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第四二極管，所述第四二極管的陽極連接有第四開關(guān)管的輸入端； 所述第一開關(guān)管的輸出端與第四開關(guān)管的輸出端相連； 所述第二開關(guān)管的輸出端與第三開關(guān)管的輸出端相連； 輸出端與所述升壓電路的第二輸出端相連的第五開關(guān)管，所述第五開關(guān)管的輸入端連接有第六開關(guān)管的輸出端，所述第六開關(guān)管的輸入端與第二直流源的負(fù)極相連； 輸出端與第五開關(guān)管的輸出端相連的第七開關(guān)管，所述第七開關(guān)管的輸入端與所述第三開關(guān)管的輸出端相連； 輸入端與第二直流源的負(fù)極相連的第八開關(guān)管，所述第八開關(guān)管的輸出端與所述四開關(guān)管的輸出端相連； 陰極與所述升壓電路的第二輸出端相連的第五二極管，所述第五二極管的陽極與所述第四開關(guān)管的輸出端相連； 陽極與第二直流源的負(fù)極相連的第六二極管，所述第六二極管的陰極與所述第三開關(guān)管的輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相七電平逆變器，其特征在于，所述二極管為碳化硅二極管或快恢復(fù)二極管或超快速恢復(fù)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相七電平逆變器，其特征在于，單相七電平逆變器的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感和濾波電容，其中 濾波電容第一端與第五開關(guān)管輸入端相連； 第一電感和第二電感相串聯(lián)； 第一電感和第二電感的公共端與濾波電容的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的單相七電平逆變器，其特征在于，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管的控制端連接有控制芯片，所述控制芯片控制所述單相七電平逆變器實現(xiàn)八種有功工作模態(tài) 當(dāng)處于第一模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第七開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第二模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第二開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第三模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第三開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第四模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第五模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第八開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第六模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第四開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第七模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第一開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第八模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單相七電平逆變器，其特征在于，所述控制芯片控制所述單相七電平逆變器實現(xiàn)八種無功工作模態(tài) 當(dāng)處于第九模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第八開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第十模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第四開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第十一模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第一開關(guān)管和第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第十二模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第六開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止; 當(dāng)處于第十三模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第七開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第十四模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第二開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第十五模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第三開關(guān)管和第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止； 當(dāng)處于第十六模態(tài)時，所述控制芯片控制所述第五開關(guān)管導(dǎo)通，其余開關(guān)管均為截止。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相七電平逆變器，其特征在于，單相七電平逆變器的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感、濾波電容和隔離變壓器，其中 隔離變壓器初級線圈的第一端與第五開關(guān)管輸入端相連； 第一電感和第二電感相串聯(lián)； 第一電感和第二電感的公共端與隔離變壓器初級線圈的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連；濾波電容的兩個接線端分別與隔離變壓器次級線圈的兩個接線端相連。
7.一種單相七電平逆變單元，其特征在于，應(yīng)用于單相七電平逆變器，包括 依次串聯(lián)的第一電容、第二電容和第三電容；所述第二電容和第三電容的公共端分別與所述第一直流源的負(fù)極和第二直流源的正極相連；所述第一電容和第二電容的公共端與第一直流源的正極相連； 陰極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第一二極管，所述第一二極管的陽極連接有第一開關(guān)管的輸入端； 陽極與所述第一電容和第二電容的公共端相連的第二二極管，所述第二二極管的陰極連接有第二開關(guān)管的輸入端； 陽極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第三二極管，所述第三二極管的陰極連接有第三開關(guān)管的輸入端； 陰極與所述第二電容和第三電容的公共端相連的第四二極管，所述第四二極管的陽極連接有第四開關(guān)管的輸入端； 所述第一開關(guān)管的輸出端與第四開關(guān)管的輸出端相連； 所述第二開關(guān)管的輸出端與第三開關(guān)管的輸出端相連； 輸出端與所述第一電容未與第二電容相連的一端相連的第五開關(guān)管，所述第五開關(guān)管的輸入端連接有第六開關(guān)管的輸出端，所述第六開關(guān)管的輸入端與第二直流源的負(fù)極相連； 輸出端與第五開關(guān)管的輸出端相連的第七開關(guān)管，所述第七開關(guān)管的輸入端與所述第三開關(guān)管的輸出端相連； 輸入端與第二直流源的負(fù)極相連的第八開關(guān)管，所述第八開關(guān)管的輸出端與所述四開關(guān)管的輸出端相連； 陰極與所述第五開關(guān)管輸出端相連的第五二極管，所述第五二極管的陽極與所述第四開關(guān)管的輸出端相連； 陽極與第二直流源的負(fù)極相連的第六二極管，所述第六二極管的陰極與所述第三開關(guān)管的輸出端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單相七電平逆變單元，其特征在于，單相七電平逆變單元的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感和濾波電容，其中 濾波電容第一端與第五開關(guān)管輸入端相連； 第一電感和第二電感相串聯(lián)； 第一電感和第二電感的公共端與濾波電容的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單相七電平逆變單元，其特征在于，單相七電平逆變單元的濾波并網(wǎng)單元包括第一電感、第二電感、濾波電容和隔離變壓器，其中 隔離變壓器初級線圈的第一端與第五開關(guān)管輸入端相連； 第一電感和第二電感相串聯(lián)； 第一電感和第二電感的公共端與濾隔離變壓器初級線圈的第二端相連，第一電感未與第二電感相連的一端與第三開關(guān)管的輸出端相連；第二電感未與第一電感相連的一端與第四開關(guān)管的輸出端相連； 濾波電容的兩個接線端分別與隔離變壓器次級線圈的兩個接線端相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單相七電平逆變單元，其特征在于，單相七電平逆變單元還包括 輸入端并聯(lián)在第一直流源兩端的升壓電路； 所述升壓電路的第一輸出端與所述第二電容和第三電容的公共端相連； 升壓電路的第二輸出端與第一電容未連接第二電容的一端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單相七電平逆變器及其應(yīng)用電路，其中單相七電平逆變器包括兩個直流電源、一個升壓電路、八個開關(guān)管、六個二極管。相對于現(xiàn)有技術(shù)中需要采用均壓措施和較大的濾波器防止二極管兩端過壓而導(dǎo)致逆變器體積龐大、成本增加、損耗較多以及效率較低的問題，而且與現(xiàn)有技術(shù)相比相對于傳統(tǒng)二極管嵌位的多電平逆變器而言，二極管，開關(guān)管及電容器件減少很多。在保證為電流提供通路的同時，保證整個逆變器體積較小，同時損耗較小，效率較高，同時，升壓電路又使得電壓的輸入范圍變寬，適合輸入更高電壓的場合。
文檔編號H02M7/537GK102882412SQ20121042120
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者薛麗英, 胡兵, 周靈兵, 申譚, 張彥虎 申請人:陽光電源股份有限公司