本發(fā)明涉及電能轉(zhuǎn)換設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于九開關(guān)結(jié)構(gòu)的變換器電路。

背景技術(shù)：

圖1所示的九開關(guān)變換器作為工業(yè)應(yīng)用中不可或缺的電力電子設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、高速列車、電動(dòng)汽車、大型不間斷電源（UPS）、新能源發(fā)電等領(lǐng)域。然而，隨著九開關(guān)變換器功率的增大，以及功率開關(guān)管的開關(guān)頻率的提高，使得功率開關(guān)管的開關(guān)損耗越來(lái)越大，已成為制約高功率密度逆變器發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

在三相變換器控制方面，空間矢量脈沖寬度調(diào)制（SVPWM）技術(shù)與SPWM策略相比，具有輸出電流波形的諧波分量小，且直流母線電壓的利用率較高，更易于數(shù)字化控制。然而，由于九開關(guān)變換器結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性，變換器雖然在結(jié)構(gòu)上節(jié)省了開關(guān)管的使用，在控制上卻因?yàn)樯?、下逆變器的耦合而變得?fù)雜，使得傳統(tǒng)SVPWM技術(shù)的應(yīng)用受到了極大的限制。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于九開關(guān)結(jié)構(gòu)的變換器電路，旨在解決現(xiàn)有九開關(guān)變換器輸出電平數(shù)及母線電壓利用率不足的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種基于九開關(guān)結(jié)構(gòu)的變換器電路，包括輸入電源以及輸出端，其中，還包括：設(shè)置在輸入電源和輸出端之間的9個(gè)相同的，用于作為功率元件的模塊電路；

所述模塊電路包括依次連接的模塊電路輸入電源，功率電路以及輸出端口；隨功率電路的變化，所述模塊電路至少具有輸出端口電壓為正向輸入電源電壓、反向輸入電源電壓以及零電勢(shì)的電路模態(tài)。

所述的變換器電路，其中，所述功率電路包括：一對(duì)不帶有反向二極管的第一功率開關(guān)管及第四功率開關(guān)管；一對(duì)帶有反向二極管的第二功率開關(guān)管以及第三功率開關(guān)管及其第一和第二反向二極管；

所述第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管與第三功率開關(guān)管、第四功率開關(guān)管對(duì)稱設(shè)置；

所述第一功率開關(guān)管的源極與第三功率開關(guān)管的漏極連接，所述第二功率開關(guān)管的漏極與第四功率開關(guān)管的漏極連接。

所述的變換器電路，其中，所述模塊電路的輸出端口由第一功率開關(guān)管、第三功率開關(guān)管的連接端和第二功率開關(guān)管、第四功率開關(guān)管的連接端引出。

所述的變換器電路，其中，所述模塊電路包括6個(gè)電路模態(tài)，分別為：

第一功率開關(guān)管導(dǎo)通、第二功率開關(guān)管截止；第三功率開關(guān)管截止，第四功率開關(guān)管導(dǎo)通；第一及第二反向二極管截止的第一電路模態(tài)；

第一功率開關(guān)管截止、第二功率開關(guān)管導(dǎo)通；第三和第四功率開關(guān)管截止；第一反向二極管截止，第二反向二極管導(dǎo)通的第二電路模態(tài)；

第一功率開關(guān)管截止、第二功率開關(guān)管截止；第三和第四功率開關(guān)管截止；第一反向二極管截止，第二反向二極管截止的第三電路模態(tài)；

第一功率開關(guān)管導(dǎo)通、第二功率開關(guān)管導(dǎo)通；第三功率開關(guān)管截止，第四功率開關(guān)管截止；第一及第二反向二極管截止的第四電路模態(tài)

第一功率開關(guān)管截止、第二功率開關(guān)管截止；第三功率開關(guān)管截止，第四功率開關(guān)管導(dǎo)通；第一反向二極管截止，第二反向二極管導(dǎo)通的第五電路模態(tài)；

第一功率開關(guān)管截止、第二功率開關(guān)管截止；第三功率開關(guān)管導(dǎo)通，第四功率開關(guān)管截止；第一反向二極管導(dǎo)通，第二反向二極管截止的第六電路模態(tài)。

所述的變換器電路，其中，所述電壓輸出端包括第一三相輸出端和第二三相輸出端；所述9個(gè)模塊電路分別為第一至第九模塊電路；

所述第一三相輸出端從第一模塊電路、第四模塊電路以及第七模塊電路引出；所述第二三相輸出端從第二模塊電路、第五模塊電路以及第八模塊電路引出。

有益效果：本發(fā)明提供的一種基于九開關(guān)結(jié)構(gòu)的變換器電路，通過(guò)使用具有多個(gè)電路模態(tài)的模塊電路替代原變換器中的功率開關(guān)管，可以對(duì)模塊電路采用特定的控制，控制模塊電路進(jìn)入不同的電路模態(tài)，輸出多種的端口電壓，有效的提高了對(duì)于母線的直流電壓利用率并且增加了輸出的電平數(shù)，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的九開關(guān)變換器的拓?fù)鋱D。

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例的模塊電路的拓?fù)鋱D。

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的變換器電路圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種基于九開關(guān)結(jié)構(gòu)的變換器電路。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖3所示，為本發(fā)明具體實(shí)施例的一種變換器電路。包括：輸入電源100，輸出端200以及設(shè)置在輸入電源和輸出端之間9個(gè)相同的模塊電路310。所述9個(gè)模塊電路分別為第一至第九模塊電路（對(duì)應(yīng)圖3中的310-390所示）。

所述模塊電路作為功率元件，替代現(xiàn)有九開關(guān)變換器中的功率開關(guān)管，亦即設(shè)置位置與現(xiàn)有的九開關(guān)變換器的功率開關(guān)管相同。

如圖2所示，所述模塊電路310包括：依次連接的模塊電路輸入電源311，功率電路312以及輸出端口313。

在特定的控制下，通過(guò)控制功率電路內(nèi)部元件的截止或者導(dǎo)通，使所述模塊電路310至少具有輸出端口電壓為正向輸入電源電壓+U、反向輸入電源電壓-U以及零電勢(shì)0的電路模態(tài)。

與現(xiàn)有的開關(guān)管僅有導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)不同的是，模塊電路能夠提供的多種不同的電路模態(tài)。在多個(gè)模塊電路組合后，可以通過(guò)符合實(shí)際使用需求的控制方式，控制模塊電路之間相互配合，可以在變換器輸出端形成更多的電平數(shù)并且提高對(duì)于母線上直流電壓的利用率。

具體的，如圖2所示，所述功率電路可以包括：一對(duì)不帶有反向二極管的第一功率開關(guān)管S1及第四功率開關(guān)管S4；一對(duì)帶有反向二極管的第二功率開關(guān)管S2以及第三功率開關(guān)管S3及其第一反向二極管D1和第二反向二極管D2。

所述第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2與第三功率開關(guān)管S3、第四功率開關(guān)管S4分別形成兩組開關(guān)管（S1和S2；S3和S4兩組）對(duì)稱設(shè)置。

其中，第一功率開關(guān)管、第三功率開關(guān)管的連接端(b點(diǎn))和第二功率開關(guān)管、第四功率開關(guān)管的連接端（c點(diǎn)）引出所述模塊電路的輸出端口。

更具體的，在本實(shí)施例中，圖2所示的模塊電路具體包括有6個(gè)電路模態(tài)，其具體電路模態(tài)工作情況及開關(guān)狀態(tài)如下：

第一電路模態(tài)：第一功率開關(guān)管S1導(dǎo)通、第二功率開關(guān)管S2截止；第三功率開關(guān)管S3截止，第四功率開關(guān)管S4導(dǎo)通；第一及第二反向二極管截止。通過(guò)第一功率開關(guān)管S1和第四功率開關(guān)管S4導(dǎo)通，對(duì)模塊電源U2充電，輸出端口電壓為-U。

第二電路模態(tài)：第一功率開關(guān)管S1截止、第二功率開關(guān)管S2導(dǎo)通；第三S3和第四功率開關(guān)管S4截止；第一反向二極管D1截止，第二反向二極管D2導(dǎo)通。此時(shí)，由第二反向二極管D2和第二功率開關(guān)管S2導(dǎo)通，電源放電，輸出端口電壓為U。

第三電路模態(tài)：第一功率開關(guān)管S1截止、第二功率開關(guān)管S2截止；第三S3和第四功率開關(guān)管S4截止；第一反向二極管D1截止，第二反向二極管D2截止。所有的元件均處于截止?fàn)顟B(tài)，為電源旁路，輸出端口電壓為0。

第四電路模態(tài)：第一功率開關(guān)管S1導(dǎo)通、第二功率開關(guān)管S2導(dǎo)通；第三功率開關(guān)管S3截止，第四功率開關(guān)管S4截止；第一D1及第二反向二極管D2截止。此時(shí)第一功率開關(guān)管S1，第二功率開關(guān)管S2導(dǎo)通，為旁路模塊電源，輸出端口電壓為0。

第五電路模態(tài)：第一功率開關(guān)管S1截止、第二功率開關(guān)管S2截止；第三功率開關(guān)管S3截止，第四功率開關(guān)管S4導(dǎo)通；第一反向二極管D1截止，第二反向二極管D2導(dǎo)通。此時(shí)第二反向二極管D2，第四功率開關(guān)管S4導(dǎo)通，為旁路模塊電源，輸出端口電壓為0。

第六電路模態(tài)：第一功率開關(guān)管S1截止、第二功率開關(guān)管S2截止；第三功率開關(guān)管S3導(dǎo)通，第四功率開關(guān)管S4截止；第一反向二極管D1導(dǎo)通，第二反向二極管D2截止。相類似地，此時(shí)第三功率開關(guān)管S3和第一反向二極管D1導(dǎo)通，處于模塊電源充電狀態(tài)，輸出端口電壓為0。

在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，如圖3所示，所述模塊電路包括第一至第六模塊電路（200-205）。所述第一至第六模塊電路對(duì)應(yīng)設(shè)置在六開關(guān)變換器拓?fù)涞拈_關(guān)管位置。亦即使用6個(gè)相同的模塊電路分別替代六開關(guān)變換器的開關(guān)管。

具體的，如圖3所示，所述電壓輸出端包括第一三相輸出端OUTA和第二三相輸出端OUTB。

其中， 所述第一三相輸出端OUTA從第一模塊電路、第四模塊電路以及第七模塊電路引出。所述第二三相輸出端OUTB從第二模塊電路、第五模塊電路以及第八模塊電路引出。

根據(jù)以上描述，通過(guò)對(duì)上述9個(gè)模塊電路執(zhí)行合適的控制策略和控制時(shí)序后，可以獲得9種輸出電平，分別為-4U、-3U、-2U、-U、0、U、2U、3U、4U（設(shè)輸入電源電壓為U）。而且，其最大輸出電壓由±U拓展至±4U，因此大大提高了直流母線電壓利用率

與現(xiàn)有的九開關(guān)變換器相比，本發(fā)明實(shí)施例的變換器電路的母線的直流電壓利用率是原有變換器的4倍，而且輸出的電平數(shù)增加至9電平（通過(guò)模塊電路的不同電路模態(tài)配合獲得），有效的提高了該變換器電路的系統(tǒng)性能，總諧波畸變率（THD）得到了很好的控制，具有良好的應(yīng)用效果。

可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及本發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。