本實(shí)用新型涉及一種多電平輸出全橋逆變器，屬電能變換裝置中的逆變器。

背景技術(shù)：
：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變器得到了廣泛的研究和應(yīng)用，但是在需要高頻高壓的工業(yè)場(chǎng)合中，高頻逆變器采用的仍然是方波輸出，其輸出電平只有+U和-U兩態(tài)電平，而逆變拓?fù)渲挥邪霕蚝腿珮騼煞N。方波逆變輸出控制雖然方案簡(jiǎn)單易行，但是開關(guān)損耗較高，轉(zhuǎn)換效率低下，總諧波畸變很高，功率三極開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力很大，導(dǎo)致功率三極開關(guān)管很容易損壞。半橋逆變雖然設(shè)備成本沒有全橋高，但是半橋逆變拓?fù)漭敵鲭妷褐挥腥珮蚰孀兺負(fù)涞囊话?，而全橋逆變拓?fù)溆直劝霕蚰孀兺負(fù)涠嗔藘芍还β嗜龢O開關(guān)管，在高頻高壓的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合上，這將會(huì)大大增加成本。五電平逆變器是近年來被提出以及大量研究的新型逆變拓?fù)?。與傳統(tǒng)的全橋或半橋逆變拓?fù)湎啾?，五電平逆變器具有輸出多態(tài)電平，轉(zhuǎn)換效率較高，總諧波畸變較小，在輸出較低態(tài)電平時(shí)，功率三極開關(guān)管承受電壓應(yīng)力較小等優(yōu)點(diǎn)。五電平逆變器為同時(shí)實(shí)現(xiàn)高頻輸出和多電平輸出提供了一種途徑，具有很高的研究?jī)r(jià)值以及廣闊的發(fā)展背景。但是其存在以下缺點(diǎn)：只能輸出五態(tài)電平，無法應(yīng)用在要求總諧波畸變更低的場(chǎng)合；常用的二極管鉗位型五電平逆變器需要二極管耐壓很高，器件體積較大；需要較多了功率開關(guān)三極管來實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，器件成本較大。此外，大部分五電平逆變器都只能適用純阻性負(fù)載的情況，應(yīng)用環(huán)境狹窄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本實(shí)用新型提供一種能保留五電平逆變器轉(zhuǎn)換效率較高和較低的總諧波畸變優(yōu)點(diǎn)的多電平輸出全橋逆變器。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種多電平輸出全橋逆變器包括外接電源、多電平產(chǎn)生電路和全橋逆變電路，所述多電平產(chǎn)生電路包括第一功率二極管、第二功率二極管、第三功率二極管、第四功率二極管、第一充放電電容、第二充放電電容、第一功率三極開關(guān)管，所述全橋逆變電路包括第二功率三極開關(guān)管、第三功率三極開關(guān)管、第四功率三極開關(guān)管、第五功率三極開關(guān)管；所述第一功率二極管的陽(yáng)極與外接電源的正端輸入電感一端連接，第一功率二極管的陰極和第一功率三極開關(guān)管的漏極，連接到第一充放電電容的正端；第二功率二極管的陽(yáng)極與第一功率三極開關(guān)管的漏極連接；第三功率二極管的陽(yáng)極與第一充放電電容的負(fù)端連接，第三功率二極管的陰極與第一功率三極開關(guān)管的源極連接；第二充放電電容的負(fù)端和第四功率二極管的陽(yáng)極，與第一功率三極開關(guān)管的源極連接；第四功率二極管的陰極與外接電源的負(fù)端連接；第二功率二極管的陰極，與第二功率三極開關(guān)管的漏極和第五功率三極開關(guān)管的漏極連接；第三功率二極管的陽(yáng)極，與第三功率三極開關(guān)管的源極和第四功率三極開關(guān)管的源極連接；第二功率三極開關(guān)管的源極與第三功率三極開關(guān)管的漏極連接，該連接點(diǎn)作為輸出電壓的一端；四功率三極開關(guān)管的漏極與第五功率三極開關(guān)管的源極連接，該連接點(diǎn)作為輸出電壓的另一端。

優(yōu)選地，所述外接電源還與輸入電感、電容，輸入電感、電容串聯(lián)后與外接電源并聯(lián)。

本實(shí)用新型具有如下有益效果：

（1）轉(zhuǎn)換效率高，節(jié)約能源；

（2）總諧波畸變很低，提高了逆變器使用壽命，降低了維護(hù)成本；

（3）除了五電平輸出，可以實(shí)現(xiàn)更多態(tài)電平輸出，比如七電平、九電平、十一電平輸出等等，能適應(yīng)不同場(chǎng)合對(duì)總諧波畸變的不同需求；

（4）控制方案簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，具有較高的可靠性。

附圖說明：

圖1是本實(shí)用新型的多電平輸出全橋逆變器電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a為本實(shí)用新型實(shí)施例第一工作模態(tài)示意圖。

圖2b為本實(shí)用新型實(shí)施例第二工作模態(tài)示意圖。

圖2c為本實(shí)用新型實(shí)施例第三工作模態(tài)示意圖。

圖2d為本實(shí)用新型實(shí)施例第四工作模態(tài)示意圖。

圖2e為本實(shí)用新型實(shí)施例第五工作模態(tài)示意圖。

其中：

1——多電平產(chǎn)生電路；2——全橋逆變電路；D₁~D₄——第一~第四功率極管；Q₁~Q₅——第一~第五功率三極開關(guān)管；C₁、C₂——第一、第二充放電電容；L——輸入電感；C——輸入電容；U——外接電源；U_o——逆變器輸出電壓。

具體實(shí)施方式：

如圖1所示，本實(shí)用新型多電平輸出全橋逆變器包括外接電源Ui、多電平產(chǎn)生電路（1）和全橋逆變電路2。外接電源Ui還與輸入電感L、電容C，輸入電感L、電容C串聯(lián)后與外接電源Ui并聯(lián)。多電平產(chǎn)生電路1包括第一功率二極管D₁、第二功率二極管D₂、第三功率二極管D₃、第四功率二極管D₄、第一充放電電容C₁、第二充放電電容C₂、第一功率三極開關(guān)管Q₁，所述全橋逆變電路2包括第二功率三極開關(guān)管Q₂、第三功率三極開關(guān)管Q₃、第四功率三極開關(guān)管Q₄、第五功率三極開關(guān)管Q₅。

第一功率二極管D₁的陽(yáng)極與外接電源的輸入電感一端連接，第一功率二極管D₁的陰極和第一功率三極開關(guān)管Q₁的漏極，連接到第一充放電電容C₁的正端；第二功率二極管D₂的陽(yáng)極與第一功率三極開關(guān)管Q₁的漏極連接；第三功率二極管D₃的陽(yáng)極與第一充放電電容C₁的負(fù)端連接，第三功率二極管D₃的陰極與第一功率三極開關(guān)管Q₁的源極連接；第二充放電電容C₂的負(fù)端和第四功率二極管D₄的陽(yáng)極，與第一功率三極開關(guān)管Q₁的源極連接；第四功率二極管D₄的陰極與外接電源U的負(fù)端連接；第二功率二極管D₂的陰極，與第二功率三極開關(guān)管Q₂的漏極和第五功率三極開關(guān)管Q₅的漏極連接；第三功率二極管D₃的陽(yáng)極，與第三功率三極開關(guān)管Q₃的源極和第四功率三極開關(guān)管Q₄的源極連接；第二功率三極開關(guān)管Q₂的源極與第三功率三極開關(guān)管Q₃的漏極連接，該連接點(diǎn)作為輸出電壓的一端；四功率三極開關(guān)管Q₄的漏極與第五功率三極開關(guān)管Q₅的源極連接，該連接點(diǎn)作為輸出電壓的另一端。

本實(shí)用新型的工作原理是：正半周時(shí)，輸出電平態(tài)為0時(shí)，第一功率三極開關(guān)管Q₁導(dǎo)通，第二功率三極開關(guān)管Q₂、第三功率三極開關(guān)管Q₃、第四功率三極開關(guān)管Q₄和第五功率三極開關(guān)管Q₅截止；輸出電平態(tài)為+ U時(shí)，第一功率三極開關(guān)管Q₁、第三功率三極開關(guān)管Q₃和第五功率三極開關(guān)管Q₅截止，第二功率三極開關(guān)管Q₂和第四功率三極開關(guān)管Q₄導(dǎo)通；輸出電平態(tài)為+ 2U時(shí)，第一功率三極開關(guān)管Q₁，第二功率三極開關(guān)管Q₂和第四功率三極開關(guān)管Q₄導(dǎo)通，第三功率三極開關(guān)管Q₃和第五功率三極開關(guān)管Q₅截止。負(fù)半周時(shí)，輸出電平態(tài)為0時(shí)，第一功率三極開關(guān)管Q₁導(dǎo)通，第二功率三極開關(guān)管Q₂、第三功率三極開關(guān)管Q₃、第四功率三極開關(guān)管Q₄和第五功率三極開關(guān)管Q₅截止；輸出電平態(tài)為- U時(shí)，第一功率三極開關(guān)管Q₁、第二功率三極開關(guān)管Q₂和第四功率三極開關(guān)管Q₄截止，第三功率三極開關(guān)管Q₃和第五功率三極開關(guān)管Q₅導(dǎo)通；輸出電平態(tài)為- 2U時(shí)，第一功率三極開關(guān)管Q₁、第三功率三極開關(guān)管Q₃和第五功率三極開關(guān)管Q₅導(dǎo)通，第二功率三極開關(guān)管Q₂和第四功率三極開關(guān)管Q₄截止。第一充放電電容C₁和第二充放電電容C₂的并聯(lián)充電和串聯(lián)放電交替進(jìn)行，配合全橋逆變的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，保證了0、- U 、+ U、- 2U和+ 2U的五電平態(tài)輸出，在第二功率二極管D₂的陰極和第二功率三極開關(guān)管Q₂、的漏極直接再接入N個(gè)多電平產(chǎn)生電路（1）可以輸出5+2N個(gè)電平態(tài)。

下面以附圖1為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖2來敘述本實(shí)用新型的具體工作原理和工作模態(tài)。

1.輸出電壓大于零，此時(shí)電路包括兩個(gè)工作模態(tài)：

第一工作模態(tài): 如圖2(a)所示，第一功率三極開關(guān)管Q₁、第三功率三極開關(guān)管Q₃和第五功率三極開關(guān)管Q₅截止，第二功率三極開關(guān)管Q₂和第四功率三極開關(guān)管Q₄導(dǎo)通；外接電源U對(duì)第一充放電電容C₁和第二充放電電容C₂進(jìn)行并聯(lián)充電，輸出電壓U_o為+U。

第二工作模態(tài)：如圖2(b)所示，第一功率三極開關(guān)管Q₁，第二功率三極開關(guān)管Q₂和第四功率三極開關(guān)管Q₄導(dǎo)通，第三功率三極開關(guān)管Q₃和第五功率三極開關(guān)管Q₅截止；第一充放電電容C₁和第二充放電電容C₂進(jìn)行串聯(lián)放電，輸出電壓U_o為+2U。

2.輸出電壓小于零，此時(shí)電路包括兩個(gè)工作模態(tài)：

第三工作模態(tài)：如圖2(c)所示，第一功率三極開關(guān)管Q₁、第二功率三極開關(guān)管Q₂和第四功率三極開關(guān)管Q₄截止，第三功率三極開關(guān)管Q₃和第五功率三極開關(guān)管Q₅導(dǎo)通；外接電源U對(duì)第一充放電電容C₁和第二充放電電容C₂進(jìn)行并聯(lián)充電，輸出電壓U_o為-U。

第四工作模態(tài)：如圖2(d)所示，第一功率三極開關(guān)管Q₁、第三功率三極開關(guān)管Q₃和第五功率三極開關(guān)管Q₅導(dǎo)通，第二功率三極開關(guān)管Q₂和第四功率三極開關(guān)管Q₄截止；第一充放電電容C₁和第二充放電電容C₂進(jìn)行串聯(lián)放電，輸出電壓U_o為-2U。

3.輸出電壓等于零，此時(shí)電路有一個(gè)工作模態(tài)：

第五工作模態(tài)：如圖2(e)所示，第一功率三極開關(guān)管Q₁導(dǎo)通，第二功率三極開關(guān)管Q₂、第三功率三極開關(guān)管Q₃、第四功率三極開關(guān)管Q₄和第五功率三極開關(guān)管Q₅截止；輸出電壓U_o為0。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)和發(fā)展，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。