一種多電平變換器及供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，尤其涉及一種多電平變換器及供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 多電平變換器是將直流電（DC)轉(zhuǎn)化為隨時間變化呈現(xiàn)多個電平的交流電（AC)、 將隨時間變化呈現(xiàn)多個電平的交流電轉(zhuǎn)化為直流電、將直流電轉(zhuǎn)化為直流電或交流電轉(zhuǎn)化 為交流電的裝置，主要應(yīng)用于高壓大功率電機調(diào)速、無功補償或有源濾波等領(lǐng)域。所述交流 電一般為220v，50HZ的正弦波或方波，所述直流電可以是如電池、蓄電瓶等提供的直流電 能。
[0003] 多電平變換器可以采用二極管嵌位T性三電平拓撲實現(xiàn)三個電平的輸出，還可以 通過在二極管嵌位T性三電平拓撲的基礎(chǔ)上增加功率半導體器件或者通過低電平拓撲串 聯(lián)實現(xiàn)更多個數(shù)的電平輸出，但是，多電平變換器的整個拓撲的控制邏輯復雜度較高。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，為了降低多電平變換器的整個拓撲的控制邏輯復雜度，多電平變換 器還可以通過交錯并聯(lián)2個兩電平輸入的橋臂，在多電平變換器的工作時間周期內(nèi)使交錯 并聯(lián)的2個兩電平輸入的橋臂的開關(guān)管交錯接通或斷開，實現(xiàn)三個電平的輸出，且每個所 述橋臂與耦合電感連接，所述耦合電感根據(jù)2個橋臂的開關(guān)管交錯接通或斷開串聯(lián)，實現(xiàn) 對輸出的電平信號進行濾波消除紋波，每個所述橋臂包括兩個開關(guān)管。若需要多電平變換 器實現(xiàn)更多個數(shù)的電平的輸出，可以在所述2個兩電平輸入的橋臂的基礎(chǔ)上交錯并聯(lián)更多 的兩電平輸入的橋臂，實現(xiàn)多個電平的輸出，并結(jié)合所述耦合電感實現(xiàn)對輸出的電平信號 進行濾波消除紋波。但是，當交錯并聯(lián)更多的兩電平輸入的橋臂，實現(xiàn)多個電平的輸出時， 所述橋臂與所述耦合電感的連接路數(shù)增多，例如交錯并聯(lián)4個兩電平輸入的橋臂，實現(xiàn)7個 電平的輸出時，4個兩電平輸入的橋臂與所述耦合電感連接需要四路，因此，導致耦合電感 的加工復雜度較高，電路結(jié)構(gòu)較為復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實施例提供一種多電平變換器及供電系統(tǒng)，能夠有效降低耦合電感的加 工難度，簡化電路結(jié)構(gòu)。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案：
[0007] 第一方面，提供一種多電平變換器，包括：
[0008]至少一個變換單元，所述變換單元包括：2個并聯(lián)的多電平橋臂組，所述2個多電 平橋臂組包括第一多電平橋臂組和第二多電平橋臂組，每個所述多電平橋臂組包括：橋臂 組和耦合電感，所述橋臂組與所述耦合電感連接，所述耦合電感用于對所述橋臂組輸出的 電平信號濾波；
[0009] 其中，所述橋臂組包括至少N個交錯并聯(lián)的橋臂，每個所述橋臂與所述耦合電感 連接，所述N為大于或等于3的整數(shù)；
[0010] 在高頻周期內(nèi)，所述橋臂組中每個所述橋臂的高頻驅(qū)動信號與每個所述橋臂相鄰 的橋臂的高頻驅(qū)動信號相位錯開360/N度，所述第一多電平橋臂組中每個所述橋臂的高頻 驅(qū)動信號與所述第二多電平橋臂組中相對應(yīng)所述每個所述橋臂的橋臂的高頻驅(qū)動信號相 位錯開360/2N度；
[0011] 在工頻周期內(nèi)，所述2個并聯(lián)的多電平橋臂組的高頻驅(qū)動信號相位錯開180度，使 得所述2個并聯(lián)的多電平橋臂組輸出的電平信號相位錯開180度，從而使所述變換單元輸 出2[ (M-l)XN]+1個電平信號，所述M為所述變換單元接收的電平個數(shù)，所述M為大于或 等于3的整數(shù)；
[0012] 直流輸入單元，用于輸入直流電，為所述變換單元提供所述直流電；
[0013] 分壓單元，用于將所述直流輸入單元提供的所述直流電分為至少三個電平的直流 電，所述分壓單元的輸入端與所述直流輸入單元的輸出端連接，所述分壓單元的輸出端與 每個所述變換單元的輸入端連接，其中，所述分壓單元的輸出端分別與每個所述變換單元 中的每個所述橋臂的輸入端連接；
[0014] 至少一個濾波單元，用于將所述變換單元輸出的電平信號進行變壓轉(zhuǎn)化為交流 電，同時對所述交流電進行濾波，輸出所述交流電，每個所述濾波單元的輸入端分別與一個 不同的所述變換單元的輸出端連接，所述濾波單元與所述變換單元串聯(lián)。
[0015] 結(jié)合第一方面，在第一種可實現(xiàn)方式中，
[0016] 每個所述橋臂包括至少一個開關(guān)管，所述開關(guān)管為功率器件。
[0017] 結(jié)合第一種可實現(xiàn)方式，在第二種可實現(xiàn)方式中，
[0018] 所述濾波單元包括隔離變壓器和電容，所述隔離變壓器用于將所述變換單元輸出 的電平信號進行變壓轉(zhuǎn)化為所述交流電，同時通過所述隔離變壓器的漏感對所述變換單元 輸出的電平信號進行濾波和通過所述電容對所述交流電進行濾波。
[0019] 結(jié)合第一種可實現(xiàn)方式，在第三種可實現(xiàn)方式中，
[0020] 所述濾波單元包括隔離變壓器和無源濾波器，所述隔離變壓器用于將所述變換單 元輸出的電平信號進行變壓轉(zhuǎn)化為所述交流電，同時通過所述隔離變壓器的漏感對所述變 換單元輸出的電平信號進行濾波和通過所述無源濾波器對所述交流電進行濾波。
[0021] 第二方面，提供一種多電平變換器，包括：
[0022] 至少一個變換單元，所述變換單元包括：2個并聯(lián)的多電平橋臂組，所述2個多電 平橋臂組包括第一多電平橋臂組和第二多電平橋臂組，每個所述多電平橋臂組包括：橋臂 組和耦合電感，所述橋臂組與所述耦合電感連接，所述耦合電感用于對輸入至所述橋臂組 的電平信號進行濾波；
[0023] 其中，所述橋臂組包括至少N個交錯并聯(lián)的橋臂，每個所述橋臂與所述耦合電感 連接，所述N為大于或等于3的整數(shù)；
[0024] 在高頻周期內(nèi)，所述橋臂組中每個所述橋臂的高頻驅(qū)動信號與每個所述橋臂相鄰 的橋臂的高頻驅(qū)動信號相位錯開360/N度，所述第一多電平橋臂組中每個所述橋臂的高頻 驅(qū)動信號與所述第二多電平橋臂組中相對應(yīng)所述每個所述橋臂的橋臂的高頻驅(qū)動信號相 位錯開360/2N度；
[0025] 在工頻周期內(nèi)，所述2個并聯(lián)的多電平橋臂組的高頻驅(qū)動信號相位錯開180度，使 得所述2個并聯(lián)的多電平橋臂組輸入的電平信號相位錯開180度，從而對所述變換單元接 收到的2[ (M-l)XN]+1個電平信號進行轉(zhuǎn)化，輸出至少三個電平的直流電，所述M為所述 變換單元輸出的電平個數(shù)，所述M為大于或等于3的整數(shù)；
[0026] 交流輸入單元，用于輸入交流電，為所述變換單元提供所述交流電；
[0027] 至少一個濾波單元，用于將所述交流輸入單元輸入的交流電進行變壓轉(zhuǎn)化為電平 信號，同時對所述交流電進行濾波，將所述電平信號輸出至所述變換單元，每個所述濾波單 元的輸入端連接所述交流輸入單元的輸出端，每個所述濾波單元的輸出端分別與一個不同 的所述變換單元的輸入端連接，所述濾波單元與所述變換單元串聯(lián)；
[0028] 分壓單元，用于將所述變換單元輸出的至少三個電平的直流電轉(zhuǎn)換為兩電平的直 流電，所述分壓單元的輸入端與每個所述變換單元的輸出端連接，其中，所述分壓單元的輸 入端分別與每個所述變換單元中的每個所述橋臂的輸出端連接；
[0029] 直流輸出單元，用于接收所述分壓單元輸出的直流電，輸出所述直流電，所述分壓 單元的輸出端連接所述直流輸出單元的輸入端。
[0030] 結(jié)合第二方面，在第一種可實現(xiàn)方式中，
[0031] 每個所述橋臂包括至少一個開關(guān)管，所述開關(guān)管為功率器件。
[0032] 結(jié)合第一種可實現(xiàn)方式，在第二種可實現(xiàn)方式中，
[0033] 所述濾波單元包括隔離變壓器和電容，所述隔離變壓器用于將所述交流輸入單元 輸入的交流電進行變壓轉(zhuǎn)化為電平信號，同時通過所述隔離變壓器的漏感對所述電平信號 進行濾波和通過所述電容對所述交流電進行濾波，輸出所述電平信號。
[0034] 結(jié)合第一種可實現(xiàn)方式，在第三種可實現(xiàn)方式中，
[0035] 所述濾波單元包括隔離變壓器和無源濾波器，所述隔離變壓器用于將所述交流輸 入單元輸入的交流電進行變壓轉(zhuǎn)化為電平信號，同時通過所述隔離變壓器的漏感對所述電 平信號進行濾波和通過所述無源濾波器對所述交流電進行濾波，輸出所述電平信號。
[0036] 第三方面，提供一種供電系統(tǒng)，包括：負載以及以上任意所述的多電平變換器中至 少一個，所述多電平變換器用于將交流電轉(zhuǎn)化為直流電或?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)化為交流電，以為所 述負載提供直流電或交流電。
[0037] 本發(fā)明實施例提供一種多電平變換器及供電系統(tǒng)，所述多電平變換器包括：至少 一個變換單元，所述變換單元包括：至少一個變換單元，所述變換單元包括：2個并聯(lián)的多 電平橋臂組，所述2個多電平橋臂組包括第一多電平橋臂組和第二多電平橋臂組，每個所 述多電平橋臂組包括：橋臂組和耦合電感，所述橋臂組與所述耦合電感連接，所述耦合電感 用于對所述橋臂組輸出的電平信號濾波；其中，所述橋臂組包括至少N個交錯并聯(lián)的橋臂， 每個所述橋臂與所述耦合電感連接，所述N為大于或等于3的整數(shù)；在高頻周期內(nèi)，所述橋 臂組中每個所述橋臂的高頻驅(qū)動信號與每個所述橋臂相鄰的橋臂的高頻驅(qū)動信號相位錯 開360/N度，所述第一多電平橋臂組中每個所述橋臂的高頻驅(qū)動信號與所述第二多電平橋 臂組中相對應(yīng)所述每個所述橋臂的橋臂的高頻驅(qū)動信號相位錯開360/2N度；在工頻周期 內(nèi)，所述2個并聯(lián)的多電平橋臂組的高頻驅(qū)動信號相位錯開180度，使得所述2個并聯(lián)的多 電平橋臂組輸出的電平信號相位錯開180度，從而使所述變換單元輸出2 [ (M-1)XN]+1個 電平信號，所述M為所述變換單元接收的電平個數(shù)，所述M為大于或等于3的整數(shù)；直流輸 入單元，用于輸入直流電，為所述變換單元提供所述直流電；分壓單元，用于將所述直流輸 入單元提供的所述直流電分為至少三個電平的直流電，所述分壓單元的輸入端與所述直流 輸入單元的輸出端連接，所述分壓單元的輸出端與每個所述變換單元的輸入端連接，其中， 所述分壓單元的輸出端分別與每個所述變換單元中的每個所述橋臂的輸入端連接；至少一 個濾波單元，用于將所述變換單元輸出的電平信號進行變壓轉(zhuǎn)化為交流電，同時對所述交 流電進行濾波，輸出所述交流電，每個所述濾波單元的輸入端分別與一個不同的所述變換 單元的輸出端連接，所述濾波單元與所述變換單元串聯(lián)。這樣一來，通過采用2個并聯(lián)的多 電平橋臂組，每個所述多電平橋臂組包括橋臂組與耦合電感，且該橋臂組與該耦合電感連 接，實現(xiàn)2個并聯(lián)的多電平橋臂組輸出2 [ (M-l)XN] +1個電平信號，相對于現(xiàn)有技術(shù)，在輸 出電平信號個數(shù)相等的情況下采用多電平橋臂組，能夠有效地降低耦合電感的加工難度， 簡化電路結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0038] 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。
[0039] 圖l_a為本發(fā)明實施例提供的一種多電平變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖1-b為本發(fā)明實施例提供的另一種多電平變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明實施例提供的又一種多電平變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖3為本發(fā)明實施例提供的一種多電平變換器輸出電壓示意圖；
[0043] 圖4為本發(fā)明實施例提供的一種多電平變換器中的電壓波形圖；
[0044] 圖5_a為本發(fā)明實施例提供的另一種多電平變換器中的電壓波形圖；
[0045] 圖5_b為本發(fā)明實施例提供的又一種多電平變換器中的電壓波形圖；
[0046] 圖6為本發(fā)明實施例提供的再一種多電平變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047] 圖7為本發(fā)明實施例提供的另再一種多電平變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖8為本發(fā)明實施例提供的又再一種多電平變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049] 圖9_a為本發(fā)明實施例提供的再再一種多電平變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050] 圖9-b為本發(fā)明實施例提供的另另一種多電平變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051] 圖10為本發(fā)明實施例提供的另又一種多電平變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052] 圖11為本發(fā)明實施例提供的另一種多電平變換器輸出電壓示意圖；
[0053] 圖12-a為本發(fā)明實施例提供的又一種多電平變換器中的電壓波形圖；
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