專利名稱：三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，尤其涉及一種三電平逆變器。
背景技術(shù)：
三電平逆變器是基于三個固定電平的脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)電路，在電力電子領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。目前，如圖I所示的中點(diǎn)箝位(Natural Point Clamping, NPC)三電平逆變器最為常見，兩個直流電源BUSl與BUS2之間的連接點(diǎn)為節(jié)點(diǎn) N,由于在將逆變器的輸出電壓箝位在節(jié)點(diǎn)N的電壓時(shí)，需要輸出電流Io通過二極管Dl或二極管D2續(xù)流，但是，由于二極管的單向?qū)щ娦?，只能通過二極管Dl或D2所對應(yīng)的其中的一條回路進(jìn)行續(xù)流，從而電路的損耗較大，效率較低且不利于散熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種三電平逆變器，降低了電路損耗、提高了效率且利于散熱。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案一種三電平逆變器，包括第一直流源和第二直流源，所述第一直流源負(fù)極和所述第二直流源正極連接作為為第一節(jié)點(diǎn)，依次串聯(lián)在所述第一直流源正極與第二直流源負(fù)極之間的第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的連接處為第二節(jié)點(diǎn)，所述第二開關(guān)管和第三開關(guān)管的連接處為第三節(jié)點(diǎn)，所述第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的連接處為第四節(jié)點(diǎn)，第一二極管，其陽極連接于所述第一節(jié)點(diǎn)，其陰極連接于所述第二節(jié)點(diǎn)，第二二極管，其陰極連接于所述第一節(jié)點(diǎn)，其陽極連接于所述第四節(jié)點(diǎn)，濾波單元，所述濾波單元的兩端分別連接于所述第一節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)，還包括第五開關(guān)管，所述第五開關(guān)管連接于所述第二節(jié)點(diǎn)與第四節(jié)點(diǎn)之間。本發(fā)明實(shí)施例提供的三電平逆變器，將輸出電壓箝位在第一節(jié)點(diǎn)的電壓的過程中，當(dāng)?shù)谌?jié)點(diǎn)輸出電流為正電流時(shí)，實(shí)際電流與輸出電流的方向相同，即實(shí)際電流從第一節(jié)點(diǎn)依次流過第一二極管、第五開關(guān)管和第三開關(guān)管到達(dá)第三節(jié)點(diǎn)進(jìn)行續(xù)流，并且同時(shí)實(shí)際電流還可以從第一節(jié)點(diǎn)依次流過第一二極管和第二開關(guān)管到達(dá)第三節(jié)點(diǎn)進(jìn)行續(xù)流，從而使第三節(jié)點(diǎn)輸出第一節(jié)點(diǎn)的電壓，由于有兩條續(xù)流回路，即第二開關(guān)管與相互串聯(lián)的第三開關(guān)管和第五開關(guān)管并聯(lián)進(jìn)行續(xù)流，與現(xiàn)有技術(shù)中僅有單條續(xù)流回路相比，提高了對開關(guān)管的利用率，使得有更多的開關(guān)管分?jǐn)傠娏骱蛽p耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱；當(dāng)?shù)谌?jié)點(diǎn)輸出電流為負(fù)電流時(shí)，實(shí)際電流與輸出電流的方向相反，即實(shí)際電流從第三節(jié)點(diǎn)依次流過第二開關(guān)管、第五開關(guān)管和第二二極管到達(dá)第一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行續(xù)流，并且同時(shí)實(shí)際電流還可以從第三節(jié)點(diǎn)依次流過第三開關(guān)管和第二二極管到達(dá)第一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行續(xù)流，從而使第三節(jié)點(diǎn)輸出第一節(jié)點(diǎn)的電壓，由于有兩條續(xù)流回路，即第三開關(guān)管與相互串聯(lián)的第二開關(guān)管和第五開關(guān)管并聯(lián)進(jìn)行續(xù)流，與現(xiàn)有技術(shù)中僅有單條續(xù)流回路相比，提高了對開關(guān)管的利用率，使得有更多的開關(guān)管分?jǐn)傠娏骱蛽p耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)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(shí)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。
的示意圖
的示意圖
圖I為現(xiàn)有技術(shù)中一種三電平逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一種三電平逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖3為圖2中將輸出電壓箝位在第一節(jié)點(diǎn)的電壓的過程中輸出電流為正電流時(shí)時(shí)
圖4為圖2中將輸出電壓箝位在第一節(jié)點(diǎn)的電壓的過程中輸出電流為負(fù)電流時(shí)時(shí)
圖5為圖2中第五開關(guān)管為MOSFET的示意圖6為圖2中第五開關(guān)管為IGBT的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，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。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三電平逆變器，包括第一直流源BUSl和第二直流源BUS2，第一直流源BUSl負(fù)極和第二直流源BUS2正極連接作為為第一節(jié)點(diǎn)N ;依次串聯(lián)在第一直流源BUSl的正極與第二直流源BUS2的負(fù)極之間的第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4，其中，第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2的連接處為第二節(jié)點(diǎn)B，第二開關(guān)管Q2和第三開關(guān)管Q3的連接處為第三節(jié)點(diǎn)0，第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4的連接處為第四節(jié)點(diǎn)D ;第一二極管D1，其陽極連接于第一節(jié)點(diǎn)N，其陰極連接于第二節(jié)點(diǎn)B ;第二二極管D2，其陰極連接于第一節(jié)點(diǎn)N，其陽極連接于第四節(jié)點(diǎn)D ;濾波單元 I，濾波單元I的兩端分別連接于第一節(jié)點(diǎn)N和第三節(jié)點(diǎn)O ;第五開關(guān)管Q5，第五開關(guān)管Q5 連接于第二節(jié)點(diǎn)B與第四節(jié)點(diǎn)D之間。在上述三電平逆變器中，第一直流源BUSl和第二直流源BUS2可認(rèn)為是恒定不變的電壓源，輸出節(jié)點(diǎn)為第三節(jié)點(diǎn)0，中點(diǎn)箝位續(xù)流二極管為第一二極管Dl和第二二極管D2。 三電平逆變器在將輸出電壓箝位在第一節(jié)點(diǎn)N的電壓時(shí)，可以將第一開關(guān)管Ql和第四開關(guān)管Q4關(guān)斷，第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3和第五開關(guān)管Q5導(dǎo)通，此時(shí)第三節(jié)點(diǎn)O輸出第一節(jié)點(diǎn)N的電壓值。具體地，如圖3所示，當(dāng)?shù)谌?jié)點(diǎn)O輸出電流Io為正電流時(shí)，實(shí)際電流
Il與輸出電流Io的方向相同，即實(shí)際電流Il從第一節(jié)點(diǎn)N依次流過第一二極管D1、第五開關(guān)管Q5和第三開關(guān)管Q3到達(dá)第三節(jié)點(diǎn)O進(jìn)行續(xù)流，并且同時(shí)實(shí)際電流Il還從第一節(jié)點(diǎn) N依次流過第一二極管Dl和第二開關(guān)管D2到達(dá)第三節(jié)點(diǎn)O進(jìn)行續(xù)流，從而使第三節(jié)點(diǎn)O輸出第一節(jié)點(diǎn)N的電壓，由于有兩條續(xù)流回路，即第二開關(guān)管Q2與相互串聯(lián)的第三開關(guān)管Q3和第五開關(guān)管Q5并聯(lián)進(jìn)行續(xù)流，與現(xiàn)有技術(shù)中僅有單條續(xù)流回路相比，提高了對開關(guān)管的利用率，使得有更多的開關(guān)管分?jǐn)傠娏骱蛽p耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱；如圖4所示，當(dāng)?shù)谌?jié)點(diǎn)O輸出電流Io為負(fù)電流時(shí)，實(shí)際電流12與輸出電流Io的方向相反， 即實(shí)際電流12從第三節(jié)點(diǎn)O依次流過第二開關(guān)管Q2、第五開關(guān)管Q5和第二二極管D2到達(dá)第一節(jié)點(diǎn)N進(jìn)行續(xù)流，并且同時(shí)實(shí)際電流Il還從第三節(jié)點(diǎn)O依次流過第三開關(guān)管Q3和第二二極管D2到達(dá)第一節(jié)點(diǎn)N進(jìn)行續(xù)流，從而使第三節(jié)點(diǎn)O輸出第一節(jié)點(diǎn)N的電壓，由于有兩條續(xù)流回路，即第三開關(guān)管Q3與相互串聯(lián)的第二開關(guān)管Q2和第五開關(guān)管Q5并聯(lián)進(jìn)行續(xù)流，與現(xiàn)有技術(shù)中僅有單條續(xù)流回路相比，提高了對開關(guān)管的利用率，使得有更多的開關(guān)管分?jǐn)傠娏骱蛽p耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱。需要說明的是，圖3和圖4中箭頭為電流方向的示意。如圖5所示，進(jìn)一步地，濾波單元I包括電感L和電容C，電感L的一端連接于第三節(jié)點(diǎn)0，電容C的一端連接于電感L的另一端，電容C的另一端連接于第一節(jié)點(diǎn)N。第五開關(guān)管Q5可以為場效應(yīng)晶體管,例如金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)，其漏極連接于第二節(jié)點(diǎn)B，其源極連接于第四節(jié)點(diǎn) D，其柵極連接控制信號，用于控制第五開關(guān)管Q5的開通與關(guān)斷?；蛘呷鐖D6所示，第五開關(guān)管Q5可以為雙極性晶體管，例如絕緣柵雙極性晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)，其集電極連接于第二節(jié)點(diǎn)B，其發(fā)射極連接于第四節(jié)點(diǎn)D，由于MOSFET 內(nèi)部集成有寄生二極管，但I(xiàn)GBT無寄生二極管，因此進(jìn)一步地，上述三電平逆變器還可以包括連接于第五開關(guān)管Q5的發(fā)射極和集電極之間的反并二極管D3，其陽極連接于第五開關(guān)管Q5的發(fā)射極，其陰極連接于第五開關(guān)管Q5的集電極，用于保護(hù)IGBT不被反壓擊穿。具體的工作原理與上述實(shí)施例相同，在此不再贅述。需要說明的是，上述實(shí)施例中的第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4可以為M0SFET，其中，第一開關(guān)管Q1，其漏極連接于第一直流源BUSl的正極；第二開關(guān)管Q2，其漏極連接于第一開關(guān)管Ql的源極作為第二節(jié)點(diǎn)B ;第三開關(guān)管Q3，其漏極連接于第二開關(guān)管Q2的源極作為第三節(jié)點(diǎn)O ;第四開關(guān)管Q4，其漏極連接于第三開關(guān)管Q3的源極作為第四節(jié)點(diǎn)D，其源極連接于第二直流源BUS2的負(fù)極；上述每個開關(guān)管分別具有一個反并二極管，反并二極管的陽極分別連接于每個開關(guān)管的源極，反并二極管的陰極分別連接于每個開關(guān)管的漏極?？蛇x地，第一開關(guān)管Ql、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4還可以為IGBT，其中，第一開關(guān)管Ql，其集電極連接于第一直流源BUSl的正極；第二開關(guān)管Q2，其集電極極連接于第一開關(guān)管Ql的發(fā)射極作為第二節(jié)點(diǎn)B ;第三開關(guān)管Q3，其集電極連接于第二開關(guān)管Q2的發(fā)射極作為第三節(jié)點(diǎn)O ;第四開關(guān)管Q4，其集電極連接于第三開關(guān)管Q3的發(fā)射極作為第四節(jié)點(diǎn)D，其發(fā)射極連接于第二直流源BUS2的負(fù)極； 上述每個開關(guān)管分別具有一個反并二極管，反并二極管的陽極分別連接于每個開關(guān)管的發(fā)射極，反并二極管的陰極分別連接于每個開關(guān)管的集電極?？蛇x地，第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4還可以為其他半導(dǎo)體開關(guān)器件，且四個開關(guān)管內(nèi)部都分別集成或外部并聯(lián)有反并二極管。在本發(fā)明實(shí)施例中，僅增加了一個額外的第五開關(guān)管，即實(shí)現(xiàn)了在將上述三電平逆變器的輸出電壓箝位在第一節(jié)點(diǎn)的電壓時(shí)，同時(shí)有兩條續(xù)流回路，與現(xiàn)有技術(shù)中僅有單條續(xù)流回路相比，提高了對開關(guān)管的利用率，使得有更多的開關(guān)管分?jǐn)傠娏骱蛽p耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱。通過以上的實(shí)施方式的描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實(shí)施方式。基于這樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在可讀取的存儲介質(zhì)中，如計(jì)算機(jī)的軟盤，硬盤或光盤等，包括若干指令用以使得一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個人計(jì)算機(jī)， 服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實(shí)施例所述的方法。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種三電平逆變器，包括第一直流源和第二直流源，所述第一直流源負(fù)極和所述第二直流源正極連接作為為第一節(jié)點(diǎn)，依次串聯(lián)在所述第一直流源正極與第二直流源負(fù)極之間的第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的連接處為第二節(jié)點(diǎn)，所述第二開關(guān)管和第三開關(guān)管的連接處為第三節(jié)點(diǎn)，所述第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的連接處為第四節(jié)點(diǎn)，第一二極管，其陽極連接于所述第一節(jié)點(diǎn)，其陰極連接于所述第二節(jié)點(diǎn)，第二二極管，其陰極連接于所述第一節(jié)點(diǎn)，其陽極連接于所述第四節(jié)點(diǎn)，濾波單元，所述濾波單元的兩端分別連接于所述第一節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)，其特征在于，還包括第五開關(guān)管，所述第五開關(guān)管連接于所述第二節(jié)點(diǎn)與第四節(jié)點(diǎn)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三電平逆變器，其特征在于，所述濾波單元包括電感和電容， 所述電感的一端連接于所述第三節(jié)點(diǎn)，所述電容的一端連接于所述電感的另一端，所述電容的另一端連接于所述第一節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的三電平逆變器，其特征在于，所述第五開關(guān)管為場效應(yīng)晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三電平逆變器，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管為M0SFET。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的三電平逆變器，其特征在于，所述第五開關(guān)管為雙極性晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三電平逆變器，其特征在于，所述雙極性晶體管為IGBT。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三電平逆變器，其特征在于，還包括連接于所述第五開關(guān)管的發(fā)射極和集電極之間的反并二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三電平逆變器，涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，降低了電路損耗、提高了效率且利于散熱。該三電平逆變器，包括第一直流源和第二直流源，第一直流源負(fù)極和第二直流源正極連接作為為第一節(jié)點(diǎn)，依次串聯(lián)在第一直流源正極與第二直流源負(fù)極之間的第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管，第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的連接處為第二節(jié)點(diǎn)，第二開關(guān)管和第三開關(guān)管的連接處為第三節(jié)點(diǎn)，第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的連接處為第四節(jié)點(diǎn)，連接于第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一二極管，連接于第一節(jié)點(diǎn)和第四節(jié)點(diǎn)之間的第二二極管，連接于第一節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)之間的濾波單元，還包括第五開關(guān)管，所述第五開關(guān)管連接于第二節(jié)點(diǎn)與第四節(jié)點(diǎn)之間。
文檔編號H05K7/20GK102611343SQ201210064748
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
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