[实用新型]一种通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路

说明书

技术领域

本实用新型是一种用于直流-交流相互转换的多电平逆变拓扑，具体说是一种通用型的开关电容电路和二极管箝位电路组合的多电平逆变拓扑。

背景技术

传统的多电平逆变器主要分为三类基本拓扑：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。它们在实际应用中都存在一定的问题。其中二极管箝位型拓扑的主要问题是直流母线分压电容电压不平衡，尤其是在高电平数的情况下，该问题成为限制多电平在实际应用中推广的主要因素。近些年来，很多新的拓扑改进和控制理论被提出和研究，用于解决直流母线分压电容电压不平衡的问题。但是这些新的改进方法或者是附加比较复杂的硬件电路，或者是采用比较复杂的控制算法，或者是在三电平下适用，但在五电平及更高电平下就不再适用，可以说这个直流母线分压电容电压不平衡的问题并未妥善解决。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种使用器件数量较少，具有直流母线电容电压自动平衡，可以实现升压输出的通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路。

本实用新型的通用型开关电容二极管箝位组合多电平电路，设有n电平电压输出，n为大于等于4的正整数，每个桥臂包括：

1)2n-5个电容器，其中n-3个为直流母线电容，n-2个为悬浮电容；

2)4×(n-2)个开关管，每个开关管均为带反并二极管的有源开关管，其中2×(n-2)个为主开关管，2×(n-2)个为箝位开关管；

3)(n-2)×(n-3)个箝位二极管；

n-3个直流母线电容依次串联构成一条直流母线电容链路，连接方式为，前面一个电容的负极与后面一个电容的正极相连接，连接处构成一个连接点，第一个电容的正极和最后一个电容的负极分别作为起始连接点和终端连接点，该直流母线电容链路共计有n-2个连接点，n-2个连接点按连接顺序依次编号，起始连接点为1，终端连接点为n-2；

2×(n-2)个箝位开关管依次串联构成一条箝位开关管链路，连接方式为，前面一个箝位开关管的发射极与后面一个箝位开关管的集电极相连，连接处构成一个连接点，第一个箝位开关管的集电极和最后一个箝位开关管的发射极分别作为起始连接点和终端连接点，该箝位开关管链路共有2n-3个连接点，2n-3个接点按连接顺序依次编号，起始连接点为1，终端连接点为2n-3；

n-2个悬浮电容依次串联构成一条悬浮电容链路，连接方式为，前面一个电容的负极与后面一个电容的正极相连接，连接处构成一个连接点，第一个悬浮电容的正极和最后一个悬浮电容的负极分别作为起始连接点和终端连接点，该悬浮电容链路共计有n-1个连接点，n-1个连接点按连接顺序依次编号，起始连接点为1，终端连接点为n-1；

箝位开关管链路中编号为偶数的连接点和直流母线电容链路中的连接点按编号升序依次相连，箝位开关管链路中编号为奇数的连接点和悬浮电容链路中的连接点按编号升序依次相连，构成开关电容二极管箝位组合多电平电路的开关电容拓扑部分；

2×(n-2)个主开关管依次串联构成一条主开关管链路，连接方式为，前面一个主开关管的发射极与后面一个主开关管的集电极相连，连接处构成一个连接点，第一个主开关管的集电极和最后一个主开关管的发射极分别作为起始连接点和终端连接点，该主开关管链路共有2n-3个连接点，2n-3个连接点按连接顺序依次编号，起始连接点为1，终端连接点为2n-3；

(n-2)×(n-3)个箝位二极管构成n-3条箝位二极管链路，设i为小于等于n-3的正整数，第i条箝位二极管链路由2i个箝位二极管依次串联构成，其连接方式为，前面一个箝位二极管的阳极与后面一个箝位二极管的阴极相连，连接处构成一个连接点，每条链路上的第一个箝位二极管的阴极和最后一个箝位二极管的阳极分别作为起始连接点和终端连接点，第i条链路上共有2i+1个连接点，2i+1个连接点按连接顺序依次编号，起始连接点为1，终端连接点为2i+1；第i条箝位二极管链路中的第1个连接点和主开关管链路中第n-1-i个连接点相连，第2i+1个连接点和主开关管链路中第n-1+i个连接点相连接，第i条箝位二极管链路上的其余连接点中编号为奇数的连接点与第i-1条箝位二极管链路中编号为偶数的连接点按编号升序依次相连；悬浮电容链路中第一个连接点与主开关管链路中第一个连接点相连，悬浮电容链路中最后一个连接点与主开关管链路中最后一个连接点相连，悬浮电容链路中其余连接点与第n-3条箝位二极管链路中编号为偶数的连接点按编号升序依次相连，构成开关电容二极管箝位组合多电平电路的二极管箝位拓扑部分；主开关管链路中的第n-1个连接点作为输出连接点。