[发明专利]四电平拓扑单元及其应用电路

权利要求书

1.一种四电平拓扑单元，应用于四电平逆变器中，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；

所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管分别反向并联一个二极管；

直流电源的正端依次通过第一电容、第二电容和第三电容连接至所述直流电源的负端，所述第一开关管的第一端与所述直流电源的正端连接、第二端与所述第三开关管的第一端连接，所述第四开关管的第一端与所述第三开关管的第二端连接、第二端与所述第六开关管的第一端连接，所述第六开关管的第二端与所述直流电源的负端连接，所述第二开关管的第一端与所述第一开关管的第二端连接、第二端与所述第一电容的第二端连接，所述第五开关管的第一端与所述第三电容的第一端连接、第二端与所述第四开关管的第二端连接，所述第三开关管的第二端和第四开关管的第一端的公共端为交流输出端。

2.根据权利要求1所述的四电平拓扑单元，其特征在于，所述四电平拓扑单元包括四个工作模态，分别为：

第一工作模态，所述第一开关管和第三开关管导通，其余开关管均截止；

第二工作模态，所述第二开关管和第三开关管导通，其余开关管均截止；

第三工作模态，所述第四开关管和第五开关管导通，其余开关管均截止；

第四工作模态，所述第四开关管和第六开关管导通，其余开关管均截止。

3.根据权利要求2所述的四电平拓扑单元，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管的驱动信号通过比较正弦波与第一三角波和/或第二三角波确定，所述第一三角波和第二三角波具有相同的频率和幅值，所述第一三角波的波谷等于所述第二三角波的波峰；

所述第一开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波大于所述第一三角波时所述第一开关管导通，反之截止；

所述第二开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波小于所述第一三角波时所述第二开关管导通，反之截止；

所述第三开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第二三角波进行比较产生，在所述正弦波的正半周期内，当所述正弦波大于所述第二三角波时所述第三开关管导通，反之截止，在所述正弦波的负半周期内，当所述正弦波的反向波小于所述第二三角波时所述第三开关管导通，反之截止；

所述第四开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第二三角波进行比较产生，在所述正弦波的正半周期内，当所述正弦波小于所述第二三角波时所述第四开关管导通，反之截止，在所述正弦波的负半周期内，当所述正弦波的反向波大于所述第二三角波时所述第四开关管导通，反之截止；

所述第五开关管的驱动信号由所述正弦波的反向波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波的反向波小于所述第一三角波时所述第五开关管导通，反之截止；

所述第六开关管的驱动信号由所述正弦波的反向波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波的反向波大于所述第一三角波时所述第六开关管导通，反之截止。

4.一种单相全桥四电平逆变器，其特征在于，包括电容串、第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元；

所述电容串由第一电容、第二电容和第三电容依次串联而成，直流电源的正端依次通过所述第一电容、第二电容和第三电容连接至所述直流电源的负端；

所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元为权利要求1至3任一项所述的四电平拓扑单元，所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元中的第一开关管的第一端均连接至所述直流电源的正端，所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元中的第六开关管的第二端均连接至所述直流电源的负端，所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元中的第二开关管的第二端均连接至所述第一电容和第二电容的公共端，所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元中的第五开关管的第一端均连接至所述第二电容和第三电容的公共端，所述第一四电平拓扑单元和第二四电平拓扑单元的交流输出端分别作为所述单相全桥四电平逆变器的两个交流输出端；

用于产生所述第一四电平拓扑单元驱动信号的正弦波的相位、以及用于产生所述第二四电平拓扑单元驱动信号的正弦波的相位相差180°。