[发明专利]一种单相五电平拓扑及逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种单相五电平拓扑及逆变器。

背景技术

在太阳能发电和风力发电等新能源领域，多电平逆变器因具有输出功率大、器件开关频率低、系统等效开关频率高、输出谐波小、动态响应快、传输频带宽、电磁兼容性好等特性越来越受到重视。目前研究的较多的多电平电路为二极管嵌位式多电平电路。其中二极管嵌位式三电平电路已成功运用于光伏逆变器和风机变流器领域。

然而，二极管箝位式四电平及其以上电平逆变器利用多个电容串联跨接在直流侧两端。逆变器中的各开关管依次通过功率二极管与相应的电容相连，从电容上输出不相等的功率将导致电容上的电压不相等，即出现所谓的电容电压不平衡问题，这样容易出现较高电平向较低电平退化的现象，例如从五电平退化为三电平。

现有技术中，需要增加额外的硬件电路或者牺牲逆变器的电压利用率来实现电容电压的平衡。

因此，如何提供一种五电平逆变器拓扑能够保持电容电压平衡，又不用额外增加硬件电路或牺牲逆变器电压利用率，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种单相五电平拓扑及逆变器，能够使电容电压保持平衡，又不用额外增加硬件电路或牺牲逆变器电压利用率。

本发明提供一种单相五电平拓扑，包括：第一电容、三电平桥臂模块和四个开关管，所述四个开关管分别为第一开关管、第五开关管、第六开关管和第八开关管；每个所述开关管均反向并联一个二极管；

所述第一开关管的第一端连接直流电源的正极，所述第一开关管的第二端连接所述第一节点；

所述第八开关管的第二端连接所述直流电源的负极，所述第八开关管的第一端连接所述第二节点；所述第一电容的两端分别连接第一节点和第二节点；

所述第五开关管的第一端连接所述第一节点，所述第五开关管的第二端连接所述逆变器的输出端；

所述第六开关管的第一端连接所述逆变器的输出端，所述第六开关管的第二端连接所述第二节点；

所述三电平桥臂模块包括两个开关管和双开关单元，所述两个开关管分别为第三开关管和第四开关管；

所述第三开关管的第一端连接所述第一节点，所述第三开关管的第二端通过所述双开关单元连接中性点N；所述第四开关管的第一端连接通过所述双开关单元连接所述N，所述第四开关管的第二端连接所述第二节点。

优选地，所述双开关单元包括第二开关管、第七开关管、第一二极管和第二二极管；所述双开关单元具有三个与外部连接的节点，分别为第三节点、第四节点和所述N；

所述第一二极管的阳极连接所述N，所述第一二极管的阴极连接所述第三节点；

所述第七开关管的第一端连接所述第三节点，所述第三开关管的第二端连接所述第三节点；

所述第二二极管的阳极连接第四节点，所述第二二极管的阴极连接所述N；

所述第二开关管的第一端连接第七开关管的第二端，所述第二开关管的第二端连接所述第四节点，所述第四开关管的第一端连接所述第四节点。

优选地，所述双开关单元包括第二开关管和第七开关管；所述第二开关管和第七开关管均反向并联一个二极管；

所述第二开关管的第一端连接第三开关管的第二端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端；

所述第七开关管的第一端连接所述N，所述第七开关管的第二端连接所述第二开关管的第二端。

优选地，所述双开关单元包括第二开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；

所述第一二极管的阳极连接所述N，所述第三二极管的阴极连接所述N；

所述第一二极管的阴极连接所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述第三开关管的第二端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端；

所述第三二极管的阳极连接所述第四二极管的阳极，所述第四二极管的阴极连接所述第二二极管的阳极；

所述第二开关管的第一端连接所述第一二极管的阴极，所述第二开关管的第二端连接所述第三二极管的阳极。

优选地，

所述第一开关管和第二开关管的驱动信号逻辑相反；

所述第三开关管与第四开关管的驱动信号逻辑相反；

所述第五开关管和第六开关管的驱动信号逻辑相反；

所述第七开关管和第八开关管的驱动信号逻辑相反。

优选地，

所述第三开关管与第四开关管的驱动信号逻辑相反；

所述第五开关管和第六开关管的驱动信号逻辑相反；