[发明专利]一种多电平变换器及供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种多电平变换器及供电系统。

背景技术

多电平变换器是将直流电（DC）转化为随时间变化呈现多个电平的交流电（AC）、将随时间变化呈现多个电平的交流电转化为直流电、将直流电转化为直流电或交流电转化为交流电的装置，主要应用于高压大功率电机调速、无功补偿或有源滤波等领域。所述交流电一般为220v，50HZ的正弦波或方波，所述直流电可以是如电池、蓄电瓶等提供的直流电能。

多电平变换器可以采用二极管嵌位T性三电平拓扑实现三个电平的输出，还可以通过在二极管嵌位T性三电平拓扑的基础上增加功率半导体器件或者通过低电平拓扑串联实现更多个数的电平输出，但是，多电平变换器的整个拓扑的控制逻辑复杂度较高。

现有技术中，为了降低多电平变换器的整个拓扑的控制逻辑复杂度，多电平变换器还可以通过交错并联2个两电平输入的桥臂，在多电平变换器的工作时间周期内使交错并联的2个两电平输入的桥臂的开关管交错接通或断开，实现三个电平的输出，且每个所述桥臂与耦合电感连接，所述耦合电感根据2个桥臂的开关管交错接通或断开串联，实现对输出的电平信号进行滤波消除纹波，每个所述桥臂包括两个开关管。若需要多电平变换器实现更多个数的电平的输出，可以在所述2个两电平输入的桥臂的基础上交错并联更多的两电平输入的桥臂，实现多个电平的输出，并结合所述耦合电感实现对输出的电平信号进行滤波消除纹波。但是，当交错并联更多的两电平输入的桥臂，实现多个电平的输出时，所述桥臂与所述耦合电感的连接路数增多，例如交错并联4个两电平输入的桥臂，实现7个电平的输出时，4个两电平输入的桥臂与所述耦合电感连接需要四路，因此，导致耦合电感的加工复杂度较高，电路结构较为复杂。

发明内容

本发明的实施例提供一种多电平变换器及供电系统，能够有效降低耦合电感的加工难度，简化电路结构。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种多电平变换器，包括：

至少一个变换单元，所述变换单元包括：2个并联的多电平桥臂组，所述2个多电平桥臂组包括第一多电平桥臂组和第二多电平桥臂组，每个所述多电平桥臂组包括：桥臂组和耦合电感，所述桥臂组与所述耦合电感连接，所述耦合电感用于对所述桥臂组输出的电平信号滤波；

其中，所述桥臂组包括至少N个交错并联的桥臂，每个所述桥臂与所述耦合电感连接，所述N为大于或等于3的整数；

在高频周期内，所述桥臂组中每个所述桥臂的高频驱动信号与每个所述桥臂相邻的桥臂的高频驱动信号相位错开360/N度，所述第一多电平桥臂组中每个所述桥臂的高频驱动信号与所述第二多电平桥臂组中相对应所述每个所述桥臂的桥臂的高频驱动信号相位错开360/2N度；

在工频周期内，所述2个并联的多电平桥臂组的高频驱动信号相位错开180度，使得所述2个并联的多电平桥臂组输出的电平信号相位错开180度，从而使所述变换单元输出2[（M-1）×N]+1个电平信号，所述M为所述变换单元接收的电平个数，所述M为大于或等于3的整数；

直流输入单元，用于输入直流电，为所述变换单元提供所述直流电；

分压单元，用于将所述直流输入单元提供的所述直流电分为至少三个电平的直流电，所述分压单元的输入端与所述直流输入单元的输出端连接，所述分压单元的输出端与每个所述变换单元的输入端连接，其中，所述分压单元的输出端分别与每个所述变换单元中的每个所述桥臂的输入端连接；

至少一个滤波单元，用于将所述变换单元输出的电平信号进行变压转化为交流电，同时对所述交流电进行滤波，输出所述交流电，每个所述滤波单元的输入端分别与一个不同的所述变换单元的输出端连接，所述滤波单元与所述变换单元串联。

结合第一方面，在第一种可实现方式中，

每个所述桥臂包括至少一个开关管，所述开关管为功率器件。

结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，

所述滤波单元包括隔离变压器和电容，所述隔离变压器用于将所述变换单元输出的电平信号进行变压转化为所述交流电，同时通过所述隔离变压器的漏感对所述变换单元输出的电平信号进行滤波和通过所述电容对所述交流电进行滤波。

结合第一种可实现方式，在第三种可实现方式中，