[发明专利]多电平转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及多电平转换电路中的电容器充电电路，该多电平转换电路能够输出多电平的电压，并使用称为飞跨电容的电容器。

背景技术

图10中示出专利文献1所记载的使用飞跨电容器的5电平转换电路。由直流电源输出5电平的电压，该直流电源包括由直流单电源DP和DN串联连接而成的三个端子（正极P、零极M、负极N）。在直流电源的正极P和负极N之间连接有半导体开关S1～S4的串联电路，该半导体开关S1～S4由二极管和IGBT反向并联连接而成，半导体开关S2和S3的串联电路与半导体开关S5和S6的串联电路、以及称为飞跨电容器的电容器C1并联连接。并且，在半导体开关S5和S6的连接点与直流电源的中间电位点即零极M之间连接有交流开关Sac，该交流开关Sac由在反方向也具有耐压的反向阻断型IGBTS15和S16反向并联连接而成，半导体开关S2和S3的连接点设为交流端子U。

在这种电路结构中，将直流单电源DP、DN的电压Edcp、Edcn分别设为2E，若将电容器C1的电压Vc1控制为E，则交流端子U可输出5个电平的电压。例如，若半导体开关S1、S2、S6、S16导通，则交流端子U输出电压2E，若半导体开关S1、S3、S6、S16导通或半导体开关S2、S6和交流开关Sac导通，则交流端子U输出电压E，若半导体开关S3、S6和交流开关Sac导通或半导体开关S2、S5和交流开关Sac导通，则交流端子U输出电压零，若半导体开关S2、S4、S5、S15导通或S3、S5及交流开关Sac导通，则交流端子U输出电压-E，若半导体开关S3、S4、S5、S15导通，则交流端子U输出电压-2E。

上述动作中，在交流端子U输出电压E的模式下，假设电流向负载流动，则存在有从半导体开关S1→电容器C1→半导体开关S3的路径1，以及从交流开关Sac→半导体开关S6→电容器C1→半导体开关S2的路径2，电容器C1利用路径1进行充电动作，利用路径2进行放电动作。通过检测出电容器C1的电压，并且为了能使其平均电压达到E，对路径进行适当地选择，能够将电容器C1的平均电压控制为E。此外，在交流端子U输出电压-E的模式下也同样存在有两条路径，也能将电容器C1的电压控制为E。

图11示出将图10所示的5电平转换电路扩大到7电平的例子。由直流电源输出7电平的电压，该直流电源包括由直流单电源DP和DN串联连接而成的三个端子即正极P、零极M、负极N的端子。在直流电源的正极P和负极N之间连接有半导体开关S1～S6的串联电路，该半导体开关S1～S6由二极管和IGBT反向并联连接而成，半导体开关S2～S5的串联电路与半导体开关S7和S8的串联电路、以及电容器C2并联连接，半导体开关S3和S4的串联电路与电容器C1并联连接。并且，在半导体开关S7和S8的连接点与直流电源的中间电位点即零极M之间连接有交流开关Sac，该交流开关Sac由在反方向也具有耐压的反向阻断型IGBTS15和S16反向并联连接而成，半导体开关S3和S4的连接点设为交流端子U。

在这种电路结构中，将直流单电源DP、DN的电压Edcp、Edcn分别设为3E，若将电容器C1的电压Vc1控制为E，电容器C2的电压Vc2控制为2E，则交流端子U可输出7个电平的电压。例如，若半导体开关S1～S3导通，则交流端子U输出电压3E，若半导体开关S1、S2及S4导通，则交流端子U输出电压2E，若半导体开关S1、S5及S4导通，则交流端子U输出电压E，若交流开关Sac和半导体开关S7、S2及S3或交流开关Sac和半导体开关S8、S5及S4导通，则交流端子U输出电压零，若交流开关Sac和半导体开关S7、S2及S4导通，则交流端子U输出电压-E，若交流开关Sac和半导体开关S7、S5及S4导通，则交流端子U输出电压-2E，若半导体开关S4～S6导通，则交流端子U输出电压-3E。具体而言，除上述内容以外还存在有其他的多种控制方式，但由于是图11所示电路的扩展动作，因此省略详细说明。

上述动作中，在交流端子U输出电压E的模式下，存在有从半导体开关S1→电容器C2→半导体开关S5→半导体开关S4的路径1，以及从交流开关Sac→半导体开关S8→电容器C2→半导体开关S2→电容器C1→半导体开关S4的路径2，电容器C2利用路径1进行充电动作，利用路径2进行放电动作。通过检测出电容器C2的电压，并且为了能使其平均值达到2E，对路径进行适当地选择，能够将电容器C2的平均电压控制为2E。此外，在交流端子U输出电压-E的模式下也同样存在有两条路径，也能通过适当地选择路径来将电容器C2的电压控制为2E。