[发明专利]使用新三端开关网络的飞跨电容电压箝位型多电平逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多电平逆变器，具体涉及使用新型三端开关网络的飞跨电容电压箝位型多电平单相逆变器和三相逆变器。

背景技术

逆变器可将直流电转换为交流电。逆变器是不间断电源(UPS)，及风能、太阳能光伏、与燃料电池等新能源发电系统中的重要组成部分。转换效率、输出谐波是逆变器最重要的电气指标，高转换效率可降低功率损耗、低谐波能改进电能质量。

逆变器内的功率器件和输出滤波电感的损耗限制了逆变器效率的提高。同时市场竞争的日剧激烈、功率开关管、及钢铁铜等原材料价格的上涨，给逆变器厂家带来了很大的成本压力。目前由于受功率器件性能的限制，传统电压箝位型多电平逆变器拓扑的功率器件和滤波电感的损耗已经很难降低，研制高性能低成本的多电平逆变器成为各个逆变器厂家的目标。

传统电压箝位型多电平逆变器的功率开关器件额定耐压较高，存在较大通态损耗和开关损耗，导致功率开关器件的总损耗大，从而降低了整个系统的效率。同时输出滤波电感的体积、尺寸、及重量改进空间有限，进一步影响了逆变器的效率与成本。

为了可使用低耐压功率开关管、以降低功率损耗，并且减小输出滤波电感体积、以提高电能质量，近年来多电平逆变器拓扑得到了越来越多的实际应用。其中，飞跨电容型(Flying Capacitor，FC)多电平拓扑由于结构简洁，从而在UPS与光伏逆变器中大量被应用。但是，电感损耗与输出谐波仍然较大。

因此，期望提供一种能够降低功率开关器件的通态损耗与开关损耗，并降低输出滤波电感损耗和成本的新型多电平逆变器，这种逆变器需要改进传统电压箝位型多电平拓扑的限制与不足。

发明内容

以下给出关于本发明的概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下内容并不是关于本发明的穷举性描述。

本发明的一个主要目的在于，提供使用新三端开关网络的飞跨电容电压箝位型多电平逆变器，即使用新型三端开关网络的飞跨电容电压箝位型多电平单相逆变器和三相逆变器，包括如下方案。

使用新型三端开关网络的飞跨电容电压箝位型多电平单相半桥逆变器，其包括：两个输入电源，两个输入滤波电容，四个功率开关管及其体二极管，一个反相耦合的两绕组变压器，一个输出滤波电感和一个输出滤波电容，四个功率二极管，及两个飞跨电容；其中第一功率开关管的集电极和第四功率二极管的阴极及第一输入滤波电容的正极与第一输入电源的正极相连，第四功率开关管的发射极和第一功率二极管的阳极及第二输入滤波电容的负极与第二输入电源的负极相连，第一输入滤波电容的负极和第一输入电源的负极与第二输入滤波电容的正极和第二输入电源的正极相连，构成中点地电位；第一功率开关管的发射极和第二功率开关管的集电极与第一飞跨电容的一端相连，第三功率开关管的发射极和第四功率开关管的集电极与第二飞跨电容的一端相连；第一功率二极管的阴极和第二功率二极管的阳极与第一飞跨电容的另一端相连，第三功率二极管的阴极和第四功率二极管的阳极与第二飞跨电容的另一端相连；第二功率开关管的发射极和第二功率二极管的阴极与反相耦合变压器第一绕组的同名端相连，第三功率开关管的集电极和第三功率二极管的阳极与反相耦合变压器第二绕组的异名端相连；输出滤波电感的一端与反相耦合变压器第一绕组的异名端及第二绕组的同名端相连，另一端与输出滤波电容及输出负载的一端相连，输出滤波电容及输出负载的另一端与中点地电位相连；第一驱动信号由第一调制波和第一载波调制而成，第二驱动信号由第二调制波和第二载波调制而成，第三驱动信号由第三调制波和第三载波调制而成，第四驱动信号由第四调制波和第四载波调制而成；第一调制波和第三调制波的相位相同，第一载波的相位和第三载波的相位相差180度，第二调制波和第四调制波为工频正弦波，第二载波的相位和第四载波的相位相差180度；

作为等同或者简单替换/增加的：所述的输出滤波电感还可以集成到反相耦合的两绕组变压器中，或者说可把反相耦合的两绕组变压器的漏感用作输出滤波电感；还包括无需输出滤波电感、与(或)输出滤波电容，由感性负载本身构成滤波电路，比如用于工业变频器中；还可以只使用一个输入电源；同时还包括接有第二级滤波电感，连接到所述由输出滤波电感和输出滤波电容的输出端，以构成LCL滤波电路。