[发明专利]一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及三电平变流电路输入电容中点电位平衡技术领域，尤其涉及一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构及方法。

背景技术

传统的两电平逆变电路，具有拓扑结构简单、易于控制等优点，广泛应用于各种DC-AC-DC变换电路中。但两电平变流电路也存在开关管耐压值要求高，开关应力大，频率提升困难等问题，在高电压输入的场合，受到了较大限制。三电平逆变电路由于开关管承受电压值为两电平逆变电路的一半，开关应力小，更容易实现高频，在高电压输入场合下，应用优势明显。

为了解决三电平逆变电路中点电位不平衡带来的可靠性问题，目前，主流的方法为检测输入电容C1、C2的压差值动态调整开关管脉宽，但该种方法存在着控制复杂、需要增加额外的检测电路、开关管需要单独可控导致驱动电路复杂等缺点。

此外，还有提高输入电容C1、C2的耐压裕量、输入电容中点与三电平桥臂之间增加均压电容等方法，但这些方法存在着成本高、均压效果差等缺点。

其中，提高输入电容C1、C2耐压裕量的方法虽然能够解决输入电容的耐压问题，但会明显增加输入电容成本，同时，由于开关管在开关过程中还需要受到C1、C2电容电压的钳位，当C1、C2电压不均衡时，开关管的钳位电压也不均衡，开关管存在着过压的风险。

在输入电容与三电平桥臂中点增加均压电容的方法，虽然基本实现了C1、C2的均压，解决了输入电容的成本问题，但均压电容电压会存在直流分量，而开关管受到的钳位电压又是C1或C2电压叠加上均压电容电压后的电压，因此，开关管仍然存在着过压的风险。

综上所述，常规实现三电平逆变电路输入中点电位平衡的方法通常伴有控制复杂、成本高，或均压效果差等缺点，不易在DC-AC-DC变换电路进行产品化。

发明内容

本发明的目的就是解决上述问题，提供了一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构及方法，该电路结构及方法成本低，不需要增加额外控制负担就可以实现三电平逆变电路的中点电位平衡。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案，包括：

本发明公开了一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，包括：输入电容C1、输入电容C2和全桥式三电平逆变电路，在其中一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感；或者，在每一个三电平桥臂的中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间分别串联均压电感。

本发明公开了又一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构，包括：输入电容C1、输入电容C2和半桥式三电平逆变电路，在半桥式三电平逆变电路的桥臂中点与输入电容C1和输入电容C2的中点之间串联均压电感。

进一步地，所述的均压电感为单一电感的形式或者采用多个电感串联或并联的形式。

本发明公开了一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的方法，包括：

电路工作过程中，通过输入电容C1和输入电容C2与均压电感之间进行无功能量交换，实现输入电容C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。

本发明进一步公开了一种变流电路，包括：输入电容C1、输入电容C2、逆变电路、饱和电感、隔直电容、变压器和输出电路；所述逆变电路采用上述的任一种实现三电平逆变电路中点电位平衡的电路结构；

和/或，采用实现三电平逆变电路中点电位平衡的方法。

本发明进一步公开了一种焊机，采用权利要求5所述的变流电路，实现输入电容C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。

本发明进一步公开了一种电解水电源，采用权利要求5所述的变流电路，实现输入电容C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。

本发明进一步公开了一种充电机，采用权利要求5所述的变流电路，实现输入电容C1和输入电容C2的中点电位动态平衡。

本发明有益效果：

本发明适用于各种形式的三电平半桥或全桥拓扑，而且既可以应用于软开关控制方式，也可以应用于硬开关控制方式。相比较通过控制开关管脉宽来实现的中点电位平衡的传统方式，该方法不用增加额外的控制负担，明显降低了控制电路的复杂程度,经实验验证，是一种低成本、低能耗、高可靠性的三电平逆变电路中点电位平衡方法。

附图说明

图1是本发明一种实现三电平逆变电路中点电位平衡电路结构的典型拓扑结构原理图；

图2是本发明实施例2的电路原理图；

图3是本发明实施例3的电路原理图；

图4为本发明典型拓扑结构下工作模式1阶段等效电路及电流回路图；