[发明专利]单相五电平有源嵌位变换器单元及变换器有效

专利信息
申请号: 201780003877.8 申请日: 2017-03-17
公开(公告)号: CN108475999B 公开(公告)日: 2020-09-08
发明(设计)人: 汪洪亮;刘雁飞 申请(专利权)人: 汪洪亮;刘雁飞
主分类号: H02M7/48 分类号: H02M7/48;H02M7/487;H02M7/537;H02S40/32
代理公司: 北京路浩知识产权代理有限公司 11002 代理人: 王莹;余罡
地址: 230000 安徽省合肥*** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 单相 电平 有源 变换器 单元
【说明书】:

一种单相五电平有源嵌位变换器单元及变换器,该单相五电平有源嵌位变换器单元具有三个输入端(I1、I2和T3)和一个输出端(I0),还包括:悬浮电容(CS)和拓扑控制部分;所述拓扑控制部分连接所述悬浮电容(CS)和所述单相五电平有源嵌位变换器单元的三个输入端(I1、I2和T3)和一个输出端(I0),并连接若干控制端,适于在控制端接入的控制信号的控制下,提供至少八种工作模态。该单相五电平有源嵌位变换器单元,拓扑结构易于设计,控制简便。

本申请要求2016年3月17日提交的美国临时专利申请US 62/309,773的优先权,其公开内容整体并入于此作为参考。

技术领域

本发明涉及电力电子领域中的五电平变换器,特别是单相五电平有源嵌位变换器单元及变换器。

背景技术

多电平变换器尤其是多电平逆变器被用于大功率场合进行电力变换,比如,用于中压电网(2.3KV,3.3KV,or 6.9KV)减小开关电压应力,用于光伏行业减小滤波器大小。和两电平电压源变换器相比,多电平变换器具有以下优点:电压应力小,效率高,滤波器小和共模电压小。

根据电路结构,现有公开的五电平拓扑分成三类:图1(a)所示的中性点嵌位(NPC)型,图1(b)所示的飞跨电容(FC)型和图1(c)所示的串联H桥(CHB)型。五电平NPC型拓扑采用二极管产生中性点电压。这种类型的拓扑缺点是当电平数量增大时,开关管数量和二极管数量随之增大,电路结构和控制策略复杂。FC型拓扑采用飞跨电容产生多个电平,同时飞跨电容作为电源的一部分。但是,当电平数量增大时,飞跨电容数量随之增大,而且飞跨电容电压平衡的控制更加复杂。CHB型拓扑采用串联连接的H桥单元,每个H桥单元连接一个隔离的直流电压源。类似地,输出更多的电平需要更多的H桥单元,则需要更多的直流电源,因此不实用。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明提供了一种五电平有源嵌位变换器,以解决现有技术中的上述问题中的至少部分技术问题。

(二)技术方案

为了叙述方便,本申请中的术语“双向开关”指电流可以双向流动但只能承受单向电压的开关,比如带有反向并联二极管的IGBT,或内置并联二极管的MOSFET。本申请中的术语“全控型开关”指导通和关断均可控的半导体开关器件。

第一方面,本发明提供了一种单相五电平有源嵌位变换器单元,具有三个输入端和一个输出端,还包括:悬浮电容和拓扑控制部分;所述拓扑控制部分连接所述悬浮电容和所述单相五电平有源嵌位变换器单元的三个输入端和一个输出端,并连接若干控制端,适于在控制端接入的控制信号的控制下,提供至少八种工作模态。对于所述单相五电平有源嵌位变换器单元的三个输入端和一个输出端,

模态一、仅将所述单相五电平有源嵌位变换器单元的第一输入端和输出端在不经过所述悬浮电容的情况下双向导通;

模态二、仅将所述单相五电平有源嵌位变换器单元的第一输入端和输出端经由所述悬浮电容双向导通;

模态三、仅将所述单相五电平有源嵌位变换器单元的第三输入端和输出端经由所述悬浮电容双向导通;或者,仅将所述单相五电平有源嵌位变换器单元的第三输入端经由所述悬浮电容单向导通到输出端;

模态四、仅将所述单相五电平有源嵌位变换器单元的第三输入端和输出端在不经过所述悬浮电容的情况下双向导通;或者,仅将所述单相五电平有源嵌位变换器单元的第三输入端在不经过所述悬浮电容的情况下单向导通到输出端;

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