[发明专利]自跟随飞跨电容五电平AC-AC变换器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种自跟随飞跨电容五电平AC‑AC变换器及其工作方法，包括交流输入电源、四绕组变压器、五电平变换单元、输出滤波器和交流负载；五电平变换单元包括八个四象限开关管和分别与四绕组变压器的三个副边绕组并联的三个飞跨电容；第一飞跨电容跨接在第三节点和第五节点之间，第二飞跨电容跨接在第二节点和第六节点之间，第三飞跨电容跨接在第一节点和第七节点之间。本发明既能保证输出电压可在全占空比范围内调节，又能避免多电平变换器飞跨电容的控制问题，与两电平相比，还可以使得开关管的电压应力降低至原来的1/4倍。

技术领域

本发明涉及电力电子变换技术，具体涉及一种自跟随飞跨电容五电平AC-AC变换器及其工作方法。

背景技术

AC-AC变换技术是应用电力电子器件，将某一频率和幅值的交流电能转换为另一频率和幅值的交流电能的变换技术。经过长达半个多世纪的快速发展，已广泛应用于需要电能变换的各个领域。在低压小功率的用电场合，AC-AC变换技术的许多方面已逐渐成熟；而在高压大功率的输配电和工业场合，AC-AC变换技术的应用正成为当今的研究重点和热点，受电力电子器件耐压值的限制，多电平技术成了解决这一问题的有效途径。

迄今为止，多电平变换器的基本结构主要有二极管箝位型多电平变换器、飞跨电容箝位型多电平变换器、独立电源级联型多电平变换器，它们都存在拓扑结构和控制策略复杂的缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种自跟随飞跨电容五电平AC-AC变换器及其工作方法，既能保证输出电压可在全占空比范围内调节，又能避免多电平变换器飞跨电容的控制问题，与两电平相比，还可以使得开关管的电压应力降低至原来的1/4倍。

本发明的技术方案是：一种自跟随飞跨电容五电平AC-AC变换器，包括交流输入电源、四绕组变压器、五电平变换单元、输出滤波器和交流负载，所述交流输入电源、五电平变换单元、输出滤波器和交流负载依次连接；

所述五电平变换单元包括第一四象限开关管、第二四象限开关管、第三四象限开关管、第四四象限开关管、第五四象限开关管、第六四象限开关管、第七四象限开关管、第八四象限开关管、第一飞跨电容、第二飞跨电容和第三飞跨电容；

所述第七四象限开关管和第五四象限开关管之间形成第一节点；所述第五四象限开关管和第三四象限开关管之间形成第二节点；所述第三四象限开关管和第一四象限开关管之间形成第三节点；所述第一四象限开关管和第二四象限开关管之间形成第四节点；所述第二四象限开关管和第四四象限开关管之间形成第五节点；所述第四四象限开关管和第六四象限开关管之间形成第六节点；所述第六四象限开关管和第八四象限开关管之间形成第七节点；

所述第一飞跨电容跨接在第三节点和第五节点之间，所述第二飞跨电容跨接在第二节点和第六节点之间，所述第三飞跨电容跨接在第一节点和第七节点之间；

所述四绕组变压器的原边绕组的两端分别连接到变换器交流输入电源的第一输出端点和第二输出端点，所述四绕组变压器的第一副边绕组与第一飞跨电容并联，所述四绕组变压器的第二副边绕组与第二飞跨电容并联，所述四绕组变压器的第三副边绕组与第三飞跨电容并联；

所述第七四象限开关管的一端连接到变换器交流输入电源的第一输出端点，所述第七四象限开关管的另一端依次经第五四象限开关管、第三四象限开关管、第一四象限开关管、第二四象限开关管、第四四象限开关管、第六四象限开关管连接到第八四象限开关管的一端，所述第八四象限开关管的另一端连接到变换器交流输入电源的第二输出端点；

所述输出滤波器的第一输入端点连接到第四节点，所述输出滤波器的第二输入端点连接到变换器交流输入电源的第二输出端点。

上述技术方案中，所述第一四象限开关管包括反向串联的第一功率开关管和第二功率开关管；

所述第二四象限开关管包括反向串联的第三功率开关管和第四功率开关管；