[发明专利]开关电容高增益九电平逆变器

说明书

一种开关电容高增益九电平逆变器，直流电压源V_in的正极连接到二极管D₁的阳极和开关管S₁的漏极，V_in的负极连接到开关管S₂的源极、开关管S₄的源极和二极管D₃的阴极；电容C₁的正极连接到D₁的阴极、二极管D₂的阳极和开关管S₃的漏极，C₁的负极连接到S₁的源极和S₂的漏极；电容C₂的正极连接到D₂的阴极、开关管S₆的漏极和开关管S₈的漏极，C₂的负极连接到S₃的源极和开关管S₅的漏极；电容C₃的正极连接到二极管D₄的阴极和S₄的漏极，C₃的负极连接到D₃的阳极、开关管S₇的源极和开关管S₉的源极；S₅的源极连接到D₄的阳极；S₆的源极连接到S₇的漏极和负载的正极，S₈的源极连接到S₉的漏极和负载的负极。具有四倍升压能力，器件数量少、功率密度高、系统效率高。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及开关电容高增益九电平逆变器。

背景技术

可再生能源具有分布广泛、安全可靠、储量丰富和便于开发等优点。在可再生能源发电系统中，电力电子逆变器是电能变换与传输的关键环节，对整个系统的工作性能、转换效率以及可靠性等方面均有重要的影响。多电平逆变器具有输出电压谐波含量低、输出电能质量高、开关器件电压应力低和需要较小的输出滤波器等优点，在可再生能源发电系统中具有重要的应用前景。传统多电平逆变器包括二极管箝位型、飞跨电容型和级联H桥型逆变器结构。二极管箝位型逆变器和飞跨电容型逆变器分别使用大量箝位二极管和飞跨电容来产生多电平输出，但是其结构较为复杂，控制难度大。级联H桥逆变器通过级联多个H桥单元进行多电平输出，但逆变器较多的功率器件增加了系统成本及占地面积，需要较多的直流电源，限制了其应用范围。

近年来，开关电容技术在多电平逆变器中有着广泛的应用。开关电容结构没有电感、变压器等磁性元件，具有体积小、功率密度大、转换效率高和易于集成等优点。同时，该结构具有一定的升压能力，减少中间DC/DC升压环节，可以降低系统的成本，提高逆变器效率。将开关电容结构应用到多电平逆变器中，对于提高多电平逆变器的电压调节能力，拓宽逆变器适用范围，实现逆变器小型化、集成化和高效化发展有重要的意义。然而，现有的开关电容九电平逆变器普遍存在电压增益低、器件数量多、电容体积大等问题。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了开关电容高增益九电平逆变器。该逆变器的输出电压为直流电压源电压的四倍，具有高电压增益；所用开关管数量少，电容均可以在开关周期下实现电容电压的充电和放电平衡，降低逆变器的成本和体积。

实现本发明目的的技术方案如下：