[发明专利]一种集成升压型开关电容多电平逆变器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种集成升压型开关电容多电平逆变器及其控制方法，该逆变器由1个直流电源U_in、1个电感L、3个电容C₁～C₃、8个开关管S₁～S₈以及2个二极管D₁～D₂组成。通过控制S₅和S₆的占空比相等，可使电感L的充放电时间对称，从而使得电容C₁的电压与直流电源U_in电压相等；再通过控制所有开关管的驱动控制逻辑，可使电容C₁与直流电源串联后分别为电容C₂和C₃充电，并最终使逆变器产生4倍的电压增益和幅值分别为±4U_in、±3U_in、±2U_in、±U_in和0的九电平输出。相比于现有的多电平逆变器，本发明集成升压型开关电容多电平逆变器电路结构更加简单，具有更少的开关管数量、更高的升压能力和电容电压自平衡能力。

技术领域

本发明涉及多电平逆变器技术领域，特别是涉及一种集成升压型开关电容多电平逆变器及其控制方法。

背景技术

相比于传统的两电平逆变器，多电平逆变器因其输出波形更接近正弦波而具有输出总谐波畸变率小、损耗少和电磁干扰低等优点，近年来已经广泛应用于新能源发电、电机驱动以及高频交流配电系统等领域。

现有多电平逆变器拓扑主要有：二极管钳位型、飞跨电容型、级联H桥型和开关电容型。二极管钳位型和飞跨电容型多电平逆变器含有较多的开关管和储能元件，结构复杂，且电容电压自平衡能力较差，也不具有升压能力。级联H桥多电平逆变器通过多个H桥逆变器输出端的串联实现多电平输出，易于模块化扩展，且无电容电压不平衡问题，但其需要多个独立的直流电源，实际上也无升压能力。开关电容多电平逆变器通过开关电容与直流电源串、并联的切换产生多电平输出，可以实现电容电压自平衡，但所需开关管数量较多，且会随着逆变器输出电平数的增加而快速增加，从而导致拓扑结构较为复杂。

发明内容

本发明提供一种集成升压型开关电容多电平逆变器，以解决现有多电平逆变器存在的结构复杂、开关管数量多、升压和电容电压自平衡能力差等问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：