电容箝位型混合级联桥式变频器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电容箝位型混合级联桥式变频器，包括三电平输出变频器单元和五电平输出变频器单元，三电平输出变频器单元由四个可控开关构成，五电平输出变频器单元由八个可控开关和两个电容构成，三电平输出变频器单元和五电平输出变频器单元之间形成级联结构，输入电源的两端分别连接于三电平输出变频器单元的节点和五电平输出变频器单元的节点，输出电源有两个，分别为三电平输出变频器单元的输出电源和五电平输出变频器单元的输出电源。本发明通过对十二个可控开关的控制，分别实现多种不同电平的输出，从而完成对交流电源的变频处理，具有所需器件数量少、易于模块化的优点，适合作为电网接口的变频器。
【专利说明】电容箝位型混合级联桥式变频器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变频器，尤其涉及一种易于实现模块化结构的电容箝位型混合级联桥式变频器。
【背景技术】
[0002]随着现代工业的深度发展，大功率变流装置在国民经济中的应用越来越广泛，如大容量变频器、大功率电力有源滤波器、静止无功补偿装置、MW级风电机组用变流器等，而对于大功率变流器场合，大功率开关器件的功率处理能力和开关频率之间往往存在着矛盾，通常功率越大开关频率越低。由于开关频率的限制难以应用PWM技术来改善传统大容量变流器的性能。因此，在大功率变流器场合，人们往往希望大功率、耐高压的电力电子装置能够工作在尽可能高的开关频率下，以便提高输出波形的质量。
[0003]普通型变频器通常也称为两电平变频器，这种拓扑结构比较简单，为了获得大功率，一般依靠开关器件串联以承受高压，将开关器件并联以承受大电流，但由于功率器件参数的离散性，这将带来静、动态均压和均流等一系列问题，技术上的不确定因素影响很大，可靠性不高；但由于输出只有两电平，电压波动大，产生较大谐波。因此这种结构应用范围非常有限。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种易于实现模块化结构的电容箝位型混合级联桥式变频器。
[0005]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
本发明所述电容箝位型混合级联桥式变频器包括三电平输出变频器单元和五电平输出变频器单元，所述三电平输出变频器单元由四个可控开关构成，四个所述可控开关为第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和第四可控开关，所述五电平输出变频器单元由八个可控开关和两个电容构成，八个所述可控开关为第五可控开关、第六可控开关、第七可控开关、第八可控开关、第九可控开关、第十可控开关、第十一可控开关和第十二可控开关，两个所述电容为第一电容和第二电容；所述第一可控开关的第一端、所述第三可控开关的第二端、所述第八可控开关的第一端和所述第十可控开关的第二端相互连接，所述第八可控开关的第二端、所述第六可控开关的第一端和所述第二电容的第一端相互连接，所述第十可控开关的第一端、所述第十二可控开关的第二端和所述第二电容的第二端相互连接，所述第七可控开关的第二端、所述第五可控开关的第一端和所述第一电容的第一端相互连接，所述第九可控开关的第一端、所述第十一可控开关的第二端和所述第一电容的第二端相互连接；所述第二可控开关的第一端和所述第四可控开关的第二端均与输入电源的第一端连接，所述第七可控开关的第一端和所述第九可控开关的第二端均与所述输入电源的第二端连接，所述第一可控开关的第二端与所述第二可控开关的第二端均与所述三电平输出变频器单元的输出电源的第一端连接，所述第三可控开关的第一端与所述第四可控开关的第一端均与所述三电平输出变频器单元的输出电源的第二端连接，所述第五可控开关的第二端与所述第六可控开关的第二端均与所述五电平输出变频器单元的输出电源的第一端连接，所述第十一可控开关的第一端与所述第十二可控开关的第一端均与所述五电平输出变频器单元的输出电源的第二端连接。
[0006]具体地，所述可控开关包括一个三极管和一个二极管，所述三极管的发射极与所述二极管的正极连接，所述三极管的集电极与所述二极管的负极连接，所述三极管的发射极为所述可控开关的第一端，所述三极管的集电极为所述可控开关的第二端，所述三极管的基极为所述可控开关的控制输入端。
[0007]本发明的有益效果在于:
本发明通过对十二个可控开关的控制，分别实现多种不同电平的输出，从而完成对交流电源的变频处理，具有所需器件数量少、易于模块化的优点，适合作为电网接口的变频器；同时通过两个电容分别对冗余状态的选择保持平衡，形成对输出电压的箝位控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明所述电容箝位型混合级联桥式变频器的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图1所示，本发明所述电容箝位型混合级联桥式变频器包括三电平输出变频器单元和五电平输出变频器单元，所述三电平输出变频器单元由四个可控开关构成，四个所述可控开关为第一可控开关S1、第二可控开关S2、第三可控开关S3和第四可控开关S4，所述五电平输出变频器单元由八个可控开关和两个电容构成，八个所述可控开关为第五可控开关S5、第六可控开关S6、第七可控开关S7、第八可控开关S8、第九可控开关S9、第十可控开关S10、第十一可控开关Sll和第十二`可控开关S12，两个所述电容为第一电容Cl和第二电容C2 ;第一可控开关SI的第一端、第三可控开关S3的第二端、第八可控开关S8的第一端和第十可控开关SlO的第二端相互连接，第八可控开关S8的第二端、第六可控开关S6的第一端和第二电容C2的第一端相互连接，第十可控开关SlO的第一端、第十二可控开关S12的第二端和第二电容C2的第二端相互连接，第七可控开关S7的第二端、第五可控开关S5的第一端和第一电容Cl的第一端相互连接,第九可控开关S9的第一端、第^ 可控开关Sll的第二端和第一电容Cl的第二端相互连接；第二可控开关S2的第一端和第四可控开关S4的第二端均与输入电源Vin的第一端连接，第七可控开关S7的第一端和第九可控开关S9的第二端均与输入电源Vin的第二端连接，第一可控开关SI的第二端与第二可控开关S2的第二端均与所述三电平输出变频器单元的输出电源Voutl的第一端连接，第三可控开关S3的第一端与第四可控开关S4的第一端均与所述三电平输出变频器单元的输出电源Voutl的第二端连接，第五可控开关S5的第二端与第六可控开关S6的第二端均与所述五电平输出变频器单元的输出电源Vout2的第一端连接，第十一可控开关Sll的第一端与第十二可控开关S12的第一端均与所述五电平输出变频器单元的输出电源Vout2的第二端连接。
[0010]如图1所示，可控开关包括一个三极管和一个二极管，三极管的发射极与二极管的正极连接，三极管的集电极与二极管的负极连接，三极管的发射极为可控开关的第一端，三极管的集电极为可控开关的第二端，三极管的基极为可控开关的控制输入端。上述可控开关的结构为常规结构，所以未在图中标记三极管和二极管的符号。
[0011]通过对各可控开关的基极信号的控制，实现各可控开关的开、关状态，从而输出不同电平，再由这些电平组合为不同频率的电源。任意时刻，每一个三电平输出变频器单元的输出电源Vout均为+E、-E和零电平之一,所以称为三电平输出；每一个五电平输出变频器单元的输出电源Vout均为+2E、+E、-E、-2E和零电平之一，所以称为五电平输出。整个电容箝位型混合级联桥式变频器包括一个三电平输出变频器单元和一个五电平输出变频器单元，可进行串、并联组合，从而实现更多电压和频率的电源输出。
【权利要求】
1.一种电容箝位型混合级联桥式变频器，其特征在于:包括三电平输出变频器单元和五电平输出变频器单元，所述三电平输出变频器单元由四个可控开关构成，四个所述可控开关为第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和第四可控开关，所述五电平输出变频器单元由八个可控开关和两个电容构成，八个所述可控开关为第五可控开关、第六可控开关、第七可控开关、第八可控开关、第九可控开关、第十可控开关、第十一可控开关和第十二可控开关，两个所述电容为第一电容和第二电容；所述第一可控开关的第一端、所述第三可控开关的第二端、所述第八可控开关的第一端和所述第十可控开关的第二端相互连接，所述第八可控开关的第二端、所述第六可控开关的第一端和所述第二电容的第一端相互连接，所述第十可控开关的第一端、所述第十二可控开关的第二端和所述第二电容的第二端相互连接，所述第七可控开关的第二端、所述第五可控开关的第一端和所述第一电容的第一端相互连接，所述第九可控开关的第一端、所述第十一可控开关的第二端和所述第一电容的第二端相互连接；所述第二可控开关的第一端和所述第四可控开关的第二端均与输入电源的第一端连接，所述第七可控开关的第一端和所述第九可控开关的第二端均与所述输入电源的第二端连接，所述第一可控开关的第二端与所述第二可控开关的第二端均与所述三电平输出变频器单元的输出电源的第一端连接，所述第三可控开关的第一端与所述第四可控开关的第一端均与所述三电平输出变频器单元的输出电源的第二端连接，所述第五可控开关的第二端与所述第六可控开关的第二端均与所述五电平输出变频器单元的输出电源的第一端连接，所述第十一可控开关的第一端与所述第十二可控开关的第一端均与所述五电平输出变频器单元的输出电源的第二端连接。
2.根据权利要求1所述的电容箝位型混合级联桥式变频器，其特征在于:所述可控开关包括一个三极管和一个二极管，所述三极管的发射极与所述二极管的正极连接，所述三极管的集电极与所述二极管的负极连接，所述三极管的发射极为所述可控开关的第一端，所述三极管的集电极为所述可控开关的第二端，所述三极管的基极为所述可控开关的控制输入端。
【文档编号】H02M5/27GK103795267SQ201210417527
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月29日 优先权日:2012年10月29日
【发明者】张锋 申请人:成都市思博睿科技有限公司