一种三电平三相半桥逆变电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种三电平三相半桥逆变电路，该电路包括三个相同的单相半桥电路；所述单相半桥电路包括电离电解质电容C1、C4、电容C9、二极管D1、D2、D3、D10、大功率开关管Q1、Q2、Q3、Q10、电感L1；本实用新型在传统的三相逆变桥电路拓扑基础上，增加了续流阶段的辅助通路桥臂，上下桥臂分别工作于正弦波的正半周期和负半周，续流阶段通过辅助桥臂采用低频开关，有效减小大功率逆变器件存在的开关损耗。整个系统采用SPWM调制，输出三相纯正弦波；采用模块化并联冗余设计，可靠性高，且单个模块故障，不影响系统的运行；另外，容量可依据需要增大或减小，便于扩容；三相独立的逆变方式具备优异的100%不平衡负载能力；系统可以同时提供单、三相交流电。
【专利说明】—种三电平三相半桥逆变电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种三电平三相半桥逆变电路，属于电力电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]三电平三相半桥逆变电路是针对300kW波浪能发电系统中，由于海上浮筒在将机械能转换成电能后，经过海底电缆远距离传输，需要采用直流高电压，一般是1000V以上，而传统的大功率变换技术采用大功率IGBT模块，在使用高频SPWM调制控制策略时，图1为普通三相半桥逆变电路，由于其在整个周期均工作于高频，存在开关损耗大而导致效率低，容量上不去的问题，因此有必要研制一种新型的逆变电路。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本实用新型提供了一种三电平三相半桥逆变电路，能够避免上下桥臂在整个周期全部工作于闻频，有效减小开关损耗，提闻效率。
[0004]一种三电平三相半桥逆变电路，该逆变电路包括三个相同的单相半桥电路；
[0005]所述单相半桥电路包括电离电解质电容C1、C4、电容C9、二极管D1、D2、D3、D10、大功率开关管Ql、Q2、Q3、Q10、电感LI ；
[0006]电离电解质电容Cl的正极连接直流输入+DCBUS，电离电解质电容Cl的负极连接电离电解质电容C4的正极，电离电解质电容C4的负极连接直流输入-DCBUS，二极管Dl的正极接在电离电解质电容Cl和电离电解质电容C4之间，二极管Dl的负极连接大功率开关管Ql的C极，二极管D2的负极也接在电离电解质电容Cl和电离电解质电容C4之间，二极管D2的正极连接大功率开关管Q2的E极,大功率开关管Ql的E极连接大功率开关管Q2的C极，连接端分别连接大功率开关管Q3的E极和大功率开关管QlO的C极，大功率开关管Q3的C极连接直流输入+DCBUS，大功率开关管QlO的E极连接直流输入-DCBUS，二极管D3与大功率开关管Q3并联，即二极管D3的正极连接大功率开关管Q3的E极,二极管DlO与大功率开关管QlO并联，即二极管DlO的正极连接大功率开关管QlO的E极，电感LI的一端接在大功率开关管Ql和大功率开关管Q2的连接端，另一端为U极输出，在U极和逆变电路的中心点N极之间接入电容C9。
[0007]有益效果:
[0008]本实用新型在传统的三相逆变桥电路拓扑基础上，增加了续流阶段的辅助通路桥臂，即增加了 Ql、Q2、Q6、Q7、Q8、Q9所在桥臂，上下桥臂分别工作于正弦波的正半周期和负半周，续流阶段通过辅助桥臂采用低频开关，有效减小大功率逆变器件存在的开关损耗。整个系统采用SPWM调制，输出三相纯正弦波；采用模块化并联冗余设计，可靠性高，且单个模块故障，不影响系统的运行；另外，容量可依据需要增大或减小，便于扩容；三相独立的逆变方式具备优异的100%不平衡负载能力；系统可以同时提供单、三相交流电。
【专利附图】
【附图说明】[0009]图1为普通三相半桥逆变电路的原理图。
[0010]图2为本实用新型三电平三相半桥逆变电路的原理图。
[0011]图3为本实用新型等效单相三电平半桥逆变电路A中Q3导通的暂态电路。
[0012]图4为本实用新型等效单相三电平半桥逆变电路A中Q3关断的暂态电路。
[0013]图5为本实用新型等效单相三电平半桥逆变电路A中QlO导通的暂态电路。
[0014]图6为本实用新型等效单相三电平半桥逆变电路A中QlO关断的暂态电路。
[0015]图7为本实用新型三相三电平逆变电路的输出波形。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
[0017]如附图2所示，本实用新型提供了一种三电平三相半桥逆变电路，该逆变电路可分拆为三个独立的单相半桥电路A、B、C。
[0018]单相半桥电路A包括电离电解质电容C1、C4、电容C9、二极管D1、D2、D3、D10、大功率开关管Ql、Q2、Q3、Q10、电感LI ；
[0019]电离电解质电容Cl的正极连接直流输入+DCBUS，电离电解质电容Cl的负极连接电离电解质电容C4的正极，电离电解质电容C4的负极连接直流输入-DCBUS，二极管Dl的正极接在电离电解质电容Cl和电离电解质电容C4之间，二极管Dl的负极连接大功率开关管Ql的C极，二极管D2的负极也接在电离电解质电容Cl和电离电解质电容C4之间，二极管D2的正极连接大功率开关管Q2的E极,大功率开关管Ql的E极连接大功率开关管Q2的C极，连接端分别连接大功率开关管Q3的E极和大功率开关管QlO的C极，大功率开关管Q3的C极连接直流输入+DCBUS，大功率开关管QlO的E极连接直流输入-DCBUS，二极管D3与大功率开关管Q3并联，即二极管D3的正极连接大功率开关管Q3的E极,二极管DlO与大功率开关管QlO并联，即二极管DlO的正极连接大功率开关管QlO的E极，电感LI的一端接在大功率开关管Ql和大功率开关管Q2的连接端，另一端为U极输出，在U极和N极之间接入电容C9。
[0020]单相半桥电路B包括电离电解质电容C2、C5、电容C8、二极管D4、D6、D7、D11、大功率开关管Q4、Q6、Q7、Q11、电感L2 ；
[0021]电离电解质电容C2的正极连接直流输入+DCBUS，电离电解质电容C2的负极连接电离电解质电容C5的正极，电离电解质电容C5的负极连接直流输入-DCBUS，二极管D6的正极接在电离电解质电容C2和电离电解质电容C5之间，二极管D6的负极连接大功率开关管Q6的C极，二极管D7的负极也接在电离电解质电容C2和电离电解质电容C5之间，二极管D7的正极连接大功率开关管Q7的E极,大功率开关管Q6的E极连接大功率开关管Q7的C极，连接端分别连接大功率开关管Q4的E极和大功率开关管Qll的C极，大功率开关管Q4的C极连接直流输入+DCBUS，大功率开关管Qll的E极连接直流输入-DCBUS，二极管D4与大功率开关管Q4并联，即二极管D4的正极连接大功率开关管Q4的E极，二极管Dll与大功率开关管Qll并联，即二极管Dll的正极连接大功率开关管Qll的E极，电感L2的一端接在大功率开关管Q6和大功率开关管Q7的连接端，另一端为V极输出，在V极和逆变电路中心点N极之间接入电容C8。
[0022]单相半桥电路C包括电离电解质电容C3、C6、电容C7、二极管D5、D8、D9、D12、大功率开关管Q5、Q8、Q9、Q12、电感L3 ；
[0023]电离电解质电容C3的正极连接直流输入+DCBUS，电离电解质电容C3的负极连接电离电解质电容C6的正极，电离电解质电容C6的负极连接直流输入-DCBUS，二极管D8的正极接在电离电解质电容C3和电离电解质电容C6之间，二极管D8的负极连接大功率开关管Q8的C极，二极管D9的负极也接在电离电解质电容C3和电离电解质电容C6之间，二极管D9的正极连接大功率开关管Q9的E极,大功率开关管Q8的E极连接大功率开关管Q9的C极，连接端分别连接大功率开关管Q5的E极和大功率开关管Q12的C极，大功率开关管Q5的C极连接直流输入+DCBUS，大功率开关管Q12的E极连接直流输入-DCBUS，二极管D5与大功率开关管Q5并联，即二极管D5的正极连接大功率开关管Q5的E极，二极管D12与大功率开关管Q12并联，即二极管D12的正极连接大功率开关管Q12的E极，电感L3的一端接在大功率开关管Q8和大功率开关管Q9的连接端，另一端为W极输出，在W极和N极之间接入电容C7。
[0024]所有大功率开关管的B极均作为触发端，接收触发信号导通或关断大功率开关管。
[0025]以单相半桥电路A为例，其工作过程如下:
[0026]( I)大功率开关管Q3导通期间
[0027]在交流输出正半周期内，辅助桥臂的大功率开关开关管Ql —直处于导通状态，开关频率为50Hz ;大功率开关管QlO —直处于关断状态。大功率开关管Q3上施加驱动为高频SPWM波形，在大功率开关管Q3导通期间，工作过程见图3电路，电流路径为:Cl — Q3 — LI — C7 — Cl。
[0028](2)大功率开关管Q3关断期间
[0029]当大功率开关管Q3处于关断状态后，输出滤波电感会产生自激电动势，保持电流自左向右的流动，见图4电路，其电流路径为:L1 — C7 — Dl — Ql — LI。
[0030]此阶段，避免传统半桥电路的电流流通路径:
[0031]LI — C7 — C4 — DlO — LI ;
[0032]能够有效减小下半桥开关管存在的闻频开关损耗。
[0033](3)大功率开关管QlO导通期间
[0034]在交流输出负半周期内，辅助桥臂的大功率开关管Q2—直处于导通状态，开关频率为50Hz ;大功率开关管Q3 —直处于关断状态。大功率开关管QlO上施加驱动为高频SPWM波形，在大功率开关管QlO导通期间，工作过程见5电路，电流路径为:C4 — C7 — LI — QlO — C4。
[0035](4)大功率开关管QlO关断期间
[0036]当大功率开关管QlO处于关断状态后，输出滤波电感会产生自激电动势，保持电流自右向左的流动，见6电路，其电流路径为:L1 — Q2 —D2 —C7 —C7 —LI。
[0037]此阶段，避免传统半桥电路的电流流通路径:
[0038]LI — D3 — Cl — C7 — LI。
[0039]能够有效减小上半桥开关管存在的闻频开关损耗。
[0040]单相半桥开关工作波形示意图见图7所示。
[0041]综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种三电平三相半桥逆变电路，其特征在于，该逆变电路包括三个相同的单相半桥电路； 所述单相半桥电路包括电离电解质电容C1、C4、电容C9、二极管D1、D2、D3、D10、大功率开关管 Ql、Q2、Q3、Q10、电感 LI ； 电离电解质电容Cl的正极连接直流输入+DCBUS，电离电解质电容Cl的负极连接电离电解质电容C4的正极，电离电解质电容C4的负极连接直流输入-DCBUS，二极管Dl的正极接在电离电解质电容Cl和电离电解质电容C4之间，二极管Dl的负极连接大功率开关管Ql的C极，二极管D2的负极也接在电离电解质电容Cl和电离电解质电容C4之间，二极管D2的正极连接大功率开关管Q2的E极，大功率开关管Ql的E极连接大功率开关管Q2的C极，连接端分别连接大功率开关管Q3的E极和大功率开关管QlO的C极,大功率开关管Q3的C极连接直流输入+DCBUS，大功率开关管QlO的E极连接直流输入-DCBUS，二极管D3与大功率开关管Q3并联，即二极管D3的正极连接大功率开关管Q3的E极,二极管DlO与大功率开关管QlO并联，即二极管DlO的正极连接大功率开关管QlO的E极，电感LI的一端接在大功率开关管Ql和大功率开关管Q2的连接端，另一端为U极输出，在U极和逆变电路的中心点N极之间接入电容C9。
【文档编号】H02M7/483GK203537258SQ201320584019
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】王同春, 戚战峰, 寿丽莉 申请人:中国船舶重工集团公司第七一〇研究所, 青岛海山海洋装备有限公司