多电平电路及其隔离电源电路的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及多电平电路及其隔离电源电路。

背景技术：

多电平电路泛指其输出量具有多个电平的电路，例如电容钳位型五电平电路就是一种典型的多电平电路。

由于多电平电路中存在不共地的开关管，所以多电平电路中开关管的驱动方式采用隔离驱动，具体为：多电平电路中的每个开关管都具有独立的隔离驱动芯片，不共地的开关管对应的隔离驱动芯片由不同的隔离电源供电，共地的开关管对应的隔离驱动芯片可以由不同的隔离电源供电，也可以由同一隔离电源供电；各隔离电源的一次侧共地或悬浮，各隔离电源的二次侧与其各自供电的隔离驱动芯片所驱动的开关管共地。

但随着多电平电路中各开关管的开通和关断，所述隔离电源一次侧的地与二次侧的地之间存在峰值等于直流母线电压的共模电压，会产生严重的共模干扰。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了多电平电路及其隔离电源电路，以降低共模干扰。

一种隔离电源电路，应用于多电平电路，所述多电平电路中的每个开关管都具有独立的隔离驱动芯片，所述隔离电源电路包括多个隔离电源，所述隔离电源用于为所述隔离驱动芯片供电，其中：

所述多电平电路中不共地的开关管对应的隔离驱动芯片由不同的隔离电源供电；

各个隔离电源的二次侧与其各自供电的隔离驱动芯片所驱动的开关管共地；

将所述多个隔离电源分别编号为1、2、3、…、m-1、m号隔离电源，m为所述多个隔离电源的总个数，则：所述1号隔离电源的一次侧与辅助电源共地，或者所述1号隔离电源一次侧的地端悬浮；所述1号隔离电源二次侧的地端接直流母线中点；i号隔离电源的一次侧与前i-1号隔离电源中的任意一个隔离电源的二次侧共地，i＝2、3、…、m-1、m。

一种隔离电源电路，应用于多电平电路，所述多电平电路中的每个开关管都具有独立的隔离驱动芯片，所述隔离电源电路包括多个隔离电源，所述隔离电源用于为所述隔离驱动芯片供电，其特征在于：

所述多电平电路中不共地的开关管对应的隔离驱动芯片由不同的隔离电源供电；

各个隔离电源的二次侧与其各自供电的隔离驱动芯片所驱动的开关管共地；

将所述多个隔离电源分别编号为1、2、3、…、m-1、m号隔离电源，m为所述多个隔离电源的总个数，则：所述1号隔离电源的一次侧与辅助电源共地；所述1号隔离电源二次侧的地端接直流母线中点；i号隔离电源的一次侧与前i-1号隔离电源中的任意一个隔离电源的二次侧共地，i＝2、3、…、m-1；所述m号隔离电源的一次侧与所述1号隔离电源的一次侧共地，所述m号隔离电源二次侧的地端与所述辅助电源的地端等电位。

其中，所述多电平电路中每个开关管对应的隔离驱动芯片都由不同的所述隔离电源供电。

其中，所述1号隔离电源的一次侧与辅助电源共地，包括：所述1号隔离电源的一次侧与负直流母线共地。

其中，二次侧与所述i号隔离电源的一次侧共地的隔离电源，其对应的共模电压峰值不小于所述i号隔离电源对应的共模电压峰值。

其中，同一级隔离电源对应的共模电压峰值不超出预设范围；

具体的，所述1号隔离电源为第一级隔离电源，一次侧接与所述1号隔离电源二次侧共地的隔离电源为第二级隔离电源，一次侧与任意一个所述第二级隔离电源二次侧共地的隔离电源为第三级隔离电源，以次类推。

一种多电平电路，包括：如上述公开的任一种隔离电源电路。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的隔离电源电路采用多级隔离的方案，由于1号隔离电源的二次侧始终与直流母线中点同电位，那么在多电平电路中各开关管开通和关断的过程中，各隔离电源就不会出现一次侧与负直流母线Bus-同电位、同时二次侧与正直流母线Bus+同电位，或者一次侧与正直流母线Bus+同电位、同时二次侧与负直流母线Bus-同电位的情况，从而将各隔离电源对应的共模电压峰值限定为低于直流母线电压，而共模电压峰值的降低，将使得共模干扰也相应降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种电容钳位型五电平电路拓扑图；

图2为现有技术公开的一种电容钳位型五电平电路的隔离电源电路结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种电容钳位型五电平电路的隔离电源电路结构示意图；

图4为本发明实施例公开的又一种电容钳位型五电平电路的隔离电源电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种隔离电源电路，应用于多电平电路，所述多电平电路中的每个开关管都具有独立的隔离驱动芯片，所述隔离电源电路包括多个隔离电源，所述隔离电源用于为所述隔离驱动芯片供电，其中：

所述多电平电路中不共地的开关管对应的隔离驱动芯片由不同的隔离电源供电；共地的开关管对应的隔离驱动芯片可以由不同的隔离电源供电，也可以由同一隔离电源供电；

各个隔离电源的二次侧与其各自供电的隔离驱动芯片所驱动的开关管共地；

为便于描述，将所述多个隔离电源分别编号为1、2、3、…、m-1、m号隔离电源，m为所述多个隔离电源的总个数，则各个隔离电源还满足：所述1号隔离电源的一次侧与辅助电源共地，或者所述1号隔离电源一次侧的地端悬浮；所述1号隔离电源二次侧的地端接直流母线中点；i号隔离电源的一次侧与前i-1号隔离电源中的任意一个隔离电源的二次侧共地，i＝2、3、…、m-1、m。

由上可知，现有的隔离电源电路采用的是一级隔离的方案，而本实施例公开的隔离电源电路采用的是多级隔离的方案，具体的：1号隔离电源为第一级隔离电源，一次侧与1号隔离电源二次侧共地的隔离电源为第二级隔离电源，一次侧与任意一个第二级隔离电源二次侧共地的隔离电源为第三级隔离电源，以次类推。由于1号隔离电源的二次侧始终与直流母线中点同电位，那么在所述多电平电路中各开关管开通和关断的过程中，各隔离电源就不会出现一次侧与负直流母线Bus-同电位、同时二次侧与正直流母线Bus+同电位，或者一次侧与正直流母线Bus+同电位、同时二次侧与负直流母线Bus-同电位的情况，从而将各隔离电源对应的共模电压峰值限定为低于直流母线电压，而共模电压峰值的降低，将使得共模干扰也相应降低。

下面，以电容钳位型五电平电路为例，详述本实施例所述隔离电源电路相较于现有隔离电源电路的优势所在。

电容钳位型五电平电路拓扑如图1所示，包括正直流母线电容C1、负直流母线电容C2，钳位电容C3以及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)Q1～Q8，其中：Q1的集电极接正直流母线Bus+；Q1的发射极接Q3的发射极与Q7的集电极；Q3的集电极接Q2的集电极；Q2的发射极接直流母线中点；Q7的发射极接Q8的集电极，并作为桥臂输出端；Q8的发射极接Q5的发射极与Q6的集电极；Q5的集电极接Q4的集电极；Q4的发射极接直流母线中点；Q6的发射极接负直流母线Bus-；钳位电容C3的正、负端分别接Q7的集电极和Q8的发射极。

将Q1～Q8中共地的IGBT分为一组，则共可以分成5组，分别是：共地的Q2和Q4为一组，其地端(也就是Q2和Q4的发射极)接直流母线中点(记为N点)；共地的Q1和Q3为一组，其地端接C3的正端(记为A点)；共地的Q5和Q8为一组，其地端接C3的负端(记为B点)；Q7单独为一组，其地端接桥臂输出端(记为C点)；Q6单独为一组，其地端接C3的负直流母线Bus-。

设定不共地的开关管对应的隔离驱动芯片由不同的隔离电源供电，共地的开关管对应的隔离驱动芯片由同一隔离电源供电，则在此设定下，所述电容钳位型五电平电路的隔离电源电路共包括5个隔离电源，分别是1、2、3、4、5号隔离电源，继续设定1号隔离电源为共地的Q2和Q4对应的隔离驱动芯片供电，2号隔离电源为共地的Q1和Q3对应的隔离驱动芯片供电，3号隔离电源为共地的Q5和Q8对应的隔离驱动芯片供电，4号隔离电源为Q7对应的隔离驱动芯片供电，5号隔离电源为Q6对应的隔离驱动芯片供电。

则在现有技术下，所述电容钳位型五电平电路的隔离电源电路如图2所示：1、2、3、4和5号隔离电源的一次侧共地，1、2、3、4、5号隔离电源的二次侧分别与N点、A点、B点、C点、Bus-共地。

在图2所示结构下，存在隔离电源对应的共模电压的峰值等于直流母线电压的情况，举例说明：假定各隔离电源一次侧的地端接负直流母线Bus-，则A点电位在Q1和Q2导通时达到最大，为V_Bus+(V_Bus+表示正直流母线对地电压大小)，此时1号隔离电源对应的共模电压的峰值等于V_Bus+-V_Bus-(V_Bus-表示负直流母线对地电压大小)，也就是直流母线电压。其他隔离电源对应的共模电压峰值同理可得，不再一一赘述。

在本实施例下，所述电容钳位型五电平电路的隔离电源电路可采用如图3所示结构：1号隔离电源的地端与辅助电源共地或者悬浮；2、3号隔离电源的一次侧与1号隔离电源的二次侧共地，4号隔离电源的一次侧与2号隔离电源的二次侧共地，5号隔离电源的一次侧与3号隔离电源的二次侧共地。

假定1号隔离电源一次侧的地端接负直流母线Bus-，则在图3中，由于2号隔离电源一次侧的地端被限定为与N点同电位，所以2号隔离电源对应的直流母线电压峰值为V_N-V_Bus-(V_N表示N点对地电压大小)，降为直流母线电压的一半，共模电压大大减小。其他隔离电源对应的共模电压峰值同理可得，不再一一赘述。

当然，在本实施例下，2、3、4、5号隔离电源只要满足以下规则即可，并不局限图3所示结构，该规则为：i号隔离电源的一次侧与前i-1号隔离电源中的任意一个隔离电源的二次侧共地，i＝2、3、4、5。不同结构下各隔离电源对应的共模电压峰值同理可得，不再一一赘述。此外，在各开关管对应的隔离驱动芯片均由不同的隔离电源供电的情况下，上述分析方法同样适用，此处不在赘述。

可选地，在本实施例下，二次侧与i号隔离电源的一次侧共地的隔离电源，其对应的共模电压峰值不小于所述i号隔离电源对应的共模电压峰值，即对于同一串隔离电源来说(以图3为例，1、2、4号隔离电源为同一串隔离电源，1、3、5号隔离电源为同一串隔离电源)，从第一级隔离电源开始至最后一级隔离电源，其共模电压峰值呈持续减小趋势，以使得整串隔离电源的共模干扰达到最小。

进一步的，本实施例还限定同一级隔离电源对应的共模电压峰值不超出预设范围，即要求共模电压峰值相等或相近的隔离电源安排在同一级，从而进一步降低共模干扰。

此外需要说明的是，本实施例优选多电平电路中每个开关管对应的隔离驱动芯片都由不同的隔离电源供电，这样可以保证每个开关管都具有独立的隔离驱动芯片和隔离电源，削弱了不同开关管驱动方式之间的个性化差异，符合电路模块化设计趋势。

本发明实施例还公开了又一种隔离电源电路，应用于多电平电路，所述多电平电路中的每个开关管都具有独立的隔离驱动芯片，所述隔离电源电路包括多个隔离电源，所述隔离电源用于为所述隔离驱动芯片供电，其中：

所述多电平电路中不共地的开关管对应的隔离驱动芯片由不同的隔离电源供电；共地的开关管对应的隔离驱动芯片可以由不同的隔离电源供电，也可以由同一隔离电源供电；

各个隔离电源的二次侧与其各自供电的隔离驱动芯片所驱动的开关管共地；

为便于描述，将所述多个隔离电源分别编号为1、2、3、…、m-1、m号隔离电源，m为所述多个隔离电源的总个数，则各个隔离电源还满足：所述1号隔离电源的一次侧与辅助电源共地；所述1号隔离电源二次侧的地端接直流母线中点；i号隔离电源的一次侧与前i-1号隔离电源中的任意一个隔离电源的二次侧共地，i＝2、3、…、m-1；所述m号隔离电源的一次侧与所述1号隔离电源的一次侧共地，所述m号隔离电源二次侧的地端与所述辅助电源的地端等电位。

本实施例与前述实施例的区别之处在于，若2～m号隔离电源中的某隔离电源二次侧的地端与所述辅助电源的地端等电位，则将该隔离电源在隔离电源电路中的连接关系改为，其一次侧与所述1号隔离电源的一次侧共地。举例说明，就是将图3中的5号隔离电源在电路中的连接关系修改为如图4所示，5号隔离电源的一次侧与1号隔离电源的一次侧共地。

由于5号隔离电源二次侧的地端与辅助电源的地端等电位，在本实施例下，5号隔离电源一、二次侧的地端电位相等，共模电压峰值基本为零；而在前述实施例下，5号隔离电源的共模电压峰值虽然不会达到直流母线电压，但必然不可能降为零，所以相比较而言，本实施例下5号隔离电源带来的共模干扰更小。

最后，本发明实施例还公开了一种多电平电路，包括如上述实施例公开的任一种隔离电源电路。

综上所述，本发明公开的隔离电源电路采用多级隔离的方案，由于1号隔离电源的二次侧始终与直流母线中点同电位，那么在多电平电路中各开关管开通和关断的过程中，各隔离电源就不会出现一次侧与负直流母线Bus-同电位、同时二次侧与正直流母线Bus+同电位，或者一次侧与正直流母线Bus+同电位、同时二次侧与负直流母线Bus-同电位的情况，从而将各隔离电源对应的共模电压峰值限定为低于直流母线电压，而共模电压峰值的降低，将使得共模干扰也相应降低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。