无损异步吸收电路和NPC三电平电路的制作方法

本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种无损异步吸收电路和npc三电平电路。

背景技术：

在开关电源技术领域中，开关电源的主要元器件为开关器件，由于开关器件在电源回路中需要通过导线与其它元器件电路连接，而导线、甚至开关器件的引脚存在寄生电感，则在开关器件的连接回路中导线的长度和宽度均影响寄生电感的大小，同时导线在印刷电路板中布局走线方式影响了寄生电感的大小。图1是开关器件输出回路的简易原理图。请参考图1，开关器件q1通过导线与电容c1构成电流回路，由于导线及开关器件q1的引脚、甚至电容c1的引脚存在寄生电感。图2为开关器件输出回路寄生电感的等效电路原理图，在开关器件q1的串联回路中包括寄生电感ls1和ls2，并接在开关器件q1两端的为开关器件q1的寄生电容coss，则在开关器件q1截止时，根据寄生电感ls1和ls2两端的电流不能突变的特性，则寄生电感的电流i对开关器件q1的寄生电容coss进行充电，充电后就会在开关器件q1的输出端引起尖峰电压，当较高的尖峰电压超过开关器件q1的额定电压时，会导致开关器件q1被击穿而损坏。其中，开关器件q1的接通或者断开由脉冲驱动信号控制。

为了抑制开关器件在截止时产生的尖峰电压，因此需要在开关器件输出端并接一个吸收电路。图3是开关器件的输出端并联吸收电路的原理图，图4是开关器件输出回路寄生电感等效电路在开关器件接通时的电流回路示意图，图5是开关器件输出回路寄生电感等效电路在开关器件断开时的电流回路示意图。请参考图4，开关器件q1的工作原理如下：当开关器件q1导通时，电流i经过寄生电感ls1、开关器件q1和寄生电感ls2构成导通回路。请参考图5，当开关器件q1截止时，开关器件q1断开通路，由于寄生电感ls1和寄生电感ls2两端的电流不能突变，则电流经寄生电感ls1吸收电路和寄生电感ls2构成导通回路，而不经过开关器件q1，从而通过吸收电路抑制由于寄生电感而导致的尖峰电压。

现有技术中常见的吸收电路为rc吸收电路和rcd吸收电路。这些吸收电路的基本工作原理就是在开关器件断开时为该开关器件提供旁路换流，以吸收储存在寄生电感中的能量，并使开关器件输出端的电压被钳位，从而抑制尖峰电压。此种方案虽然有一定的效果，可以降低开关电源尖峰电压的幅值，但是降低的尖峰电压的能量需要被电路中的电阻发热转换成大量的热量，降低了开关电源的转换效率，即由于电阻的存在而构成了有损吸收电路，同时为了不增大吸收电路的损耗，吸收电容的容值大小的选型会被受到限制，导致抑制尖峰电压的能力也受到限制。

由此，在一些开关电源拓扑结构中，根据器件大小和布局的优势，可以考虑去掉电阻，而使用电容做为无损吸收回路，例如升压(boost)开关电源电路。图6为boost开关电源的电路原理图。请参考图6，boost开关电源包括输入端vi和输出端vo，并接在输入端vi的滤波电容c1和开关器件q1，输入端vi的正端与开关器件q1的输出端正极之间连接有功率电感l1，输出端vo的正端与开关器件q1的输出端正极之间正向连接有续流二极管d1，开关器件q1的输出端之间并接有吸收电容cs，吸收电容的正端与续流二极管d1的阴极连接，输出端vo之间并接有总线电容cbus。在开关器件q1截止时，二极管d1和吸收电容cs构成吸收电路。

boost开关电源的工作原理如下：图7是boost开关电源在开关器件接通时的电流回路示意图。请参考图7，当开关器件q1导通时，功率电感l1的电流经过开关器件q1的输出端正极和负极回到滤波电容c1的负端，以为功率电感l1储存能量。此时，吸收电路不接通回路。

图8是boost开关电源在开关器件断开时的充电电流回路示意图。请参考图8和图9，当开关器件q1截止时，开关器件q1的断开通路，续流二极管d1和吸收电容cs构成充电回路，其中实线箭头方向为充电回路的电流方向，功率电感l1的电流i经续流二极管d1、吸收电容cs回到输入端vi的负端形成导通回路。此时开关器件q1截止时等效的寄生电感和/或功率电感l1产生的尖峰电压能量被吸收电容cs充电吸收，从而抑制开关器件q1两端产生的尖峰电压。同时续流二极管d1和总线电容cbus构成功率回路，请参考图8，功率电感l1通过二极管d1换流后对总线电容cbus进行充电。由此可知，续流二极管d1在吸收回路和功率回路中共用，因此需要具备较好的反向恢复特性以及较低的结电压等特性，用以保证电路的性能和可靠性，特别地，此种电路用法需要保证开关器件q1和二极管d1在结构布局上需要靠的比较近，且器件封装带来的寄生电感要必须小，否则无法用此电路来实现无损吸收。

图9是boost开关电源吸收电容在放电时的电流回路示意图。请参考图9，因吸收电容cs和总线电容cbus的连接方式构成充放电回路，当吸收电容由于充电获得的尖峰电压能量使其两端的电压vcs大于总线电容cbus两端的电压vcbus时，即vcs>vcbus时，吸收电容cs放电对总线电容cbus进行充电，如图中虚线箭头方向。

上述的无损吸收电路，吸收电容的充电和放电均在开关器件断开时同时进行，因此称为无损同步吸收电路。

但是需说明的是，并非所有开关器件都可以使用无损同步吸收电路来吸收，正如由无损同步吸收电路定义可知，它必须要应用在当开关器件断开时吸收电容可以放电的电路中。因此如果出现在当开关器件断开时，吸收电容无法放电，这时就不能使用无损同步吸收电路来抑制开关器件的电压尖峰了，就需要考虑更换其它电路或者措施来解决才可以了。

请参考图10，传统的npc三电平电路包括第一开关器件q1、第二开关器件q2、第三开关器件q3、第四开关器件q4、第一钳位二极管d1、第二钳位二极管d2、第一总线电容cbusp、第二总线电容cbusn、主功率电感l1和第一电容c1。开关器件q1至q4常见的为绝缘栅双极型晶体管(igbt)，其控制端(即栅极)由外部脉冲驱动信号控制，开关器件的接通状态用1表示，断开状态用0表示。所述第一开关器件q1、第二开关器件q2、第三开关器件q3、第四开关器件q4的输出端串接后与第一总线电容cbusp和第二总线电容cbusn串联，所述第一钳位二极管d1反向连接在第一开关器件q1和第二开关器件q2的公共交点与第一总线电容cbusp和第二总线电容cbusn的公共交点，所述第二钳位二极管d2正向连接在第三开关器件q3和第四开关器件q4的公共交点与第一总线电容cbusp和第二总线电容cbusn的公共交点；第二开关器件q2和第三开关器件q3的公共交点通过主功率电感l1和第一电容c1连接在第一总线电容cbusp和第二总线电容cbusn的公共交点。该npc三电平电路，在每个开关器件的两端均存在尖峰电压，因此如何抑制的尖峰电压是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服以上不足，提供了一种无损异步吸收电路和npc三电平电路，以抑制开关器件产生的尖峰电压以及无损吸收尖峰电压能量。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种无损异步吸收电路，包括与开关器件串联的吸收电容、第二二极管、总线电容和第三二极管，所述开关器件和第三二极管的阴极公共交点与第二二极管的阳极和吸收电容的公共交点之间正向连接有第一二极管，所述开关器件的接通或者断开由脉冲驱动信号控制；

在开关器件断开时，所述第一二极管、吸收电容构成充电回路，用于使吸收电容通过第一二极管吸收开关器件在断开时产生的尖峰电压能量；

在开关器件接通时，所述吸收电容、第二二极管、总线电容、第三二极管和开关器件构成单向放电回路，用于使吸收电容通过第二二极管、第三二极管和开关器件对总线电容进行单向放电，以使吸收电容的电压能量反馈到总线电容上，实现电压能量的无损吸收。

进一步的，本发明提供的无损异步吸收电路，所述充电回路和/或单向放电回路串联有电阻、电感和/或开关器件。

进一步的，本发明提供的无损异步吸收电路，所述开关器件为结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、v型槽场效应晶体管、二极管、变压器、晶闸管或光电耦合器。

进一步的，本发明提供的无损异步吸收电路，所述充电回路和所述单向放电回路中的至少一个二极管采用结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或v型槽场效应晶体管替代，当替代充电回路中的至少一个二极管时，所述结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或v型槽场效应晶体管的导通方向与充电回路的电流方向相同；当替代单向放电回路中的至少一个二极管时，所述结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或v型槽场效应晶体管的导通方向与单向放电回路的电流方向相同。

进一步的，本发明提供的无损异步吸收电路，绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管集成有二极管。

进一步的，本发明提供的无损异步吸收电路，所述充电回路和所述单向放电回路中的至少一个二极管采用集成有二极管的绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管替代时，在使用绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的导通特性时，绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的导通方向与充电回路或者单向放电回路的电流方向相同；在使用二极管的单向导通特性时，绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管中集成的二极管的导通方向与充电回路或者单向放电回路的电流方向相同。

进一步的，本发明提供的无损异步吸收电路，所述单向放电回路中的至多一个二极管采用电阻或者电感替代。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种npc三电平电路，包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第一钳位二极管、第二钳位二极管、第一总线电容、第二总线电容、主功率电感和第一电容，每一个所述开关器件的控制端由脉冲驱动信号控制，所述第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件的输出端串接后与第一总线电容和第二总线电容串联，所述第一钳位二极管反向连接在第一开关器件和第二开关器件的公共交点与第一总线电容和第二总线电容的公共交点之间，所述第二钳位二极管正向连接在第三开关器件和第四开关器件的公共交点与第一总线电容和第二总线电容的公共交点之间，所述第二开关器件和第三开关器件的公共交点通过主功率电感和第一电容与第一总线电容和第二总线电容的公共交点连接，其特征在于，还包括并接在第三开关器件和第二开关器件的公共交点与第一开关器件和第一总线电容的公共交点之间正向连接的由第三二极管和第五二极管构成的串接支路，所述第三开关器件和第四开关器件的公共交点与第三二极管和第五二极管的公共交点之间连接有第三吸收电容；

在第三开关器件断开时，第三二极管和第三吸收电容构成充电回路，用于使第三吸收电容通过第三二极管吸收第三开关器件在断开时产生的尖峰电压能量；

在第二开关器件和第三开关器件接通时，所述第三吸收电容、第五二极管、第一总线电容、第一钳位二极管、第二开关器件和第三开关器件构成单向放电回路，用于使第三吸收电容通过第五二极管、第一钳位二极管、第二开关器件和第三开关器件对第一总线电容进行单向放电，以使第三吸收电容的电压能量反馈到第一总线电容上，以实现电压能量的无损吸收。

本发明提供的无损异步吸收电路和npc三电平电路，在开关器件断开时，产生的尖峰电压能量通过充电回路为吸收电容充电，在开关器件接通时，单向放电回路使吸收电容吸收的尖峰电压能量反馈到总线电容上。即吸收电容的充电过程是在开关器件断开时进行的，而吸收电容的放电过程是在开关器件接通时进行的，因此称为无损异步吸收电路。

在开关器件断开时，由第一二极管和吸收电容构成充电回路，用于使吸收电容吸收开关器件在断开时产生的尖峰电压能量。与现有技术相比，其充电回路的电流方向是单向的，在开关器件断开时，开关器件的寄生电感以及主功率电感由于电感两端电流不能突变的特性，电流对吸收电容进行充电，以吸收开关器件在断开时的尖峰电压能量，从而有效抑制尖峰电压能量的电压值，防止较高的尖峰电压损坏开关器件。

在开关器件接通时，吸收电容、第二二极管、总线电容、第三二极管和开关器件构成单向放电回路，用于使吸收电容通过第二二极管、第三二极管和开关器件对总线电容进行单向放电，总线电容充电，以使吸收电容的电压能量反馈到总线电容上，实现电压能量的无损吸收。由于单向放电回路中的二极管的单向导通特性，则当总线电容的电压大于吸收电容的电压时，第二二极管和/或第三二极管截止，断开了总线电容对吸收电容的反向通路，因此总线电容不能反向给吸收电容放电，单向放电电路不会发生振荡，从而保证吸收电容的电压不会过高，会限制在总线电容电压值附近，从而使吸收电容有足够的储能容量去吸收开关器件断开时的尖峰电压能量。

本发明提供的npc三电平电路适用于第三开关器件的尖峰电压的无损吸收。

由于本发明为无损吸收，所以在充电回路中对吸收电容容值大小的选择没有限制，容值选择越大，对开关器件的尖峰电压的抑制能力越强，从而有效解决尖峰电压的问题。再次，本发明的吸收电路是针对单个开关器件进行独立设计的，因此可以突破各元器件之间必需紧凑布局布线的限制，让各开关器件布局更灵活，更有利于产品布局多样化的设计。

附图说明

图1是开关器件输出回路的简易原理图；

图2是开关器件输出回路寄生电感等效电路的原理图；

图3是开关器件的输出端并联吸收电路的原理图；

图4是开关器件输出回路寄生电感等效电路在开关器件接通时的电流回路示意图；

图5是开关器件输出回路寄生电感等效电路在开关器件断开时的电流回路示意图；

图6为boost开关电源电路的原理图；

图7是boost开关电源在开关器件接通时的电流回路示意图；

图8是boost开关电源在开关器件断开时的充电电流回路示意图；

图9是boost开关电源在开关器件断开时的放电电流回路示意图；

图10是传统的npc三电平电路的原理图；

图11是本发明实施例的无损异步吸收电路的原理图；

图12是本发明实施例的吸收电路的充电回路示意图；

图13是本发明实施例的吸收电路的放电回路示意图；

图14至图19是本发明实施例的无损异步吸收电路的变形电路原理图；

图20是本发明实施例的具有无损异步吸收电路的npc三电平电路的原理图；

图21是图20中第三开关器件的无损异步吸收电路的分立原理图；

图22是图21的无损异步吸收电路的充电回路示意图；

图23是图21的无损异步吸收电路的单向放电回路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：以说明怎么抑制开关器件在断开时产生的尖峰电压并实现无损吸收。

实施例一

请参考图11，本发明实施例一提供一种无损异步吸收电路，包括与开关器件q1串联的吸收电容cs1、第二二极管ds2、总线电容cbus和第三二极管ds3，所述开关器件q1和第三二极管ds3的阴极的公共交点与第二二极管ds2的阳极和吸收电容cs1的公共交点之间正向连接有第一二极管ds1，所述开关器件q1的接通或者断开由脉冲驱动信号控制。

请参考图11，本发明实施例的开关器件q1可以为场效应晶体管。其具体连接关系如下：第二二极管ds2、总线电容cbus、第三二极管ds3、开关器件q1和吸收电容cs1串联。其中第三二极管ds3的阴极与开关器件q1的漏极端连接，第二二极管ds2与第三二极管ds3的方向相同。还包括正向并接在开关器件q1与第三二极管ds3的公共交点与第二二极管ds2与吸收电容cs1公共交点之间的第一二极管ds1。

请参考图12，在开关器件q1断开时，所述第一二极管ds1、吸收电容cs1构成充电回路，用于使吸收电容cs1通过第一二极管ds1吸收开关器件q1在断开时产生的尖峰电压能量。本发明实施例一中的充电回路的电流方向是单向的，在开关器件q1断开时，开关器件q1的寄生电感以及主功率电感由于电感两端电流不能突变的特性，电流对吸收电容cs1进行充电，以吸收开关器件q1在断开时的尖峰电压能量，从而有效抑制尖峰电压能量的电压值，防止较高的尖峰电压损坏开关器件q1。

请参考图13，在开关器件q1接通时，所述吸收电容cs1、第二二极管ds2、总线电容cbus、第三二极管ds3和开关器件q1构成单向放电回路，用于使吸收电容cs1通过第二二极管ds2、第三二极管ds3和开关器件q1对总线电容cbus进行单向放电，以使吸收电容cs1的电压能量反馈到总线电容cbus上，实现电压能量的无损吸收。当吸收电容cs1两端的电压大于总线电容cbus两端的电压时，即vcs1>vcbus时，第二二极管ds2、第三二极管ds3导通，吸收电容cs1通过正向导通的第二二极管ds2、第三二极管ds3和开关器件q1对总线电容cbus进行单向放电，总线电容cbus充电，以使吸收电容cs1的电压能量反馈到总线电容cbus上，实现电压能量的无损吸收，同时降低吸收电容的电压能量。由于单向放电回路中的二极管的单向导通特性，则当吸收电容cs1的电压小于总线电容cbus两端的电压时，即vcs1<vcbus时，第二二极管ds2和第三二极管ds3截止，断开了总线电容cbus到吸收电容cs1的反向放电通路，因此总线电容cbus不能反向放电给吸收电容cs1以对其进行反向充电，从而保证吸收电容cs1有足够的储能容量去吸收开关器件q1断开时的尖峰电压能量，避免了传统吸收电路中的吸收电容处于振荡状态的双向充放电现象。本发明实施例一中，在vcs≠vcbus时，吸收电容cs1和总线电容cbus不存在的双向充放电现象的可能性，克服了由于振荡产生的能量损耗，提高了电容器件的使用寿命。

本发明实施例一提供的无损异步吸收电路中，在开关器件q1断开时，充电回路为吸收电容cs1充电，在开关器件q1接通时，单向放电回路使吸收电容cs1吸收的尖峰电压能量反馈到总线电容cbus上，即吸收电容cs1的充电过程是在开关器件q1断开时进行的，而吸收电容cs1的放电过程是在开关器件q1接通时进行的，因此称为无损异步吸收电路。

本发明实施例一中的开关器件q1可以为可以为结型场效应管(jfet)、双极型晶体管(bjt)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或者v型槽场效应管(verticalmetaloxidesemiconductor，vmos)、二极管、变压器、晶闸管和光电耦合器中的一种以上。即可以是上述开关器件中的一个，也可以是上述开关器件2种以上组合，例如两个结型场效应晶体管串接组合。本发明实施例一中的开关器件q1为结型场效应管(jfet)、双极型晶体管(bjt)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或者v型槽场效应管(verticalmetaloxidesemiconductor，vmos)时，其衬底可以是硅，也可以是锗，甚至是氮化镓等类似衬底。还可以在绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管的漏源极之间或者集电极与发射极之间反向集成有二极管。此时绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管的基极或者栅极由脉冲驱动信号控制，以使绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管接通或者断开。当开关器件为结型场效应管(jfet)、双极型晶体管(bjt)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或者v型槽场效应管(verticalmetaloxidesemiconductor，vmos)时，其导通为开关器件的接通状态，其截止为开关器件的断开状态。

以金属氧化物半导体场效应晶体管为例进行说明。即在金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接集成二极管的阴极，金属氧化物半导体场效应晶体管的源极连接集成二极管的阳极。当选择没有集成二极管的金属氧化物半导体场效应晶体管作为开关器件q1时，可以在晶体管的输出端之间反向并接一二极管。也就是说，带有集成二极管的金属氧化物半导体场效应晶体管可以是一体结构的半导体器件，也可以是分立的两个半导体器件通过导线连接而成。当开关器件q1使用反向集成二极管的金属氧化物半导体场效应晶体管时，相关电路在印刷电路板(pcb)布局布线时，可以不单独设置反向集成二极管的位置分布及导线连接，因此，具有布局布线结构简单，减少器件个数及减少焊接工艺的效果。开关器件q1为金属氧化物半导体场效应晶体管时，目的是实现接通或者断开的开关特性，因此，只要具备开关特性的晶体管均可，例如将金属氧化物半导体场效应晶体管中的栅极与源极引脚短接，使用二极管的开关特性作为开关器件q1。再例如使用上述反向集成二极管的金属氧化物半导体场效应晶体管使用二极管的单向导通的特性作为开关使用。集成二极管的金属氧化物半导体场效应晶体管一方面是为了可能需要使用二极管的单向导通特性，另一方面是为了覆盖更多的器件造型。开关器件q1为反向集成有二极管的金属氧化物半导体场效应晶体管时，可以有两个导通方向，根据电流流向选择哪个方向导通，请参考图11，当开关器件q1向下导通时，使用金属氧化物半导体场效应晶体管的导通特性。当开关器件q1向上导通时，使用反向集成的二极管的单向导通特性。

作为一种变形，本发明实施例一的充电回路中可以串联有电阻、电感和/或例如二极管、结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、v型槽场效应晶体管等开关器件。在充电回路中，各器件之间的位置关系分布尽量靠近设置，以减小寄生电感的产生。

作为另外一种变形，本发明实施例一中的单向放电回路也可以串联有电阻、电感和/或开关器件。在单向放电回路中，各器件之间的位置关系分布不受影响，可以不要求靠近设置。

上述变形可以单独进行，也可以混合进行，其目的是实现对本发明实施例的无损异步吸收电路拓展和补充。

作为较佳的实施方式，本发明实施例一提供的无损异步吸收电路，所述吸收电容cs1为无感电容。所述二极管为无感二极管。其中，无感电容，是指电容无引脚或引脚较短。其中无感二极管，是指二极管无引脚或者引脚较短。无感电容或者无感二极管的设置，是为了减少电流回路中的寄生电感，降低尖峰电压能量。

实施例二

请参考图16至图19，本发明实施例二是在实施例一的基础上改进而成，其区域在于，所述充电回路和所述单向放电回路中的至少一个二极管采用结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或v型槽场效应晶体管替代，当替代充电回路中的至少一个二极管时，所述结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或v型槽场效应晶体管的导通方向与充电回路的电流方向相同；当替代单向放电回路中的至少一个二极管时，所述结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或v型槽场效应晶体管的导通方向与单向放电回路的电流方向相同。

其中所述绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管集成有二极管。所述充电回路和所述单向放电回路中的至少一个二极管采用集成有二极管的绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管替代时，在使用绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的导通特性时，绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的导通方向与充电回路或者单向放电回路的电流方向相同；在使用二极管的单向导通特性时，绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管中集成的二极管的导通方向与充电回路或者单向放电回路的电流方向相同。

图16将实施例一中的第一二极管ds1采用集成有二极管的第一绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs1替代。当集成有二极管的第一绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs1使用绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的开关特性时使绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的导通方向与充电回路的电流方向相同。此时集成有二极管的第一绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs1基极或者栅极由外部脉冲驱动信号控制绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs1的导通或者截止。

图17至图18是将实施例一中的第三二极管ds3采用集成有二极管的第三绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs3替代。其中，图17是利用了绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs3中的二极管的导通特性，图18是利用了绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs3的开关特性导通。图19是将单向放电回路的二极管全部替代。即第二二极管ds2采用集成有二极管的第二极管qs2替代，第三二极管ds3采用集成有二极管的第三绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs3替代。此时第三绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs3在使用二极管单向导通特性或者绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的导通特性时，与第一绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管qs1的原理相同，即使用二极管的单向导通特性时，二极管的导通方向与单向放电回路的电流方向相同，使用绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管的导通特征时，其导通方向与单向放电回路的电流方向相同。

实施例三

请参考图14和图15，本发明实施例三提供的无损异步吸收电路是在实施例一的基础上改进而成，其区别在于，单向放电回路中的第二二极管ds2或者第三二极管ds3采用电阻或者电感替代。图14是将单向放电回路中的第二二极管ds2采用电感l1替代的方案。此时，电感l1具有连通和储能的作用，用于形成放电电流回路。图15是将单向放电回路中的第三二极管ds3采用电阻r1替代的方案。此时，电阻r1具有连通的作用，用于形成放电电流回路。

实施例四

请参考图20，本发明实施例四提供npc三电平电路，包括第一开关器件q1、第二开关器件q2、第三开关器件q3、第四开关器件q4、第一钳位二极管d1、第二钳位二极管d2、第一总线电容cbusp、第二总线电容cbusn、主功率电感l1和第一电容c1，所述开关器件q1、q2、q3和q4的控制端由脉冲驱动信号控制，第一开关器件q1、第二开关器件q2、第三开关器件q3、第四开关器件q4的输出端串接后与第一总线电容cbusp和第二总线电容cbusn串联，所述第一钳位二极管d1反向连接在第一开关器件q1和第二开关器件q2的公共交点与第一总线电容cbusp和第二总线电容cbusn的公共交点之间，所述第二钳位二极管d2正向连接在第三开关器件q3和第四开关器件q4的公共交点与第一总线电容cbusp和第二总线电容cbusn的公共交点之间，所述第二开关器件q2和第三开关器件q3的公共交点通过主功率电感l1和第一电容c1连接在与第一总线电容cbusp和第二总线电容cbusn的公共交点连接；还包括并接在第三开关器件q3和第二开关器件q2的公共交点与第一开关器件q1和第一总线电容cbusp的公共交点之间正向连接的由第三二极管ds3和第五二极管ds5构成的串接支路，所述第三开关器件q3和第四开关器件q4的公共交点与第三二极管ds3和第五二极管ds5的公共交点之间连接有第三吸收电容cs3。

请参考图21，对于开关器件q3来说，其无损异步吸收电路包括与第三开关器件q3串联的第三吸收电容cs3、第五二极管ds5、第一总线电容cbusp、第一钳位二极管d1、第二开关器件q2，以及并联在第二开关器件q2和第三开关器件q3的公共交点与第五二极管ds5和第三吸收电容cs3的公共交点之间正向连接的第三二极管ds3。

本发明实施例四中的无损异步吸收电路与实施例一中的基本型无损异步吸收电路的等效关系如下：

图21中串联的q2和d1等效为图11中ds3，图21中的ds5等效为图11中的ds2，图21的ds3等效为图11中的ds1。也就是说，对于图11中的ds3的串联等效关系可以根据具体电路结构进行适应性的调整。

请参考图22，在第三开关器件q3断开时，第三二极管ds3和第三吸收电容cs3构成充电回路，用于使第三吸收电容cs3通过第三二极管ds3吸收第三开关器件q3在断开时产生的尖峰电压能量。

请参考图23，在第二开关器件q2和第三开关器件q3接通时，所述第三吸收电容cs3、第五二极管ds5、第一总线电容cbusp、第一钳位二极管d1、第二开关器件q2和第三开关器件q3构成单向放电回路，用于使第三吸收电容cs3通过第五二极管ds5、第一钳位二极管、第二开关器件q2和第三开关器件q3对第一总线电容cbusp进行单向放电，以使第三吸收电容cs3的电压能量反馈到第一总线电容cbusp上，以实现电压能量的无损吸收。

本发明实施例四提供的npc三电平电路适用于第三开关器件的尖峰电压的无损吸收。

本发明实施例中总线电容cbus，也称为母线电容cbus，包括输入端类型和输出端类型。输入端类型是指并接在输入端，输出端类型是指并接在输出端。

本发明实施例主要针对桥臂管。其中桥臂管是指若存在这样一种闭合环路，它只在存在由只有至少有两个开关器件和与至少一个电压源组成，则在这种环路结构中，其中的开关器件就称为桥臂管。请参考图6，开关器件q1通过二极管d1和总线电容cbus(总线电容cbus的本质为电压源)连接形成一闭合环路，且此环路只由两个开关器件(q1和d1)和一电压源(cbus)组成，满足桥臂管环路定义要求，所以q1和d1均属于桥臂管；同理请参考图11，也即为本发明所提到的吸收电路，开关器件q1通过第一二极管ds1、第二二极管ds2、第三二极管ds3与总线电容cbus(总线电容cbus的本质为电压源)连接形成一个环路，也满足桥臂管环路定义要求。所以这些管子(q1、ds1、ds2和ds3)也都属于桥臂管。

本发明不限于上述具体实施方式，凡在本发明的保护范围之内所作出的各种变化和润饰，均在本发明的保护范围之内。