一种低电压应力的电容自均衡七电平逆变器的制作方法

本发明涉及多电平逆变器(multilevelinverter,mli)的技术领域，尤其是指一种低电压应力的电容自均衡七电平逆变器。

背景技术：

随着化石能源的日益消耗以及环境污染问题的凸显，可再生能源(renewableenergy,re)的高效利用成为十分迫切的需求。re系统可应用到分布式能源、电机、电动汽车等诸多工业领域。多电平逆变器作为连接新能源与工业应用的转换接口，能输出高质量的近似正弦波的阶梯电平，近些年来受到了学者们的广泛关注。mli具有低总谐波失真(totalharmonicdistortion,thd)、低电磁干扰(electromagneticinterference,emi)，低开关损耗，高效率等优点，在工业应用中具备竞争力。由于开关频率低的特点，多电平逆变器在中高功率系统中具有优势；由于开关损耗低的特点，mli在低功率系统表现出竞争力。19世纪70年代，学者提出级联h桥(cascadedh-bridge,chb)逆变器。此后，二极管钳位(neutralpointclamped，npc)与电容钳位(flyingcapacitor,fc)逆变器相继提出并应用在特定的工业领域。由于结构的限制，chb、npc、fc逆变器存在固有的缺陷，比如：chb需要使用多个输入源；npc和fc存在电容电压的平衡问题。针对传统mli存在的问题，学者们相继提出了各式各样的mli结构，但是仍然存在开关管电压应力过高、功率器件数量使用过多、调制/控制复杂的问题，因此研究低电压应力的电容自均衡多电平逆变器对新能源的高效利用有着重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有多电平拓扑存在的不足，提出了一种控制简单、成本低的低电压应力的电容自均衡七电平逆变器。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种低电压应力的电容自均衡七电平逆变器，包括直流输入电源、第一电容、第二电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管和第十开关管；所述直流输入电源的正极分别与第一开关管、第三开关管、第五开关管的漏极连接，其负极分别与第二开关管的源极、第六开关管的源极、第七开关管的漏极连接；所述第三开关管的源极与第四开关管的源极连接；所述第四开关管的漏极分别与第九开关管的漏极、第一电容的正极连接；所述第一电容的负极分别与第五开关管的源极、第六开关管的漏极、第二电容的正极连接；所述第二电容的负极分别与第八开关管的漏极、第十开关管的源极连接；所述第八开关管的源极与第七开关管的源极连接；所述第九开关管的源极分别与第十开关管的漏极、负载的负极连接；所述第一开关管的源极分别与第二开关管的漏极、负载的正极连接。

进一步，所述第三开关管和第四开关管共用同一驱动信号；所述第七开关管和第八开关管共用同一驱动信号。

进一步，所述第三开关管和第四开关管共源极构成双向开关管；所述第七开关管和第八开关管共源极构成双向开关管。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、能够输出七电平，较传统的三电平逆变器thd更小。

2、采用简单的正弦脉宽调制策略，电容电压能够自动均衡。

3、具备升压的能力。

4、所有开关管的电压应力不超过输入电压。

附图说明

图1为本发明的电容自均衡七电平逆变器电路图。

图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f、图2g、图2h分别为电路的工作模态图。

图3a为本发明在感性负载(50ω+50mh)下的输出电压、输出电流仿真图。

图3b为本发明在感性负载(50ω+50mh)下的第一电容、第二电容的电压仿真图。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明。

参见图1所示，本实施例所提供的低电压应力的电容自均衡七电平逆变器，包括有直流输入电源vdc，第一电容c1，第二电容c2，第一开关管s1，第二开关管s2，第三开关管s3，第四开关管s4，第五开关管s5，第六开关管s6，第七开关管s7，第八开关管s8，第九开关管s9，第十开关管s10；所述直流输入电源vdc的正极分别与第一开关管s1、第三开关管s3、第五开关管s5的漏极连接，其负极分别与第二开关管s2的源极、第六开关管s6的源极、第七开关管s7的漏极连接；所述第三开关管s3的源极与第四开关管s4的源极连接；所述第四开关管s4的漏极分别与第九开关管s9的漏极、第一电容c1的正极连接；所述第一电容c1的负极分别与第五开关管s5的源极、第六开关管s6的漏极、第二电容c2的正极连接；所述第二电容c2的负极分别与第八开关管s8的漏极、第十开关管s10的源极连接；所述第八开关管s8的源极与第七开关管s7的源极连接；所述第九开关管s9的源极分别与第十开关管s10的漏极、负载load的负极连接；所述第一开关管s1的源极分别与第二开关管s2的漏极、负载load的正极连接。所述第三开关管s3和第四开关管s4共用同一驱动信号；所述第七开关管s7和第八开关管s8共用同一驱动信号。所述第三开关管s3和第四开关管s4共源极构成双向开关管；所述第七开关管s7和第八开关管s8共源极构成双向开关管。

图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f、图2g、图2h分别给出了本实施例上述电容自均衡七电平逆变器在纯阻性负载下的七个电平的电流回路：图2a产生+0电平；图2b产生-0电平；图2c产生+vdc/2电平；图2d产生+vdc电平；图2e产生+3vdc/2电平；图2f产生-vdc/2电平；图2g产生-vdc电平；图2h产生-3vdc/2电平。

图3a、图3b给出了本实施例上述电容自均衡七电平逆变器的输出电压、电流波形与第一电容、第二电容电压的psim仿真波形图。其中直流输入电源设置为100v；第一电容、第二电容的容值设置为4400μf；负载设置为50ω+50mh；输出电压的幅值为150v；电容电压能够自动平衡。仿真结果验真了本发明电路的可行性。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限与上述实施方式，在实施过程中可能存在电路模型、驱动信号及相关参数的改动，如果对本发明的改动或变形不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变形。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种低电压应力的电容自均衡七电平逆变器，包括直流输入电源，第一、二电容，第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十开关管；直流输入电源正极连接第一、三、五开关管漏极，负极连接第二开关管源极、第六开关管源极、第七开关管漏极；第三开关管源极连接第四开关管源极；第四开关管漏极连接第九开关管漏极、第一电容正极；第一电容负极连接第五开关管源极、第六开关管漏极、第二电容正极；第二电容负极连接第八开关管漏极、第十开关管源极；第八开关管源极连接第七开关管源极；第九开关管源极连接第十开关管漏极、负载负极；第一开关管源极连接第二开关管漏极、负载正极；本发明具有电容自均衡、低电压应力等优点。

技术研发人员：刘俊峰;祝祥开;曾君
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2019.03.06
技术公布日：2019.05.24