一种单相四电平逆变器及其应用电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏新能源技术领域，特别涉及一种单相四电平逆变器及其应用电 路。
【背景技术】
[0002] 近年来多电平输出成为了中高压大功率变频领域的常用技术。其中，多电平逆变 器因其输出电压阶梯多，从而可以使输出的电压波形具有较小的谐波和较低的电压变化 率；且随着输出电平数的增加，其输出电压的谐波将减少。另外，多电平逆变技术在减小系 统的开关损耗与导通损耗，降低管子的耐压与系统的电磁干扰方面性能都非常优良。
[0003] 目前实际当中常用的多电平拓扑，主要有二极管箝位多电平和电容箝位多电平拓 扑，二极管箝位多电平拓扑箝位二极管的数量随着电平数的平方急剧增长，箝位二极管数 量多，电路复杂，成本高，可靠性差。电容箝位多电平拓扑必须使用的箝位电容数量也随着 电平数的平方急剧增长，系统控制复杂，成本高，可靠性也大大降低。因此以上多电平拓扑 都不适合在工程上推广使用。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种单相四电平逆变器及其应用电路，电路简单，系统成本低，可靠性 高。为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
[0005] -种单相四电平逆变器，连接于直流电源的正端与负端之间，与串联支路并联；所 述串联支路为第一电容、第二电容和第三电容依次串联连接的支路；所述单相四电平逆变 器包括：开关管单元、钳位电容、第一开关管及第二开关管；所述第一开关管和所述第二开 关管均反向并联一个二极管；其中：
[0006] 所述开关管单元的第一输入端作为所述单相四电平逆变器的第一输入端、与所述 直流电源的正端及所述第一电容的一端相连；所述开关管单元的第二输入端作为所述单相 四电平逆变器的第二输入端、与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；所述开关管 单元的第三输入端作为所述单相四电平逆变器的第三输入端、与所述第二电容及所述第三 电容的连接点相连；所述开关管单元的第四输入端作为所述单相四电平逆变器的第四输入 端、与所述直流电源的负端及所述第三电容的另一端相连；
[0007] 所述钳位电容连接于所述开关管单元的第一输出端与第二输出端之间；
[0008] 所述第一开关管的第一端与所述开关管单元的第一输出端及所述钳位电容的一 端相连；
[0009] 所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端相连，连接点作为所述单相 四电平逆变器的输出端；
[0010] 所述第二开关管的第二端与所述开关管单元的第二输出端及所述钳位电容的另 一端相连。
[0011] 优选的，所述开关管单元包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关 管、第七开关管及第八开关管；所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第 六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：
[0012] 所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；
[0013] 所述第三开关管的第二端与所述第五开关管的第二端相连，连接点为所述开关管 单元的第一输出端；
[0014] 所述第五开关管的第一端与所述第六开关管的第一端相连；
[0015] 所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第二输入端；
[0016] 所述第七开关管的第一端为所述开关管单元的第三输入端；
[0017] 所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第二端相连；
[0018] 所述第八开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连，连接点为所述开关管 单元的第二输出端；
[0019] 所述第四开关管的第二端为所述开关管单元的第四输入端。
[0020] 优选的，对应不同的输出电平数，所述单相四电平逆变器的各开关管的状态分别 为：
[0021] +3电平：所述第一开关管及所述第三开关管导通，所述第五开关管及所述第七开 关管可以导通或者截止，其余开关管均截止；
[0022] +2电平：所述第二开关管及所述第三开关管导通，所述第五开关管及所述第七开 关管可以导通或者截止，其余开关管均截止；或者，所述第一开关管、所述第七开关管及所 述第八开关管导通，其余开关管均截止；或者，所述第一开关管、所述第五开关管及所述第 六开关管导通，其余开关管均截止；
[0023] +1电平：所述第二开关管、所述第七开关管及所述第八开关管导通，其余开关管 均截止；或者，所述第二开关管、所述第五开关管导通及所述第六开关管导通，其余开关管 均截止；或者，所述第一开关管及所述第四开关管导通，所述第六开关管及所述第八开关管 可以导通或者截止，其余开关管均截止；
[0024] 0电平：所述第二开关管、所述第四开关管及导通，所述第六开关管及所述第八开 关管可以导通或者截止，其余开关管均截止。
[0025] 优选的，所述开关管单元包括：第一二极管、第二二极管、第三开关管、第四开关 管、第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管；所述第五开关管、所述第六开关 管、所述第七开关管及所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：
[0026] 所述第三开关管的第一端与所述第一二极管的阴极相连，连接点为所述开关管单 元的第一输入端；
[0027] 所述第三开关管的第二端与所述第五开关管的第二端相连，连接点为所述开关管 单元的第一输出端；
[0028] 所述第五开关管的第一端与所述第六开关管的第一端及所述第一二极管的阳极 相连；
[0029] 所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第二输入端；
[0030] 所述第七开关管的第一端为所述开关管单元的第三输入端；
[0031] 所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第二端及所述第二二极管的阴极 相连；
[0032] 所述第八开关管的第一端与所述第四开关管的第一端相连，连接点为所述开关管 单元的第二输出端；
[0033] 所述第四开关管的第二端与所述第二二极管的阳极相连，连接点为所述开关管单 元的第四输入端。
[0034] 优选的，对应不同的输出电平数，所述单相四电平逆变器的各开关管的状态分别 为：
[0035] +3电平：所述第一开关管及所述第三开关管导通，所述第五开关管及所述第七开 关管可以导通或者截止，其余开关管均截止；
[0036] +2电平：所述第二开关管及所述第三开关管导通，所述第五开关管及所述第七开 关管可以导通或者截止，其余开关管均截止；或者，所述第一开关管、所述第五开关管及所 述第六开关管导通，其余开关管均截止；或者，所述第一开关管、所述第七开关管及所述第 八开关管导通，其余开关管均截止；
[0037] +1电平：所述第二开关管、所述第七开关管及所述第八开关管导通，其余开关管 均截止；或者，所述第一开关管、所述第四开关管导通，所述第六开关管和所述第八开关管 可以导通或者截止，其余开关管均截止；或者，所述第二开关管、所述第五开关管及所述第 六开关管导通，其余开关管均截止；
[0038] 0电平：所述第二开关管、所述第四开关管及导通，所述第六开关管及所述第八开 关管可以导通或者截止，其余开关管均截止。
[0039] 优选的，所述开关管单元包括：第一二极管、第二二极管、第三开关管、第四开关 管、第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管；所述第五开关管、所述第六开关 管、所述第七开关管及所述第八开关管均反向并联一个二极管；其中：
[0040] 所述第三开关管的第一端与所述第一二极管的阴极相连，连接点为所述开关管单 元的第一输入端；
[0041] 所述第一二极管的阳极与所述第五开关管的第二端相连，连接点为所述开关管单 元的第一输出端；
[0042] 所述第五开关管的第一端与所述第六开关管的第一端及所述第三开关管的第二 端相连；
[0043] 所述第六开关管的第二端为所述开关管单元的第二输入端；
[0044] 所述第七开关管的第一端为所述开关管单元的第三输入端；
[0045] 所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第二端及所述第四开关管的第一 端相连；
[0046] 所述第八开关管的第一端与所述第二二极管的阴极相连，连接点为所述开关管单 元的第二输出端；
[0047] 所述第四开关管的第二端与所述第二二极管的阳极相连，连接点为所述开关管单 元的第四输入端。
[0048] 优选的，对应不同的输出电平数，所述单相四电平逆变器的各开关管的状态分别 为：
[0049] +3电平：所述第一开关管、所述第三开关管及所述第五开关管导通，所述第七开 关管可以导通或者截止，其余开关管均截止；
[0050] +2电平：所述第二开关管、所述第三开关管及所述第五开关管导通，所述第七开 关管可以导通或者截止，其余开关管均截止；或者，所述第一开关管、所述第五开关管及所 述第六开关管导通，其余开关管均截止；或者，所述第一开关管、所述第七开关管及所述第 八开关管导通，其余开关管均截止；
[0051] +1电平：所述第一开关管、所述第四开关管及所述第八开关管导通，所述第六开 关管可以导通或者截止，其余开关管均截止；或者，所述第二开关管、所述第七开关管及所 述第八开关管导通，其余开关管均截止；或者，所述第二开关管、所述第五开关管及所述第 六开关管导通，其余开关管均截止；
[0052] 0电平：所述第二开关管、所述第四开关管及所述第八开关管导通，所述第六开关 管可以导通或者截止，导通其余开关管均截止。
[0053] 优选的，所述开关管单元包括：第一整流桥、第二整流桥、第三开关管、第四开关 管、第五开关管及第六开关管；所述第三开关管及所述第四开关管均反向并联一个二极管； 其中：
[0054] 所述第三开关管的第一端为所述开关管单元的第一输入端；
[0055] 所述第三开关管的第二端与所述第一整流桥的一个交流引入脚相连，连接点为所 述开关管单元的第一输出端；
[0056] 所述第五开关管的第一端与所述第一整流桥的输出正极相连；所述第五开关管的 第二端与所述第一整流桥的输出负极相连；
[0057] 所述第一整流桥的另一个交流引入脚为所述开关管单元的第二输入端；
[0058] 所述第二整流桥的一个交流引入脚为所述开关管单元的第三输入端；
[0059] 所述第六开关管的第一端与所述第二整流桥的输出正极相连；所述第六开关管的 第二端与所述第二整流桥的输出负极相连；
[0060] 所述第二整流桥的另一个交流引入脚与所述第四开关管的第一端相连，连接点为 所述开关管单元的第二输出端；
[0061 ] 所述第四开关管的第二端为所述开关管单元的第四输入端。
[0062] 优选的，所述开关管单元包括：第九二极管、第十二极管、第一整流桥、第二整流 桥、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管；其中：
[0063] 所述第三开关管的第一端与所述第九二极管的阴极相连，连接点为所述开关管单 元的第一输入端；
[0064] 所述第三开关管的第二端与所述第一整流桥的一个交流引入脚相连，连接点为所 述开关管单元的第一输出端；
[0065] 所述第五开关管的第一端与所述第一整流桥的输出正极及所述第九二极管的阳 极相连；所述第五开关管的第二端与所述第一整流桥的输出负极相连；
[0066] 所述第一整流桥的另一个交流引入脚为所述开关管单元的第二输入端；
[0067] 所述第二整流桥的一个交流引入