专利名称：层垫式级联型多电平逆变器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子电器应用技术领域，尤其是一种层垫式级联 型多电平逆变器。
技术背景现代生活中，人们所使用的电器不仅需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要在日常环境中不可缺少的220V交流电，特别 是在室外无市电供电的情况下，通常是将12V或24V直流电逆变为 220V交流电。现有逆变器大多是由传统的级联型逆变电路构成，例 如通常需要3个H桥(12个功率器件)才能完成一个九电平级联型 逆变器，其相应的驱动回路也较多，其输出LC滤波器的体积和重量 均较大，总体结构复杂，成本高，其功率器件的电压应力低、效率低、 负载特性差，非线性负载能力差，控制较麻烦。 发明内容本实用新型的目的是提供一种电路构成简单、低成本、效率高、 功能可靠的层垫式级联型多电平逆变器。所述层垫式级联型多电平逆变器，包括直流高压电源、功率器件 1、 2、 3、 4组成的H桥功率输出电路、LC滤波电路12、控制电路， 其特征是H桥功率输出电路中的功率器件1、 2的公共端A分别 与功率器件5、 6、 7…N的一端连接，功率器件5、 6、 7…N的另一 端分别与直流高压电源10、 9、 8…N连接，功率器件l、 2的公共端 A与直流高压电源11连接，使得在下一个高电位用的功率器件还没 有工作时，低一个电位用的功率器件就使用调制波导通，在下一个高 电位使用的功率器件工作时，低一个电位用的功率器件就处于全导通 状态。H桥功率输出电路中的功率器件1、 2的公共端A也可与功率器 件5、 6、 7…N串联连接，功率器件5的一端与功率器件1、 2的公 共端连接，功率器件5、 6、 7…N的公共端与直流高压电源10、 9、 8… N连接，使得在下一个高电位用的功率器件还没有工作时，低一个电 位用的功率器件就使用调制波导通，在下一个高电位使用的功率器件 工作时，低一个电位用的功率器件就处于全导通状态。它的工作原理以一个九电平级层垫式级联型逆变回路为例(如 图l、 2)，只用了一个H桥加3只功率器件，就可以完成。图3是它 的输出波形，另附工作时序表，说明每一个功率器件开通及关断时间。 当控制回路使用单片机或MCU和模拟器件组合时，如可在功率器 件l、 4各导通时，在tl至t2， t7至t8时间段内使用高频调制波，而 在t2至t7时间内是下一个高电位用的功率器件工作时，功率器件1、 4就全部导通。依此类推，在下一个高电位用的功率器件还没有工作 时，低一个电位用的功率器件就使用调制波导通；在下一个高电位使 用的器件工作时，低一个电位用的功率器件就处于全导通状态。这样， 就可以使每一个高电位的功率器件，在使用调制波调制时的dv/dt电 压变化率将大幅度降低。也使得对输出用LC滤波器的要求大大降低 了，这样输出波形要达到设计时的要求也变得很容易了。本实用新型的优点是只需要一个H桥加N个单控复用单元， 就能构成任意级的层垫式级联逆变器。并且大大减少了功率回路的器 件数量。从而简化了电路，降低了成本。相对由传统的级联型逆变电 路构成的电平，需要3个H桥(12个功率器件)才能完成一个九电 平级联型逆变器，本电路只需要一个H桥加3个功率(共7个功率 器件)就能完成该逆变器。节省了大量的功率器件。相应的驱动回路 也大为减少，不论是构成多少级的级联逆变器，都只需要两组辅助直 流电源。另外，本实用新型如果使用调制波作为驱动信号，将进一步 降低输出的dv/dt变化率，从而使电路的多次谐波得到很好的抑制， 还可减少输出LC滤波器的体积和重量。本电路还具有，功率器件的电压应力低，效率高，功能可靠，负 载特性好，非线性负载能力强，控制极为简单方便。
图1是本实用实型电路原理图(1)，图2是本实用实型电路原理图(2)， 图3是九电平级级联型功率输出波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明图1、 2中仅以功率器件5、 6、 7和直流高压电源10、 9、 8为例对电路进行阐述，没有推 及第N级。H桥功率输出电路中的功率器件l、 2的公共端A点分别 与功率器件5、 6、 7的一端连接，功率器件5、 6、 7的另一端分别与 直流高压电源IO、 9、 8连接，功率器件l、 2的公共端与直流高压电 源11连接。图2中，H桥功率输出电路中的功率器件1、 2的公共端 A点也可与功率器件5、 6、 7串联连接，功率器件5的一端与功率器 件1、 2的公共端连接，功率器件5、 6的公共端与直流高压电源10 连接，功率器件6、 7的公共端与直流高压电源9连接，功率器件7 的另一端与直流高压电源8连接。直流高压电源9的电压值是直流高 压电源8电压值的3/4，直流高压电源10的电压值是直流高压电源8 电压值的1/2，直流高压电源11的电压值是直流高压电源8电压值的 1/4。控制电路可由常规模拟器件组成，也可使用单片机或MCU和模 拟器件组成。直流高压电源8、 9、 10、 11可以釆用变压器抽头式， 或电容均压式、二极管均压式组成。工作过程以一个九电平层垫式级联型逆变回路为例(如图l、 2)，只用了一个H桥加3只功率器件，就可以完成。当控制回路使 用单片机或MCU和模拟器件组合时，如图3示可在功率器件I、 4 各导通时，在tl至t2， t7至t8时间段内使用高频调制波，而在t2至 t7时间内是下一个高电位用的功率器件工作时，功率器件l、 4就全 部导通。依此类推，在下一个高电位用的功率器件还没有工作时，低 一个电位用的功率器件就使用调制波导通；在下一个高电位使用的功 率器件工作时，低一个电位用的功率器件就处于全导通状态。节省了大量的功率器件。相应的驱动回路也大为减少，不论是相构成多少级 的级联逆变器，都只需要两组辅助直流电源。另外，本实用新型如果 使用调制波作为驱动信号，将进一步降低输出的dv/dt变化率，从而使电路的多次谐波得到很好的抑制，还可减少输出LC滤波器的体积禾卩重量c
权利要求1、 一种层垫式级联型多电平逆变器，包括直流高压电源、功率器件(1、 2、 3、 4)组成的功率输出电路、LC滤波电路(12)、控制 电路，其特征是H桥功率输出电路中的功率器件(1、 2)的公共端 A分别与功率器件(5、 6、 7…N)的一端连接，功率器件(5、 6、 7… N)的另一端分别与直流高压电源(10、 9、 8…N)连接，功率器件 (1、 2)的公共端A与直流高压电源(11)连接，使得在下一个高 电位用的功率器件还没有工作时，低一个电位用的功率器件就可使用 调制波导通，在下一个高电位使用的功率器件工作时，低一个电位用 的功率器件就处于全导通状态。
2、 一种层垫式级联型多电平逆变器，其特征是H桥功率输出 电路中的功率器件(1、 2)的公共端A也可与功率器件(5、 6、 7… N)串联连接，功率器件(5)的一端与功率器件(1、 2)的公共端 连接，功率器件(5、 6、 7…N)的公共端与直流高压电源(10、 9、 8…N)连接，使得在下一个高电位用的功率器件还没有工作时，低 --个电位用的功率器件就可使用调制波导通，在下一个高电位使用的 功率器件工作时，低一个电位用的功率器件就处于全导通状态。
专利摘要一种层垫式级联型多电平逆变器，包括直流高压电源、功率器件1、2、3、4组成的功率输出电路、LC滤波电路12、控制电路，其特征是H桥功率输出电路中的功率器件1、2的公共端A分别与功率器件5、6、7…N的一端连接，功率器件5、6、7…N的另一端分别与直流高压电源10、9、8…N连接，功率器件1、2的公共端A与直流高压电源11连接，使得在下一个高电位用的功率器件还没有工作时，低一个电位用的功率器件就可使用调制波导通，在下一个高电位使用的功率器件工作时，低一个电位用的功率器件就处于全导通状态。如此，本实用新型只需要一个H桥加N个单控复用单元，就能构成任意级的层垫式级联逆变器，并大大减少了功率回路的器件数量，从而简化了电路，降低了成本。
文档编号H02M7/44GK201039030SQ20072008374
公开日2008年3月19日 申请日期2007年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者孙绍钢 申请人:孙绍钢