一种基于逆阻型igbt反并联的t型多电平逆变电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，包括双向可控开关（1）、功率器件（2）和直流电容（3），双向可控开关（1）包括若干逆阻型IGBT，逆阻型IGBT成对反并联；成对反并联的逆阻型IGBT的并联后的连接线一侧与功率开关管相连接，另一侧与直流电容（3）相连接。本发明将逆阻型IGBT反并联构成双向可控开关后，在不增加导通损耗的情况下，通过反并联逆阻型IGBT在多个串联电容中点联接，从而形成多个中点电压钳位电路，实现五电平输出，随着输出电平数目的增加，改善了输出电压的谐波失真，需要的滤波电感更小或者开关频率也可随之降低。
【专利说明】—种基于逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电力电子【技术领域】，具体涉及一种基于逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路。
【背景技术】
[0002]普通的IGBT无法实现反向电压阻断，一般需要反并联续流二极管，加装RC吸收电路来实现多电平电路，增加了电路结构复杂程度，成本高，接线复杂；例如，专利CN103731057公开了一种本发明公开了 T型三电平逆变器，包括输入电压、开关管Ql、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6和输出负载,输入电压上并联有吸收电路，能够通过调节六个开关管实现将电压分为O、U/2、-U/2三种电平，该申请局限于T型三电平逆变器的研究，并没有涉及到T型五电平、七电平、九电平等多电平逆变器研究。
[0003]对于五电平逆变器研究，现有技术中一般通过调整开关管的工作模态输出不同的电平，例如专利CN103701345公开了一种五电平逆变器，述逆变器交替处于第二工作模态和第三工作模态，此时逆变器交替输出正I和正O电平。逆变器交替处于第一工作模态和第二工作模态，此时逆变器交替输出正I和正2电平。在第四时段和第六时段，逆变器交替处于第五工作模态和第六工作模态；此时逆变器交替输出负I和负O电平。在第五时段,逆变器交替处于第四工作模态和第五工作模态，此时逆变器交替输出负I和负2电平，该申请虽然实现了五电平输出，但是五电平的输出是相互不独立，为交替输出，在需要输出相对独立的五电平时，该申请不适用。
[0004]例如专利CN103219907公开了一种五电平逆变器能够明显改善常用的五电平电路的损耗，提高逆变器的效率，但是增加了滤波器、电感等组件，增加了逆变器的谐波失真，同时设计复杂，不方便扩展。
[0005]专利CN103825443A公开了一种3电平以上的多电平逆变器，其避免开关元件的损坏，并抑制故障造成的安全性下降。本发明的多电平逆变器(100)具有:串联在与正端子(PD和负端子(N)之间的开关元件(Ul、VUffU X2、Y2、Z2);分别连接在开关元件彼此的各连接点与中间端子(G)之间的反向阻断型开关元件(110);交流输出端子(0U、0V、Off)；生成用于切换多个开关元件通/断的控制信号的控制部(120);在有切断交流输出端子的输出电压的切断信号输入时，无论控制信号的状态如何，分别切断对第I开关元件(U1、V1、Wl)、第2开关元件(X2、Y2、Z2)的控制信号切断电路(140)和诊断控制信号切断电路的故障的监视部(160)，该专利通过控制单元控制切换实现多电平产生，控制实现麻烦，电平产生具有滞后性。
[0006]综上，现有技术的T型电平逆变器存在着电平输出不独立、容易谐波失真，进而导致开关频率降低、控制实现复杂、电平产生滞后等技术问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种新型基于逆阻型IGBT反并联形成的T型多电平逆变电路，将逆阻型IGBT反并联构成双向可控开关后，相对于二极管钳位型三电平电路而言，在不增加导通损耗的情况下，通过反并联逆阻型IGBT在多个串联电容中点联接，从而形成多个中点电压钳位电路，实现五电平、七电平、九电平等多电平输出。随着输出电平数目的增加，不仅改善了输出电压的谐波失真(THD)，需要的滤波电感更小或者开关频率也可随之降低。
[0008]本发明技术方案如下:
[0009]基于一种逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，包括2n+l个扩展单元，扩展单元包括双向可控开关、功率器件和直流电容，双向可控开关、功率器件和直流电容依次串联连接，直流电容与功率器件的远离双向可控开关的连接端断开作为第一接入端，双向可控开关的两端为第二接入端。
[0010]所述2n+l个扩展单元依次顺序连接，对2n+l个扩展单元进行了序号标注，2n+l个扩展单元依次顺序连接时，电路端部第一接入端空接的扩展单元为第2n+l扩展单元，电路另一端第二接入端空接的扩展单元为第I扩展单元。η为自然数。
[0011]第2η+1扩展单元的第二接入端与第2η扩展单元的第一接入端相连接，第2扩展单元的第二接入端与第I扩展单元的第一接入端相连接，第I扩展单元的第二扩展接入端串联连接端点直流电容和端点功率器件形成回路，第2η+1扩展单元的第一接入端直接相连接形成回路。端点直流电容与扩展单元中的直流电容结构相同，端点功率器件与扩展单元的功率器件结构相同。第2η+1扩展单元指T型多电平逆变电路中对2η+1个扩展单元进行了序号标注，从下倒上或者从右到左依次为第I扩展单元、第2扩展单元……第2η扩展单元、第2η+1扩展单元。
[0012]双向可控开关包括两个逆阻型IGBT，两个逆阻型IGBT成对反并联；逆阻型IGBT的成对反并联连接方式为一个逆阻型IGBT的发射极、集电极分别与另一个逆阻型IGBT的集电极、发射极相连接。
[0013]功率器件包括功率开关管和二极管，功率开关管和二极管相并联构成功率器件；功率开关管的发射极与二极管的正极相连接，功率开关管的集电极与二极管的负极相连接。
[0014]双向可控开关的一侧与直流电容的负极相连接，双向可控开关的另一侧与功率器件的功率开关管的发射极相连接。
[0015]2η+1个扩展单元的直流电容依次串联连接，2η+1个扩展单元的功率器件依次串联连接。
[0016]直流侧正负极间母线电压(输入电压)的两端分别连接2η+1个扩展单元的依次串联连接的直流电容的两端；输出电平为处于2η+1个扩展单元的中心位置的双向可控开关的两侧的电平。
[0017]当η等于I时，包括3个扩展单元，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路，基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路结构为:
[0018]双向可控开关包括由第一逆阻型IGBT、第二逆阻型IGBT反并联构成的第一双向可控开关，第三逆阻型IGBT、第四逆阻型IGBT反并联构成的第二双向可控开关，第五逆阻型IGBT、第六逆阻型IGBT(QlO)反并联构成的第三双向可控开关；
[0019] 功率器件包括由第一功率开关管和第一二极管并联构成的第一功率器件、第二功率开关管和第二二极管并联构成的第二功率器件、第三功率开关管和第三二极管并联构成的第三功率器件、第四功率开关管和第四二极管并联构成的第四功率器件；第一功率开关管的发射极与第二功率开关管的集电极相连，第二功率开关管的发射极与第三功率开关管的集电极相连，第三功率开关管的发射极与第四功率开关管的集电极相连；
[0020]直流电容包括第一直流电容、第二直流电容、第三直流电容、第四直流电容；第一直流电容负极与第二直流电容正极相连，第二直流电容负极与第三直流电容正极相连，第三直流电容负极与第四直流电容正极相连；
[0021]第一双向可控开关的一端连接第一功率开关管的发射极和第二功率开关管的集电极，另一端连接第一直流电容负极和第二直流电容正极；第二双向可控开关的一端连接第二功率开关管的发射极和第三功率开关管的集电极，另一端连接第二直流电容负极和第三直流电容正极；第三双向可控开关的一端连接第三功率开关管的发射极和第四功率开关管的集电极，另一端连接第三直流电容负极和第四直流电容正极。
[0022]基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路在纯感性负载时的电流续流过程包括以下步骤:
[0023](I)同时开通第二功率开关管、第一逆阻型IGBT，其他功率开关管和IGBT管全部
关断，此时输出正向|电平，其中，UdS直流侧正负极间母线电压；电流方向为负，流经第
二二极管以及第一逆阻型IGBT，此时第一逆阻型IGBT(Q5)承受反向电压；当电流由负向减小至零，变换为正向时，关闭第一逆阻型IGBT(Q5)，开通第二逆阻型IGBT，电流流经第二功率开关管、第二逆阻型IGBT ；
[0024](2)开通第一功率开关管、第二功率开关管，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出正向&电平；电流反向变正并增大，流经第一功率开关管、第二功率开关管；
[0025](3)开通第二功率开关管、第二逆阻型IGBT，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出正向|电平；电流正向减小，流经第一功率开关管、第二功率开关管；
[0026](4)开通第四逆阻型IGBT，其他功率开关管全部关断，此时输出O电平；电流正向慢慢减小，流经第四逆阻型IGBT ；
[0027](5)开通第三功率开关管、第五逆阻型IGBT，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部
关断，此时输出负向电平，电流正向减小，流经第五逆阻型IGBT、第三二极管；当电流
从正向减小至零并反向时，关闭第五逆阻型IGBT，开通第六逆阻型IGBT Q10，此时电流方向为负，流经第三功率开关管、第六逆阻型IGBT QlO ；
[0028](6)开通第三功率开关管、第四功率开关管，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出负$ I电平；电流反向变正并增大，流经功率开关管第三功率开关管、第四功率开关管；
[0029](7)开通第三功率开关管、第六逆阻型IGBT，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出负向电平；电流反向减小，流经第三功率开关管、第五逆阻型IGBT。
[0030]当η等于2时，包括5个扩展单元，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型七电平逆变电路，5个扩展单元中，前一个扩展单元的第二接入端连接相邻扩展单元的第一接入端，第2扩展单元的第二接入端与第I扩展单元的第一接入端相连接，第I扩展单元的第二扩展接入端串联连接端点直流电容和端点功率器件形成回路，第5扩展单元的第一接入端直接相连接形成回路。
[0031]当η等于3，包括7个扩展单元，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型九电平逆变电路，7个扩展单元中，前一个扩展单元的第二接入端连接相邻扩展单元的第一接入端，第2扩展单元的第二接入端与第I扩展单元的第一接入端相连接，第I扩展单元的第二扩展接入端串联连接端点直流电容和端点功率器件形成回路，第7扩展单元的第一接入端直接相连接形成回路。
[0032]本发明的技术方案有益效果包括:
[0033](I)、本发明能够方便扩展，能够产生2η+1个电平，将逆阻型IGBT反并联构成双向可控开关后，相对于二极管钳位型三电平电路而言，在不增加导通损耗的情况下，通过反并联逆阻型IGBT在多个串联电容中点联接，从而形成多个中点电压钳位电路，实现五电平、七电平、九电平等多电平输出。随着输出电平数目的增加，不仅改善了输出电压的谐波失真(THD)，需要的滤波电感更小或者开关频率也可随之降低。
[0034](2)、逆阻型 IGBT (Reverse blocking Insulated Gate Bipolar Transistor,简称RB-1GBT)利用腐蚀技术在器件的切割面和耗尽层之间形成隔离，切断了反向漏电流的流通途径，所以能够实现反向电压阻断从而承受反向电压。经过长期的试验和研究，发现逆阻型IGBT运用于逆变器中，能够减小导通压降、导降低通损耗低。
[0035](3)、本申请将逆阻型IGBT反并联构成双向可控开关后，相对于二极管钳位型三电平电路而言，在不增加导通损耗的情况下，通过反并联逆阻型IGBT在多个串联电容中点联接，从而形成多个中点电压钳位电路，实现五电平输出。随着输出电平数目的增加，不仅改善了输出电压的谐波失真(THD)，需要的滤波电感更小或者开关频率也可随之降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路拓扑图；
[0037]图2为本发明基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路电流方向示意图；
[0038]图3为本发明扩展单元结构示意图；
[0039]图4为本发明基于逆阻型IGBT反并联的T型电路多电平拓展连接方式示意图；
[0040]图5为本发明基于逆阻型IGBT反并联的T型七电平逆变电路拓扑图；
[0041]图6为本发明基于逆阻型IGBT反并联的T型九电平逆变电路拓扑图。
【具体实施方式】
[0042]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0043]如图3和图4所示，基于一种逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，包括2n+l个扩展单元，扩展单元包括双向可控开关1、功率器件2和直流电容3，双向可控开关1、功率器件2和直流电容3依次串联连接，直流电容3与功率器件2的远离双向可控开关I的连接端断开作为第一接入端，即图3中扩展单元直流电容3的正极与功率器件2的接口端，双向可控开关的两端为第二接入端，即图3中双向可控开关I的两侧。
[0044]第2n+l扩展单元指T型多电平逆变电路中对扩展单元进行了序号标注，从下倒上或者从右到左依次为第I扩展单元、第2扩展单元……，第2n+l扩展单元的第二接入端与第2n扩展单元的第一接入端相连接，第2扩展单元的第二接入端与第I扩展单元的第一接入端相连接，第I扩展单元的第二扩展接入端串联连接端点直流电容和端点功率器件形成回路，第2n+l扩展单元的第一接入端直接相连接形成回路。第I扩展单元和第2n+l扩展单元表示的是本发明T型多电平逆变电路中处于两端的扩展单元，第I扩展单元表示的是电路最端出的第一接入端连接了前一个扩展单元的第二接入端的扩展单元，第2n+l扩展单元表示的是电路最端出的第二接入端连接了前一个扩展单元的第一接入端的扩展单元。
[0045]双向可控开关I包括两个逆阻型IGBT，两个逆阻型IGBT成对反并联；逆阻型IGBT的成对反并联连接方式为一个逆阻型IGBT的发射极、集电极分别与另一个逆阻型IGBT的集电极、发射极相连接。
[0046]功率器件2包括功率开关管和二极管，功率开关管和二极管相并联构成功率器件；功率开关管的发射极与二极管的正极相连接，功率开关管的集电极与二极管的负极相连接。 [0047]双向可控开关I的一侧与直流电容3的负极相连接，双向可控开关I的另一侧与功率器件2的功率开关管的发射极相连接。
[0048]2n+l个扩展单元的直流电容3依次串联连接，2n+l个扩展单元的功率器件2依次串联连接。
[0049]直流侧正负极间母线电压(输入电压)的两端分别连接2n+l个扩展单元的依次串联连接的直流电容3的两端；输出电平为处于2n+l个扩展单元的中心位置的双向可控开关的两侧的电平。
[0050]实施例1，基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路。
[0051]如图1和图2所示，当η等于I时，包括3个扩展单元，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路，基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路结构为:
[0052]由于基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路包括3个扩展单元、I个端点直流电容和I个端点功率器件，所以双向可控开关有3个、直流电容有4个和功率器件4个，具体结构如下描述。
[0053]双向可控开关I包括由第一逆阻型IGBT Q5、第二逆阻型IGBT Q6反并联构成的第一双向可控开关，第三逆阻型IGBT Q7、第四逆阻型IGBT Q8反并联构成的第二双向可控开关，第五逆阻型IGBT Q9、第六逆阻型IGBT QlO反并联构成的第三双向可控开关；
[0054]功率器件2包括由第一功率开关管Ql和第一二极管Dl并联构成的第一功率器件、第二功率开关管Q2和第二二极管D2并联构成的第二功率器件、第三功率开关管Q3和第三二极管D3并联构成的第三功率器件、第四功率开关管Q4和第四二极管D4并联构成的第四功率器件；第一功率开关管Ql的发射极与第二功率开关管Q2的集电极相连，第二功率开关管Q2的发射极与第三功率开关管Q3的集电极相连，第三功率开关管Q3的发射极与第四功率开关管Q4的集电极相连；第一功率开关管Ql的发射极与第一二极管Dl的正极相连接，第一功率开关管Ql的集电极与第一二极管Dl的负极相连接，相同的，Q2与D2、Q3与D3、Q4与D4的连接方式与Q1、D1相同。
[0055]直流电容3包括第一直流电容Cl、第二直流电容C2、第三直流电容C3、第四直流电容C4 ;第一直流电容Cl负极与第二直流电容C2正极相连，第二直流电容C2负极与第三直流电容C3正极相连，第三直流电容C3负极与第四直流电容C4正极相连；
[0056]第一双向可控开关的一端连接第一功率开关管Ql的发射极和第二功率开关管Q2的集电极，另一端连接第一直流电容Cl负极和第二直流电容C2正极；第二双向可控开关的一端连接第二功率开关管Q2的发射极和第三功率开关管Q3的集电极，另一端连接第二直流电容C2负极和第三直流电容C3正极；第三双向可控开关的一端连接第三功率开关管Q3的发射极和第四功率开关管Q4的集电极，另一端连接第三直流电容C3负极和第四直流电容C4正极，第四直流电容C4、第四功率开关管Q4与第四二极管D4并联构成的第四功率器件即为基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路的端点直流电容和端点功率器件。
[0057]基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路在纯感性负载时的电流续流过程包括以下步骤:
[0058]1、同时开通第二功率开关管Q2、第一逆阻型IGBT Q5其他功率开关管(Q1、Q3、Q4)
和IGBT管(Q6、Q7、Q8、Q9、Q10)全部关断，此时输出正向+电平(N和Utl之间电平)；电
流方向为负，流经第二二极管D2以及第一逆阻型IGBT Q5，此时第一逆阻型IGBT Q5承受反向电压；当电流由负向减小至零，变换为正向时，关闭第一逆阻型IGBT Q5，开通第二逆阻型IGBT Q6，电流流经第二功率开关管Q2、第二逆阻型IGBT Q6 ；
[0059]2、开通第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2，其他功率开关管和逆阻型IGBT全
部关断，此时输出正向I电平；电流反向变正并增大，流经第一功率开关管Ql、第二功率开
关管Q2 ;其中Ud为直流侧正负极间母线电压，表示的是C1、C4两端的电压，输出电平表示的是第三逆阻型IGBT Q7、第四逆阻型IGBT Q8反并联构成的第二双向可控开关两端的电压，即N和UO之间的电压；
[0060]3、开通第二功率开关管Q2、第二逆阻型IGBT Q6，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出正向$电平；电流正向减小，流经第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2 ；
[0061]4、开通第四逆阻型IGBT Q8，其他功率开关管全部关断，此时输出O电平；电流正向慢慢减小，流经第四逆阻型IGBT Q8 ；
[0062]5、开通第三功率开关管Q3、第五逆阻型IGBT Q9，其他功率开关管和逆阻型IGBT全
部关断，此时输出负向丨—电平，电流正向减小，流经第五逆阻型IGBT Q9、第三二极管D3 ；
当电流从正向减小至零并反向时，关闭第五逆阻型IGBT Q9，开通第六逆阻型IGBT Q10，此时电流方向为负，流经第三功率开关管Q3、第六逆阻型IGBT QlO ；
[0063]6、开通第三功率开关管Q3、第四功率开关管Q4，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出负向I电平；电流反向变正并增大，流经功率开关管第三功率开关管Q3、第四功率开关管Q4;
[0064]7、开通第三功率开关管Q3、第六逆阻型IGBT Q10，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出负向_$电平；电流反向减小，流经第三功率开关管Q3、第五逆阻型IGBT Q9。
[0065]实施例2，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型七电平逆变电路。
[0066]如图5所示，当η等于2时，包括5个扩展单元，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型七电平逆变电路，5个扩展单元中，前一个扩展单元的第二接入端连接相邻扩展单元的第一接入端，第2扩展单元的第二接入端与第I扩展单元的第一接入端相连接，第I扩展单元的第二扩展接入端串联连接端点直流电容C6和端点功率器件Q6-D6形成回路，第5扩展单元的第一接入端直接相连接形成回路。直流侧正负极间母线(电压输入电压)为C1、C6两端的电压，输出电平表示的是逆阻型IGBT Q9、逆阻型IGBT QlO反并联构成的双向可控开关两端的电压，即N和UO之间的电压；
[0067]如图5所示，5个扩展单元中，前一个扩展单元的第二接入端连接相邻扩展单元的第一接入端，最顶端的扩展单元的第一接入端直接相连，最底端的扩展单元的双向可控开关的两端串联连接端点直流电容和端点功率器件，端点直流电容和端点功率器件分别为与扩展单元中的直流电容、功率器件组件结构相同。
[0068]本实施例2是在实施例1的连接关系的基础上扩展了两个扩展单元，连接方式与实施例1相同，不再重述。
[0069]实施例3，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型九电平逆变电路。
[0070]如图6所示，当η等于3，包括7个扩展单元，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型九电平逆变电路，7个扩展单元中，前一个扩展单元的第二接入端连接相邻扩展单元的第一接入端，第2扩展单元的第二接入端与第I扩展单元的第一接入端相连接，第I扩展单元的第二扩展接入端串联连接端点直流电容CS和端点功率器件Q8-D8形成回路，第7扩展单元的第一接入端直接相连接形成回路。直流侧正负极间母线(电压输入电压)为C1、C8两端的电压，输出电平表示的是逆阻型IGBT Q11、逆阻型IGBT Q112反并联构成的双向可控开关两端的电压，即N和UO之间的电压；
[0071]本实施例3是在实施例1的连接关系的基础上扩展了 4个扩展单元，连接方式与实施例1相同，不再重述。
[0072]以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.基于一种逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，其特征在于，包括2n+l个扩展单元，所述扩展单元包括双向可控开关(I)、功率器件(2)和直流电容(3)，所述双向可控开关(I)、功率器件(2)和直流电容(3)依次串联连接，所述直流电容(3)与功率器件(2)的远离所述双向可控开关(I)的连接端断开作为第一接入端，所述双向可控开关(I)的两端为第二接入端； 所述2n+l个扩展单元依次顺序连接，第2n+l扩展单元的第二接入端与第2n扩展单元的第一接入端相连接，所述第2扩展单元的第二接入端与第I扩展单元的第一接入端相连接，所述第I扩展单元的第二扩展接入端串联连接端点直流电容和端点功率器件形成回路，所述第2n+l扩展单元的第一接入端直接相连接形成回路； 所述双向可控开关(I)包括两个逆阻型IGBT，所述两个逆阻型IGBT成对反并联； 所述功率器件(2)包括功率开关管和二极管，所述功率开关管和二极管相并联构成功率器件；所述功率开关管的发射极与二极管的正极相连接，功率开关管的集电极与二极管的负极相连接； 所述双向可控开关(I)的一侧与直流电容(3)的负极相连接，双向可控开关(I)的另一侧与功率器件(2)的功率开关管的发射极相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，其特征在于，所述2n+l个扩展单元的直流电容(3)依次串联连接，所述2n+l个扩展单元的功率器件⑵依次串联连接。
3.根据权利要求2 所述的一种基于逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，其特征在于，直流侧正负极间母线电压的两端分别连接2n+l个扩展单元的依次串联连接的直流电容⑶的两端；输出电平为处于2n+l个扩展单元的中心位置的双向可控开关的两侧的电平。
4.根据权利要求1所述的一种基于逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，其特征在于，所述η等于1，包括3个扩展单元，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路，基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路结构为: 所述双向可控开关(I)包括由第一逆阻型IGBT (Q5)、第二逆阻型IGBT(Q6)反并联构成的第一双向可控开关，第三逆阻型IGBT(Q7)、第四逆阻型IGBT(QS)反并联构成的第二双向可控开关，第五逆阻型IGBT(Q9)、第六逆阻型IGBT(QlO)反并联构成的第三双向可控开关； 所述功率器件(2)包括由第一功率开关管(Ql)和第一二极管(Dl)并联构成的第一功率器件、第二功率开关管(Q2)和第二二极管(D2)并联构成的第二功率器件、第三功率开关管(Q3)和第三二极管(D3)并联构成的第三功率器件、第四功率开关管(Q4)和第四二极管(D4)并联构成的第四功率器件；第一功率开关管(Ql)的发射极与第二功率开关管(Q2)的集电极相连，第二功率开关管(Q2)的发射极与第三功率开关管(Q3)的集电极相连，第三功率开关管(Q3)的发射极与第四功率开关管(Q4)的集电极相连； 所述直流电容(3)包括第一直流电容(Cl)、第二直流电容(C2)、第三直流电容(C3)、第四直流电容(C4);第一直流电容(Cl)负极与第二直流电容(C2)正极相连，第二直流电容(C2)负极与第三直流电容(C3)正极相连，第三直流电容(C3)负极与第四直流电容(C4)正极相连； 所述第一双向可控开关的一端连接第一功率开关管(Ql)的发射极和第二功率开关管(Q2)的集电极，另一端连接第一直流电容(Cl)负极和第二直流电容(C2)正极；所述第二双向可控开关的一端连接第二功率开关管(Q2)的发射极和第三功率开关管(Q3)的集电极，另一端连接第二直流电容(C2)负极和第三直流电容(C3)正极；所述第三双向可控开关的一端连接第三功率开关管(Q3)的发射极和第四功率开关管(Q4)的集电极，另一端连接第三直流电容(C3)负极和第四直流电容(C4)正极。
5.根据权利要求4所述的一种基于逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，其特征在于，所述基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路在纯感性负载时的电流续流过程包括以下步骤: (1)同时开通第二功率开关管(Q2)、第一逆阻型IGBT(Q5)，所示基于逆阻型IGBT反并联的T型五电平逆变电路中除第二功率开关管(Q2)、第一逆阻型IGBT(Q5)外其他功率开关管和IGBT管全部关断，此时输出正向I电平；电流方向为负，流经第二二极管(D2)以及第一逆阻型IGBT(Q5)，此时第一逆阻型IGBT(Q5)承受反向电压；当电流由负向减小至零，变换为正向时，关闭第一逆阻型IGBT (Q5)，开通第二逆阻型IGBT (Q6)，电流流经第二功率开关管(Q2)、第二逆阻型IGBT(Q6)； (2)开通第一功率开关管(Ql)、第二功率开关管(Q2)，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出正向}电平；电流反向变正并增大，流经第一功率开关管(Ql)、第二功率开关管(Q2);其中Ud为直流侧正负极间母线电压； (3)开通第二功率开关 管(Q2)、第二逆阻型IGBT(Q6)，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出正向+电平；电流正向减小，流经第一功率开关管(Q1)、第二功率开关管(Q2)； (4)开通第四逆阻型IGBT(QS)，其他功率开关管全部关断，此时输出O电平；电流正向慢慢减小，流经第四逆阻型IGBT(Q8)； (5)开通第三功率开关管(Q3)、第五逆阻型IGBT(Q9)，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出负向电平，电流正向减小，流经第五逆阻型IGBT(Q9)、第三二极管(D3);当电流从正向减小至零并反向时，关闭第五逆阻型IGBT(Q9)，开通第六逆阻型IGBT(QlO)，此时电流方向为负，流经第三功率开关管(Q3)、第六逆阻型IGBT(QlO)； (6)开通第三功率开关管(Q3)、第四功率开关管(Q4)，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出负向电平；电流反向变正并增大，流经功率开关管第三功率开关管(Q3)、第四功率开关管(Q4)； (7)开通第三功率开关管(Q3)、第六逆阻型IGBT(QlO)，其他功率开关管和逆阻型IGBT全部关断，此时输出负向$电平；电流反向减小，流经第三功率开关管(Q3)、第五逆阻型IGBT(Q9)。
6.根据权利要求1所述的一种基于逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，其特征在于，所述η等于2，包括5个扩展单元，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型七电平逆变电路，所述5个扩展单元中，前一个扩展单元的第二接入端连接相邻扩展单元的第一接入端，第2扩展单元的第二接入端与第I扩展单元的第一接入端相连接，第I扩展单元的第二扩展接入端串联连接端点直流电容和端点功率器件形成回路，所述第5扩展单元的第一接入端直接相连接形成回路。
7.根据权利要求1所述的一种基于逆阻型IGBT反并联的T型多电平逆变电路，其特征在于，所述η等于3，包括7个扩展单元，形成基于逆阻型IGBT反并联的T型九电平逆变电路，所述7个扩展单元中，前一个扩展单元的第二接入端连接相邻扩展单元的第一接入端，第2扩展单元的第二接入端与第I扩展单元的第一接入端相连接，第I扩展单元的第二扩展接入端串联连接端点直流电容和端点功率器件形成回路，所述第7扩展单元的第一接入端直接相连接形 成回路。
【文档编号】H02M7/487GK104038090SQ201410284932
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】邹积勇, 杨婷, 杨志, 杨立军 申请人:威凡智能电气高科技有限公司