单电源级联型多电平逆变器的制作方法

本实用新型涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种单电源级联型多电平逆变器。

背景技术：

级联型多电平逆变器已在风电、光伏发电、高压逆变等场合广泛应用，而级联型多电平逆变器的集成体积以及开关管功率损耗是考虑其可用性的重要指标。当应用于系统中时，减小逆变器的体积可有效降低成本，同时对于逆变器中一个开关周期内的动作开关管的个数的减少可以减小功率损耗。

目前大部分改进型级联型逆变器不能从两个方面同时进行改进。一种改进措施是在不改变独立直流电源个数的基础上，减少一个开关周期内的动作开关管数；另一种改进措施是在减少独立直流电源的基础上，没有改变一个开关周期内的动作开关管数。这样虽然在一个方面降低了成本，但是从两个方面入手可以更经济。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种单电源级联型多电平逆变器，至少部分解决现有技术之中减小集成体积以及降低功率损耗不能同时满足的问题。

为此，本实用新型提供一种单电源级联型多电平逆变器，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管、第十一晶体管、第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管、第一电容器、第十电阻、第一电源、第二电容器、第二电源、第八电阻以及第九电阻；

所述第一晶体管的发射极与所述第一电容器的正极连接，所述第一晶体管的集电极与第一节点连接；所述第二晶体管的发射极与所述第一节点连接，所述第二晶体管的集电极与所述第一电容器的正极连接；所述第三晶体管的发射极与所述第一节点连接，所述第三晶体管的集电极与所述第一电源的正极连接；所述第四晶体管的发射极与所述第一节点连接，所述第四晶体管的集电极与所述第二电容器的正极连接；所述第五晶体管的发射极与所述第一节点连接，所述第五晶体管的集电极与第二节点连接；

所述第六晶体管的发射极与所述第二电源的负极连接，所述第六晶体管的集电极与所述第二电容器的正极连接；所述第七晶体管的发射极与所述第十电阻的第二端连接，所述第七晶体管的集电极与所述第一电源的正极连接；所述第八晶体管的发射极与所述第一电源的负极连接，所述第八晶体管的集电极与所述第一电容器的负极连接；所述第九晶体管的发射极与所述第一电源的负极连接，所述第九晶体管的集电极与所述第二节点连接；所述第十晶体管的发射极与所述第二电容器的正极连接，所述第十晶体管的集电极与所述第一节点连接；

所述第十一晶体管的发射极与所述第九电阻的第一端连接，所述第十一晶体管的集电极与所述第一节点连接；所述第十二晶体管的发射极与所述第二节点连接，所述第十二晶体管的集电极与所述第九电阻的第一端连接；所述第十三晶体管的发射极与所述第九电阻的第二端连接，所述第十三晶体管的集电极与所述第一节点连接；所述第十四晶体管的发射极与所述第二节点连接，所述第十四晶体管的集电极与所述第九电阻的第二端连接；

所述第二电源的正极与所述第二电容器的正极连接，所述第二电源的负极与所述第二电容器的负极连接；所述第八电阻的第一端与所述第二电容器的负极连接，所述第八电阻的第二端与所述第二节点连接，所述第十电阻的第一端与所述第一电容器的负极连接。

可选的，所述多电平逆变器通过控制晶体管的通断即可实现多电平输出。

可选的，所述级联型多电平逆变器只需要一个独立直流电源。

可选的，所述级联型多电平逆变器除一个独立直流电源外，其余直流电源可以由电容替代，利用电容可以充放电的特性实现独立直流电源的作用，其中第一电容器和第二电容器的电容为0.005F。

可选的，所述级联型多电平逆变器需要两个电阻与电容器相连，以实现导通功能，其中第八电阻和第十电阻的阻值为0.001Ω。

本实用新型具有下述有益效果：

本实用新型提供的单电源级联型多电平逆变器由晶体管、电源、电容器以及电阻组成。本实用新型在原有传统级联型多电平逆变器的基础上，对其需要大量独立直流电源的缺点进行了改进，利用电容器进行充放电的器件特点，通过冗余开关的配合实现对电容器的频繁充放电，通过独立直流电源和电容器的配合，使得本实用新型提供的单电源级联型多电平逆变器可以单个直流电源稳定运行。独立直流电源的减少可以减少级联多电平逆变器的集成体积，同时在不增加晶体管的基础上，降低了在一个动作周期内尽可能少的功率开关器件动作数量，减少了功率损耗。因此，本实用新型提供的技术方案可以减小集成体积，降低功率损耗，并且可以最大限度地降低成本。

附图说明

图1为实施例一在PLECS下搭建的仿真模型图；

图2为实施例一在MATLAB下采用载波移相脉宽调制的多电平输出波形。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型提供的单电源级联型多电平逆变器进行详细描述。

实施例一

图1为实施例一在PLECS下搭建的仿真模型图。如图1所示，所述单电源级联型多电平逆变器包括第一晶体管IGBT1、第二晶体管IGBT2、第三晶体管IGBT3、第四晶体管IGBT4、第五晶体管IGBT5、第六晶体管IGBT6、第七晶体管IGBT7、第八晶体管IGBT8、第九晶体管IGBT8、第十晶体管IGBT10、第十一晶体管IGBT11、第十二晶体管IGBT12、第十三晶体管IGBT13、第十四晶体管IGBT14、第一电容器C1、第十电阻R10、第一电源V_dc2、第二电容器C2、第二电源Vm1、第八电阻R8以及第九电阻R9。本实施例在原有传统级联型多电平逆变器的基础上，对其需要大量独立直流电源的缺点进行了改进，利用电容器进行充放电的器件特点，通过冗余开关的配合实现对电容器的频繁充放电，通过独立直流电源和电容器的配合，使得本实施例提供的单电源级联型多电平逆变器可以单个直流电源稳定运行。独立直流电源的减少可以减少级联多电平逆变器的集成体积，同时在不增加晶体管的基础上，降低了在一个动作周期内尽可能少的功率开关器件动作数量，减少了功率损耗。因此，本实施例提供的技术方案可以减小集成体积，降低功率损耗，并且可以最大限度地降低成本。

参见图1，所述第一晶体管IGBT1的发射极与所述第一电容器C1的正极连接，所述第一晶体管IGBT1的集电极与第一节点P1连接；所述第二晶体管IGBT2的发射极与所述第一节点P1连接，所述第二晶体管IGBT2的集电极与所述第一电容器C1的正极连接；所述第三晶体管IGBT3的发射极与所述第一节点P1连接，所述第三晶体管IGBT3的集电极与所述第一电源V_dc2的正极连接；所述第四晶体管IGBT4的发射极与所述第一节点P1连接，所述第四晶体管IGBT4的集电极与所述第二电容器C2的正极连接；所述第五晶体管IGBT5的发射极与所述第一节点P1连接，所述第五晶体管IGBT5的集电极与第二节点P2连接。

参见图1，所述第六晶体管IGBT6的发射极与所述第二电源Vm1的负极连接，所述第六晶体管IGBT6的集电极与所述第二电容器C2 的正极连接；所述第七晶体管IGBT7的发射极与所述第十电阻R10的第二端连接，所述第七晶体管IGBT7的集电极与所述第一电源V_dc2的正极连接；所述第八晶体管IGBT8的发射极与所述第一电源V_dc2的负极连接，所述第八晶体管IGBT8的集电极与所述第一电容器C1的负极连接；所述第九晶体管IGBT9的发射极与所述第一电源V_dc2的负极连接，所述第九晶体管IGBT9的集电极与所述第二节点P2连接；所述第十晶体管IGBT10的发射极与所述第二电容器C2的正极连接，所述第十晶体管IGBT10的集电极与所述第一节点P1连接。

参见图1，所述第十一晶体管IGBT11的发射极与所述第九电阻R9的第一端连接，所述第十一晶体管IGBT11的集电极与所述第一节点P1连接；所述第十二晶体管IGBT12的发射极与所述第二节点P2连接，所述第十二晶体管IGBT12的集电极与所述第九电阻R9的第一端连接；所述第十三晶体管IGBT13的发射极与所述第九电阻R9的第二端连接，所述第十三晶体管IGBT13的集电极与所述第一节点P1连接；所述第十四晶体管IGBT14的发射极与所述第二节点P2连接，所述第十四晶体管IGBT14的集电极与所述第九电阻R9的第二端连接。

参见图1，所述第二电源Vm1的正极与所述第二电容器C2的正极连接，所述第二电源Vm1的负极与所述第二电容器C2的负极连接；所述第八电阻R8的第一端与所述第二电容器C2的负极连接，所述第八电阻R8的第二端与所述第二节点P2连接，所述第十电阻R10的第一端与所述第一电容器C1的负极连接。

本实施例中，开通第一晶体管IGBT1、第三晶体管IGBT3、第八晶体管IGBT8，其他晶体管均保持关断状态即可实现对第一电容器C1的充电。开通第三晶体管IGBT3、第九晶体管IGBT9、第十晶体管IGBT10，其他晶体管均保持关断状态即可实现对第二电容器C2的充电。图2为实施例一在MATLAB下采用载波移相脉宽调制的多电平输出波形。采用简单方波在不考虑逆变的情况下，采用电容代替独立电源可行。如图2所示，采用本实施例提供的单电源级联型 多电平逆变器可以输出的理想波形。

参见图1，第十一晶体管IGBT11、第十二晶体管IGBT12、第十三晶体管IGBT13、第十四晶体管IGBT14的作用即是实现逆变。当输出为正时，第十一晶体管IGBT11、第十四晶体管IGBT14保持开通，第十二晶体管IGBT12、第十三晶体管IGBT13为关断状态。当输出为负时第十二晶体管IGBT12、第十三晶体管IGBT13保持开通，第十一晶体管IGBT11、第十四晶体管IGBT14保持关断。

本实施例提供的单电源级联型多电平逆变器由晶体管、电源、电容器以及电阻组成。本实施例在原有传统级联型多电平逆变器的基础上，对其需要大量独立直流电源的缺点进行了改进，利用电容器进行充放电的器件特点，通过冗余开关的配合实现对电容器的频繁充放电，通过独立直流电源和电容器的配合，使得本实施例提供的单电源级联型多电平逆变器可以单个直流电源稳定运行。独立直流电源的减少可以减少级联多电平逆变器的集成体积，同时在不增加晶体管的基础上，降低了在一个动作周期内尽可能少的功率开关器件动作数量，减少了功率损耗。因此，本实施例提供的技术方案可以减小集成体积，降低功率损耗，并且可以最大限度地降低成本。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。