一种多电平输出逆变电路系统及供电电路的制作方法

本发明实施例涉及逆变电路，尤其涉及一种多电平输出逆变电路系统及供电电路。

背景技术：

1、传统逆变器电路是一种将直流电转换成交流电的电路，也是一种将直流能量转换为交流能量的电路。

2、基于传统逆变电路通常需要前级直流升压电路首先将发电单元的低压直流电转换成高压直流电，然后再逆变成工业应用需要的交流电，这不但增加了成本和系统复杂性，还降低了系统效率。为此，基于开关电容的单级升压型逆变电路成为了近年的研究热点。

3、然而，现有的开关电容多电平逆变电路需要较多的开关管，特别是当输出电平数较多时，需要的元件数量会非常多。此外，由于输出电压是由电容器和直流输入电源串联产生的，而现有的电容器受限于电路结构，其两端电压多是等于直流输入电源电压，所以需要大量的电容器来实现高增益输出，导致电路结构复杂，成本较高。

技术实现思路

1、本发明提供一种多电平输出逆变电路系统及供电电路，以实现该逆变电路系统具有输出电平数多，开关数量少且输出增益高的特点，使逆变电路系统结构简单可靠，还能够降低成本。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种多电平输出逆变电路系统，包括第一级逆变模块和第二级逆变模块；

3、所述第一级逆变模块的第一端与直流电压源的正极电连接，所述第一级逆变模块的第二端与直流电压源的负极电连接，所述第一级逆变模块的第三端与第二级逆变模块的第一端电连接，所述第一级逆变模块的第四端与第二级逆变模块的第二端连接，所述第一级逆变模块用于将所述直流电压源的电压进行逆变成第一级输出电压，并输出至所述第二级逆变模块；其中，所述直流电压源的电压为vdc，所述第一级输出电压包括vdc、2vdc和3vdc；

4、所述第一级逆变模块通过控制所述第一级逆变模块中的开关管的导通和关断对所述第一级逆变模块中电容器进行充电，并通过所述开关管的导通和关断控制所述第一级逆变模块中电容器与所述直流电压源串联或构成回路；

5、所述第二级逆变模块的第三端和第四端为逆变电路的输出端，所述第二级逆变模块中包括n个开关电容单元，n大于等于1；所述第二级逆变模块用于将所述第一级输出电压逆变为第二级输出电压，从所述第二级逆变模块的第三端和第四端输出；其中，所述第二级输出电压包括多种输出电平。

6、进一步的，所述第一级逆变模块包括第一二极管和第二二极管、第一开关和第二开关、第三开关和第四开关、第一电容和第二电容；

7、所述第一开关和所述第二开关串联于所述第一级逆变模块的第一端和第二端之间，所述第一开关的第一端连接所述第一级逆变模块的第一端，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述第一级逆变模块的第二端；所述第三开关和所述第四开关串联于所述第一级逆变模块的第一端和第二端之间，所述第三开关的第一端连接所述第一级逆变模块的第一端，所述第三开关的第二端连接所述第四开关的第一端，所述第四开关的第二端连接所述第一级逆变模块的第二端；

8、所述第一二极管的正极与所述第一级逆变模块的第一端连接，所述第一二极管的负极与所述第一级逆变模块的第三端连接；所述第二二极管的负极与所述第一级逆变模块的第一端连接，所述第二二极管的正极与所述第一级逆变模块的第四端连接；

9、所述第一电容的第一端与所述第一级逆变模块的第三端连接，所述第一电容的第二端与所述第一开关的第二端连接；所述第二电容的第一端与所述第一级逆变模块的第三端连接，所述第二电容的第二端与所述第三开关的第一端连接。

10、进一步的，所述第一开关和所述第二开关交替导通，所述第三开关和所述第四开关交替导通，用于为所述第一电容和所述第二电容充电，以及将释放所述第一电容和所述第二电容中的电荷，使所述第一级逆变模块将所述直流电压源的电压进行逆变成第一级输出电压。

11、进一步的，所述第二逆变模块包括5个一级开关，4个二级开关以及第三电容；

12、第一一级开关的输入端作为所述第二级逆变模块的第一端，与所述第一级逆变模块的第三端连接，所述第一一级开关的输出端分别与所述开关电容单元的第一端和第五一级开关的输出端电连接；

13、第二一级开关的输出端作为所述第二级逆变模块的第二端，与所述第一级逆变模块的第四端电连接，所述第二一级开关的输入端分别与第三一级开关的输出端和第四一级开关的输入端连接；

14、所述第三一级开关的输入端与所述开关电容单元的第三端连接；

15、所述第四一级开关的输出端分别与第三电容的第二端和第二二级开关的输出端连接；

16、所述第五一级开关的输入端分别与所述开关电容单元的第二端和第一二级开关的输入端连接；

17、所述第一二级开关的输出端与所述第二二级开关的输入端连接；

18、第三二级开关的输入端与所述第一级逆变模块的第三端连接，所述第三二级开关的输出端与第四二级开关的输入端连接；

19、所述第四二级开关的输出端与所述第一级逆变模块的第四端连接；

20、所述第三电容的第一端与所述开关电容单元的第四端连接；

21、所述第一二级开关的输出端与所述第二二级开关的输入端之间的接线作为所述第二级逆变模块的第三端，所述第三二级开关的输出端与第四二级开关的输入端之间的接线作为所述第二级逆变模块的第四端。

22、进一步的，所述第二级逆变模块中n个所述开关电容单元之间串联；

23、前一个开关电容单元的第三端与后一个开关电容单元的第一端电连接，前一个开关电容单元的第四端与后一个开关电容单元的第二端电连接。

24、进一步的，所述第二级逆变模块中第n个所述开关电容单元包括第2n+4一级开关、第2n+5一级开关和第n+3电容；

25、所述第2n+4一级开关的输入端作为所述开关电容单元的第一端，所述第2n+4一级开关的输出端和所述第2n+5一级开关的输入端作为所述开关电容单元的第三端；

26、所述第2n+5一级开关的输出端和第n+3电容的第二端作为所述开关电容单元的第四端；

27、所述第n+3电容的第一端作为所述开关电容单元的第二端。

28、进一步的，所述第2n+5一级开关为双向全控开关，由两个反向串联的igbt或mosfet构成。

29、进一步的，所述系统通过控制所述一级开关和所述二级开关的关断和导通，控制所述第三电容和所述第n+3电容的充电和放电。

30、进一步的，所述多电平输出逆变电路系统通过正弦调制波控制所述一级开关和所述二级开关的关断和导通，以使所述第二级逆变模块的输出为交流电。

31、第二方面，本发明实施例还提供了一种供电电路，包括上述多电平输出逆变电路系统。

32、本发明通过一种多电平输出逆变电路系统，包括第一级逆变模块和第二级逆变模块，通过第一级逆变模块将直流电压源的电压进行逆变成多种电平的第一级输出电压，并传输出至第二级逆变模块，使第二级逆变模块将第一级输出电压进一步逆变为第二级输出电压，其中，第二级逆变模块中包括n个开关电容单元，第二级输出电压包括6n+13种输出电平，以实现该逆变电路系统具有输出电平数多且输出增益高的特点，并使逆变电路系统的结构简单可靠，还能够有效降低系统成本。