一种五电平逆变器及其应用电路的制作方法
【专利说明】一种五电平逆变器及其应用电路
[0001]本申请要求于2015年10月10日提交中国专利局、申请号为201510662002.1、发明名称为“一种五电平逆变器及其应用电路”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
[0002]本发明涉及光伏新能源技术领域，特别涉及一种五电平逆变器及其应用电路。
【背景技术】
[0003]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。所以目前的逆变器多采用多电平逆变器。
[0004]现有技术中常用的二极管箝位式三电平以上的多电平逆变器，如图1所示，是利用多个功率电容串联后并联在光伏逆变器的直流侧两端来实现的，逆变器中的各开关管依次通过功率二极管与相应的功率电容相连，由于每个功率电容上输出的功率不相等，导致功率电容上的电压会出现不相等现象，即出现所谓的功率电容电压不平衡现象。
[0005]所以现有技术中的多电平逆变器缺少功率电容电压自平衡功能。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种五电平逆变器及其应用电路，以解决现有技术中的多电平逆变器缺少功率电容电压自平衡功能的问题。
[0007]为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下:
[0008]—种五电平逆变器，连接于直流电源的正端与负端之间，与第一电容和第二电容的串联支路并联；所述五电平逆变器包括:
[0009]六个开关支路、第七开关管、第八开关管和钳位电容，其中:
[0010]第一开关支路包含第一单向器件和第一开关管，所述第一单向器件和第一开关管的公共端连接第一电容的第一端；
[0011]第二开关支路包含第二单向器件和第二开关管，所述第二单向器件的第二开关管的公共端连接所述第一开关支路的第一端；
[0012]第三开关支路包含第三单向器件和第三开关管，所述第三支路的第一端与所述第二开关支路的第一端、所述第一电容的第二端及所述第二电容的第一端相连；
[0013]第四开关支路包含第四单向器件和第四开关管，所述第四开关支路的第一端与所述第三开关支路的第一端相连；
[0014]第五开关支路包含第五单向器件和第五开关管，所述第五开关支路的第一端与所述第四开关支路的第一端相连；
[0015]第六开关支路包含第六单向器件和第六开关管，所述第六开关支路的第一端连接所述第五单向器件和第五开关管的公共端，所述第六单向器件和第六开关管的公共端连接所述第二电容的第二端；
[0016]所述钳位电容的第一端分别连接所述第一开关支路的第二端、所述第二开关支路的第二端、所述第三开关支路的第二端以及所述第七开关管的第一端，所述钳位电容的第二端分别连接所述第四开关支路的第二端、所述第五开关支路的第二端、所述第六开关支路的第二端以及所述第八开关管的第二端，所述第八开关管的第一端和所述第七开关管的第二端相连接，且该连接点与所述五电平逆变器的输出端相连；
[0017]所述第七开关管和所述第八开关管为提供双向功率路径的开关管。
[0018]优选的，
[0019]所述第二单向器件的输入端为所述第二开关支路的第一端，所述第二开关管的第二端为所述第二开关支路的第二端，所述第二开关管的第一端和第二单向器件的输出端的连接点连接所述第一开关支路的第一端；
[0020]所述第三开关管的第二端为所述第三开关支路的第一端，所述第三开关管的第一端连接所述第三单向器件的输出端，所述第三单向器件的输入端为所述第三开关支路的第
_-上山一栖;
[0021]所述第四单向器件的输入端为所述第四开关支路的第一端，所述第四单向器件的输出端连接所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端为所述第四开关支路的第
_-上山一栖;
[0022]所述第五单向器件的输出端和所述第五开关管的第二端的连接点连接所述第六开关支路的第一端，所述第五单向器件的输入端为所述第五开关支路的第一端，所述第五开关管的第一端为所述第五开关支路的第二端。
[0023]优选的，
[0024]所述第二开关管的第二端为所述第二开关支路的第一端，所述第二单向器件的输入端为所述第二开关支路的第二端，所述第二开关管的第一端和第二单向器件的输出端的连接点连接所述第一开关支路的第一端；
[0025]所述第三单向器件的输入端为所述第三开关支路的第一端，所述第三单向器件的输出端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端为所述第三开关支路的第
_-上山一栖;
[0026]所述第四开关管的第二端为所述第四开关支路的第一端，所述第四开关管的第一端连接所述第四单向器件的输出端，所述第四单向器件的输入端为所述第四开关支路的第
_-上山一栖;
[0027]所述第五开关管的第二端和第五单向器件的输入端的连接点连接所述第六开关支路的第一端，所述第五开关管的第一端为所述第五开关支路的第一端，所述第五单向器件的输出端为所述第五开关支路的第二端。
[0028]优选的，
[0029]所述第一单向器件的输出端和第一开关管的第一端的连接点连接所述第一电容的第一端，所述第一单向器件的输入端为所述第一开关支路的第一端，所述第一开关管的第二端为所述第一开关支路的第二端；
[0030]所述第六单向器件的输入端和第六开关管的第二端的连接点连接所述第二电容的第二端，所述第六单向器件的输出端为所述第六开关支路的第一端，所述第六开关管的第一端为所述第六开关支路的第二端；
[0031 ] 所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管和所述第五开关管均包括体二极管或反向并联一个二极管。
[0032]优选的，
[0033]所述第一单向器件的输出端和第一开关管的第一端的连接点连接所述第一电容的第一端，所述第一单向器件的输入端为所述第一开关支路的第一端，所述第一开关管的第二端为所述第一开关支路的第二端；
[0034]所述第六单向器件的输入端和第六开关管的第二端的连接点连接所述第二电容的第二端，所述第六单向器件的输出端为所述第六开关支路的第一端，所述第六开关管的第一端为所述第六开关支路的第二端。
[0035]优选的，
[0036]所述第一单向器件的输出端和第一开关管的第一端的连接点连接所述第一电容的第一端，所述第一开关管的第二端为所述第一开关支路的第一端，所述第二单向器件的输入端为所述第一开关支路的第二端；
[0037]所述第六单向器件的输入端和第六开关管的第二端的连接点连接所述第二电容的第二端，所述第六开关管的第一端为所述第六开关支路的第一端，所述第六单向器件的输出端为所述第六开关支路的第二端。
[0038]优选的，所述五电平逆变器对应的八个工作模态分别为:
[0039]第一模态:所述第一开关管及所述第七开关管导通，其余开关管均截止；
[0040]第二模态:所述第一开关管及所述第八开关管导通，其余开关管均截止；
[0041]第三模态:所述第四开关管、所述第五开关管及所述第七开关管导通，其余开关管均截止；
[0042]第四模态:所述第四开关管、所述第五开关管及所述第八开关管导通，其余开关管均截止；
[0043]第五模态:所述第二开关管、所述第三开关管及所述第七开关管导通，其余开关管均截止；
[0044]第六模态:所述第二开关管、所述第三开关管及所述第八开关管导通，其余开关管均截止；
[0045]第七模态:所述第六开关管及所述第七开关管导通，其余开关管均截止；
[0046]第八模态:所述第六开关管及所述第八开关管导通，其余开关管均截止。
[0047]优选的，所述五电平逆变器对应的八个工作模态分别为:
[0048]第一模态:所述第一开关管、所述第二开关管和所述第七开关管导通，其余开关管均截止；
[0049]第二模态:所述第一开关管、所述第二开关管和所述第八开关管导通，其余开关管均截止；
[0050]第三模态:所述第四开关管、所述第五开关管和所述第七开关管导通，其余开关管均截止；
[0051]第四模态:所述第四开关管、所述第五开关管和所述第八开关管导通，其余开关管均截止；
[0052]第五模态:所述第二开关管、所述第三开关管和所述第七开关管导通，其余开关管均截止；
[0053]第六模态:所述第二开关管、所述第三开关管和所述第八开关管导通，其余开关管均截止；
[0054]第七模态:所述第五开关管、所述第六开关管和所述第七开关管导通，其余开关管均截止；
[0055]第八模态:所述第五开关管、所述第六开关管和所述第八开关管导通，其余开关管均截止。
[0056]优选的，还包括:
[0057]与所述第一单向器件反向并联的第九开关管；
[0058]与所述第六单向器件反向并联的第十开关管；
[0059]或者，还包括:
[0060]与所述第二单向器件反向并联的第十一开关管；
[0061]与所述第五单向器件反向并联的第十二开关管；
[0062]或者，还包括:
[0063]与所述第三单向器件反向并联的第十三开关管；
[0064]与所述第四单向器件反向并联的第十四开关管。
[0065]优选的，还包括:分别与所述第一开关管和所述第六开关管反向并联的两个二极管；或者所述第一开关管和所述第六开关管还包括体二极管。
[0066]优选的，还包括:
[0067]与所述第一单向器件反向并联的第十五开关管；
[0068]与所述第二单向器件反向并联的第十六开关管；
[0069]与所述第四单向器件反向并联的第十七开关管；
[0070]与所述第五单向器件反向并联的第十八开关管。
[0071]优选的，还包括:
[0072]与所述第二单向器件反向并联的第十九开关管；
[0073]与所述第五单向器件反向并联的第二十开关管；
[0074]或者，还包括:
[0075]与所述第三单向器件反向并联的第二十一开关管；
[0076]与所述第四单向器件反向并联的第二十二开关管。
[0077]优选的，还包括:
[0078]与所述第一单向器件反向并联的第二十三开关管；
[0079]与所述第六单向器件反向并联的第二十四开关管。
[0080]优选的，所述第一单向器件、所述第二单向器件、所述第三单向器件、所述第四单向器件、所述第五单向器件及所述第六单向器件均为二极管或者单向晶闸管。
[0081 ]优选的，所述