二極管箝位型混合級聯橋式變頻器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種二極管箝位型混合級聯橋式變頻器，包括三電平輸出變頻器單元和五電平輸出變頻器單元，三電平輸出變頻器單元由四個可控開關構成，五電平輸出變頻器單元由八個可控開關和四個二極管構成，三電平輸出變頻器單元和五電平輸出變頻器單元之間形成級聯結構，輸入電源的兩端分別連接于三電平輸出變頻器單元的節點和五電平輸出變頻器單元的節點，輸出電源有兩個，分別為三電平輸出變頻器單元的輸出電源和五電平輸出變頻器單元的輸出電源。本發明通過對十二個可控開關的控制，分別實現多種不同電平的輸出，從而完成對交流電源的變頻處理，具有所需器件數量少、易于模塊化的優點，適合作為電網接口的變頻器。
【專利說明】二極管箝位型混合級聯橋式變頻器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種變頻器，尤其涉及一種易于實現模塊化結構的二極管箝位型混合級聯橋式變頻器。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業的深度發展，大功率變流裝置在國民經濟中的應用越來越廣泛，如大容量變頻器、大功率電力有源濾波器、靜止無功補償裝置、MW級風電機組用變流器等，而對于大功率變流器場合，大功率開關器件的功率處理能力和開關頻率之間往往存在著矛盾，通常功率越大開關頻率越低。由于開關頻率的限制難以應用PWM技術來改善傳統大容量變流器的性能。因此，在大功率變流器場合，人們往往希望大功率、耐高壓的電力電子裝置能夠工作在盡可能高的開關頻率下，以便提高輸出波形的質量。
[0003]普通型變頻器通常也稱為兩電平變頻器，這種拓撲結構比較簡單，為了獲得大功率，一般依靠開關器件串聯以承受高壓，將開關器件并聯以承受大電流，但由于功率器件參數的離散性，這將帶來靜、動態均壓和均流等一系列問題，技術上的不確定因素影響很大，可靠性不高；但由于輸出只有兩電平，電壓波動大，產生較大諧波。因此這種結構應用范圍非常有限。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種易于實現模塊化結構的二極管箝位型混合級聯橋式變頻器。
[0005]本發明通過以下技術方案來實現上述目的:` 本發明所述二極管箝位型混合級聯橋式變頻器包括三電平輸出變頻器單元和五電平輸出變頻器單元，所述三電平輸出變頻器單元由四個可控開關構成，四個所述可控開關為第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關和第四可控開關，所述五電平輸出變頻器單元由八個可控開關和四個二極管構成，八個所述可控開關為第五可控開關、第六可控開關、第七可控開關、第八可控開關、第九可控開關、第十可控開關、第十一可控開關和第十二可控開關，四個所述二極管為第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管；所述第一可控開關的第一端、所述第三可控開關的第二端、所述第八可控開關的第一端和所述第十可控開關的第二端相互連接，所述第八可控開關的第二端、所述第六可控開關的第一端和所述第三二極管的負極相互連接，所述第十可控開關的第一端、所述第十二可控開關的第二端和所述第四二極管的正極相互連接，所述第七可控開關的第二端、所述第五可控開關的第一端和所述第一二極管的負極相互連接，所述第九可控開關的第一端、所述第十一可控開關的第二端和所述第二二極管的正極相互連接，所述第一二極管的正極、所述第二二極管的負極、所述第三二極管的正極和所述第四二極管的負極相互連接；所述第二可控開關的第一端和所述第四可控開關的第二端均與輸入電源的第一端連接，所述第七可控開關的第一端和所述第九可控開關的第二端均與所述輸入電源的第二端連接，所述第一可控開關的第二端與所述第二可控開關的第二端均與所述三電平輸出變頻器單元的輸出電源的第一端連接，所述第三可控開關的第一端與所述第四可控開關的第一端均與所述三電平輸出變頻器單元的輸出電源的第二端連接，所述第五可控開關的第二端與所述第六可控開關的第二端均與所述五電平輸出變頻器單元的輸出電源的第一端連接，所述第十一可控開關的第一端與所述第十二可控開關的第一端均與所述五電平輸出變頻器單元的輸出電源的第二端連接。
[0006]具體地，所述可控開關包括一個三極管和一個二極管，所述三極管的發射極與所述二極管的正極連接，所述三極管的集電極與所述二極管的負極連接，所述三極管的發射極為所述可控開關的第一端，所述三極管的集電極為所述可控開關的第二端，所述三極管的基極為所述可控開關的控制輸入端。
[0007]本發明的有益效果在于:
本發明通過對十二個可控開關的控制，分別實現多種不同電平的輸出，從而完成對交流電源的變頻處理，具有所需器件數量少、易于模塊化的優點，適合作為電網接口的變頻器；同時通過四個二極管分別對冗余狀態的選擇保持平衡，形成對輸出電壓的箝位控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明所述二極管箝位型混合級聯橋式變頻器的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合 附圖對本發明作進一步說明:
如圖1所示，本發明所述二極管箝位型混合級聯橋式變頻器包括三電平輸出變頻器單元和五電平輸出變頻器單元，所述三電平輸出變頻器單元由四個可控開關構成，四個所述可控開關為第一可控開關S1、第二可控開關S2、第三可控開關S3和第四可控開關S4，所述五電平輸出變頻器單元由八個可控開關和四個二極管構成，八個所述可控開關為第五可控開關S5、第六可控開關S6、第七可控開關S7、第八可控開關S8、第九可控開關S9、第十可控開關S10、第十一可控開關Sll和第十二可控開關S12，四個所述二極管為第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4 ;第一可控開關SI的第一端、第三可控開關S3的第二端、第八可控開關S8的第一端和第十可控開關SlO的第二端相互連接，第八可控開關S8的第二端、第六可控開關S6的第一端和第三二極管D3的負極相互連接，第十可控開關SlO的第一端、第十二可控開關S12的第二端和第四二極管D4的正極相互連接，第七可控開關S7的第二端、第五可控開關S5的第一端和第一二極管Dl的負極相互連接，第九可控開關S9的第一端、第十一可控開關Sll的第二端和第二二極管D2的正極相互連接，第一二極管Dl的正極、第二二極管D2的負極、第三二極管D3的正極和第四二極管D4的負極相互連接；第二可控開關S2的第一端和第四可控開關S4的第二端均與輸入電源Vin的第一端連接，第七可控開關S7的第一端和第九可控開關S9的第二端均與輸入電源Vin的第二端連接，第一可控開關SI的第二端與第二可控開關S2的第二端均與所述三電平輸出變頻器單元的輸出電源Voutl的第一端連接，第三可控開關S3的第一端與第四可控開關S4的第一端均與所述三電平輸出變頻器單元的輸出電源Voutl的第二端連接，第五可控開關S5的第二端與第六可控開關S6的第二端均與所述五電平輸出變頻器單元的輸出電源Vout2的第一端連接，第十一可控開關SI I的第一端與第十二可控開關S12的第一端均與所述五電平輸出變頻器單元的輸出電源Vout2的第二端連接。
[0010]如圖1所示，可控開關包括一個三極管和一個二極管，三極管的發射極與二極管的正極連接，三極管的集電極與二極管的負極連接，三極管的發射極為可控開關的第一端，三極管的集電極為可控開關的第二端，三極管的基極為可控開關的控制輸入端。上述可控開關的結構為常規結構，所以未在圖中標記三極管和二極管的符號。
[0011]通過對各可控開關的基極信號的控制，實現各可控開關的開、關狀態，從而輸出不同電平，再由這些電平組合為不同頻率的電源。任意時刻，每一個三電平輸出變頻器單元的輸出電源Vout均為+E、-E和零電平之一,所以稱為三電平輸出；每一個五電平輸出變頻器單元的輸出電源Vout均為+2E、+E、-E、-2E和零電平之一，所以稱為五電平輸出。整個二極管箝位型混合級聯橋式變頻器包括一個三電平輸出變頻器單元和一個五電平輸出變頻器單元，可進行串、并聯組合，從而實現更多電壓和頻率的電源輸出。
【權利要求】
1.一種二極管箝位型混合級聯橋式變頻器，其特征在于:包括三電平輸出變頻器單元和五電平輸出變頻器單元，所述三電平輸出變頻器單元由四個可控開關構成，四個所述可控開關為第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關和第四可控開關，所述五電平輸出變頻器單元由八個可控開關和四個二極管構成，八個所述可控開關為第五可控開關、第六可控開關、第七可控開關、第八可控開關、第九可控開關、第十可控開關、第十一可控開關和第十二可控開關，四個所述二極管為第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管；所述第一可控開關的第一端、所述第三可控開關的第二端、所述第八可控開關的第一端和所述第十可控開關的第二端相互連接，所述第八可控開關的第二端、所述第六可控開關的第一端和所述第三二極管的負極相互連接，所述第十可控開關的第一端、所述第十二可控開關的第二端和所述第四二極管的正極相互連接，所述第七可控開關的第二端、所述第五可控開關的第一端和所述第一二極管的負極相互連接，所述第九可控開關的第一端、所述第十一可控開關的第二端和所述第二二極管的正極相互連接，所述第一二極管的正極、所述第二二極管的負極、所述第三二極管的正極和所述第四二極管的負極相互連接；所述第二可控開關的第一端和所述第四可控開關的第二端均與輸入電源的第一端連接，所述第七可控開關的第一端和所述第九可控開關的第二端均與所述輸入電源的第二端連接，所述第一可控開關的第二端與所述第二可控開關的第二端均與所述三電平輸出變頻器單元的輸出電源的第一端連接，所述第三可控開關的第一端與所述第四可控開關的第一端均與所述三電平輸出變頻器單元的輸出電源的第二端連接，所述第五可控開關的第二端與所述第六可控開關的第二端均與所述五電平輸出變頻器單元的輸出電源的第一端連接，所述第十一可控開關的第一端與所述第十二可控開關的第一端均與所述五電平輸出變頻器單元的輸出電源的第二端連接。
2.根據權利要求1所述的二極管箝位型混合級聯橋式變頻器，其特征在于:所述可控開關包括一個三極管和一個二極管，所述三極管的發射極與所述二極管的正極連接，所述三極管的集電極與所述二極管的負極連接，所述三極管的發射極為所述可控開關的第一端，所述三極管的集電極為所述可控開關的第二端，所述三極管的基極為所述可控開關的控制輸入端。
【文檔編號】H02M7/483GK103684011SQ201210353847
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優先權日:2012年9月21日
【發明者】張鋒 申請人:成都市思博睿科技有限公司