專利名稱：級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器的制作方法
技術領域：
級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器技術領域[0001]本實用新型涉及一種變頻器，尤其涉及一種易于實現模塊化結構的級聯五電平輸 出二極管箝位橋式變頻器。
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]本實用新型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 級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器。[0005]本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的[0006]本實用新型所述級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器包括多個結構相同的五 電平輸出變頻器單元，每個所述五電平輸出變頻器單元的結構為由八個結構相同的可控 開關和四個二極管構成，其中四個所述可控開關串聯為第一開關串聯電路，另外四個所述 可控開關串聯為第二開關串聯電路，兩個所述二極管的正負極首尾串聯為第一二極管串聯 電路，另外兩個所述二極管的正負極首尾串聯為第二二極管串聯電路，所述第一二極管串 聯電路的兩端分別與所述第一開關串聯電路的中心節點兩側的兩個節點連接，所述第二二 極管串聯電路的兩端分別與所述第二開關串聯電路的中心節點兩側的兩個節點連接，所述 第一開關串聯電路和所述第二開關串聯電路并聯后的兩端為對應的所述五電平輸出變頻 器單元的電源輸出端，每個所述五電平輸出變頻器單元的電源輸出端相互獨立；相鄰的所 述五電平輸出變頻器單元之間的連接結構為前一個所述五電平輸出變頻器單元的第一開 關串聯電路的中心節點與后一個所述五電平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路的中心 節點連接；第一個所述五電平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路的中心節點和最后一個 所述五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路的中心節點分別為所述級聯五電平輸出 二極管箝位橋式變頻器的電源輸入端的兩端。[0007]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。[0008]本實用新型的有益效果在于[0009]本實用新型通過對多個五電平輸出變頻器單元進行級聯，每個五電平輸出變頻器單元實現五種不同電平的輸出，從而完成對交流電源的變頻處理及多級串、并控制，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；同時通過二極管對冗余狀態的選擇保持平衡，形成對輸出電壓的箝位控制。
圖1是本實用新型所述級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器的電路結構示意圖。
具體實施方式
[0011]
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明[0012]如圖1所示，本實用新型所述級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器包括多個結構相同的五電平輸出變頻器單元，每個五電平輸出變頻器單元均由八個結構相同的可控開關和四個二極管構成。圖中示出了兩個五電平輸出變頻器單元，兩個五電平輸出變頻器單元之間的連接線用虛線，表示還可以有更多的五電平輸出變頻器單元相互連接。下面僅以圖中所示的兩個五電平輸出變頻器單元的結構對本實用新型作進一步描述[0013]如圖1所示，第一個五電平輸出變頻器單元(即圖中上面的五電平輸出變頻器單元)的結構為由第一可控開關S1、第二可控開關S2、第三可控開關S3、第四可控開關S4、 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、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4構成，其中，第一可控開關S1、第三可控開關 S3、第五可控開關S5和第七可控開關S7串聯為第一個五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路，第二可控開關S2、第四可控開關S4、第六可控開關S6和第八可控開關S8串聯為第一個五電平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路，第一二極管Dl和第二二極管D2的正負極首尾串聯為第一個五電平輸出變頻器單元的第一二極管串聯電路，第三二極管D3 和第四二極管D4的正負極首尾串聯為第一個五電平輸出變頻器單元的第二二極管串聯電路，第一個五電平輸出變頻器單元的第一二極管串聯電路的兩端分別與第一個五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路的中心節點兩側的兩個節點連接，第一個五電平輸出變頻器單元的第二二極管串聯電路的兩端分別與第一個五電平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路的中心節點兩側的兩個節點連接，第一個五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路和第一個五電平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路并聯后的兩端為第一個五電平輸出變頻器單元的電源輸出端Voutl ;第二個五電平輸出變頻器單元(即圖中下面的五電平輸出變頻器單元)的結構為由第九可控開關S9、第十可控開關S10、第i^一可控開關S11、 第十二可控開關S12、第十三可控開關S13、第十四可控開關S14、第十五可控開關S15、第十六可控開關S16、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7和第八二極管D8構成，其中，第九可控開關S9、第十一可控開關S11、第十三可控開關S13和第十五可控開關S15串聯為第二個五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路，第十可控開關S10、第十二可控開 關S12、第十四可控開關S14和第十六可控開關S16串聯為第二個五電平輸出變頻器單元的 第二開關串聯電路，第五二極管D5和第六二極管D6的正負極首尾串聯為第二個五電平輸 出變頻器單元的第一二極管串聯電路，第七二極管D7和第八二極管D8的正負極首尾串聯 為第二個五電平輸出變頻器單元的第二二極管串聯電路，第二個五電平輸出變頻器單元的 第一二極管串聯電路的兩端分別與第二個五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路的 中心節點兩側的兩個節點連接，第二個五電平輸出變頻器單元的第二二極管串聯電路的兩 端分別與第二個五電平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路的中心節點兩側的兩個節點 連接，第二個五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路和第二個五電平輸出變頻器單元 的第二開關串聯電路并聯后的兩端為第二個五電平輸出變頻器單元的電源輸出端Vout2。[0014]第一個五電平輸出變頻器單元的電源輸出端Voutl和第二個五電平輸出變頻器 單元的電源輸出端Vout2之間相互獨立；第一個五電平輸出變頻器單元和第二個五電平輸 出變頻器單元之間的連接結構為第一個五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路的中 心節點與第二個五電平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路的中心節點連接；第一個五電 平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路的中心節點和第二個五電平輸出變頻器單元的第 一開關串聯電路的中心節點分別為所述級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器的電源輸 入端Vin的兩端。[0015]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。[0016]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。整個級聯五電 平輸出二極管箝位橋式變頻器包括多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1.一種級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器，其特征在于包括多個結構相同的五電平輸出變頻器單元，每個所述五電平輸出變頻器單元的結構為由八個結構相同的可控開關和四個二極管構成，其中四個所述可控開關串聯為第一開關串聯電路，另外四個所述可控開關串聯為第二開關串聯電路，兩個所述二極管的正負極首尾串聯為第一二極管串聯電路，另外兩個所述二極管的正負極首尾串聯為第二二極管串聯電路，所述第一二極管串聯電路的兩端分別與所述第一開關串聯電路的中心節點兩側的兩個節點連接，所述第二二極管串聯電路的兩端分別與所述第二開關串聯電路的中心節點兩側的兩個節點連接，所述第一開關串聯電路和所述第二開關串聯電路并聯后的兩端為對應的所述五電平輸出變頻器單元的電源輸出端，每個所述五電平輸出變頻器單元的電源輸出端相互獨立；相鄰的所述五電平輸出變頻器單元之間的連接結構為前一個所述五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路的中心節點與后一個所述五電平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路的中心節點連接；第一個所述五電平輸出變頻器單元的第二開關串聯電路的中心節點和最后一個所述五電平輸出變頻器單元的第一開關串聯電路的中心節點分別為所述級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器的電源輸入端的兩端。
2.根據權利要求1所述的級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器，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。
專利摘要本實用新型公開了一種級聯五電平輸出二極管箝位橋式變頻器，包括多個結構相同的五電平輸出變頻器單元，每個五電平輸出變頻器單元由八個結構相同的可控開關和四個二極管構成，每四個可控開關串聯為一個開關串聯電路，每兩個二極管的正負極首尾串聯為一個二極管串聯電路，二極管串聯電路的兩端分別與開關串聯電路的中心節點兩側的兩個節點連接，第一開關串聯電路和第二開關串聯電路并聯后的兩端為對應的五電平輸出變頻器單元的電源輸出端；相鄰的五電平輸出變頻器單元的開關串聯電路的中心節點連接；首、尾兩個五電平輸出變頻器單元的開關串聯電路的中心節點分別為電源輸入端的兩端。本實用新型易于模塊化，適用于電網接口中。
文檔編號H02M7/487GK202872683SQ201220483699
公開日2013年4月10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