專利名稱：三電平逆變器的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種三電平逆變器。
背景技術：
三電平逆變器是基于三個固定電平的脈寬調制(Pulse Width Modulation, PWM)電路，在電力電子領域被廣泛的應用。目前，如圖I所示的中點箝位(Natural Point Clamping, NPC)三電平逆變器最為常見，兩個直流電源BUSl與BUS2之間的連接點為節點 N,由于在將逆變器的輸出電壓箝位在節點N的電壓時，需要輸出電流Io通過二極管Dl或二極管D2續流，但是，由于二極管的單向導電性，只能通過二極管Dl或D2所對應的其中的一條回路進行續流，從而電路的損耗較大，效率較低且不利于散熱。
發明內容
本發明的實施例提供一種三電平逆變器，降低了電路損耗、提高了效率且利于散熱。為解決上述技術問題，本發明的實施例采用如下技術方案一種三電平逆變器，包括第一直流源和第二直流源，所述第一直流源負極和所述第二直流源正極連接作為為第一節點，依次串聯在所述第一直流源正極與第二直流源負極之間的第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管，所述第一開關管和第二開關管的連接處為第二節點，所述第二開關管和第三開關管的連接處為第三節點，所述第三開關管和第四開關管的連接處為第四節點，第一二極管，其陽極連接于所述第一節點，其陰極連接于所述第二節點，第二二極管，其陰極連接于所述第一節點，其陽極連接于所述第四節點，濾波單元，所述濾波單元的兩端分別連接于所述第一節點和第三節點，還包括第五開關管，所述第五開關管連接于所述第二節點與第四節點之間。本發明實施例提供的三電平逆變器，將輸出電壓箝位在第一節點的電壓的過程中，當第三節點輸出電流為正電流時，實際電流與輸出電流的方向相同，即實際電流從第一節點依次流過第一二極管、第五開關管和第三開關管到達第三節點進行續流，并且同時實際電流還可以從第一節點依次流過第一二極管和第二開關管到達第三節點進行續流，從而使第三節點輸出第一節點的電壓，由于有兩條續流回路，即第二開關管與相互串聯的第三開關管和第五開關管并聯進行續流，與現有技術中僅有單條續流回路相比，提高了對開關管的利用率，使得有更多的開關管分攤電流和損耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱；當第三節點輸出電流為負電流時，實際電流與輸出電流的方向相反，即實際電流從第三節點依次流過第二開關管、第五開關管和第二二極管到達第一節點進行續流，并且同時實際電流還可以從第三節點依次流過第三開關管和第二二極管到達第一節點進行續流，從而使第三節點輸出第一節點的電壓，由于有兩條續流回路，即第三開關管與相互串聯的第二開關管和第五開關管并聯進行續流，與現有技術中僅有單條續流回路相比，提高了對開關管的利用率，使得有更多的開關管分攤電流和損耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
的示意圖
的示意圖
圖I為現有技術中一種三電平逆變器的結構示意圖2為本發明實施例中一種三電平逆變器的結構示意圖3為圖2中將輸出電壓箝位在第一節點的電壓的過程中輸出電流為正電流時時
圖4為圖2中將輸出電壓箝位在第一節點的電壓的過程中輸出電流為負電流時時
圖5為圖2中第五開關管為MOSFET的示意圖6為圖2中第五開關管為IGBT的示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。如圖2所示，本發明實施例提供了一種三電平逆變器，包括第一直流源BUSl和第二直流源BUS2，第一直流源BUSl負極和第二直流源BUS2正極連接作為為第一節點N ;依次串聯在第一直流源BUSl的正極與第二直流源BUS2的負極之間的第一開關管Q1、第二開關管Q2、第三開關管Q3和第四開關管Q4，其中，第一開關管Ql和第二開關管Q2的連接處為第二節點B，第二開關管Q2和第三開關管Q3的連接處為第三節點0，第三開關管Q3和第四開關管Q4的連接處為第四節點D ;第一二極管D1，其陽極連接于第一節點N，其陰極連接于第二節點B ;第二二極管D2，其陰極連接于第一節點N，其陽極連接于第四節點D ;濾波單元 I，濾波單元I的兩端分別連接于第一節點N和第三節點O ;第五開關管Q5，第五開關管Q5 連接于第二節點B與第四節點D之間。在上述三電平逆變器中，第一直流源BUSl和第二直流源BUS2可認為是恒定不變的電壓源，輸出節點為第三節點0，中點箝位續流二極管為第一二極管Dl和第二二極管D2。 三電平逆變器在將輸出電壓箝位在第一節點N的電壓時，可以將第一開關管Ql和第四開關管Q4關斷，第二開關管Q2、第三開關管Q3和第五開關管Q5導通，此時第三節點O輸出第一節點N的電壓值。具體地，如圖3所示，當第三節點O輸出電流Io為正電流時，實際電流
Il與輸出電流Io的方向相同，即實際電流Il從第一節點N依次流過第一二極管D1、第五開關管Q5和第三開關管Q3到達第三節點O進行續流，并且同時實際電流Il還從第一節點 N依次流過第一二極管Dl和第二開關管D2到達第三節點O進行續流，從而使第三節點O輸出第一節點N的電壓，由于有兩條續流回路，即第二開關管Q2與相互串聯的第三開關管Q3和第五開關管Q5并聯進行續流，與現有技術中僅有單條續流回路相比，提高了對開關管的利用率，使得有更多的開關管分攤電流和損耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱；如圖4所示，當第三節點O輸出電流Io為負電流時，實際電流12與輸出電流Io的方向相反， 即實際電流12從第三節點O依次流過第二開關管Q2、第五開關管Q5和第二二極管D2到達第一節點N進行續流，并且同時實際電流Il還從第三節點O依次流過第三開關管Q3和第二二極管D2到達第一節點N進行續流，從而使第三節點O輸出第一節點N的電壓，由于有兩條續流回路，即第三開關管Q3與相互串聯的第二開關管Q2和第五開關管Q5并聯進行續流，與現有技術中僅有單條續流回路相比，提高了對開關管的利用率，使得有更多的開關管分攤電流和損耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱。需要說明的是，圖3和圖4中箭頭為電流方向的示意。如圖5所示，進一步地，濾波單元I包括電感L和電容C，電感L的一端連接于第三節點0，電容C的一端連接于電感L的另一端，電容C的另一端連接于第一節點N。第五開關管Q5可以為場效應晶體管,例如金屬氧化物場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)，其漏極連接于第二節點B，其源極連接于第四節點 D，其柵極連接控制信號，用于控制第五開關管Q5的開通與關斷。或者如圖6所示，第五開關管Q5可以為雙極性晶體管，例如絕緣柵雙極性晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)，其集電極連接于第二節點B，其發射極連接于第四節點D，由于MOSFET 內部集成有寄生二極管，但IGBT無寄生二極管，因此進一步地，上述三電平逆變器還可以包括連接于第五開關管Q5的發射極和集電極之間的反并二極管D3，其陽極連接于第五開關管Q5的發射極，其陰極連接于第五開關管Q5的集電極，用于保護IGBT不被反壓擊穿。具體的工作原理與上述實施例相同，在此不再贅述。需要說明的是，上述實施例中的第一開關管Q1、第二開關管Q2、第三開關管Q3和第四開關管Q4可以為M0SFET，其中，第一開關管Q1，其漏極連接于第一直流源BUSl的正極；第二開關管Q2，其漏極連接于第一開關管Ql的源極作為第二節點B ;第三開關管Q3，其漏極連接于第二開關管Q2的源極作為第三節點O ;第四開關管Q4，其漏極連接于第三開關管Q3的源極作為第四節點D，其源極連接于第二直流源BUS2的負極；上述每個開關管分別具有一個反并二極管，反并二極管的陽極分別連接于每個開關管的源極，反并二極管的陰極分別連接于每個開關管的漏極。可選地，第一開關管Ql、第二開關管Q2、第三開關管Q3和第四開關管Q4還可以為IGBT，其中，第一開關管Ql，其集電極連接于第一直流源BUSl的正極；第二開關管Q2，其集電極極連接于第一開關管Ql的發射極作為第二節點B ;第三開關管Q3，其集電極連接于第二開關管Q2的發射極作為第三節點O ;第四開關管Q4，其集電極連接于第三開關管Q3的發射極作為第四節點D，其發射極連接于第二直流源BUS2的負極； 上述每個開關管分別具有一個反并二極管，反并二極管的陽極分別連接于每個開關管的發射極，反并二極管的陰極分別連接于每個開關管的集電極。可選地，第一開關管Q1、第二開關管Q2、第三開關管Q3和第四開關管Q4還可以為其他半導體開關器件，且四個開關管內部都分別集成或外部并聯有反并二極管。在本發明實施例中，僅增加了一個額外的第五開關管，即實現了在將上述三電平逆變器的輸出電壓箝位在第一節點的電壓時，同時有兩條續流回路，與現有技術中僅有單條續流回路相比，提高了對開關管的利用率，使得有更多的開關管分攤電流和損耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱。通過以上的實施方式的描述，所屬領域的技術人員可以清楚地了解到本發明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實現，當然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實施方式。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在可讀取的存儲介質中，如計算機的軟盤，硬盤或光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機， 服務器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述的方法。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種三電平逆變器，包括第一直流源和第二直流源，所述第一直流源負極和所述第二直流源正極連接作為為第一節點，依次串聯在所述第一直流源正極與第二直流源負極之間的第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管，所述第一開關管和第二開關管的連接處為第二節點，所述第二開關管和第三開關管的連接處為第三節點，所述第三開關管和第四開關管的連接處為第四節點，第一二極管，其陽極連接于所述第一節點，其陰極連接于所述第二節點，第二二極管，其陰極連接于所述第一節點，其陽極連接于所述第四節點，濾波單元，所述濾波單元的兩端分別連接于所述第一節點和第三節點，其特征在于，還包括第五開關管，所述第五開關管連接于所述第二節點與第四節點之間。
2.根據權利要求I所述的三電平逆變器，其特征在于，所述濾波單元包括電感和電容， 所述電感的一端連接于所述第三節點，所述電容的一端連接于所述電感的另一端，所述電容的另一端連接于所述第一節點。
3.根據權利要求I或2所述的三電平逆變器，其特征在于，所述第五開關管為場效應晶體管。
4.根據權利要求3所述的三電平逆變器，其特征在于，所述場效應晶體管為M0SFET。
5.根據權利要求I或2所述的三電平逆變器，其特征在于，所述第五開關管為雙極性晶體管。
6.根據權利要求5所述的三電平逆變器，其特征在于，所述雙極性晶體管為IGBT。
7.根據權利要求6所述的三電平逆變器，其特征在于，還包括連接于所述第五開關管的發射極和集電極之間的反并二極管。
全文摘要
本發明公開了一種三電平逆變器，涉及電力電子技術領域，降低了電路損耗、提高了效率且利于散熱。該三電平逆變器，包括第一直流源和第二直流源，第一直流源負極和第二直流源正極連接作為為第一節點，依次串聯在第一直流源正極與第二直流源負極之間的第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管，第一開關管和第二開關管的連接處為第二節點，第二開關管和第三開關管的連接處為第三節點，第三開關管和第四開關管的連接處為第四節點，連接于第一節點和第二節點之間的第一二極管，連接于第一節點和第四節點之間的第二二極管，連接于第一節點和第三節點之間的濾波單元，還包括第五開關管，所述第五開關管連接于第二節點與第四節點之間。
文檔編號H05K7/20GK102611343SQ201210064748
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者何波 申請人:華為技術有限公司