专利名称：一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路。
背景技术：
中压大容量场合，多电平逆变器得到广泛的应用，目前的五电平逆变器主要是二极管箝位型和飞跨电容型结构。下面分别予以介绍。参见图la，该图为现有技术中提供的二极管箝位型的五电平逆变器拓扑图。图Ia所示的是半桥五电平逆变器的拓扑结构。二极管用于为各个开关管进行电压箝位。例如，第一二极管DBl用于将开关管Tl下端的电位箝位于第一电容Cl的下端；第二二极管DB2用于将开关管T5下端的电位箝位于第一电容Cl的下端。其他二极管DB3、 DB4、DB5和DB6类似，在此不再赘述。由于箝位二极管需要阻断多倍电平电压，通常需要多个相同标称值的二极管串联，如图Ib所示，二极管DB21、DB22和DB23串联相当于图Ia中的二极管DB2。DB2UDB22 和DB23这三个二极管串联起来共同承受图Ia中DB2承受的电压。由于二极管的分散性以及杂散参数的影响，标称值相同的二极管所能承受的压力也有所差别，这样串联起来可能引起有的二极管两端过电压。因此，需要均压措施和很大的RC吸收电路，但是这样将导致系统体积庞大，成本增加。因此，为了解决图Ib存在的问题，提出了一种改进措施，如图Ic所示。这种拓扑所用的开关管数量和图Ia所用的一样，该拓扑可以将每个二极管电压箝位在单电平电压之内，如图Ic所示，所有的二极管没有两个串联的情况。在电平数较多的逆变器中，有较大的优越性。但是这种电路的缺点是，箝位二极管的数量太多。参见图2，该图为现有技术中提供的飞跨电容型五电平逆变器拓扑图。图2所示的拓扑中的电容可以起到均压的作用，但是缺点是运用的电容数目较
^^ ο综上所述，现有技术中的两种五电平逆变器拓扑均使用较多的半导体器件，造成体积较大，损耗较多，效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路，使用的半导体数目较少，损耗较小，效率较高，成本低。本发明提供一种单相半桥五电平逆变器，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；每个所述开关管反向并联一个二极管；直流电源的正端通过依次串联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容连接直流电源的负端；
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第一开关管的第一端连接第一电容的第一端，第一开关管的第二端连接第一节占.
^ \\\ 第二开关管的第一端连接第一节点，第二开关管的第二端连接第二电容的第一端；第三开关管的第一端连接第一节点，第三开关管的第二端连接第二节点；第四开关管的第一端连接第二节点，第四开关管的第二端连接第三电容的第一端；第五开关管的第一端连接第二节点，第五开关管的第二端连接第三节点；第六开关管的第一端连接第三节点，第六开关管的第二端连接第四节点；第七开关管的第一端连接第四电容的第一端，第七开关管的第二端连接第四节占.
^ \\\ 第八开关管的第一端连接第四节点，第八开关管的第二端连接第四电容的第二端；第三节点作为该逆变器的一个交流输出端，第四开关管的第二端作为该逆变器的另一个交流输出端。优选地，所述开关管均为IGBT管，所述第一端为集电极，第二端为发射极。优选地，还包括第一电感、第二电感和电容；所述第三节点通过依次串联的第一电感、电容和第二电感连接第二电容和第三电容的公共端。优选地，该单相半桥五电平逆变器对应的五个电平工作模态分别为第一模态第一开关管、第三开关管和第五开关管导通，其余开关管均截止；第二模态第二开关管、第三开关管和第五开关管导通，其余开关管均截止；第三模态第四开关管和第五开关管导通，其余开关管均截止；第四模态第六开关管和第七开关管导通，其余开关管均截止；第五模态第六开关管和第八开关管导通，其余开关管均截止。优选地，所述第一开关管的导通时序由正弦波和第一三角波进行比较产生，所述正弦波大于所述第一三角波时，所述第一开关管导通，反之截止；所述第二开关管的导通时序由所述正弦波与第一三角波和第二三角波进行比较产生，所述正弦波大于所述第二三角波且小于所述第一三角波时，所述第二开关管导通，反之截止；所述第三开关管的导通时序由所述正弦波和所述第二三角波进行比较产生，所述正弦波大于所述第二三角波时，所述第三开关管导通，反之截止；所述第四开关管的导通时序由所述正弦波和所述第二三角波进行比较产生，所述正弦波小于所述第二三角波时，所述第四开关管导通，反之截止；第五开关管的导通时序与第四开关管的导通时序关于正弦波的正半周和负半周对调；第六开关管的导通时序与第三开关管的导通时序关于正弦波的正半周和负半周对调；
第七开关管的导通时序与第二开关管的导通时序关于正弦波的正半周和负半周对调；第八开关管的导通时序与第一开关管的导通时序关于正弦波的正半周和负半周对调。本发明还提供一种所述逆变器的应用电路，包括两个所述单相半桥五电平逆变器，分别是第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器中的第一开关管的第一端连接在一起均连接直流电源的正端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器中的第八开关管的第二端连接在一起均连接直流电压的负端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器中第二开关管的第二端均连接在一起均连接第一电容和第二电容的公共端；第四开关管的第二端均连接第二电容和第三电容的公共端；第七开关管的第一端均连接在一起连接第三电容和第四电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器的第三节点和第二单相半桥五电平逆变器的第三节点分别作为该应用电路的两个交流输出端。优选地，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，所述第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制；所述第一正弦波和第二正弦波的相位相差180度。本发明还提供一种所述逆变器的应用电路，包括三个所述单相半桥五电平逆变器，分别是第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器中的第一开关管的第一端连接在一起均连接直流电源的正端；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器中的第八开关管的第二端连接在一起均连接直流电压的负端；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器中第二开关管的第二端均连接在一起均连接第一电容和第二电容的公共端；第四开关管的第二端均连接第二电容和第三电容的公共端；第七开关管的第一端均连接在一起连接第三电容和第四电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器的第三节点、第二单相半桥五电平逆变器的第三节点和第三单相半桥五电平逆变器的第三节点分别作为该应用电路的三个交流输出端。优选地，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制，第三单相半桥五电平逆变器由第三正弦波进行调制；第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的相位依次相差120度。本发明还提供一种所述逆变器的应用电路，包括四个所述单相半桥五电平逆变器，分别是第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器；
第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器中的第一开关管的第一端连接在一起均连接直流电源的正端；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器中的第八开关管的第二端连接在一起均连接直流电压的负端；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器中第二开关管的第二端均连接在一起均连接第一电容和第二电容的公共端；第四开关管的第二端均连接第二电容和第三电容的公共端；第七开关管的第一端均连接在一起连接第三电容和第四电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器的第三节点、第二单相半桥五电平逆变器的第三节点、第三单相半桥五电平逆变器的第三节点和第四单相半桥五电平逆变器的第二节点分别作为该应用电路的四个交流输出端。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明提供的单相半桥五电平逆变器包括八个开关管以及八个二极管，不包括现有技术中的箝位二极管和飞跨电容，现有技术中的五电平逆变器不可以去掉箝位二极管是因为这些二极管不但为电流提供通路，而且起到了电容不被短路的作用，而本发明提供的五电平逆变器利用八个开关管自身反向并联的二极管就可以为电流提供通路，以及保证电容不被短路的作用。这样保证整个逆变器中的半导体器件较少，损耗较小，效率较高，体积也小，进而成本也低。现有技术中的飞跨电容是为了生成多电平，但是由于电容本身成本较高；而本发明实施例舍弃用电容来生成多电平，成本低。
图Ia是现有技术中提供的二极管箝位型的五电平逆变器拓扑图；图Ib是现有技术中提供的另一种二极管箝位型的五电平逆变器拓扑图；图Ic是现有技术中提供的又一种二极管箝位型的五电平逆变器拓扑图；图2是现有技术中提供的飞跨电容型五电平逆变器拓扑图；图3是本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器拓扑图；图4是本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第一模态对应的拓扑图；图5是本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第二模态对应的拓扑图；图6是本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第三模态对应的拓扑图；图7是本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第四模态对应的拓扑图；图8是本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第五模态对应的拓扑图；图9是本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器中八个开关的导通时序图；图10是本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器拓扑单元等效图；图11是本发明实施例提供的单相全桥五电平逆变器拓扑图；图12是本发明实施例提供的三相三线制五电平逆变器拓扑图；图13是本发明实施例提供的三相四线制五电平逆变器拓扑图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。参见图3，该图为本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器拓扑图。本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器，包括第一开关管Tl、第二开关管 T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6、第七开关管T7和第八开关管T8 ；每个所述开关管反向并联一个二极管；如图3所示，T1-T8分别反向并联D1-D8。直流电源的正端通过依次串联的第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4连接直流电源的负端；第一开关管Tl的第一端连接第一电容Cl的第一端(即Cl和C2的公共端)，第一开关管Tl的第二端连接第一节点m ；第二开关管T2的第一端连接第一节点m，第二开关管T2的第二端连接第二电容 C2的第一端；第三开关管T3的第一端连接第一节点m，第三开关管T3的第二端连接第二节点 s ；第四开关管T4的第一端连接第二节点s，第四开关管T4的第二端连接第三电容 C3的第一端；第五开关管T5的第一端连接第二节点s，第五开关管T5的第二端连接第三节点 a ；第六开关管T6的第一端连接第三节点a，第六开关管T6的第二端连接第四节点 t ；第七开关管T7的第一端连接第四电容C4的第一端，第七开关管T7的第二端连接第四节点t;第八开关管T8的第一端连接第四节点t，第八开关管T8的第二端连接第四电容 C4的第二端。第三节点a作为该逆变器的一个交流输出端，第四开关管T4的第二端作为该逆变器的另一个交流输出端。需要说明的是，本发明实施例提供的逆变器是五电平逆变器，五电平逆变器可以提供五个电平，所以需要四个容值相同的电容串联提供五个电平。N电平逆变器需要(N-I) 个容值相同的电容提供电平。如图所示，本发明中的四个电容分别是C1、C2、C3和C4。本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器包括八个开关管以及八个二极管，不包括现有技术中的箝位二极管和飞跨电容，现有技术中的五电平逆变器不可以去掉箝位二极管是因为这些二极管不但为电流提供通路，而且起到了电容不被短路的作用，而本发明实施例提供的五电平逆变器利用八个开关管自身反向并联的二极管就可以为电流提供通路，以及保证电容不被短路的作用。这样保证整个逆变器中的半导体器件较少，损耗较小， 效率较高，体积也小，进而成本也低。为了更好地说明本发明实施例的优点，下面说明现有技术中的五电平逆变器中为何需要存在箝位二极管。以图Ia所示的电路为例，Cl和C2的公共端向a流进电流时，要
9经过DB1、T2、T3和T4到达a。即箝位二极管DBl为电流提供了通路。当a向Cl和C2的公共端流出电流时，要经过T5和DB2到达Cl和C2的公共端。即箝位二极管DB2为电流提供了通路。可以理解的是，为了为电流提供通路可以用导线来代替，假设去掉DBl和DB2，从电路图上可以看出，当Tl导通时，Cl的两端将被短路，显然这是不合理的。因此，现有技术中的箝位二极管必不可少。而本发明实施例中开关管自身反向并联的二极管可以起到现有技术中箝位二极管的作用，例如，T3反向并联的二极管D3既为电流提供通路，Cl和C2的公共端向a流进电流时，又可以保证Tl导通时，Cl不被短路。而现有技术提供的另一种拓扑虽然去掉了箝位二极管，但是增加的飞跨电容是为了生成多电平，由于电容本身成本较高；而本发明实施例舍弃用电容来生成多电平，成本低。需要说明的是，优选地，以上八个开关管可以为IGBT管、MOSFET管、IGCT管、或 IEGT管。当所述开关管均为IGBT管时，所述第一端为集电极，第二端为发射极。可以理解的是，以上八个开关管也可以选择其他类型的开关管。需要说明的是，以上开关管反向并联的二极管可以为独立的二极管，也可以是与开关管封装集成在一起的二极管。需要说明的是，所述单相半桥五电平逆变器，还可以包括第一电感Li、第二电感 L2和电容C ；所述第三节点a通过依次串联的第一电感Ll、电容C和第二电感L2连接第二电容 C2的第二端，即节点η。本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器，每种工作模态只有两个开关管导通。下面结合附图来对五种工作模态进行详细分析。参见图4，该图为本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第一模态对应的拓扑图。第一模态第一开关管Τ1、第三开关管Τ3和第五开关管Τ5导通，其余开关管均截止；不导通的开关管在图中以细实线示出，导通的路径以粗实线示出。当第三节点a流出电流时，电流的路径为T1-T3-T5-Ll-Ve-L2-C2-Cl-Tl。当第三节点a流进电流时，电流的路径为D5-D3-Dl-Cl-C2-L2-Ve-Ll-D5。参见图5，该图为本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第二模态对应的拓扑图。第二模态第二开关管T2、第三开关管T3和第五开关管T5导通，其余开关管均截止；不导通的开关管在图中以细实线示出，导通的路径以粗实线示出。当第三节点a流出电流时，电流的路径为D2-T3-T5-Ll-Ve-L2-C2-D2。当第三节点a流进电流时，电流的路径为D5-D3-T2-C2-L2-Ve-Ll-D5。参见图6，该图为本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第三模态对应的拓扑图。第三模态第四开关管T4和第五开关管T5导通，其余开关管均截止；不导通的开关管在图中以细实线示出，导通的路径以粗实线示出。当第三节点a流出电流时，电流的路径为T5-D4-Ll-Ve-L2-T5。当第三节点a流进电流时，电流的路径为D5-T4-L2-Ve-Ll-D5。参见图7，该图为本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第四模态对应的拓扑图。第四模态第六开关管T6和第七开关管T7导通，其余开关管均截止；其中没有脉冲驱动的开关管在图中以细实线示出，有脉冲驱动的开关管以及导通的路径以粗实线示出。即图7中的T1、T2、T3、T4、T5和Τ8均是不导通的，Τ1、Τ2、Τ3、Τ5和Τ8没有脉冲驱动。 而Τ4有脉冲驱动，这是为了使Τ4的脉冲设计比较简单，在这个模态为Τ4提供了高电平的脉冲信号。当第三节点a流出电流时，电流的路径为T7-D6-Ll-Ve-L2-C3-T7。当第三节点a 流进电流时，电流的路径为T6-D7-C3-L2-Ve-Ll-T6。参见图8，该图为本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器处于第五模态对应的拓扑图。第五模态第六开关管T6和第八开关管T8导通，其余开关管均截止。其中没有脉冲驱动的开关管在图中以细实线示出，有脉冲驱动的开关管以及导通的路径以粗实线示出。即图8中的T1、T2、T3、T4、T5和Τ7均是不导通的，Τ1、Τ2、Τ3、Τ5和Τ7没有脉冲驱动。 而Τ4有脉冲驱动，这是为了使Τ4的脉冲设计比较简单，在这个模态为Τ4提供了高电平的脉冲信号。当第三节点a流出电流时，电流的路径为D8-D6-Ll-Ve-L2-C3-C4-D8。当第三节点a流进电流时，电流的路径为T6-T8-C4-C3-L2-Ve-Ll-T6。参见图9，该图为本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器中八个开关的导通时序图。图9中的S1-S8分别为开关管T1-T8的栅极驱动信号。当开关管的驱动信号为高电平时，对应的开关管导通，当开关管的驱动信号为低电平时，对应的开关管截止。图9中的Van是图3中节点a和节点η之间的电压。图9中上端的波形包括两个三角波(分别是第一三角波A和第二三角波B)和一个正弦波Ζ，这个正弦波Z与两个三角波进行比较产生S1-S8。所述第一三角波Α、第二三角波B具有相同的频率和相同的幅值，且所述第一三角波A的波谷等于第二三角波B的波峰。所述第一开关管Tl的导通时序由正弦波Z和第一三角波A进行比较产生，所述正弦波Z大于所述第一三角波A时，所述第一开关管Tl导通，反之截止；所述第二开关管Τ2的导通时序由所述正弦波Z与第一三角波A和第二三角波B 进行比较产生，所述正弦波Z大于所述第二三角波B且小于所述第一三角波A时，所述第二开关管Τ2导通，反之截止；所述第三开关管Τ3的导通时序由所述正弦波Z和所述第二三角波B进行比较产生，所述正弦波Z大于所述第二三角波B时，所述第三开关管Τ3导通，反之截止；所述第四开关管Τ4的导通时序由所述正弦波Z和所述第二三角波B进行比较产生，所述正弦波Z小于所述第二三角波B时，所述第四开关管Τ4导通，反之截止；第五开关管Τ5的导通时序与第四开关管Τ4的导通时序关于正弦波Z的正半周和负半周对调；
第六开关管T6的导通时序与第三开关管T3的导通时序关于正弦波Z的正半周和负半周对调；第七开关管T7的导通时序与第二开关管T2的导通时序关于正弦波Z的正半周和负半周对调；第八开关管T8的导通时序与第一开关管Tl的导通时序关于正弦波Z的正半周和负半周对调。以上实施例提供的均是单相半桥五电平逆变器，可以理解的是，由单相半桥可以组成单相全桥、三相三线制以及三相四线制拓扑。下面分别予以介绍。参见图10，该图为本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器拓扑单元等效图。将图3中的单相半桥五电平逆变器中的第三节点a定义为拓扑单元的AC引出端， Tl的第一端定义为拓扑单元的DC+引出端，T8的第二端定义为拓扑单元的DC-引出端，T2 的第二端定义为拓扑单元的Ml引出端，T4的第二端定义为拓扑单元的M2引出端，T7的第一端定义为拓扑单元的M3引出端。拓扑单元的Ml引出端连接图3中的Cl和C2的公共端，M2引出端连接图3中的 C2和C3的公共端，M3引出端连接图3中的C3和C4的公共端。图3中的单相半桥五电平逆变器等效后的拓扑单元示意图如图10所示。参见图11，该图为本发明实施例提供的单相全桥五电平逆变器拓扑图。单相全桥五电平逆变器包括两个所述单相半桥五电平逆变器，分别是第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器；将这两个单相半桥五电平逆变器等效为图 10所示的拓扑单元。如图11所示，两个拓扑单元的DC+端连接在一起，然后连接直流电源的正端； DC-端连接在一起，然后连接直流电源的负端。两个拓扑单元的Ml连接在一起，然后连接Cl和C2的公共端；M2连接在一起，然后连接C2和C3的公共端；M3连接在一起，然后连接C3和C4的公共端。两个拓扑单元的AC为该单相全桥五电平逆变器的两个交流输出端。需要说明的是，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，所述第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制；所述第一正弦波和第二正弦波的相位相差180度。参见图12，该图为本发明实施例提供的三相三线制五电平逆变器拓扑图。该图与图11的区别是，包括三个图10所示的拓扑单元，即包括三个所述单相半桥五电平逆变器。这三个单相半桥逆变器的连接与图11中的两个单相半桥逆变器的连接方式相同，如图12所示，在此不再赘述。需要说明的是，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制，第三单相半桥五电平逆变器由第三正弦波进行调制；第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的相位依次相差120度。这三个拓扑单元的AC为该三相三线制五电平逆变器的三个交流输出端。参见图13，该图为本发明实施例提供的三相四线制五电平逆变器拓扑图。该图与图11的区别是，包括四个图10所示的拓扑单元，即包括四个所述单相半桥
12五电平逆变器。这四个单相半桥逆变器的连接与图11中的两个单相半桥逆变器的连接方式相同，如图13所示，在此不再赘述。这四个拓扑单元的AC为该三相四线制五电平逆变器的四个交流输出端。需要说明的是，本发明实施例提供的单相半桥五电平逆变器使用的半导体器件较少，造成的功耗较低，因此效率较高，可以理解的是，由该单相半桥五电平逆变器组成的单相全桥、三相三线制以及三相四线制五电平逆变器同样具有该优点。需要说明的是，以上实施例中均是以直流电源被逆变器逆变为交流电以后并网运行的过程，图中Ve代表电网。可以理解的是，该逆变器也可以应用于离网运行的过程，图中 Vg的部分用负载代替便是离网运行的情况。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种单相半桥五电平逆变器，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；每个所述开关管反向并联一个二极管；直流电源的正端通过依次串联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容连接直流电源的负端；第一开关管的第一端连接第一电容的第一端，第一开关管的第二端连接第一节点； 第二开关管的第一端连接第一节点，第二开关管的第二端连接第二电容的第一端； 第三开关管的第一端连接第一节点，第三开关管的第二端连接第二节点； 第四开关管的第一端连接第二节点，第四开关管的第二端连接第三电容的第一端； 第五开关管的第一端连接第二节点，第五开关管的第二端连接第三节点； 第六开关管的第一端连接第三节点，第六开关管的第二端连接第四节点； 第七开关管的第一端连接第四电容的第一端，第七开关管的第二端连接第四节点； 第八开关管的第一端连接第四节点，第八开关管的第二端连接第四电容的第二端； 第三节点作为该逆变器的一个交流输出端，第四开关管的第二端作为该逆变器的另一个交流输出端。
2.根据权利要求1所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，所述开关管均为IGBT 管，所述第一端为集电极，第二端为发射极。
3.根据权利要求1或2所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，还包括第一电感、 第二电感和电容；所述第三节点通过依次串联的第一电感、电容和第二电感连接第二电容和第三电容的公共端。
4.根据权利要求1所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，该单相半桥五电平逆变器对应的五个电平工作模态分别为第一模态第一开关管、第三开关管和第五开关管导通，其余开关管均截止； 第二模态第二开关管、第三开关管和第五开关管导通，其余开关管均截止； 第三模态第四开关管和第五开关管导通，其余开关管均截止； 第四模态第六开关管和第七开关管导通，其余开关管均截止； 第五模态第六开关管和第八开关管导通，其余开关管均截止。
5.根据权利要求4所述的单相半桥五电平逆变器，其特征在于，所述第一开关管的导通时序由正弦波和第一三角波进行比较产生，所述正弦波大于所述第一三角波时，所述第一开关管导通，反之截止；所述第二开关管的导通时序由所述正弦波与第一三角波和第二三角波进行比较产生， 所述正弦波大于所述第二三角波且小于所述第一三角波时，所述第二开关管导通，反之截止；所述第三开关管的导通时序由所述正弦波和所述第二三角波进行比较产生，所述正弦波大于所述第二三角波时，所述第三开关管导通，反之截止；所述第四开关管的导通时序由所述正弦波和所述第二三角波进行比较产生，所述正弦波小于所述第二三角波时，所述第四开关管导通，反之截止；第五开关管的导通时序与第四开关管的导通时序关于正弦波的正半周和负半周对调；第六开关管的导通时序与第三开关管的导通时序关于正弦波的正半周和负半周对调；第七开关管的导通时序与第二开关管的导通时序关于正弦波的正半周和负半周对调；第八开关管的导通时序与第一开关管的导通时序关于正弦波的正半周和负半周对调。
6.一种权利要求1所述逆变器的应用电路，其特征在于，包括两个所述单相半桥五电平逆变器，分别是第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器中的第一开关管的第一端连接在一起均连接直流电源的正端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器中的第八开关管的第二端连接在一起均连接直流电压的负端；第一单相半桥五电平逆变器和第二单相半桥五电平逆变器中第二开关管的第二端均连接在一起均连接第一电容和第二电容的公共端；第四开关管的第二端均连接第二电容和第三电容的公共端；第七开关管的第一端均连接在一起连接第三电容和第四电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器的第三节点和第二单相半桥五电平逆变器的第三节点分别作为该应用电路的两个交流输出端。
7.根据权利要求6所述的逆变器的应用电路，其特征在于，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，所述第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制；所述第一正弦波和第二正弦波的相位相差180度。
8.—种权利要求1所述逆变器的应用电路，其特征在于，包括三个所述单相半桥五电平逆变器，分别是第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器中的第一开关管的第一端连接在一起均连接直流电源的正端；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器中的第八开关管的第二端连接在一起均连接直流电压的负端；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器和第三单相半桥五电平逆变器中第二开关管的第二端均连接在一起均连接第一电容和第二电容的公共端；第四开关管的第二端均连接第二电容和第三电容的公共端；第七开关管的第一端均连接在一起连接第三电容和第四电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器的第三节点、第二单相半桥五电平逆变器的第三节点和第三单相半桥五电平逆变器的第三节点分别作为该应用电路的三个交流输出端。
9.根据权利要求8所述的逆变器的应用电路，其特征在于，所述第一单相半桥五电平逆变器由第一正弦波进行调制，第二单相半桥五电平逆变器由第二正弦波进行调制，第三单相半桥五电平逆变器由第三正弦波进行调制；第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的相位依次相差120度。
10.一种权利要求1所述逆变器的应用电路，其特征在于，包括四个所述单相半桥五电平逆变器，分别是第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器中的第一开关管的第一端连接在一起均连接直流电源的正端；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器中的第八开关管的第二端连接在一起均连接直流电压的负端；第一单相半桥五电平逆变器、第二单相半桥五电平逆变器、第三单相半桥五电平逆变器和第四单相半桥五电平逆变器中第二开关管的第二端均连接在一起均连接第一电容和第二电容的公共端；第四开关管的第二端均连接第二电容和第三电容的公共端；第七开关管的第一端均连接在一起连接第三电容和第四电容的公共端；第一单相半桥五电平逆变器的第三节点、第二单相半桥五电平逆变器的第三节点、第三单相半桥五电平逆变器的第三节点和第四单相半桥五电平逆变器的第二节点分别作为该应用电路的四个交流输出端。
全文摘要
本发明提供一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路，其中单相半桥五电平逆变器包括八个开关管以及八个二极管，不包括现有技术中的箝位二极管和飞跨电容，现有技术中的五电平逆变器不可以去掉箝位二极管是因为这些二极管不但为电流提供通路，而且起到了电容不被短路的作用，而本发明提供的五电平逆变器利用八个开关管自身反向并联的二极管就可以为电流提供通路，以及保证电容不被短路的作用。这样保证整个逆变器中的半导体器件较少，损耗较小，效率较高，体积也小，进而成本也低。现有技术中的飞跨电容是为了生成多电平，但是由于电容本身成本较高；而本发明实施例舍弃用电容来生成多电平，成本低。
文档编号H02M7/483GK102427305SQ20111031478
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者倪华, 傅立秦, 曹仁贤, 汪洪亮 申请人:阳光电源股份有限公司