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】
[0001] 本实用新型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】
[0002] 中压大容量场合，多电平逆变器得到广泛的应用，目前常用的五电平逆变器为二 极管箝位型，参见图1所示的单相半桥五电平逆变器的拓扑结构，连接于直流电源的正端 与负端之间，与第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4的串联支路相连。
[0003] 其中，二极管用于为各个开关管进行电压箝位。例如，第一二极管DB1用于将开关 管T1下端的电位箝位于第一电容C1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C1的下端。其他二极管DB3、DB4、DB5和DB6类似，在此不再赘述。
[0004] 由于箝位二极管的耐压等级与其在电路中的钳位点相关，因此需要选用不同型号 的二极管。并且如图1所示的单相半桥五电平逆变器的拓扑结构，其电流换流路径较多，其 开关管（包括Tl、T2、T3、T4、T5、T6、T7及T8)的控制逻辑复杂。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型提供一种单相半桥五电平逆变器及其应用电路，以解决现有技术中二 极管选型存在限制及开关管控制逻辑复杂的问题。
[0006] 为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
[0007] -种单相半桥五电平逆变器，连接于直流电源的正端与负端之间，与第一电容、第 二电容第三电容及第四电容的串联支路相联；所述单相半桥五电平逆变器包括：第一二极 管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、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、第八开关管、第九开关管及第十开关管；各个开 关管均包括体二极管或者反向并联一个二极管；其中：
[0008] 所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五 开关管、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管依次串联连接于所述直流电 源的正端与负端之间；
[0009] 所述第九开关管的第一端与所述第二开关管及所述第三开关管的连接点相连；所 述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端相连，连接点为单相半桥五电平逆变器 的输出端；所述第十开关管的第二端与所述第六开关管及所述第七开关管的连接点相连；
[0010] 所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极相连，连接点为所述单相半桥五 电平逆变器的第一输入端，与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；所述第一二极 管的阴极与所述第一开关管与所述第二开关管的连接点相连；所述第二二极管的阳极与所 述第三开关管与所述第四开关管的连接点相连；
[0011] 所述第四开关管与所述第五开关管的连接点为所述单相半桥五电平逆变器的第 二输入端，与所述第二电容及所述第三电容的连接点相连；
[0012] 所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阴极相连，连接点为所述单相半桥五 电平逆变器的第三输入端，与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；所述第三二极 管的阴极与所述第五开关管与所述第六开关管的连接点相连；所述第四二极管的阳极与所 述第七开关管与所述第八开关管的连接点相连。
[0013] 优选的，所述单相半桥五电平逆变器对应的六个工作模态分别为：
[0014] 第一模态：所述第一开关管、所述第二开关管及所述第九开关管均导通，其余开关 管均截止；
[0015] 第二模态：所述第四开关管的体二极管或者与所述第四开关管反向并联的二极 管、所述第三开关管的体二极管或者与所述第三开关管反向并联的二极管及所述第九开关 管均导通，其余开关管均截止；
[0016] 第三模态：所述第一开关管、所述第二开关管及所述第九开关管均导通，其余开关 管均截止；
[0017] 第四模态：所述第十开关管、所述第七开关管及所述第八开关管均导通，其余开关 管均截止；
[0018] 第五模态：所述第十开关管、所述第七开关管及所述第六开关管均导通，其余开关 管均截止；
[0019] 第六模态：所述第十开关管、所述第六开关管的体二极管或者与所述第六开关管 反向并联的二极管、所述第五开关管的体二极管或者与所述第五开关管反向并联的二极管 均导通，其余开关管均截止。
[0020] 优选的，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所 述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管及所述第八开关管的电压等级大于四分 之一母线电压；所述第九开关管及所述第十开关管的电压等级大于半母线电压。
[0021] 优选的，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所 述第五开关管、所述第六开关管、所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管及所 述第十开关管均为：M0S管、绝缘栅双极型功率管IGBT、集成栅极换流晶闸管IGCT或者电子 注入增强门极晶体管IEGT。
[0022] 优选的，还包括：第一电感和第五电容；其中，所述第一电感的一端与所述第九开 关管和所述第十开关管的连接点相连，所述第一电感的另一端与所述第五电容的一端相 连，所述第五电容的另一端与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连。
[0023] -种单相半桥五电平逆变器的应用电路，包括两个上述任一所述的单相半桥五电 平逆变器，分别为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；其中：
[0024] 所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器中的所述第 一开关管均连接所述直流电源的正端；
[0025] 所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器中的所述第 八开关管均连接所述直流电源的负端；
[0026] 所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的第一输入 端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；
[0027] 所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的第二输入 端均与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连；
[0028] 所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的第三输入 端均与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；
[0029] 所述第一单相半桥五电平逆变器和所述第二单相半桥五电平逆变器的输出端分 别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的两个交流输出端。
[0030] 优选的，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；
[0031] 所述第一正弦波和所述第二正弦波的相位相差180度。
[0032] -种单相半桥五电平逆变器的应用电路，包括三个上述任一所述的单相半桥五电 平逆变器，分别为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；其中：
[0033] 所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单 相半桥五电平逆变器的所述第一开关管均连接所述直流电源的正端；
[0034] 所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单 相半桥五电平逆变器的所述第八开关管均连接所述直流电源的负端；
[0035] 所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单 相半桥五电平逆变器的第一输入端均与所述第一电容和所述第二电容的连接点相连；
[0036] 所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单 相半桥五电平逆变器的第二输入端均与所述第二电容和所述第三电容的连接点相连；
[0037] 所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单 相半桥五电平逆变器的第三输入端均与所述第三电容和所述第四电容的连接点相连；
[0038] 所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器和所述第三单 相半桥五电平逆变器的输出端分别作为所述单相半桥五电平逆变器的应用电路的三个交 流输出端。
[0039] 优选的，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，所述第三单相半桥五电平逆变器由第三正弦波 进行调制；
[0040] 所述第一正弦波、所述第二正弦波和所述第三正弦波的相位依次相差120度。
[0041] -种单相半桥五电平逆变器的应用电路，包括四个上述任一所述的单相半桥五电 平逆变器，分别为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；其中：
[0042] 所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单 相半桥五电平逆变器和所述第四单相半桥五电平逆变器的所述第一开关管均连接所述直 流电源的正端；
[0043] 所述第一单相半桥五电平逆变器、所述第二单相半桥五电平逆变器、所述第三单 相