一种单相五电平逆变器及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种单相五电平逆变器及其控制方法。

背景技术

单相逆变器多用于单相交流负载供电，也可用于新能源或者储能并网系统的应用场合。通常为了抑制共模噪声，需要在逆变器的电路中增加隔离变压器环节，不仅增加了设备重量，而且增加了设备成本。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种单相五电平逆变器及其控制方法，其直流侧电压幅值要求更低，且无需隔离变压器就可较小输出共模干扰噪声。

根据本发明的一个方面，提供一种单相五电平逆变器，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、第八开关管、第一电容、第二电容和二极管；

所述二极管的正极连接直流电源的正端，所述二极管的负极连接所述第一开关管的第一端，所述第一开关管的第二端连接第一节点；

所述第二开关管的第一端与所述第三开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端连接第二节点，所述第三开关管的第二端连接直流电源的负端；

所述第四开关管的第一端连接所述第一节点，所述第四开关管的第二端连接第三节点；

所述第五开关管的第一端连接所述第三节点，所述第五开关管的第二端连接第四节点；

所述第一电容的第一端连接所述第一节点，所述第一电容的第二端连接所述第四节点；

所述第二电容的第一端连接所述第三节点，所述第二电容的第二端连接第五节点；

所述第六开关管的第一端连接所述第四节点，所述第六开关管的第二端连接所述第五节点；

所述第七开关管的第一端连接所述第二节点，所述第七开关管的第二端连接所述第五节点；

所述第八开关管的第二端连接所述第五节点，所述第八开关管的第一端为所述单相五电平逆变器的负电压输出端，所述第二节点为所述单相五电平逆变器的正电压输出端，所述第三开关管的第二端和所述第八开关管的第一端连接。

优选地，本发明提供的一种单相五电平逆变器还包括：电感；

所述第二节点连接所述电感的第一端，所述电感的第二端为所述单相五电平逆变器的正电压输出端。

优选地，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、所述第七开关管和所述第八开关管均为igbt或mosfet。

优选地，所述二极管为碳化硅二极管或者快恢复二极管。

根据本发明的另一方面，提供一种单相五电平逆变器的控制方法，应用于如以上所述的单相五电平逆变器，包括：

当处于工作模式一时，控制第一开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管开通，控制第二开关管、第三开关管和第五开关管断开，使得所述单相五电平逆变器的输出电压为零；

当处于工作模式二时，控制第一开关管、第二开关管、第四开关管、第六开关管和第八开关管开通，控制第三开关管、第五开关管和第七开关管断开，使得所述单相五电平逆变器的输出电压等于所述直流电源的电压；

当处于工作模式三时，控制第一开关管、第五开关管和第八开关管开通，控制第一开关管、第三开关管、第四开关管、第六开关管和第七开关管断开，使得所述单相五电平逆变器的输出电压等于所述直流电源的电压的两倍；

当处于工作模式四时，控制第三开关管、第四开关管、第六开关管和第七开关管开通，控制第一开关管、第二开关管、第五开关管和第八开关管断开，使得所述单相五电平逆变器的输出电压等于所述直流电源的电压的负值；

当处于工作模式五时，控制第三开关管、第五开关管和第七开关管开通，控制第一开关管、第二开关管、第四开关管、第六开关管和第八开关管断开，使得所述单相五电平逆变器的输出电压等于所述直流电源的电压的负二倍。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供了一种单相五电平逆变器及其控制方法，该逆变器包括：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、第八开关管、第一电容、第二电容和二极管；本发明提供的逆变器结构简单，直流侧电压幅值要求更低，且无需隔离变压器就可较小输出共模干扰噪声。如果该逆变器与电网连接实现并网工作模式，则将直流侧的负端与电网中点相连接，可消除共模噪声，交流输出侧电压最高可达到直流侧电压的四倍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种单相五电平逆变器的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的一种单相五电平逆变器处于工作模式一时的示意图；

图3为本发明提供的一种单相五电平逆变器处于工作模式二时的示意图；

图4为本发明提供的一种单相五电平逆变器处于工作模式三时的示意图；

图5为本发明提供的一种单相五电平逆变器处于工作模式四时的示意图；

图6为本发明提供的一种单相五电平逆变器处于工作模式五时的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种单相五电平逆变器及其控制方法，其直流侧电压幅值要求更低，且无需隔离变压器就可较小输出共模干扰噪声。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种单相五电平逆变器的一个实施例，包括：第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关s4管、第五开关管s5、第六开关管s6、第七开关管s7、第八开关管s8、第一电容c1、第二电容c2和二极管d1；

二极管d1的正极连接直流电源vdc的正端，二极管d1的负极连接第一开关管s1的第一端，第一开关管s1的第二端连接第一节点；

第二开关管s2的第一端与第三开关管s3的第一端连接，第二开关管s2的第二端连接第二节点，第三开关管s3的第二端连接直流电源vdc的负端；

第四开关管s4的第一端连接第一节点，第四开关管s4的第二端连接第三节点；

第五开关管s5的第一端连接第三节点，第五开关管s5的第二端连接第四节点；

第一电容c1的第一端连接第一节点，第一电容c1的第二端连接第四节点；

第二电容c2的第一端连接第三节点，第二电容c2的第二端连接第五节点；

第六开关管s6的第一端连接第四节点，第六开关管s6的第二端连接第五节点；

第七开关管s7的第一端连接第二节点，第七开关管s7的第二端连接第五节点；

第八开关管s8的第二端连接第五节点，第八开关管s8的第一端为单相五电平逆变器的负电压输出端，第二节点为单相五电平逆变器的正电压输出端，第三开关管s3的第二端和第八开关管s8的第一端连接。

可选的，本发明提供的一种单相五电平逆变器还包括：电感l；

第二节点连接电感l的第一端，电感l的第二端为单相五电平逆变器的正电压输出端。可以理解的是，该电感可以起到滤波作用。

可选的，本实施例中的所有开关管(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、第七开关管和第八开关管)为igbt或mosfet。

可选的，二极管为碳化硅二极管或者快恢复二极管。

以下将对本发明提供的一种单相五电平逆变器的工作模式进行介绍：

如图2所示，工作模式1：控制开关管s1、s4、s6、s7、s8开通，控制开关管s2、s3、s5断开，此时vout＝0。

如图3所示，工作模式2：控制开关管s1、s2、s4、s6、s8开通，控制开关管s3、s5、s7断开，此时vout＝vdc。

如图4所示，工作模式3：控制开关管s1、s5、s8开通，控制开关管s1、s3、s4、s6、s7断开，此时vout＝2vdc。

如图5所示，工作模式4：控制开关管s3、s4、s6、s7开通，控制开关管s1、s2、s5、s8断开，此时vout＝-vdc。

如图6所示，工作模式5：控制开关管s3、s5、s7开通，控制开关管s1、s2、s4、s6、s8断开，此时vout＝-2vdc。

本发明提供了一种单相五电平逆变器及其控制方法，该逆变器包括：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、第八开关管、第一电容、第二电容和二极管；本发明提供的逆变器结构简单，直流侧电压幅值要求更低，且无需隔离变压器就可较小输出共模干扰噪声。如果该逆变器与电网连接实现并网工作模式，则将直流侧的负端与电网中点相连接，可消除共模噪声，交流输出侧电压最高可达到直流侧电压的四倍。

本发明还提供了一种单相五电平逆变器的控制方法，应用于如以上的单相五电平逆变器，包括：

当处于工作模式一时，控制第一开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管开通，控制第二开关管、第三开关管和第五开关管断开，使得单相五电平逆变器的输出电压为零；

当处于工作模式二时，控制第一开关管、第二开关管、第四开关管、第六开关管和第八开关管开通，控制第三开关管、第五开关管和第七开关管断开，使得单相五电平逆变器的输出电压等于直流电源的电压；

当处于工作模式三时，控制第一开关管、第五开关管和第八开关管开通，控制第一开关管、第三开关管、第四开关管、第六开关管和第七开关管断开，使得单相五电平逆变器的输出电压等于直流电源的电压的两倍；

当处于工作模式四时，控制第三开关管、第四开关管、第六开关管和第七开关管开通，控制第一开关管、第二开关管、第五开关管和第八开关管断开，使得单相五电平逆变器的输出电压等于直流电源的电压的负值；

当处于工作模式五时，控制第三开关管、第五开关管和第七开关管开通，控制第一开关管、第二开关管、第四开关管、第六开关管和第八开关管断开，使得单相五电平逆变器的输出电压等于直流电源的电压的负二倍。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。