[发明专利]电容箝位三电平双降压式半桥逆变器

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种逆变器，尤其涉及一种电容箝位三电平双降压式半桥逆变器。

二、背景技术

双降压式逆变器(Dual Buck Inverter——以下简称DBI)是近年来出现的一种新型的逆变器拓扑。与传统的推挽、全桥等逆变器拓扑相比，DBI具有无桥臂直通隐患和无开关管体二极管反向恢复问题等突出的优点，适合于航空航天等对逆变器可靠性要求高的场合。DBI为同时实现逆变器的高可靠性和高效率提供了一种简洁的途径，是一种具有重要研究价值和广阔发展前景的拓扑结构。DBI和传统半桥逆变器具有一些相似的地方，DBI需引入半桥输入方式，外接正负直流母线电压的幅值超过输出电压最大值的两倍，器件电压应力大，直流电压利用率低；桥臂只能输出+1和-1两态电平，工作于双极性调制方式，桥臂输出波形谐波含量大，因此需要高的开关频率和大的滤波器。以上两点是半桥型逆变器的缺点。

当前，多电平技术已成为电力电子学的重要组成部分和研究热点问题之一。高压直流输电、柔性交流输电、电力有源滤波器等场合需要处理的电能日益增大，由于器件制造技术的限制，功率半导体器件的耐压是有一定限度的，导致器件耐压与功率变换电压等级存在矛盾。在高压变换器中，将功率管串联使用是一种解决方法，但由于器件参数的不一致和开关瞬态的不同步，很难实现稳态和瞬态过程的均压，导致个别功率管的过压，降低电路可靠性。多电平技术是解决功率管串联问题的一个较好办法，它能保证功率管承受的电压应力在稳态和瞬态过程中箝位于母线电容的电压，解决器件耐压与功率变换电压等级的矛盾。引入多电平技术的三电平双降压式半桥逆变器同时可使桥臂输出变为单极性，减小桥臂输出波形谐波，降低开关频率和滤波器体积。

三、发明内容

1、技术问题：本发明要解决的技术问题是在保留DBI高可靠性和高效率特点的同时，解决其器件电压应力高，桥臂输出谐波含量大两个缺点。

2、技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明的电容箝位三电平双降压式半桥逆变器包括第一三电平降压电路1、第二三电平降压电路2、直流电源输入电路3、负载电路4。其中第一三电平降压电路1包括第一功率开关管S₁、第三功率开关管S₃、第一功率二极管D₁、第三功率二极管D₃、第一电感L₁、第一箝位电容C₁；第二三电平降压电路2包括第二功率开关管S₂、第四功率开关管S₄、第二功率二极管D₂、第四功率二极管D₄、第二电感L₂、第二箝位电容C₂。本发明电容箝位三电平双降压式半桥逆变器的特征在于，第一三电平降压电路1中，第一功率开关管S₁的漏极与第一外界电源U₁的正端连接，第一功率开关管S₁的源极与第三功率开关管S₃的漏极连接，第三功率开关管S₃的源极与第一功率二极管D₁的阴极连接，第一功率二极管D₁的阳极与第三功率二极管D₃的阴极连接，第三功率二极管D₃的阳极与第二外界电源U₂的负端连接，第一电感L₁的一端接入第三功率开关管S₃的源极与第一功率二极管D₁的阴极之间，第一箝位电容C₁的正极接入第一功率开关管S₁的源极与第三功率开关管S₃的漏极之间，第一箝位电容C₁的负极接入第一功率二极管D₁的阳极与第三功率二极管D₃的阴极之间；第二三电平降压式电路2中，第二功率二极管D₂的阴极与第一外界电源U₁的正端连接，第二功率二极管D₂的阳极与第四功率二极管D₄的阴极连接，第四功率二极管D₄的阳极与第二功率开关管S₂的漏极连接，第二功率开关管S₂的源极与第四开关管S₄的漏极连接，第四功率开关管S₄的源极与第二外界电源U₂的负端连接，第二电感L₂的一端接入第二功率开关管S₂的漏极与第四功率二极管D₄的阳极之间，第二箝位电容C₂的正极接入第二功率二极管D₂的阳极与第四功率二极管D₄的阴极之间，第二箝位电容C₂的负极接入第二功率开关管S₂的源极与第四开关管S₄的漏极之间；第一外界电源U₁的负端与第二外界电源U₂的正端相连并且在连接点接地；第一电感L₁的另一端与第二电感L₂的另一端相连接入由滤波电容C_f和负载R并联构成的负载电路4的一端，滤波电容C_f和负载R的另一端同时接地。