[实用新型]五电平逆变的直流电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种电力电子技术领域的直流电源，具体是一种1500V输入-110V输出的机载五电平逆变的直流电源。 

背景技术

应用于机载低压电器设备的110V低压直流电源是地铁动车高铁低压配电系统的重要组成部分。随着我国地铁动车高铁的迅猛发展，对于低压直流电源的需求越来越旺盛，要求也越来越高。体积小、重量轻、稳定性好、安全系数高、超高电压输入的低压电源符合地铁动车高铁的发展要求，具有良好的应用前景。 

1500V输入-110V输出的机载五电平逆变的直流电源具体包括两个电压变换环节，一个是高压直流电输入-低压交流电输出环节，另一个是低压交流电输入-低压直流电输出环节。 

为了完成高压直流电输入-低压交流电输出环节，可以采用单端正激电路和桥式逆变电路。单端正激电路将输入的高压直流电压斩波变换为高压脉冲电压，该电压送入降压变压器耦合至副边，电路结构简单，控制容易，成本较低，但是单个功率器件承受的电压等级较大，电源利用率较低；桥式逆变电路结构经典，控制方法成熟，功能齐全，性能高，但是其成本较高，输入电压等级较低，无法应用于高压大功率的场合。 

经过对现有适合高压直流电压输入-低压直流电压输出应用场合的降压变换器技术的检索发现，“高压输入低压大电流输出模块电源的设计”（电力电子技术，2009年第5期43卷）和“高压输入低压多路输出的两级式变换器”（电工技术学报，2010年第1期第25卷）中描述的单相-单相交-直变换器的结构复杂，设计难度大，输入电压低，功能和性能较差，很难应用于地铁机车等高压场合；中国专利号：02224999.0，专利名称：从高压线上获取能量的低压电源，描述的降压变换器采用了电流互感器和蓄电池，成本较高，且其拓扑和工作原理都极其复杂，应用难度非常高。 

为了完成低压交流电压输入-低压直流电压输出，采用全波整流电路，电源利用率 高，每个功率器件仅提供输出电流的一半或四分之一，输出直流电流波幅小，供电质量高。 

综上所述，现有的高压输入-低压输出电源的输入电压等级低，结构和控制比较复杂，而输入电压较高的电源成本高，拓扑比较复杂，输出电压稳定性较差，均不适用于地铁机车等高速和高压的场合。随着实践应用的扩大，设计一种结构简单、控制简便、成本低廉、输入电压等级高、供电质量高的降压变换器已成为本领域技术人员的当务之急。 

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的上述不足，提供一种五电平逆变的直流电源，使其实现DC/DC变换，具有结构简单、控制简便、成本低廉、供电质量高等优点。 

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括依次级联的分压电路、开关电路、整流电路和滤波电路，分压电路的输出端通过开关电路和整流电路与滤波电路的输入端相连。所述分压电路和开关电路两端分别与两个电源的正极和负极相连，整流电路的前级为两个降压变压器初级串联，串联后初级两端与开关电路的输出端相连，整流电路的后级为两个全波整流器并联，滤波电路为电容滤波电路，两端分别连接整流器的两个输出端。 

所述的分压电路为电容分压电路：八个电解电容依次串联，两端分别与输入电源正极和负极相连，其中第一至第四电容为一组，第五至第八电容为一组，将输入电压均分，每部分四个电容再分为两组，将两部分电压继续分为均等的四份，其中第四电容和第五电容的连接点为第一节点，第二电容和第三电容的连接点为第二节点，第六电容和第七电容的连接点为第三节点；每个电容均并联一个均压电阻，第一至第八电阻分别为第一至第八电容均压；第九电阻和第十电阻串联，两端分别与输入电源正极和第四节点相连，为第一、二电容和第三、四电容均压；第十一电阻和第十二电阻串联，两端分别与第四节点和电源负极相连，为第五、六电容和第七、八电容均压。 

所述的开关电路的结构为六个逆导开关串联，两端分别与输入电源正极和负极相连，其中第三逆导开关和第四逆导开关的连接点为第十节点，第二逆导开关和第三逆导开关的连接点为第九节点，第一逆导开关和第二逆导开关的连接点为第八节点，第四逆导开关和第五逆导开关的连接点为第十一节点，第五逆导开关和第六逆导开关的连接点为第十二节点；所述的逆导开关的门极接受PWM脉冲控制信号