[实用新型]单相半桥三电平电路及变换器

说明书

技术领域

本实用新型属于电力电子领域，具体涉及一种单相半桥三电平电路及包括该电路的三电平变换器。 

背景技术

传统的I字型三电平电路如图1所示，T1、T2、T3、T4为开关器件，D1、D2、D3、D4分别为T1、T2、T3、T4的反并联二极管，D1、D2、D3、D4为开关器件的体二极管。I字型三电平电路工作在单位功率因数时的模态如图2所示，图2a中，电流从M端经T1、T2至交流输出A；图2b中，电流从O端经T1、T2至交流输出A；图2c中，电流从交流输出A经T3、T4至N端；图2d中，电流从交流输出A经T3、D6至O端。I字型三电平电路工作在非单位功率因数时的模态如图3所示，图3a中，电流从交流输出A经T3、D6至O端；图3b中，电流从交流输出A经D2、D1至M端；图3c中，电流从O端经D5、T2至交流输出A；图3d中，电流从N端经D4、D3至交流输出A。 

以上模态对应的各个开关管的驱动信号如图4所示。在交流电压的第一半周，T1和T3的驱动信号为高频且互补，T2导通，T4关断；在交流电压的第二半周，T2和T4的驱动信号为高频且互补，T3导通，T1关断。 

从上述工作模态分析以及各个开关管驱动信号可以看出，I字型三电平电路工作在单位功率因数时，T2和T3工作在工频状态，而当I字型三电平电路工作在非单位功率因数时，T2和T3工作在高频状态。因此，在同时需要单位功率因数和非单位功率因数应用的场合，选择T2和T3时，需要兼顾考虑器件的开关性能和导通性能，在目前的半导体工艺下，选择时只能折中考虑，导致在单位功率因数工作时效率不高；此外，由于T2和T3在单位功率因数和非单位功率因数时都要参与工作，损耗较大，不利于散热，减少了器件的使用寿命，降低了电路的转换效率。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供解决上述技术问题的单相半桥三电平电路及包括该电路的三电平变换器，在同时需要单位功率因数和非单位功率因数应用的场合时，开关器件选择范围大，并且能够降低开关器件损耗、延长开关器件的使用寿命，并提高了整体转换效率。 

本实用新型提供了一种单相半桥三电平电路，包括第一直流输入端，中点 电平端，第二直流输入端，依次串联在第一直流输入端和第二直流输入端之间的第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，串联连接的第五开关器件和第六开关器件，以及串联连接的第五二极管和第六二极管；第一开关器件的第一端接第一直流输入端，第四开关器件的第二端接第二直流输入端；第五二极管的第一端和第六二极管的第二端相连后接所述中点电平端，第五二极管的第二端接第一开关器件的第二端和第二开关器件的第一端，第六二极管的第一端接第三开关器件的第二端和第四开关器件的第一端；第五开关器件的第一端接第一开关器件的第二端，第六开关器件的第二端接第三开关器件的第二端；第五开关器件的第二端和第六开关器件的第一端相连，其连接点接第二开关器件的第二端和第三开关器件的第一端；第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件分别反向并联有第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；第五开关器件的第二端和第六开关器件的第一端的连接点作为交流输出端。 

进一步地，在上述单相半桥三电平电路中，第一开关器件、第四开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管，第二开关器件、第三开关器件、第五开关器件、第六开关器件均为绝缘栅双极晶体管。 

进一步地，上述单相半桥三电平电路具有八种工作模态，分别为：第一工作模态：电流经第一直流输入端、第一开关器件、第二开关器件至交流输出端；第二工作模态：电流经中点电平端、第五二极管、第二开关器件至交流输出端；第三工作模态：电流经交流输出端、第三开关器件、第四开关器件至第二直流输入端；第四工作模态：电流经交流输出端、第三开关器件、第六二极管至中点电平端；第五工作模态：电流经交流输出端、第六开关器件、第六二极管至中点电平端；第六工作模态：电流经交流输出端、第二二极管、第一二极管至第一直流输入端；第七工作模态：电流经中点电平端、第五二极管、第五开关器件至交流输出端；第八工作模态：电流经第二直流输入端、第四二极管、第三二极管至交流输出端。 

进一步地，上述单相半桥三电平电路设置有第一开关条件和第二开关条件，在第一开关条件下，第一开关器件和第六开关器件以互补的高频脉冲信号触发动作，第二开关器件导通，第三、第四、第五开关器件关断；在第二开关条件下，第一、第二、第六开关器件关断，第三开关器件导通，第四开关器件和第五开关器件以互补的高频脉冲信号触发动作。