[发明专利]一种降压型多电平功率变换电路及逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换器技术领域，特别涉及一种降压型多电平功率变换电路及逆变器。

背景技术

多电平功率变换技术可以使耐压值较低的全控型电力电子器件可靠地应用于高压大功率领域，并有效减少PWM控制产生的高次谐波，目前，多电平功率变换技术已经广泛应用于各种电力系统、电机调速等需要电能变换的领域。在现代科技当中，以电池和超级电容为代表的分布式储能技术越来越受到世界各国的高度重视，而这些新能源和新技术的发展和应用高度依赖于电力电子技术当中的逆变电路的高速运行。

由于多电平逆变电路具有输出电压谐波含量少，器件电压应力低、电磁干扰少和效率高等优点，而被广泛应用在各类电气设备当中。典型的多电平逆变电路包括二极管钳位型、电容钳位型和H桥级联型。其中二极管钳位型电路需要保证直流侧电容均压，其控制过程极其困难，而电容钳位型多电平逆变电路都存在电容电压需要外加电压均衡电路的问题，而级联型多电平逆变电路，以普通的单相全桥(H桥)逆变电路为基本单元，将若干个单元直接串联，串联数越多，输出电平也就越多，但是这些多电平功率变换电路的拓扑结构和控制方法较为复杂，这些都无疑都增加了系统复杂度和降低了可靠性。因此，如何设计出电路结构简单和高可靠性的多电平逆变电路是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种降压型多电平功率变换电路，降低变换电路的系统复杂度和提高电路运行的可靠性。其具体方案如下：

一种降压型多电平功率变换电路，包括：

全控型开关和开关电容网络；

其中，所述全控型开关第一端与直流电源正极连接，所述全控型开关第二端与所述开关电容网络第一端连接，所述开关电容网络第二端与直流电源负极连接，并且，所述开关电容网络通过控制所述开关电容网络中N个电容的串联与并联，使得直流电源电压降压得到不同的输出电压，N≥2。

优选的，所述开关电容网络包括N-1个开关电容单元和一个第二电容；

其中，每一个开关电容单元包括第一电容、第一开关、第二开关和第三开关，且每一个开关电容单元中的第二开关第二端与第三开关第一端连接，第三开关第二端与第一开关第一端连接，第二开关第一端与第一电容正极连接，第一电容负极与第一开关第一端连接；

第i个开关电容单元中的第一电容正极与第i-1个开关电容单元中的第二开关第二端连接，第N-1个开关电容单元中的第二开关第二端与所述第二电容正极连接，1＜i＜N；

第1个开关电容单元中的第二开关第一端为所述开关电容网络第一端，第i个开关电容单元中的第一开关第二端和所述第二电容负极共同构成所述开关电容网络第二端。

优选的，每一个开关电容单元中的第一开关和/或第二开关和/或第三开关为二极管/绝缘栅双极晶体管；

其中，二极管负极/绝缘栅双极晶体管集电极为第一开关第一端/第二开关第一端/第三开关第一端，二极管正极/绝缘栅双极晶体管发射极为第一开关第二端/第二开关第二端/第三开关第二端。

优选的，所述开关电容网络包括N-1个开关电容单元和一个第二电容；

其中，所述开关电容单元包括第一电容、第一开关、第二开关和第三开关，每一个开关电容单元中的第二开关第二端与第三开关第一端连接，第三开关第二端与第一开关第一端连接，第二开关第一端与所述全控型开关第二端连接；

第一个开关电容单元中的第一电容正极与第二开关第一端连接，第一电容负极与第一开关第一端连接；第i个开关电容单元中的第一电容正极与第i-1个开关电容单元中的第二开关第二端连接，第N-1个开关电容单元中的第二开关第二端与所述第二电容正极连接，1＜i＜N；

每一个开关电容单元中的第二开关第一端共同构成所述开关电容网络第一端，每一个开关电容单元中的第一开关第二端和所述第二电容负极共同构成所述开关电容网络第二端。

优选的，每一个开关电容单元中的第一开关和/或第二开关和/或第三开关为二极管/绝缘栅双极晶体管；

其中，二极管负极/绝缘栅双极晶体管集电极为第一开关第一端/第二开关第一端/第三开关第一端，二极管正极/绝缘栅双极晶体管发射极为第一开关第二端/第二开关第二端/第三开关第二端。

优选的，所述全控型开关为绝缘栅双极晶体管；

其中，所述绝缘栅晶体管集电极为所述全控型开关第一端，所述绝缘晶体管发射极为所述全控型开关第二端。

优选的，还包括：逆变电路；