[发明专利]一种多电平Boost变换器、逆变系统及控制方法

说明书

本申请提供了多电平Boost变换器、逆变系统及控制方法，在悬浮电容和电容单元之间设置有充电控制电路，当检测到输出直流母线的电压大于或等于预设母线电压时，该充电控制电路导通，以及控制开关电路内第三端与第二端之间的开关管导通，从而使输出直流母线为悬浮电容充电；降低了输出直流母线与悬浮电容之间的电压差，因此，降低了开关电路内开关管的反向电压，同时，降低了开关电路内开关管对电压应力的要求，因此降低了成本。

技术领域

本发明属于变换器技术领域，尤其涉及一种多电平Boost变换器、逆变系统及控制方法。

背景技术

目前多电平Boost变换拓扑包括悬浮电容型和二极管箝位型，其中，悬浮电容型多电平Boost变换器中都设置有一个悬浮电容，悬浮电容的电压将直接影响到系统中功率器件的电压应力。

如图1所示，三电平Boost变换拓扑包括悬浮电容Cf，正常情况下，悬浮电容Cf上的电压Vcf＝Vbus/2，其中，Vbus表示输出直流母线的电压；当S2导通时，D2的反向电压为Vbus-Vcf＝Vbus/2；当电网电压突然升高时，导致输出直流母线的电压Vbus很高，此时，若Vcf来不及充电且其电压较低，导致D2上反向电压会很高。同理，当S1导通时，由于Vcf+Vs2＝Vbus，则S2上的电压Vs2＝Vbus-Vcf，当Vbus很高，且Vcf来不及充电其电压较低时，S2上的电压应力Vs2很高。进一步，功率器件上的电压应力高将导致功率器件损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多电平Boost变换器、逆变系统及控制方法，解决了功率半导体器件上电压应力高的问题。其技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种多电平Boost变换器，包括：电感、开关电路、悬浮电容、第一单向导通器件、电容单元、充电控制电路和控制单元；

所述开关电路的第一端与所述电感串联后连接直流电源的正极，所述开关电路的第二端连接所述直流电源的负极，所述开关电路包括依次串联的至少两个开关管；

所述第一单向导通器件的正极连接所述电感与所述开关电路的公共端，负极连接所述充电控制电路的一端；

所述悬浮电容的一端连接所述开关电路的第三端，所述悬浮电容的另一端连接所述第一单向导通器件与所述充电控制电路的公共端；

所述电容单元的一端连接所述充电控制电路的另一端，所述电容单元的另一端连接所述直流电源的负极；

所述控制单元，用于当检测到输出直流母线的电压大于或等于预设母线电压时，控制所述充电控制电路，以及所述开关电路内第三端与第二端之间的开关管导通，以使输出直流母线为所述悬浮电容充电；以及，当检测到所述悬浮电容的电压满足预设条件时，控制所述充电控制电路，以及所述开关电路内三端与第二端之间的开关管关断。

可选地，所述控制单元具体用于，当检测到所述悬浮电容上的电压大于或等于预设电容电压时，控制所述充电控制电路，以及所述开关电路内第三端与第二端之间的开关管截止。

可选地，所述控制单元具体用于，当检测到所述直流母线的电压与所述悬浮电容上的电压的差值小于或等于预设电压阈值，控制所述充电控制电路，以及所述开关电路内第三端与第二端之间的开关管截止。

可选地，所述充电控制电路包括第二单向导通器件和第一开关管；

所述第二单向导通器件的正极连接所述第一单向导通器件的负极，第二单向导通器件的负极连接所述电容单元；

所述第一开关管的第一端连接所述第二单向导通器件的负极，第一开关管的第二端连接所述第二单向导通器件的正极，控制端连接所述控制单元的输出端。

可选地，所述充电控制电路还包括阻抗，所述第一开关管的第二端连接所述阻抗的一端，所述阻抗的另一端连接所述第二单向导通器件的正极。