[发明专利]一种新型四开关五电平逆变器

说明书

本发明提供一种新型四开关五电平逆变器，由五电平逆变部分、LC滤波部分和负载部分组成，五电平逆变部分由直流源V_in、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第一二极管D₁、第二二极管D₂和一个反极性耦合电抗器T组成，滤波部分由输出滤波电抗器L₀和输出滤波电容C₀构成，第一桥臂由第一开关管S₁和第二二极管D₂串联得到，第二桥臂由第二开关管S₂和第一二极管D₁串联得到，第三桥臂由第三开关管S₃和第四开关管S₄串联得到；所述反接耦合电抗器T左端的两个端口分别连接第一开关管S₁的发射极以及第二开关管S₂的集电极，所述反接耦合电抗器T右端的两个端口短接并与输出滤波电抗器L₀左端相连。

技术领域

本发明属于电力电子电能变换技术领域，具体涉及一种新型四开关五电平逆变器。

背景技术

逆变器的应用已经应用在各个领域，从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电变流站；从家用变频空调、变频冰箱到航空领域的机载设备；从常规化石能源的发电设备到如今的新能源发电设备，都少不了逆变电源。然而，电力电子器件本身材质和工艺水平的限制，导致了它的功率处理能力和开关频率相互矛盾。往往功率越大，它的开关频率越低。所以为了实现逆变器的高频化和低EMI，在现有的材质和工艺水平没有本质性的突破下，有效的利用手段是从拓扑结构和控制方法上出发进行解决。

在所有种类的逆变器拓扑结构中，多电平逆变器具有大量的优点而备受关注。经典的五电平拓扑结构有三种：级联H桥结构、二极管钳位结构和飞跨电容拓扑结构。然而这三种五电平拓扑结构需要8个开关器件。级联H桥五电平逆变器额外需要多个直流源，会产生环流问题，并在应用场合上受到限制。而中性点钳位五电平结构和飞行电容五电平结构，需要的辅助器件二极管和电容器总数超过10个以上。元器件的增加，增加了装置成本、降低效率并增加装置体积，降低装置的功率密度。为了满足国内对逆变器越来越高的要求，研究一款低成本、高功率密度以及高电能质量的逆变器成为五电平逆变器技术领域的重要挑战。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提出一种新型五电平逆变器，采用新型拓扑结构，缩小逆变器的体积从而提高逆变器的功率密度、降低逆变器成本以及提高逆变器输出的电能质量。

本发明技术方案提供一种新型四开关五电平逆变器，由五电平逆变部分、LC滤波部分和负载部分组成，五电平逆变部分由直流源V_in、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第一二极管D₁、第二二极管D₂和一个反极性耦合电抗器T组成，滤波部分由输出滤波电抗器L₀和输出滤波电容C₀构成，

第一桥臂由第一开关管S₁和第二二极管D₂串联得到，第二桥臂由第二开关管S₂和第一二极管D₁串联得到，第三桥臂由第三开关管S₃和第四开关管S₄串联得到；