[发明专利]一种无电容型十三电平逆变电路

说明书

本发明公开了一种多电平逆变器拓扑结构，包括第一单向开关、第二单向开关、第三单向开关、第四单向开关、第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关、第四双向开关、第一直流电源、第二直流电源、第三直流电源。本发明只需采用三个直流电源和四个单向开关、四个双向开关就可以产生十三电平的输出电压波形。所提拓扑无需采用传统十三电平逆变器中的电解电容元件，减小了电路成本和体积，有利于逆变器的小型化和轻型化设计，减小占地面积和建设成本。

技术领域

本发明属于电力电子研究领域，具体公开了一种多电平逆变器拓扑结构。

背景技术

逆变电路被广泛应用于生产生活中，例如车载逆变、电机驱动、高压直流输电和微电网等相关领域。其中多电平逆变电路因其较低的器件应力、输出电压谐波含量较小和较低的开关频率等优点得到了学界和工业界的广泛关注。

主流多电平逆变器主要包含三类：中点钳位型、飞跨电容型、级联H桥型和开关电容型。中点钳位型和飞跨电容型的应用受限于其电容电压不平衡，且其所需开关器件的数量较多。级联H桥型的缺陷主要在于其需要多个独立的直流电源和大量的开关管来产生较多的电平输出，这将会增加电路的成本和控制的复杂性。开关电容型在高压应用场合往往需要大容量、高耐压值的电解电容，其较大的体积和成本将会限制其在相关场合的应用。

发明内容

本发明为克服现有的十三电平逆变电路需要大容量、高耐压值的电解电容，导致电路体积和成本高昂的技术缺陷，提供一种无电容型十三电平逆变器拓扑结构

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多电平逆变器拓扑结构，包括第一单向开关S1、第二单向开关S2、第三单向开关S7、第四单向开关S8、第一双向开关S3、第二双向开关S4、第三双向开关S5、第四双向开关S6、第一直流电源1Udc、第二直流电源2Udc、第三直流电源3Udc；

第一单向开关S1的漏极和第三单向开关S7的漏极相连，第一单向开关S1的源极和第二单向开关S2的漏极相连；第二单向开关S2的漏极和负载的正电位端相连，第二单向开关S2的源极和第四单向开关S8的源极相连；

第一双向开关S3的第一漏极和第一单向开关S1的源极相连，第一双向开关S3的第二漏极和第三双向开关S5的第二漏极相连；第二双向开关S4的第一漏极和第一单向开关S1的源极相连，第二双向开关S4的第二漏极和第四双向开关S6的第二漏极相连；

第三双向开关S5的第一漏极和第三单向开关S7的源极相连，第三双向开关S5的第二漏极和第一直流电源1Udc的负极相连；第四双向开关S6的第一漏极和第三单向开关S7的源极相连，第四双向开关S6的第二漏极和第三直流电源3Udc的负极相连；

第三单向开关S7的漏极和第一直流电源1Udc的正极相连，第三单向开关S7的源极和第四单向开关S8的漏极相连；第四单向开关S8的漏极和负载的负电位端相连，第四单向开关S8的源极和第二直流电源2Udc的负极相连；

第一直流电源1Udc的负极与第三直流电源3Udc的正极相连，第三直流电源3Udc的负极和第二直流电源2Udc的正极相连。

进一步的，第一单向开关S1、第二单向开关S2、第三单向开关S7、第四单向开关S8、第一双向开关S3、第二双向开关S4、第三双向开关S5、第四双向开关S6均为功率开关管。

进一步的，所述第一双向开关、第二双向开关、所述第三双向开关、所述第四双向开关均为两个MOSFET背靠背连接构成

进一步的，所述第一双向开关、第二双向开关、所述第三双向开关、所述第四双向开关均为两个IGBT背靠背连接构成

进一步的，所述第一单向开关、第二单向开关、第三单向开关、第四单向开关均为MOSFET