[发明专利]一种可幂次电平扩展的DC/AC变换器及方法

说明书

为降低变换器有源器件数量并改善输出电能质量，本发明提出一种可幂次电平扩展的DC/AC变换器及方法。通过分压电容单元与对称开关电容单元的逻辑组合，该DC/AC变换器能够以较少的器件实现高电压增益和多电平输出，且具备带感性负载的能力；两个半桥取代后端H桥实现逆变，可以降低开关管总电压应力；在模块化扩展结构中，电容逐级充电的工作方式可使得半周期内的输出电平数以及输出电压增益随对称开关电容单元数目呈幂次方扩展；在完整的正弦周期中，分压电容对与开关电容对的充放电方式均对称，无需额外的辅助电路即可实现电容电压自平衡。因此本发明提供的变换器能够提供可靠高质量的输出电压，在直流电转化为交流电方面有其独特优势。

技术领域

本发明涉及一种可幂次电平扩展的DC/AC变换器及方法，属于电能变换与新能源发电领域。

背景技术

近年来，能源紧张与环境恶化问题愈发严峻，清洁可再生能源的研究开发迫在眉睫。为了将新能源发电源连接到电网或本地负载，功率变换器被广泛研究。其中，多电平逆变器由于能够提供可靠高质量的输出电压，在直流电转化为交流电方面有其独特优势。

传统的多电平逆变器主要分为：二极管钳位型、飞跨电容型以及级联H桥型。随着输出电平数的升高，二极管钳位型和飞跨电容型拓扑中器件数量显著增加。而且二者均存在电容电压不平衡的问题，需要辅助电路和复杂的控制算法来维持电容电压平衡。级联H桥型拓扑通过扩展H桥模块提高其输出水平，使用非对称独立直流电源可合成最佳输出电平。但是，多个独立直流电源的需求为逆变器的设计带来困难。

为进一步提高输出电压增益、增加输出电平数量以及降低器件数量，开关电容技术逐渐被应用到多电平逆变器中。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可幂次电平扩展的DC/AC变换器及方法，具体方案如下：

本发明第一方面提供一种可幂次电平扩展的DC/AC变换器，包括单个直流输入电源V_dc、分压电容单元、n级对称开关电容单元和用于逆变的半桥单元，其中，n≥1；

所述直流输入电源V_dc为电路提供能量，一是与开关电容和分压电容并联充电、二是与开关电容和分压电容串联为输出侧供电；

所述半桥单元，包括开关管S₃、开关管S₄和开关管S₅和开关管S₆；

所述开关管S₄的输入端与所述开关管S₃的输出端相连接，所述开关管S₅的输出端与所述开关管S₆的输入端相连接；

所述开关管S₃和所述开关管S₄的连接点作为该DC/AC变换器的交流电压负输出端A，所述开关管S₅和所述开关管S₆的连接点作为该DC/AC变换器的交流电压正输出端B；

所述分压电容单元，包括双向开关T、电解电容C_a和C_b；