[发明专利]二极管箝位型五电平双降压式半桥逆变器

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种逆变器，尤其涉及一种二极管箝位型五电平双降压式半桥逆变器。

二、背景技术

双降压式逆变器(Dual Buck Inverter——以下简称DBI)是近年来出现的一种新型的逆变器拓扑。相对传统的桥式逆变器，DBI具有无桥臂直通的高可靠性和无开关管寄生二极管反向恢复问题的独特优点；工作于半周模式下的DBI无环流存在，为同时实现逆变器的高频化和高效率提供了一种简洁的途径，是一种很具有研究价值和发展前景的拓扑结构。DBI和半桥逆变器具有很多相似的地方，下文将两者通称为半桥型逆变器。半桥型逆变器需要外接正负直流母线电压，其幅值超过输出电压最大值的两倍，器件电压应力大，直流电压利用率低；桥臂只能输出+1和-1两态电平，工作于双极性调制方式，桥臂输出波形谐波含量大，需要高的开关频率和大的滤波器。以上两点也是半桥型逆变器的缺点。

近年来，多电平技术得到人们更多的关注和研究。由于器件制造技术的限制，功率半导体器件的耐压是有一定限度的。在高压变换器中，可将功率管串联使用，但由于器件参数的不一致和开关瞬态的不同步，很难实现稳态和瞬态过程的均压，导致个别功率管的过压，降低了电路的可靠性。多电平技术是解决功率管串联问题的一个好办法，它能保证功率管承受的电压应力在稳态和瞬态过程中箝位于母线电容的电压。引入多电平技术的五电平双降压式半桥逆变器同时可使桥臂输出变为五电平。

三、发明内容

1、技术问题：本发明要解决的技术问题是在保留DBI高可靠性和高效率特点的同时，解决其器件电压应力高，桥臂输出谐波含量大的缺点。

2、技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明的二极管箝位型五电平双降压式半桥逆变器拓扑结构包括第一五电平降压电路1、第二五电平降压电路2、直流电源输入电路3、负载电路4，第一五电平降压电路1中，第一功率开关管S₁的漏级与第一电容C₁的正极连接，第一功率开关管S₁的源级与第二功率开关管S₂的漏级连接，第二功率二级管S₂的源级与第一功率二极管D₁的阴极连接，第一功率二极管D₁的阳极与第二功率二极管D₂的阴极连接，第二功率二极管D₂的阳极与第四电容C₄的负极连接，第三功率二极管D₃的阳极与第一电容C₁的负极连接，第三功率二极管D₃的阴极与第一功率开关管S₁的源级连接，第三功率开关管S₃的漏级接地，第三功率开关管S₃的源级与第四功率二极管D₄的阳极连接，第四功率二极管D₄的阴极与第二功率二极管S₂的源级连接，第四功率开关管S₄的漏级与第四电容C₄的正极连接，第四功率开关管S₄的源级与第一功率二极管D₁的阳极连接，第一电感L₁的一端与第二功率开关管S₂的源级连接，第一电感L₁的另一端接入外界负载电路4；第二五电平降压电路2中，第五功率开关管S₅的源级与第四电容C₄的负极连接，第五功率开关管S₅的漏级与第六功率开关管S₆的源级连接，第六功率开关管S₆的漏级与第六功率二极管D₆的阳极连接，第六功率二极管D₆的阴极与第五功率二极管D₅的阳极连接，第五功率二极管D₅的阴极与第一电容C₁的正极连接，第八功率二极管D₈的阴极与第四电容C₄的正极连接，第八功率二极管D₈的阳极与第五功率开关管S₅的漏级连接，第七功率开关管S₇的源级接地，第七功率开关管S₇的漏级与第七功率二极管D₇的阴极连接，第七功率二极管D₇的阳极与第六功率二极管D₆的阳极连接，第八功率开关管S₈的源级与第二电容C₂的正极连接，第八功率开关管S₈的漏级与第五功率二极管D₅的阳极连接，第二电感L₂的一端与第六功率开关管S₆的漏级连接，第二电感L₂的另一端与第一电感L₁的另一端相连接入外界负载4；直流电源输入电路3连接方式为，直流电源U_d的正极与第一电容C₁的正极连接，直流电源U_d的负极与第四电容C₄的负极连接，第二电容C₂的正极与第一电容C₁的负极连接，第二电容C₂的负极接地，第三电容C₃的正极接地，第三电容C₃的负极与第四电容C₄的正极连接；负载电路4连接方式为，滤波电容C_f的一端接入第一电感L₁的另一端与第二电感L₂的另一端之间，滤波电容C_f的另一端接地，负载电阻R的一端与滤波电容C_f的一端连接，负载电阻R的另一端接地。