[发明专利]四电平拓扑单元及其应用电路

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术技术领域，尤其涉及四电平拓扑单元及其应用电路。

背景技术

逆变器可以将直流电转变为交流电。随着技术的不断发展和进步，人们生活水平的不断提高，逆变器也成为了人们应急和外出的一种重要设备。目前的逆变器多为二极管钳位型逆变器或飞跨电容型逆变器。

图1和图2分别示出了传统四电平逆变器的部分结构。其中，图1为二极管钳位型四电平逆变器的部分结构，图2为飞跨电容型四电平逆变器的部分结构。在图1所示逆变器结构中，通过电容C1、C2和C3产生四个不同电位的电信号，并且每个四电平拓扑单元包括六个开关管和十个二极管；在图2所示逆变器结构中，每个四电平拓扑单元包括六个开关管和六个二极管，但是逆变器中必须设置电容C1、C2、C3、C4、C5和C6来产生四个不同电位的电信号。

因此，传统的二极管钳位型四电平逆变器和飞跨电容型四电平逆变器中使用的半导体器件数量较多，增加了逆变器的成本，并且也增大了逆变器的封装难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于四电平逆变器的四电平拓扑单元，可以减小四电平逆变器中半导体器件的数量，有效降低四电平逆变器的成本和封装难度。本发明还公开了多种四电平逆变器和一种四电平直流交流转换芯片。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种四电平拓扑单元，应用于四电平逆变器中，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一钳位二极管、第二钳位二极管和六个二极管；

所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管分别反向并联一个二极管；

直流电源的正端依次通过第一电容、第二电容和第三电容连接至所述直流电源的负端；

所述第一开关管的第一端连接至所述第一电容的第一端、第二端连接至第一节点；所述第二开关管的第一端连接至所述第一节点、第二端连接至第二节点；所述第三开关管的第一端连接至所述第二节点、第二端连接至第三节点；所述第四开关管的第一端连接至所述第三节点、第二端连接至第四节点；所述第六开关管的第一端连接至所述第四节点、第二端连接至所述第三电容的第二端；所述第五开关管的第一端连接至所述第二电容的第二端、第二端连接至所述第四节点；所述第一钳位二极管的阴极连接至所述第一节点、阳极连接至所述第二电容的第一端；所述第二钳位二极管的阳极连接至所述第三节点、阴极连接至所述第二电容的第一端；所述第二节点为所述四电平拓扑单元的交流输出端。

优选的，

上述四电平拓扑单元包括四个工作模态，分别为：

第一工作模态，所述第一开关管和第二开关管导通，其余开关管截止；

第二工作模态，所述第二开关管和第三开关管导通，其余开关管截止；

第三工作模态，所述第三开关管、第四开关管和第五开关管导通，其余开关管截止；

第四工作模态，所述第三开关管、第四开关管和第六开关管导通，其余开关管截止。

优选的，

在上述四电平拓扑单元中，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管的驱动信号通过比较正弦波与第一三角波和/或第二三角波确定，所述第一三角波和第二三角波具有相同的频率和幅值，所述第一三角波的波谷等于所述第二三角波的波峰；

所述第一开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波大于所述第一三角波时所述第一开关管导通，反之截止；

所述第二开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第二三角波进行比较产生，在所述正弦波的正半周期内，当所述正弦波大于所述第二三角波时所述第二开关管导通，反之截止，在所述正弦波的负半周期内，当所述正弦波的反向波小于所述第二三角波时所述第二开关管导通，反之截止；

所述第三开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波小于所述第一三角波时所述第三开关管导通，反之截止；

所述第四开关管的驱动信号由所述正弦波与所述第二三角波进行比较产生，在所述正弦波的正半周期内，当所述正弦波小于所述第二三角波时所述第四开关管导通，反之截止，在所述正弦波的负半周期内，当所述正弦波的反向波大于所述第二三角波时所述第四开关管导通，反之截止；

所述第五开关管的驱动信号由所述正弦波的反向波与所述第一三角波进行比较产生，当所述正弦波的反向波小于所述第一三角波时所述第五开关管导通，反之截止；