[发明专利]一种三电平逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种三电平逆变器。

背景技术

三电平逆变器是基于三个固定电平的脉宽调制(PWM)电路，在电力电子领域被广泛的应用。目前，如图1所示，应用最广泛的三电平逆变器中采用绝缘栅双极性晶体管(IGBT)作为四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4，但IGBT 的缺点是开关速度慢、损耗大，因此PWM 开关频率的提高受到限制。如图2所示，另外也有一些厂商的三电平逆变器采用金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)作为四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4，但由于MOSFET 内部寄生二极管的反向恢复特性非常差，在电流通过寄生二极管续流时，会导致相关的电气问题，进而影响产品的可靠性。而且在这两种最常见的中点箝位(NPC) 三电平逆变器中，由于二极管的单向导电性，只能通过二极管D1或D2所对应的其中的一条回路进行续流，从而电路的损耗较大，效率较低且不利于散热。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的实施例提供一种三电平逆变器，实现了开关速度快、损耗小、提高了效率且利于散热，且避免了MOSFET 内部寄生二极管的反向恢复特性差导致的相关电气问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种三电平逆变器，包括：第一直流源；第二直流源，其正极与所述第一直流源的负极连接作为第一节点；第一开关管，所述第一开关管为双极性晶体管，其集电极与所述第一直流源的正极连接作为第二节点；第二开关管，所述第二开关管为场效应晶体管，其漏极与所述第一开关管的发射极连接作为第三节点；第三开关管，所述第三开关管为场效应晶体管，其漏极与所述第二开关管的发射极连接作为第四节点；第四开关管，所述第四开关管为双极性晶体管，其集电极与所述第三开关管的发射极连接作为第五节点，其源极与所述第二直流源的负极连接作为第六节点；第一二极管，其阴极连接于所述第一开关管的集电极，其阳极连接于所述第一开关管的发射极；第二二极管，其阴极连接于所述第四开关管的集电极，其阳极连接于所述第四开关管的发射极；第三二极管，其阳极连接于所述第一节点，其阴极连接于所述第三节点；第四二极管，其阳极连接于所述第五节点，其阴极连接于所述第一节点；第五二极管，其阳极连接于所述第四节点，其阴极连接于所述第二节点；第六二极管，其阳极连接于所述第六节点，其阴极连接于所述第四节点；第五开关管连接于第二节点与第四节点之间；滤波单元，所述滤波单元的两端分别连接于所述第一节点和第四节点。

本发明实施例提供的三电平逆变器，将输出电压箝位在第一节点的电压的过程中，当第三节点输出电流为正电流时，实际电流与输出电流的方向相同，即实际电流从第一节点依次流过第一二极管、第五开关管和第三开关管到达第三节点进行续流，并且同时实际电流还可以从第一节点依次流过第一二极管和第二开关管到达第三节点进行续流，从而使第三节点输出第一节点的电压，由于有两条续流回路，即第二开关管与相互串联的第三开关管和第五开关管并联进行续流，与现有技术中仅有单条续流回路相比，提高了对开关管的利用率，使得有更多的开关管分摊电流和损耗，从而提高了电路的效率且更有利于散热；当第三节点输出电流为负电流时，实际电流与输出电流的方向相反，即实际电流从第三节点依次流过第二开关管、第五开关管和第二二极管到达第一节点进行续流，并且同时实际电流还可以从第三节点依次流过第三开关管和第二二极管到达第一节点进行续流，从而使第三节点输出第一节点的电压，由于有两条续流回路，即第三开关管与相互串联的第二开关管和第五开关管并联进行续流，与现有技术中仅有单条续流回路相比，提高了对开关管的利用率，使得有更多的开关管分摊电流和损耗，从而提高了电路的效率且更有利于散热。

由于第二开关管和第三开关管为场效应晶体管，即使用场效应晶体管承受主要的开关损耗，从而提高了开关速度，降低了开关损耗，同时由于第一开关管和第四开关管使用双极性晶体管且增加了第五二极管和第六二极管，使得电流不通过场效应晶体管内部的寄生二极管续流，从而避免了由于场效应晶体管内部寄生二极管的反向恢复特性差导致的相关电气问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，

图1 为现有技术中一种三电平逆变器的示意图；

图2 为现有技术中另一种三电平逆变器的示意图；