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 （ Pulse Width Modulation, PWM ) 电路， 在电力电子领域被广泛的应用。 目前， 如图 1所示的中点箝位 ( Natural Point Clamping, NPC )三电平逆变器最为常见， 两个直流电源 BUS1 与 BUS2之间的连接点为节点 N, 由于在将逆变器的输出电压箝位在节点 N 的电压时， 需要输出电流 Io通过二极管 D1或二极管 D2续流， 但是， 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

本发明的实施例提供一种三电平逆变器， 降低了电路损耗、 提高了效率 且利于散热。

为解决上述技术问题， 本发明的实施例釆用如下技术方案：

一种三电平逆变器， 包括： 第一直流源和第二直流源， 所述第一直流源 负极和所述第二直流源正极连接作为为第一节 点， 依次串联在所述第一直流 源正极与第二直流源负极之间的第一开关管、 第二开关管、 第三开关管和第 四开关管， 所述第一开关管和第二开关管的连接处为第二 节点， 所述第二开 关管和第三开关管的连接处为第三节点， 所述第三开关管和第四开关管的连 接处为第四节点， 第一二极管， 其阳极连接于所述第一节点， 其阴极连接于 所述第二节点， 第二二极管， 其阴极连接于所述第一节点， 其阳极连接于所 述第四节点， 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 三节点, 还包括： 第五开关管， 所述第五开关管连接于所述第二节点与第四节 点之间。 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。 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结构示意� �；

图 2为本发明实施例中一种三电平逆变器的结构� �意图；

图 3为图 2中将输出电压箝位在第一节点的电压的过程� �输出电流为正 电流时时的示意图；

图 4为图 2中将输出电压箝位在第一节点的电压的过程� �输出电流为负 电流时时的示意图；

图 5为图 2中第五开关管为 MOSFET的示意图；

图 6为图 2中第五开关管为 IGBT的示意图。 具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而 不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例 , 都属于本发明保护的范围。

如图 2 所示， 本发明实施例提供了一种三电平逆变器， 包括： 第一直流 源 BUS1和第二直流源 BUS2, 第一直流源 BUS1负极和第二直流源 BUS2正 极连接作为为第一节点 N; 依次串联在第一直流源 BUS1 的正极与第二直流 源 BUS2的负极之间的第一开关管 Ql、 第二开关管 Q2、 第三开关管 Q3和第 四开关管 Q4,其中，第一开关管 Q1和第二开关管 Q2的连接处为第二节点 B, 第二开关管 Q2和第三开关管 Q3的连接处为第三节点 0, 第三开关管 Q3和 第四开关管 Q4的连接处为第四节点 D; 第一二极管 D1 , 其阳极连接于第一 节点 N, 其阴极连接于第二节点 B; 第二二极管 D2, 其阴极连接于第一节点 N, 其阳极连接于第四节点 D; 滤波单元 1 , 滤波单元 1的两端分别连接于第 一节点 N和第三节点 0; 第五开关管 Q5, 第五开关管 Q5连接于第二节点 B 与第四节点 D之间。

在上述三电平逆变器中，第一直流源 BUS1和第二直流源 BUS2可认为是 恒定不变的电压源， 输出节点为第三节点 0, 中点箝位续流二极管为第一二 极管 D1和第二二极管 D2。 三电平逆变器在将输出电压箝位在第一节点 N的 电压时， 可以将第一开关管 Q1和第四开关管 Q4关断， 第二开关管 Q2、 第 三开关管 Q3和第五开关管 Q5导通，此时第三节点 0输出第一节点 N的电压 值。 具体地， 如图 3所示， 当第三节点 0输出电流 Io为正电流时， 实际电流 II与输出电流 Io的方向相同， 即实际电流 II从第一节点 N依次流过第一二 极管 Dl、 第五开关管 Q5和第三开关管 Q3到达第三节点 0进行续流， 并且 同时实际电流 II还从第一节点 N依次流过第一二极管 D1和第二开关管 D2 到达第三节点 0进行续流， 从而使第三节点 0输出第一节点 N的电压， 由于 有两条续流回路， 即第二开关管 Q2与相互串联的第三开关管 Q3和第五开关 管 Q5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； 如图 4所示， 当第三节点 0输出电流 Io为负电流时， 实际电 流 12与输出电流 Io的方向相反， 即实际电流 12从第三节点 0依次流过第二 开关管 Q2、 第五开关管 Q5和第二二极管 D2到达第一节点 N进行续流， 并 且同时实际电流 II还从第三节点 0依次流过第三开关管 Q3和第二二极管 D2 到达第一节点 N进行续流， 从而使第三节点 0输出第一节点 N的电压， 由于 有两条续流回路， 即第三开关管 Q3与相互串联的第二开关管 Q2和第五开关 管 Q5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。 需要说明的是， 图 3和图 4中箭头为电流方向的示意。

如图 5所示， 进一步地， 滤波单元 1包括电感 L和电容 C, 电感 L的一 端连接于第三节点 0, 电容 C的一端连接于电感 L的另一端， 电容 C的另一 端连接于第一节点 N。 第五开关管 Q5可以为场效应晶体管， 例如金属氧化物 场效应晶体管（ Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET ), 其漏极连接于第二节点 B, 其源极连接于第四节点 D, 其栅极连接控制信号， 用于控制第五开关管 Q5的开通与关断。 或者如图 6所示， 第五开关管 Q5可 以为双极性晶体管， 例如绝缘栅双极性晶体管 （ Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT ),其集电极连接于第二节点 B,其发射极连接于第四节点 D, 由于 MOSFET内部集成有寄生二极管， 但 IGBT无寄生二极管， 因此进一步 地， 上述三电平逆变器还可以包括： 连接于第五开关管 Q5的发射极和集电极 之间的反并二极管 D3 , 其阳极连接于第五开关管 Q5的发射极， 其阴极连接 于第五开关管 Q5的集电极， 用于保护 IGBT不被反压击穿。 具体的工作原理 与上述实施例相同， 在此不再赘述。 需要说明的是， 上述实施例中的第一开关管 Ql、 第二开关管 Q2、 第三 开关管 Q3和第四开关管 Q4可以为 MOSFET, 其中， 第一开关管 Q1 , 其漏 极连接于第一直流源 BUS1的正极； 第二开关管 Q2, 其漏极连接于第一开关 管 Q1的源极作为第二节点 B; 第三开关管 Q3 , 其漏极连接于第二开关管 Q2 的源极作为第三节点 0; 第四开关管 Q4, 其漏极连接于第三开关管 Q3的源 极作为第四节点 D, 其源极连接于第二直流源 BUS2的负极； 上述每个开关 管分别具有一个反并二极管， 反并二极管的阳极分别连接于每个开关管的源 极， 反并二极管的阴极分别连接于每个开关管的漏 极。 可选地， 第一开关管 Ql、第二开关管 Q2、第三开关管 Q3和第四开关管 Q4还可以为 IGBT,其中， 第一开关管 Q1 , 其集电极连接于第一直流源 BUS1的正极； 第二开关管 Q2, 其集电极极连接于第一开关管 Q1的发射极作为第二节点 B; 第三开关管 Q3 , 其集电极连接于第二开关管 Q2的发射极作为第三节点 0; 第四开关管 Q4, 其集电极连接于第三开关管 Q3的发射极作为第四节点 D,其发射极连接于第 二直流源 BUS2 的负极； 上述每个开关管分别具有一个反并二极管， 反并二 极管的阳极分别连接于每个开关管的发射极， 反并二极管的阴极分别连接于 每个开关管的集电极。 可选地， 第一开关管 Ql、 第二开关管 Q2、 第三开关 管 Q3和第四开关管 Q4还可以为其他半导体开关器件， 且四个开关管内部都 分别集成或外部并联有反并二极管。

在本发明实施例中， 仅增加了一个额外的第五开关管， 即实现了在将上 述三电平逆变器的输出电压箝位在第一节点的 电压时， 同时有两条续流回路， 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。

通过以上的实施方式的描述， 所属领域的技术人员可以清楚地了解到本 发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实 现， 当然也可以通过硬件， 但 很多情况下前者是更佳的实施方式。 基于这样的理解， 本发明的技术方案本 质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以 软件产品的形式体现出来， 该 计算机软件产品存储在可读取的存储介质中， 如计算机的软盘， 硬盘或光盘 等， 包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以 是个人计算机， 服务器， 或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述 的方法。

以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限 于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技术范围内， 可轻易 想到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护 范围应以所述权利要求的保护范围为准。