CN102820801A

CN102820801A - 一种多电平逆变器及其控制方法

Info

Publication number: CN102820801A
Application number: CN2012103057197A
Authority: CN
Inventors: 傅电波; 郭新; 方宏苗
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2012-12-12

Abstract

本发明实施例提供一种多电平逆变器及其控制方法。所述逆变器包括：BOOST正升压电路、BOOST负升压电路；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、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、谐振电容、谐振电感、负载；所述负载连接于所述第一节点和地线之间；串联的所述第一开关管、所述第二开关管、所述谐振电容、和所述谐振电感连接在所述第一节点和地线之间。本发明实施例可以实现多电平逆变器的零电流开通、零电流关断。

Description

一种多电平逆变器及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种多电平逆变器及其控制方法。

背景技术

逆变器(inverter)是把直流电能转变成交流电。逆变器的应用十分广泛。在已有的各种电源中，太阳能电池、蓄电池、干电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。另外，交流电动机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置使用十分广泛，其电路的核心部分都是逆变电路。

若逆变器输出端相电压有两种电平，这种电路称为二电平逆变器。若逆变器输出端相电压有两种以上的电平，这种电路称为多电平逆变器。多电平逆变器能够承载更高的电压，而且输出多种电平的波形更加接近正弦波。

但现有技术多电平开关管的功率开关管工作在硬开关状态，在主开关管两端存在较高的电压应力，无法实现零点流开通，零电流关断，在一定程度上限制了***效率的进步一步提高。

发明内容

本发明实施例提供一种多电平逆变器及其控制方法，以实现多电平逆变器的零电流开通、零电流关断。

一方面，本发明实施例提供了一种多电平逆变器，所述逆变器包括：BOOST正升压电路、BOOST负升压电路；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、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、谐振电容、谐振电感、负载；反向串联的所述第九开关管和所述第十开关管连接于地线和第一节点之间，所述第三开关管连接于所述BOOST正升压电路的输出和所述第一节点之间，所述第四开关管连接于所述BOOST负升压电路的输出和所述第一节点之间，反向串联的所述第五开关管和所述第七开关管连接于所述BOOST正升压电路的输入和所述第一节点之间，反向串联的所述地把开关管和所述第六开关管连接于所述BOOST负升压电路的输入和所述第一节点之间；所述负载连接于所述第一节点和地线之间；串联的所述第一开关管、所述第二开关管、所述谐振电容、和所述谐振电感连接在所述第一节点和地线之间。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，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、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管是IGBT管。

结合第一方面或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，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、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管是MOS管。

结合第一方面或上述任一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述逆变器还包括第一开关、第二开关，所述第一开关并联于所述BOOST正升压电路的输入和所述BOOST正升压电路的输出之间，所述第二开关并联于所述BOOST负升压电路的输入和所述BOOST负升压电路的输出之间。

第二方面，本发明实施例提供了一种控制上述多电平逆变器关断的方法。所述方法包括：开通所述第一开关管、所述第二开关管，若所述第三开关管电流降至零，关断所述第三开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，若所述第四开关管电流降至零，关断所述第四开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管和所述第七开关管，若所述第五开关管电流降至零，关断所述第五开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管、和所述第六开关管，若所述第八开关管电流降至零，关断所述第八开关管。

第三方面，本发明实施例提供了一种控制上述多电平逆变器开通的方法。所述方法包括：开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第三开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第四开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第五开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第八开关管。

本发明实施例通过谐振电容、谐振电感、第一开关、第二开关支路，在关断逆变器开关管时，形成和逆变器开关管电流方向相反的电流，以实现逆变器开关管的零电流关断。在开通逆变器开关管时，通过控制谐振电容、谐振电感、第一开关、第二开关支路的电流从零开始逐渐上升，从而实现逆变器开关管的零电流开通。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明多电平逆变器一个实施例的电路结构图；

图2为本发明多电平逆变器又一个实施例的电路结构图；

图3为本发明多电平逆变器再一个实施例的电路结构图；

图4为本发明多电平逆变器再一个实施例的电路结构图；

图5为本发明实施例控制多电平逆变器关断的方法流程图，(a)是控制多电平逆变器关断方法一个实施例的流程图，(b)是控制多电平逆变器关断方法一个实施例的流程图，(c)是控制多电平逆变器关断方法一个实施例的流程图，(d)是控制多电平逆变器关断方法一个实施例的流程图；

图6为本发明实施例控制多电平逆变器开通的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的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。

本发明实施例提供了一种多电平逆变器，如附图1所述。所述逆变器包括：BOOST正升压电路、BOOST负升压电路；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、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、谐振电容、谐振电感、负载；

反向串联的所述第九开关管和所述第十开关管连接于地线和第一节点之间，所述第三开关管连接于所述BOOST正升压电路的输出和所述第一节点之间，所述第四开关管连接于所述BOOST负升压电路的输出和所述第一节点之间，反向串联的所述第五开关管和所述第七开关管连接于所述BOOST正升压电路的输入和所述第一节点之间，反向串联的所述地把开关管和所述第六开关管连接于所述BOOST负升压电路的输入和所述第一节点之间；所述负载连接于所述第一节点和地线之间；串联的所述第一开关管、所述第二开关管、所述谐振电容、和所述谐振电感连接在所述第一节点和地线之间。

其中，反向串联的所述第九开关管和所述第十开关管具体是，所述第九开关管和所述第十开关管正向工作的电流方向相反。

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、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管中包含体二极管，所述体二极管和开关管反向。

其中，BOOST正升压电路、BOOST负升压电路用于对输入电压升压。第三开关管打开时，第一节点处的电压和BOOST正升压电路的输出相同。第五开关管和第七开关管开通时，所述第一节点处的电压和BOOST正升压电路的输入相同。同理，所述第一节点处的电压还可和BOOST负升压电路的输入、BOOST负升压电路的输出、地线相同。由此构成五电平逆变器。

在本发明的一个实施例中，所述逆变器还包括第一开关、第二开关，所述第一开关并联于所述BOOST正升压电路的输入和所述BOOST正升压电路的输出之间，所述第二开关并联于所述BOOST负升压电路的输入和所述BOOST负升压电路的输出之间。

在第一开关闭合时，第三开关管连接于BOOST正升压电路的输入端。在第二开关管闭合时，第四开关管连接于BOOST负升压电路的输入端。通过单独闭合第一开关，或者单独闭合第二开关，构成四电平逆变器。同时闭合第一开关和第二开关，构成三电平逆变器。在输入电压高时，不适合通过BOOST正升压电路、BOOST负升压电路进行升压，闭合第一开关、第二开关，从而构成三电平逆变器。

在本发明的一个实施例中，如附图2所示。所述第一开关、所述第二开关是二极管。

在本发明的一个实施例中，如附图3所示。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、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管是IGBT管(Insulated-gate BipolarTransistor，绝缘栅型双极晶体管)。

在本发明的一个实施例中，如附图4所示。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、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管是MOS管(Metal Oxide Semiconductor，绝缘栅型场效应管)。

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、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管还可以是GRT(Giant Transistor，巨型晶闸管)、GTO(Gate-turn-off Thyristor，门极可关断晶闸管)等其他开关管。

本发明实施例提供了一种控制权利要求上述任一多电平逆变器关断的方法，如图5所示。所述方法包括：S501开通所述第一开关管、所述第二开关管，S503若所述第三开关管电流降至零，关断所述第三开关管；

或者，S501开通所述第一开关管、所述第二开关管，S503若所述第四开关管电流降至零，关断所述第四开关管；

或者，S501开通所述第一开关管、所述第二开关管和所述第七开关管，S503若所述第五开关管电流降至零，关断所述第五开关管；

或者，S501开通所述第一开关管、所述第二开关管、和所述第六开关管，S503若所述第八开关管电流降至零，关断所述第八开关管。

在关断所述第三开关管之前，开通所述第一开关管、所述第二开关管，谐振电容和谐振电感支路上的电流与第三开关管的电流方向相反，从而强制通过所述第三开关管的电流降至零之后，从而实现第三开关管开关的零电流关断。同理，可以实现第四开关管、第五开关管、第八开关管的零电流关断。

所述第一开关管、所述第二开关管通过和所述谐振电容和谐振电感支路串联，可实现零电流关断。

本发明实施例提供了一种控制权利要求上述任一多电平逆变器开通的方法，如图6所示。所述方法包括：S601开通所述第一开关管、所述第二开关管，S603开通所述第三开关管；

或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第四开关管；

或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第五开关管；

或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第八开关管。

在开通所述第三开关管之前，开通所述第一开关管、所述第二开关管，谐振电容和谐振电感支路上的电流从零开始逐渐上升，从而可以实现第三开关管的零电流开通。同理，，可以实现第四开关管、第五开关管、第八开关管的零电流开通。

在主管开通时，谐振支路转移部分续流电流，可降低一定的开通损耗。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种多电平逆变器，其特征在于，所述逆变器包括：BOOST正升压电路、BOOST负升压电路；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、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、谐振电容、谐振电感、负载；

2.根据权利要求1所述的多电平逆变器，其特征在于，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、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管是IGBT管。

3.根据权利要求1所述的多电平逆变器，其特征在于，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、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管是MOS管。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多电平逆变器，其特征在于，所述逆变器还包括第一开关、第二开关，所述第一开关并联于所述BOOST正升压电路的输入和所述BOOST正升压电路的输出之间，所述第二开关并联于所述BOOST负升压电路的输入和所述BOOST负升压电路的输出之间。

5.一种控制权利要求1至4任一项所述多电平逆变器关断的方法，其特征在于，所述方法包括：开通所述第一开关管、所述第二开关管，若所述第三开关管电流降至零，关断所述第三开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，若所述第四开关管电流降至零，关断所述第四开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管和所述第七开关管，若所述第五开关管电流降至零，关断所述第五开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管、和所述第六开关管，若所述第八开关管电流降至零，关断所述第八开关管。

6.一种控制权利要求1至4任一项所述多电平逆变器开通的方法，其特征在于，所述方法包括：开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第三开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第四开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第五开关管；或者，开通所述第一开关管、所述第二开关管，开通所述第八开关管。