CN105703647B - 三电平钳位式三桥臂15开关变换器拓扑结构 - Google Patents

Abstract

一种三电平钳位式三桥臂15开关变换器拓扑结构，包括直流电源、两个串联电容和由三个桥臂组成的三电平钳位式三桥臂逆变桥。其中每个桥臂均由五个具有反并联二极管的开关器件和两个钳位二极管组成；所述五个开关器件为串联关系,所述两个钳位二极管中的第1个钳位二极管的阴极接于第1个开关器件和第2个开关器件之间，第1个钳位二极管的阳极接于参考点，第2个钳位二极管的阳极接于第4个开关器件和第5个开关器件之间。该拓扑结构除了S_i,MM(i＝A,B,C)承受的电压应力不变以外，其它所有开关器件所承受的电压应力均减半；在相同的开关频率下，降低了输出波形的谐波分量；在每个开关器件导通和关断过程中，降低了开关器件的开关损耗。

Description

三电平钳位式三桥臂15开关变换器拓扑结构

技术领域

本发明涉及一种三电平钳位式三桥臂15开关变换器拓扑结构。

背景技术

现有的9开关逆变器的拓扑结构(如图2所示)存在以下缺点：1、除了S_i,MM(i＝A,B,C)承受的电压应力以外，其它所有开关器件所承受的电压应力较大；2、在相同的开关频率下，输出波形的谐波分量较高；3、在每个开关器件导通和关断过程中，开关器件的开关损耗较大。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种三电平钳位式三桥臂15开关变换器拓扑结构，该拓扑结构除了S_i,MM(i＝A,B,C)承受的电压应力不变以外，其它所有开关器件所承受的电压应力均减半；在相同的开关频率下，输出波形的谐波分量将大幅度降低；在每个开关器件导通和关断过程中，大部分功率开关器件只承担一半的直流链电压，降低了开关器件的开关损耗。

如上构思，本发明的技术方案是：一种三电平钳位式三桥臂15开关变换器拓扑结构,包括直流电源和两个串联电容,两个电容中点接于0电 位参考点,其特征在于：还包括由三个桥臂组成的三电平钳位式三桥臂逆变桥,其中每个桥臂均由五个具有反并联二极管的开关器件和两个钳位二极管组成；在一个桥臂中，五个开关器件为串联关系，两个钳位二极管中的第1个钳位二极管的阳极接于0电 位参考点，第1个钳位二极管的阴极接于第1个开关器件和第2个开关器件之间，第2个钳位二极管的阳极接于第4个开关器件和第5个开关器件之间，第2个钳位二极管的阴极接于0电 位参考点；上交流端负载1的三个连接端分别连接到第一个桥臂第2个开关器件和第3个开关器件的连接点A1、第二个桥臂第2个开关器件和第3个开关器件的连接点B1、第三个桥臂第2个开关器件和第3个开关器件的连接点C1，下交流端负载2的三个连接端分别连接到第一个桥臂第3个开关器件和第4个开关器件的连接点A2、第二个桥臂第3个开关器件和第4个开关器件的连接点B2、第三个桥臂第3个开关器件和第4个开关器件的连接点C2。

本发明具有如下的优点和积极效果：

1.与传统9开关逆变器相比本发明的效果是除了S_i,MM(i＝A,B,C)承受的电压应力不变以外，其它所有开关器件所承受的电压应力均减半；若将 S_i,MM(i＝A,B,C)等效成两个相同开关器件的串联，则所有开关器件所承受的电压应力均减半。

2.在相同的开关频率下，输出波形的谐波分量将大幅度降低；

3.在每个开关器件导通和关断过程中，大部分功率开关器件只承担一半的直流链电压，降低了开关器件的开关损耗。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是现有的9开关逆变器的拓扑结构原理示意图；

图3是单个桥臂有效开关状态组合图，其中(a)为0状态、(b)为2状态、 (c)为1状态、(d)为3状态；

图4是三电平钳位式三桥臂15开关变换器的电压矢量分布图，其中(a) 为单个负载电压空间矢量分布图；(b)为双负载下电压矢量分布图。

具体实施方式

如图1所示：一种三电平钳位式三桥臂15开关变换器拓扑结构，一种三电平钳位式三桥臂15开关变换器拓扑结构,包括直流电源和两个串联电容, 两个电容中点接于0电 位参考点,其特征在于：还包括由三个桥臂组成的三电平钳位式三桥臂逆变桥,其中每个桥臂均由五个具有反并联二极管的开关器件和两个钳位二极管组成；在一个桥臂中，五个开关器件为串联关系，两个钳位二极管中的第1个钳位二极管的阳极接于0电 位参考点，第1个钳位二极管的阴极接于第1个开关器件和第2个开关器件之间，第2个钳位二极管的阳极接于第4个开关器件和第5个开关器件之间，第2个钳位二极管的阴极接于0电 位参考点；上交流端负载1的三个连接端分别连接到第一个桥臂第2个开关器件和第3个开关器件的连接点A1、第二个桥臂第2个开关器件和第3个开关器件的连接点B1、第三个桥臂第2个开关器件和第3个开关器件的连接点C1，下交流端负载2的三个连接端分别连接到第一个桥臂第3个开关器件和第4个开关器件的连接点A2、第二个桥臂第3个开关器件和第4个开关器件的连接点B2、第三个桥臂第3个开关器件和第4个开关器件的连接点C2。

每个桥臂的有效工作状态或开关组合共4种，如表1所示。表1所对应每个桥臂的开关组合如图2所示。

表1开关器件的开关状态与有效工作状态对照

	0	1	2	3
					SU	ON	ON	OFF	OFF
SMU	ON	ON	ON	OFF
					SMM	ON	OFF	ON	ON
SML	OFF	ON	ON	ON
					SL	OFF	ON	OFF	ON

(其中：开关器件闭合时的状态为ON，反之为OFF。)

单一桥臂开关器件工作状态的约束条件如下：

S_u＝S_i·S_j＝1(j＝i+1,i∈[1,3]) (1)

S_L＝S_i1·S_j1＝1(j₁＝i₁+1,i₁＝i+1,或i₁＝i+3，i₁≤4，j≤5) (2)

其中：i、j、i₁、j₁分别代表了开关器件在同一桥臂中所处的位置，如：i＝1，表示任意桥臂最上方的开关器件；i＝3，代表任意桥臂从最上方开始向下的第3个开关器件；当开关器件ON状态时取1，反之取0。

三电平钳位式三桥臂15开关变换器的电压矢量分布和传统单输出三电平逆变器电压矢量对比见表2所示。

表2电压矢量分布对照表

三电平钳位式三桥臂15开关变换器的电压矢量分布图如图4所示，其中图(a)为单个负载电压空间矢量分布，图(b)为双负载下电压矢量分布。

Claims (1)

1.一种三电平钳位式三桥臂15开关变换器拓扑结构,包括直流电源和两个串联电容,两个电容中点接于0电 位参考点,其特征在于：还包括由三个桥臂组成的三电平钳位式三桥臂逆变桥,其中每个桥臂均由五个具有反并联二极管的开关器件和两个钳位二极管组成；在一个桥臂中，五个开关器件为串联关系，两个钳位二极管中的第1个钳位二极管的阳极接于0电 位参考点，第1个钳位二极管的阴极接于第1个开关器件和第2个开关器件之间，第2个钳位二极管的阳极接于第4个开关器件和第5个开关器件之间，第2个钳位二极管的阴极接于0电 位参考点；上交流端负载1的三个连接端分别连接到第一个桥臂第2个开关器件和第3个开关器件的连接点A1、第二个桥臂第2个开关器件和第3个开关器件的连接点B1、第三个桥臂第2个开关器件和第3个开关器件的连接点C1，下交流端负载2的三个连接端分别连接到第一个桥臂第3个开关器件和第4个开关器件的连接点A2、第二个桥臂第3个开关器件和第4个开关器件的连接点B2、第三个桥臂第3个开关器件和第4个开关器件的连接点C2。