CN107302307A - 一种降压型多电平功率变换电路及逆变器 - Google Patents

一种降压型多电平功率变换电路及逆变器 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种降压型多电平功率变换电路，包括：全控型开关和开关电容网络；其中，全控型开关第一端与直流电源正极连接，全控型开关第二端与开关电容网络第一端连接，开关电容网络第二端与直流电源负极连接，并且，开关电容网络通过控制开关电容网络中N个电容的串联与并联，使得直流电源电压降压得到不同的输出电压，N≥2。在本发明中，通过引入开关电容网络，来得到不同的输出电压，本发明设计的多电平变换电路不需要对电容电压外加电压均衡电路，也不需要多个直流电源，有效的降低了电路设计的复杂度，提高了电路运行的可靠性。相应的，本发明还公开了一种逆变器和一种新能源发电***。

Description

一种降压型多电平功率变换电路及逆变器
技术领域
本发明涉及电力电子功率变换器技术领域，特别涉及一种降压型多电平功率变换电路及逆变器。
背景技术
多电平功率变换技术可以使耐压值较低的全控型电力电子器件可靠地应用于高压大功率领域，并有效减少PWM控制产生的高次谐波，目前，多电平功率变换技术已经广泛应用于各种电力***、电机调速等需要电能变换的领域。在现代科技当中，以电池和超级电容为代表的分布式储能技术越来越受到世界各国的高度重视，而这些新能源和新技术的发展和应用高度依赖于电力电子技术当中的逆变电路的高速运行。
由于多电平逆变电路具有输出电压谐波含量少，器件电压应力低、电磁干扰少和效率高等优点，而被广泛应用在各类电气设备当中。典型的多电平逆变电路包括二极管钳位型、电容钳位型和H桥级联型。其中二极管钳位型电路需要保证直流侧电容均压，其控制过程极其困难，而电容钳位型多电平逆变电路都存在电容电压需要外加电压均衡电路的问题，而级联型多电平逆变电路，以普通的单相全桥(H桥)逆变电路为基本单元，将若干个单元直接串联，串联数越多，输出电平也就越多，但是这些多电平功率变换电路的拓扑结构和控制方法较为复杂，这些都无疑都增加了***复杂度和降低了可靠性。因此，如何设计出电路结构简单和高可靠性的多电平逆变电路是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种降压型多电平功率变换电路，降低变换电路的***复杂度和提高电路运行的可靠性。其具体方案如下：
一种降压型多电平功率变换电路，包括：
全控型开关和开关电容网络；
其中，所述全控型开关第一端与直流电源正极连接，所述全控型开关第二端与所述开关电容网络第一端连接，所述开关电容网络第二端与直流电源负极连接，并且，所述开关电容网络通过控制所述开关电容网络中N个电容的串联与并联，使得直流电源电压降压得到不同的输出电压，N≥2。
优选的，所述开关电容网络包括N-1个开关电容单元和一个第二电容；
其中，每一个开关电容单元包括第一电容、第一开关、第二开关和第三开关，且每一个开关电容单元中的第二开关第二端与第三开关第一端连接，第三开关第二端与第一开关第一端连接，第二开关第一端与第一电容正极连接，第一电容负极与第一开关第一端连接；
第i个开关电容单元中的第一电容正极与第i-1个开关电容单元中的第二开关第二端连接，第N-1个开关电容单元中的第二开关第二端与所述第二电容正极连接，1＜i＜N；
第1个开关电容单元中的第二开关第一端为所述开关电容网络第一端，第i个开关电容单元中的第一开关第二端和所述第二电容负极共同构成所述开关电容网络第二端。
优选的，每一个开关电容单元中的第一开关和/或第二开关和/或第三开关为二极管/绝缘栅双极晶体管；
其中，二极管负极/绝缘栅双极晶体管集电极为第一开关第一端/第二开关第一端/第三开关第一端，二极管正极/绝缘栅双极晶体管发射极为第一开关第二端/第二开关第二端/第三开关第二端。
优选的，所述开关电容网络包括N-1个开关电容单元和一个第二电容；
其中，所述开关电容单元包括第一电容、第一开关、第二开关和第三开关，每一个开关电容单元中的第二开关第二端与第三开关第一端连接，第三开关第二端与第一开关第一端连接，第二开关第一端与所述全控型开关第二端连接；
第一个开关电容单元中的第一电容正极与第二开关第一端连接，第一电容负极与第一开关第一端连接；第i个开关电容单元中的第一电容正极与第i-1个开关电容单元中的第二开关第二端连接，第N-1个开关电容单元中的第二开关第二端与所述第二电容正极连接，1＜i＜N；
每一个开关电容单元中的第二开关第一端共同构成所述开关电容网络第一端，每一个开关电容单元中的第一开关第二端和所述第二电容负极共同构成所述开关电容网络第二端。
优选的，每一个开关电容单元中的第一开关和/或第二开关和/或第三开关为二极管/绝缘栅双极晶体管；
其中，二极管负极/绝缘栅双极晶体管集电极为第一开关第一端/第二开关第一端/第三开关第一端，二极管正极/绝缘栅双极晶体管发射极为第一开关第二端/第二开关第二端/第三开关第二端。
优选的，所述全控型开关为绝缘栅双极晶体管；
其中，所述绝缘栅晶体管集电极为所述全控型开关第一端，所述绝缘晶体管发射极为所述全控型开关第二端。
优选的，还包括：逆变电路；
其中，直流电源正极与所述全控型开关第一端连接，所述全控性开关第二端分别与所述开关电容网络连接第一端和所述逆变电路第一端连接，所述开关电容网络第二端和所述逆变电路第二端分别与直流电源负极连接。
优选的，所述逆变电路为全桥电路；
其中，所述全桥电路包括第一半桥和第二半桥，所述第一半桥正端和所述第二半桥正端共同构成所述逆变电路第一端，所述第一半桥负端和所述第二半桥负端共同构成所述逆变电路第二端。
相应的，本发明还公开了一种逆变器，包括前述公开的降压型多电平功率变换电路。
相应的，本发明还公开了一种新能源发电***，包括前述公开的逆变器。
本发明中，一种降压型多电平功率变换电路，包括：全控型开关和开关电容网络；其中，全控型开关第一端与直流电源正极连接，全控型开关第二端与开关电容网络第一端连接，开关电容网络第二端与直流电源负极连接，并且，开关电容网络通过控制开关电容网络中N个电容的串联与并联，使得直流电源电压降压得到不同的输出电压，N≥2。
在本发明中，通过在电路中引入开关电容网络，当全控型开关导通时，开关电容网络中的N个电容开始充电，直至开关电容网络中的电容充电至直流电源的电压，当全控型开关关断时，开关电容网络中的电容开始放电，此时再通过控制开关电容网络中N个电容的导通与关断，得到需要的输出电压，在本发明中的电路中，不需要对电容电压外加电压均衡电路，也不需要多个直流电源，有效的降低了电路设计的复杂度，提高了电路运行的可靠性。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一公开的一种降压型多电平功率变换电路；
图2为本发明实施例二公开的一种降压型多电平功率变换电路输出电平数为2时的结构示意图；
图3为本发明实施例二公开的一种降压型多电平功率变换电路输出电平数为2的工作模态示意图；
图4为本发明实施例二公开的另一种降压型多电平功率变换电路输出电平数为2的工作模态示意图；
图5为本发明实施例二公开的降压型多电平功率变换电路输出电平数为2时的一个具体的电路图；
图6为本发明实施例二公开的降压型多电平功率变换电路输出电平数为2时的另一个具体的电路图；
图7为本发明实施例二公开的降压型多电平功率变换电路输出电平数为2时的另一个具体的电路图；
图8为本发明实施例二公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种结构示意图；
图9为本发明实施例二公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种工作模态示意图；
图10为本发明实施例二公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种工作模态示意图；
图11为本发明实施例二公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种工作模态示意图；
图12为本发明实施例二公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种具体电路示意图；
图13为本发明实施例二公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的另一种具体电路示意图；
图14为本发明实施例三公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种结构示意图；
图15为本发明实施例三公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种工作模态示意图；
图16为本发明实施例三公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种工作模态示意图；
图17为本发明实施例三公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种工作模态示意图；
图18为本发明实施例三公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的一种具体电路示意图；
图19为本发明实施例三公开的一种多电平功率变换输出电平数为N时的另一种具体电路示意图；
图20为本发明实施例四公开的一种降压型多电平功率变换电路包含逆变电路的电路示意图；
图21为本发明实施例四公开的一种降压型多电平功率变换电路的一种具体电路图；
图22为本发明实施例四公开的一种降压型多电平功率变换电路的仿真电路图；
图23为本发明实施例四公开的一种降压型多电平功率变换电路的仿真结果示意图。
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做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。
本发明实施例一公开了一种降压型多电平功率变换电路，参见图1所示。
一种降压型多电平功率变换电路，包括：全控型开关和开关电容网络；其中，全控型开关第一端与直流电源正极连接，全控型开关第二端与开关电容网络第一端连接，开关电容网络第二端与直流电源负极连接，并且，开关电容网络通过控制开关电容网络中N个电容的串联与并联，使得直流电源电压降压得到不同的输出电压，N≥2。
在本实施例中，当全控型开关导通时，开关电容网络中的N个电容开始充电，直至开关电容网络中的电容电压充电至直流电源的电压，当全控型开关关断时，开关电容网络中的电容开始放电，可以理解的是，通过控制开关电容网络中N个电容的开关，可以使得开关电容网络中的N个电容有不同的连接方式，也即不同的串并联方法，由此可以得到不同的电压输出。需要说明的是，本实施例中的全控型开关包括但不限于绝缘栅双极晶体管，还可以是其它的全控型开关器件，此处不作限定。当然对开关电容网络中的电容的开关元器件也不进行限定。
相比于现有技术中的二极管钳位型电路需要保证直流侧电容均压、电容钳位型多电平电路需要外加电压均衡电路，而H桥级联型多电平逆变电路需要多个独立的直流电源；而在本发明的电路中，通过在电路中引入开关电容网络，当全控型开关导通时，开关电容网络中的N个电容开始充电，直至开关电容网络中的电容充电至直流电源的电压，当全控型开关关断时，开关电容网络中的电容开始放电，此时再通过控制开关电容网络中N个电容的导通与关断，得到需要的输出电压，在本发明中的电路中，不需要对电容电压外加电压均衡电路，也不需要多个直流电源，有效的降低了电路设计的复杂度，提高了电路运行的可靠性。
本发明实施例二公开了一种具体的降压型多电平功率变换电路，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
为了对本发明的发明原理，有更清楚的阐述，首先参见图2，一种降压型多电平功率变换电路输出电平数为2时的结构示意图；
当多电平功率变换电路中的开关电容网络N等于2时，开关电容网络12包括第一电容C1、第二电容C2、第一开关、第二开关和第三开关；此时，直流电源正极与全控型开关11第一端连接，全控型开关11第二端与第二开关第一端连接，第二开关第二端与第三开关第一端连接，第三开关第二端与第一开关第一端连接，第一开关第二端与直流电源负极连接，第一电容C1正极与第二开关第一端连接，第一电容C1负极与第一开关第一端连接，第二电容C2正极与第三开关第一端连接，第二电容C2负极与第一开关第二端连接，电压表正极与第二开关第一端连接，电压表负极与第二电容负极连接，其中，电压表为测量多电平直流电的电压表。
参见图3所示，当全控型开关11导通时，开关电容网络开始充电，当第一开关和第二开关同时关断，第三开关导通时，第一电容C1和第二电容C2通过第三开关串联，直至第一电容C1和第二电容C2的电压被充至输入直流电源电压的一半，也即0.5V。
参见图4所示，当全控型开关11关断时，开关电容网络开始放电，当第一开关和第二开关导通，第三开关关断时，第一电容C1和第二电容C2通过第一开关和第二开关并联，此时电压表会显示多电平功率变换电路会输出第一电容C1和第二电容器C2并联后的电容组合的电压，即输出输入直流电源电压的一半，也即0.5V。
具体的，开关电容网络中的第一开关、第二开关和第三开关包括但不限于是二极管或者是绝缘栅双极晶体管；参见图5、图6、图7是三种两电平功率变换电路的三个具体电路图。
如图5所示，当两电平功率转变电路中的第一开关为二极管D1、第二开关为二极管D2和第三开关为二极管D3，全控型开关11为绝缘栅双极晶体管IGBT时，直流电源正极与绝缘栅双极晶体管集电极连接，绝缘栅双极晶体管发射极与第二开关D2负极连接，第二开关D2正极与第三开关D3负极连接，第三开关D3正极与第一开关D1负极连接，第一开关D1正极与直流电源负极连接，第一电容C1正极与第二开关D2负极连接，第一电容C1负极与第一开关D1负极连接，第二电容C2正极与第三开关负极连接，第二电容C2负极与第一开关D1正极连接，具体工作过程，如前所述，在此不再赘述。
如图6所示，当两电平功率转变电路中的第一开关为二极管D1、第二开关为二极管D2、第三开关为绝缘栅双极晶体管T3，全控型开关11为绝缘栅双极晶体管IGBT时，直流电源正极与绝缘栅双极晶体管IGBT集电极连接，绝缘栅双极晶体管IGBT发射极与第二开关D2负极连接，第二开关D2正极与第三开关绝缘栅双极晶体管T3集电极连接，第三开关绝缘栅双极晶体管T3发射极与第一开关D1负极连接，第一开关D1正极与直流电源负极连接，第一电容C1正极与第二开关D2负极连接，第一电容C1负极与第一开关D1负极连接，第二电容C2正极与第三开关绝缘栅双极晶体管T3集电极连接，第二电容C2负极与第一开关D1正极连接，具体工作过程，如前所述，在此不再赘述。
如图7所示，当两电平功率转变电路中的第一开关为绝缘栅双极晶体管T1、第二开关为绝缘栅双极晶体管T2、第三开关为绝缘栅双极晶体管T3，全控型开关11为绝缘栅双极晶体管IGBT时，直流电源正极与绝缘栅双极晶体管IGBT集电极连接，绝缘栅双极晶体管IGBT发射极与第二开关绝缘栅双极晶体管T2集电极连接，第二开关绝缘栅双极晶体管T2发射极与第三开关绝缘栅双极晶体管T3集电极连接，第三开关绝缘栅双极晶体管T3发射极与第一开关绝缘栅双极晶体管T1集电极连接，第一开关绝缘栅双极晶体管T1发射极与直流电源负极连接，第一电容C1正极与第二开关绝缘栅双极晶体管T2集电极连接，第一电容C1负极与第一开关绝缘栅双极晶体管T1集电极连接，第二电容C2正极与第三开关绝缘栅双极晶体管T3集电极连接，第二电容C2负极与第一开关绝缘栅双极晶体管T1发射极连接，具体工作过程，如前所述，在此不再赘述。
如图8所示，当开关电容网络中含有N个电容时，开关电容网络包括N-1个开关电容单元和一个第二电容；
其中，每一个开关电容单元包括第一电容、第一开关、第二开关和第三开关，且每一个开关电容单元中的第二开关第二端与第三开关第一端连接，第三开关第二端与第一开关第一端连接，第二开关第一端与第一电容正极连接，第一电容负极与第一开关第一端连接；
第i个开关电容单元中的第一电容正极与第i-1个开关电容单元中的第二开关第二端连接，第N-1个开关电容单元中的第二开关第二端与第二电容正极连接，1＜i＜N；
第1个开关电容单元中的第二开关第一端为开关电容网络第一端，第i个开关电容单元中的第一开关第二端和第二电容负极共同构成开关电容网络第二端。
之后，全控型开关第一端与直流电源正极连接，全控性开关第二端与开关电容网络第一端连接，开关电容网络第二端与直流电源负极连接，具体参见图8。
如图9所示，当图8中的全控型开关11导通时，开关电容网络中的每一个开关电容单元的第一开关和第二开关都关断，而第三开关导通，则开关电容网络中的所有第一电容C1串联，再与第二电容C2串联，此时开关电容网络中的每个电容器的充电电压为此时的多电平降压型电路输出的电压值为V。
如图10所示，当图8中的全控型开关11关断时，开关电容网络中的第1至第i-1个开关电容单元中的第一开关和第二开关关断，而第三开关导通；第i至第N-1个开关电容中的第一开关和第二开关导通，而第三开关关断；则开关电容网络中的第i至第N-1个开关电容单元中的所有第一电容C1并联，再与第二电容C2并联，形成一个并联的电容组；开关电容网络中的第1个开关电容单元至第i-1个开关电容中的所有第一电容C1串联，再与并联的电容组串联，最后形成一个串联的电容组，此时的多电平电路输出值为
如图11所示，当图8中的全控型开关11关断时，开关电容网络中的所有开关电容单元中的第一开关和第二开关都导通，而第三开关关断；则开关电容网络中的所有开关电容单元的第一电容C1并联，再与第二电容C2并联，形成并联电容组；则此时的多电平降压电路输出的电压值为
由此可见，通过上述方法，可以通过控制开关电容网络中N个电容的连接关系，得到N种不同的输出电压，也即达到输出多电平的目的。
具体的，在本实施例中的每一个开关电容单元中的第一开关和/或第二开关和/或第三开关为二极管/绝缘栅双极晶体管；
其中，二极管负极/绝缘栅双极晶体管集电极为第一开关第一端/第二开关第一端/第三开关第一端，二极管正极/绝缘栅双极晶体管发射极为第一开关第二端/第二开关第二端/第三开关第二端。
图12是本实施例中的第一开关、第二开关和第三开关分别为绝缘栅双极晶体管的一种具体电路图；图13是本实施例中的第一开关和第二开关为二极管、第三开关为绝缘栅双极晶体管的情况下的一种具体电路图，其工作原理如上所述，在此不作赘述。当然第一开关、第二开关和第三开关还可以是其它的元器件，一切以达到实际应用为目的，此处不作限定。
本发明实施例三公开了一种具体的降压型多电平功率变换电路，参见图14，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
当开关电容网络包括N-1个开关电容单元和一个第二电容；
其中，开关电容单元包括第一电容、第一开关、第二开关和第三开关，每一个开关电容单元中的第二开关第二端与第三开关第一端连接，第三开关第二端与第一开关第一端连接，第二开关第一端与全控型开关第二端连接；
第一个开关电容单元中的第一电容正极与第二开关第一端连接，第一电容负极与第一开关第一端连接；第i个开关电容单元中的第一电容正极与第i-1个开关电容单元中的第二开关第二端连接，第N-1个开关电容单元中的第二开关第二端与第二电容正极连接，1≤i≤N；
每一个开关电容单元中的第二开关第一端共同构成开关电容网络第一端，每一个开关电容单元中的第一开关第二端和第二电容负极共同构成开关电容网络第二端。
之后，全控型开关第一端与直流电源正极连接，全控型开关第二端与开关电容网络第一端连接，开关电容网络第二端与直流电源负极连接，具体可参见图14。
参考图15，当图14中的全控型开关11导通时，开关电容网络中的每一个开关电容单元中的第一开关和第二开关都关断，而第三开关导通；则开关电容网络中的每一个开关电容单元的第一电容C1串联，再与第二电容C2串联，形成一个串联的电容组，此时开关电容网络中的每一个电容器被充电至直流电源电压的此时的多电平降压型电路输出的电压值为V。
参考图16，当图14中的全控型开关11关断时，开关电容网络中的第1个开关电容单元至第i-1个开关电容单元中的第一开关和第二开关关断，而第三开关导通；第i个开关电容单元中的第二开关和第三开关关断，而第一开关导通；第i+1个开关电容单元至第N-1个开关电容单元中的第一开关、第二开关和第三开关全部关断；此时，开关电容网络中的第1个开关电容单元至第i-1个开关电容单元中的所有第一电容C1串联，再与第i个开关电容单元中的第一电容C1串联，形成一个串联的电容组，此时的多电平降压型电路输出的电压值为
参考图17，当图14中的全控型开关11关断时，开关电容网络中的所有开关电容单元中的第一开关和第二开关导通，而第三开关关断；开关电容网络中的所有开关电容单元中的第一电容C1并联，再与第二电容C2并联，最后形成一个并联的电容组，此时的多电平降压型电路输出的电压值为的
由此可见，通过上述方法，可以通过控制开关电容网络中N个电容的连接关系，得到N种不同的输出电压，也即达到输出多电平的目的。
具体的，在本实施例中的每一个开关电容单元中的第一开关和/或第二开关和/或第三开关为二极管/绝缘栅双极晶体管；
其中，二极管负极/绝缘栅双极晶体管集电极为第一开关第一端/第二开关第一端/第三开关第一端，二极管正极/绝缘栅双极晶体管发射极为第一开关第二端/第二开关第二端/第三开关第二端。
图18是本实施例中的第一开关、第二开关和第三开关分别为绝缘栅双极晶体管的一种具体电路图；图19是本实施例中的第一开关和第二开关为二极管、第三开关为绝缘栅双极晶体管的情况下的一种具体电路图，其工作原理如上所述，在此不作赘述。当然第一开关、第二开关和第三开关还可以是其他的元器件，一切以达到实际应用为目的，此处不作限定。
本发明实施例四公开了一种具体的降压型多电平功率变换电路，参见图20，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
一种降压型多电平功率变换电路10，还包括逆变电路13；
其中，直流电源正极与全控型开关第一端连接，全控型开关第二端分别与开关电容网络第一端和逆变电路第一端连接，开关电容网络第二端和逆变电路第二端分别与直流电源负极连接。
具体的，在本实施例中逆变电路为全桥电路；
其中，全桥电路包括第一半桥和第二半桥，第一半桥正端和第二半桥正端共同构成逆变电路第一端，第一半桥负端和第二半桥负端共同构成逆变电路第二端。
参见图21所示，当电容开关网络12中的N＝2时，此时包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3，全控型开关11为绝缘栅双极晶体管IGBT，逆变电路13为全桥电路时的一种降压型多电平功率变换电路图，需要说明的是，逆变电路的形式包括但不限于全桥电路，还可以有其他的逆变电路，此处不作限定。
具体的，逆变电路13包括第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管、第三绝缘栅双极晶体管、第四绝缘栅双极晶体管和负载；
其中，第一绝缘栅双极晶体管集电极与第三绝缘栅双极晶体管集电极连接，第三绝缘栅双极晶体管发射极与第四绝缘栅双极晶体管集电极连接，第四绝缘栅双极晶体管发射极与第二绝缘栅双极晶体管发射极连接，第二绝缘栅双极晶体管集电极与第一绝缘栅双极晶体管发射极连接，负载两端分别与第一绝缘栅双极晶体管发射极和第三绝缘栅双极晶体管发射极连接，第一绝缘栅双极晶体管集电极与第三绝缘栅双极晶体管集电极共同构成逆变电路第一端，第四绝缘栅双极晶体管发射极与第二绝缘栅双极晶体管发射极共同构成逆变电路第二端。
下面就其连接方式，进行具体阐述：
直流电源正极与全控型开关11第一端连接，全控型开关11第二端分别与开关电容网络12第一端和逆变电路13第一端连接，开关电容网络12第二端和逆变电路13第二端分别与直流电源负极连接。
下面给出图21中的多电平变换电路的仿真图，参见图22，其仿真参数具体为：输入直流电源电压为100V，第一电容C1和第二电容C2的值均为1000μF，负载电阻为100Ω；全控型开关11的开关频率为100Hz且导通时间为180°～270°之间；逆变电路13中四个绝缘栅双极晶体管的开关频率为50Hz，第一绝缘栅双极晶体管导通时间为0°～180°之间，第二绝缘栅双极晶体管导通时间为180°～360°之间，第三绝缘栅双极晶体管导通时间为225°～360°之间，第四绝缘栅双极晶体管导通时间为45°～180°之间，可参见图22所示；图中U1和U2分别为测量多电平直流电和多电平交流电的电压表。
图23为仿真结果，由图中结果显示，当输入直流电压通过开关电容网络时，电压表U1会输出100V和50V两种电平的直流电，并且会通过全桥逆变电路时，电压表U2会输出100V、50V、-100V、-50V和0V五种电平的交流电，其频率为50Hz。由图23可知，本发明中的电路图可输出符合实际需要的电压值。
相应的，本发明还公开了一种逆变器，包括前述公开的降压型多电平功率变换电路。
逆变器的应用非常广泛，在常见的交流电源供电设备、直流源太阳能电池板和电池中，都会见到逆变器，如果在逆变器中利用本发明提供的降压型多电平功率变换电路，将会提高逆变器的实用性能。
相应的，本发明还公开了一种新能源发电***，包括前述公开的逆变器。
随着人们环保意识的加强，新能源发电技术日益受到重视，为了提高发电***中的发电效率，可以采用本发明公开的逆变器来提高发电***中的发电效率。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种降压型多电平功率变化电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种降压型多电平功率变换电路，其特征在于，包括：
全控型开关和开关电容网络；
其中，所述全控型开关第一端与直流电源正极连接，所述全控型开关第二端与所述开关电容网络第一端连接，所述开关电容网络第二端与直流电源负极连接，并且，所述开关电容网络通过控制所述开关电容网络中N个电容的串联与并联，使得直流电源电压降压得到不同的输出电压，N≥2。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电容网络包括N-1个开关电容单元和一个第二电容；
其中，每一个开关电容单元包括第一电容、第一开关、第二开关和第三开关，且每一个开关电容单元中的第二开关第二端与第三开关第一端连接，第三开关第二端与第一开关第一端连接，第二开关第一端与第一电容正极连接，第一电容负极与第一开关第一端连接；
第i个开关电容单元中的第一电容正极与第i-1个开关电容单元中的第二开关第二端连接，第N-1个开关电容单元中的第二开关第二端与所述第二电容正极连接，1＜i＜N；
第1个开关电容单元中的第二开关第一端为所述开关电容网络第一端，第i个开关电容单元中的第一开关第二端和所述第二电容负极共同构成所述开关电容网络第二端。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，每一个开关电容单元中的第一开关和/或第二开关和/或第三开关为二极管/绝缘栅双极晶体管；
其中，二极管负极/绝缘栅双极晶体管集电极为第一开关第一端/第二开关第一端/第三开关第一端，二极管正极/绝缘栅双极晶体管发射极为第一开关第二端/第二开关第二端/第三开关第二端。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电容网络包括N-1个开关电容单元和一个第二电容；
其中，所述开关电容单元包括第一电容、第一开关、第二开关和第三开关，每一个开关电容单元中的第二开关第二端与第三开关第一端连接，第三开关第二端与第一开关第一端连接，第二开关第一端与所述全控型开关第二端连接；
第一个开关电容单元中的第一电容正极与第二开关第一端连接，第一电容负极与第一开关第一端连接；第i个开关电容单元中的第一电容正极与第i-1个开关电容单元中的第二开关第二端连接，第N-1个开关电容单元中的第二开关第二端与所述第二电容正极连接，1＜i＜N；
每一个开关电容单元中的第二开关第一端共同构成所述开关电容网络第一端，每一个开关电容单元中的第一开关第二端和所述第二电容负极共同构成所述开关电容网络第二端。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，每一个开关电容单元中的第一开关和/或第二开关和/或第三开关为二极管/绝缘栅双极晶体管；
其中，二极管负极/绝缘栅双极晶体管集电极为第一开关第一端/第二开关第一端/第三开关第一端，二极管正极/绝缘栅双极晶体管发射极为第一开关第二端/第二开关第二端/第三开关第二端。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述全控型开关为绝缘栅双极晶体管；
其中，所述绝缘栅晶体管集电极为所述全控型开关第一端，所述绝缘晶体管发射极为所述全控型开关第二端。
7.根据权利要求1至6任一项所述的电路，其特征在于，还包括：逆变电路；
其中，直流电源正极与所述全控型开关第一端连接，所述全控性开关第二端分别与所述开关电容网络连接第一端和所述逆变电路第一端连接，所述开关电容网络第二端和所述逆变电路第二端分别与直流电源负极连接。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述逆变电路为全桥电路；
其中，所述全桥电路包括第一半桥和第二半桥，所述第一半桥正端和所述第二半桥正端共同构成所述逆变电路第一端，所述第一半桥负端和所述第二半桥负端共同构成所述逆变电路第二端。
9.一种逆变器，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的降压型多电平功率变换电路。
10.一种新能源发电***，其特征在于，包括权利要求9所述的逆变器。
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