CN108418456B - 一种双逆变输出四电平变换器电路的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双逆变输出四电平变换器电路，包括：开关管VT1‑VT21，电容C22，电容C23，电容C24，本发明创造的电路拓扑结构简单，相对于现有技术，降低了开关管的总体数量，从而降低了整体的生产成本低。本发明创造可用于电能转换技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及电能转换技术领域，特别涉及一种双逆变输出四电平变换器电路的控制方法。
背景技术
随着能源短缺和环境恶化等问题的不断加剧，节能减排已迫在眉睫。高效的电力电子变换器是实现节能减排的重要手段，现有多电平变换器存在开关数目较多，生产成本高，体积庞大等缺点。对于双逆变四电平输出的电路拓扑来说，现有技术大多需要32个或者更多的开关管，从而使得双逆变四电平输出的电路拓扑体积庞大，生产成本高。因此，有待提出新的拓扑来解决当前所面临的问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种结构简单的四电平变换器电路拓扑。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种双逆变输出四电平变换器电路的控制方法，包括：开关管VT1-VT21，电容C22，电容C23，电容C24，电容C22的一端分别与开关管VT13、VT14、VT15的集电极连接，电容C22的另一端分别与电容C23的一端，开关管VT1、VT3、VT5的集电极连接，开关管VT1的发射极与开关管VT2的发射极连接，开关管VT2的集电极分别与开关管VT13的发射极，开关管VT16的集电极连接，开关管VT16发射极分别与开关管VT8、VT19的集电极连接，开关管VT8的发射极与开关管VT7的发射极连接，开关管VT7的集电极分别与电容C23的另一端，开关管VT9、VT11的集电极，电容C24的一端连接，开关管VT3的发射极与开关管VT4的发射极连接，开关管VT4的集电极分别与开关管VT14的发射极，开关管VT17的集电极连接，开关管VT17的发射极分别与开关管VT10、VT20的集电极连接，开关管VT10的发射极与开关管VT9的发射极连接，开关管VT5的发射极与开关管VT6的发射极连接，开关管VT6的集电极分别与开关管VT15的发射极，开关管VT18的集电极连接，开关管VT18的发射极分别与开关管VT12、VT21的集电极连接，开关管VT12的发射极与开关管VT11的发射极连接，开关管VT19、VT20、VT21的发射极均与电容C24的另一端连接。
进一步，开关管VT1-VT21均并接二极管，其中，二极管的阴极与开关管VT1-VT21的集电极连接，二极管的阳极与开关管VT1-VT21的发射极连接。
本发明的有益效果是：本发明创造的电路拓扑结构简单，相对于现有技术，降低了开关管的总体数量，从而降低了整体的生产成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1为本发明创造的双逆变输出四电平变换器电路拓扑；
图2为输出端A输出电平为0V时的电路拓扑；
图3为输出端A输出电平为时的电路拓扑；
图4为输出端A输出电平为时的电路拓扑；
图5为输出端A输出电平为时的电路拓扑；
图6为输出端U输出电平为0V时的电路拓扑；
图7为输出端U输出电平为时的电路拓扑；
图8为输出端U输出电平为时的电路拓扑；
图9为输出端U输出电平为时的电路拓扑。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参考图1，一种双逆变输出四电平变换器电路的控制方法，包括：开关管VT1-VT21，电容C22，电容C23，电容C24，电容C22的一端分别与开关管VT13、VT14、VT15的集电极连接，电容C22的另一端分别与电容C23的一端，开关管VT1、VT3、VT5的集电极连接，开关管VT1的发射极与开关管VT2的发射极连接，开关管VT2的集电极分别与开关管VT13的发射极，开关管VT16的集电极连接，开关管VT16发射极分别与开关管VT8、VT19的集电极连接，开关管VT8的发射极与开关管VT7的发射极连接，开关管VT7的集电极分别与电容C23的另一端，开关管VT9、VT11的集电极，电容C24的一端连接，开关管VT3的发射极与开关管VT4的发射极连接，开关管VT4的集电极分别与开关管VT14的发射极，开关管VT17的集电极连接，开关管VT17的发射极分别与开关管VT10、VT20的集电极连接，开关管VT10的发射极与开关管VT9的发射极连接，开关管VT5的发射极与开关管VT6的发射极连接，开关管VT6的集电极分别与开关管VT15的发射极，开关管VT18的集电极连接，开关管VT18的发射极分别与开关管VT12、VT21的集电极连接，开关管VT12的发射极与开关管VT11的发射极连接，开关管VT19、VT20、VT21的发射极均与电容C24的另一端连接。
作为优化，开关管VT1-VT21均并接二极管，其中，二极管的阴极与开关管VT1-VT21的集电极连接，二极管的阳极与开关管VT1-VT21的发射极连接。
当该电路工作时，所述电容C22的一端连接电源的正极，所述电容C24的另一端连接电源的负极，电源的输入电压为。
从所述开关管VT13的发射极、开关管VT2的集电极、开关管VT16的集电极的汇集点引出节点，该节点作为第一逆变器的输出端A，从所述开关管VT14的发射极、开关管VT4的集电极、开关管VT17的集电极的汇集点引出节点，该节点作为第一逆变器的输出端B，从所述开关管VT15的发射极、开关管VT6的集电极、开关管VT18的集电极的汇集点引出节点，该节点作为第一逆变器的输出端C；从所述开关管VT16的发射极、开关管VT8的集电极、开关管VT19的集电极的汇集点引出节点，该节点作为第二逆变器的输出端U；从所述开关管VT17的发射极、开关管VT10的集电极、开关管VT20的集电极的汇集点引出节点，该节点作为第二逆变器的输出端V；从所述开关管VT18的发射极、开关管VT12的集电极、开关管VT21的集电极的汇集点引出节点，该节点作为第二逆变器的输出端W。
对于第一逆变器，输出端A为例，其输出电平如图2至图5所示。
由图2所示，开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT17、VT18、VT20、VT22截止，开关管VT16、VT19导通，输出端A点电压由开关管VT16，开关管VT19钳位于电源的负极（地），即输出端A点电压输出0V。
由图3所示，开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT7、VT8、VT16导通，电容C22，电容C23，电容C24对输入电压进行分压，每个电容的电压为/>，此时，输出端A的电压为电容C24上的电压，即输出端输出电压为/>。
由图4所示，开关管VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT1、VT2导通，电容C24，电容C23经开关管VT1，开关管VT2与输出端A相连，电容C22，电容C23，电容C24对输入电压进行分压，每个电容的电压为/>，此时，输出端A的电压为电容C23，电容C24电压之和，即输出端A的输出电压为/>。
由图5所示，开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT13导通，输入电压经开关管VT13与输出端A相连，即此时输出端A的输出电压为/>。
对于第一逆变器的输出端B、C，其工作原理与输出端A类似。
其中，输出端B的各输出电压与各开关管之间的关系为：
0V：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT18、VT19、VT21截止，开关管VT17、VT20导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT9、VT10、VT17导通；
：开关管VT1、VT2、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT3、VT4导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT14导通。
输出端C的输出电压与各开关管之间的关系为：
0V：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT19、VT20截止，开关管VT18、VT21导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT11、VT12、VT18导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT5、VT6导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT15导通。
对于第二逆变器，输出端U为例，其输出电平如图6至图9所示。
由图6所示，开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT20、VT22截止，开关管VT19导通，输出端U点电压由开关管VT19钳位于电源的负极（地），即输出端U点电压输出0V。
由图7所示，开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT7、VT8导通，电容C22，电容C23，电容C24对输入电压进行分压，每个电容的电压为/>，此时，输出端U的电压为电容C24上的电压，即输出端U的输出电压为/>。
由图8所示，开关管VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT1、VT2、VT16导通，电容C24，电容C23经开关管VT1，开关管VT2，开关管VT16与输出端U相连，电容C22，电容C23，电容C24对输入电压进行分压，每个电容的电压为/>，此时，输出端U的电压为电容C23，电容C24电压之和，即输出端U的输出电压为/>。
由图9所示，开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT14、VT15、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT13、VT16导通，输入电压经开关管VT13、VT16与输出端U相连，即此时输出端U的输出电压为/>。
对于第二逆变器的输出端V、W，其工作原理与输出端U类似。
其中，输出端V的各输出电压与各开关管之间的关系为：
0V：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT21截止，开关管VT20导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT9、VT10导通；
：开关管VT1、VT2、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT3、VT4、VT17导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT15、VT16、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT14、VT17导通。
输出端W的输出电压与各开关管之间的关系为：
0V：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20截止，开关管VT21导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT11、VT12导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT5、VT6、VT18导通；
：开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT16、VT17、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT15、VT18导通。
综上，本发明创造的第一、第二逆变器可输出四种电平，分别为：0，，/>，。该发明创造的电路拓扑结构简单，相对于现有技术，降低了开关管的总体数量，从而降低了整体的生产成本低。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (2)
1.一种双逆变输出四电平变换器电路的控制方法，其特征在于，包括：开关管VT1-VT21，电容C22，电容C23，电容C24，电容C22的一端分别与开关管VT13、VT14、VT15的集电极连接，电容C22的另一端分别与电容C23的一端，开关管VT1、VT3、VT5的集电极连接，开关管VT1的发射极与开关管VT2的发射极连接，开关管VT2的集电极分别与开关管VT13的发射极，开关管VT16的集电极连接，开关管VT16发射极分别与开关管VT8、VT19的集电极连接，开关管VT8的发射极与开关管VT7的发射极连接，开关管VT7的集电极分别与电容C23的另一端，开关管VT9、VT11的集电极，电容C24的一端连接，开关管VT3的发射极与开关管VT4的发射极连接，开关管VT4的集电极分别与开关管VT14的发射极，开关管VT17的集电极连接，开关管VT17的发射极分别与开关管VT10、VT20的集电极连接，开关管VT10的发射极与开关管VT9的发射极连接，开关管VT5的发射极与开关管VT6的发射极连接，开关管VT6的集电极分别与开关管VT15的发射极，开关管VT18的集电极连接，开关管VT18的发射极分别与开关管VT12、VT21的集电极连接，开关管VT12的发射极与开关管VT11的发射极连接，开关管VT19、VT20、VT21的发射极均与电容C24的另一端连接；
从所述开关管VT13的发射极、开关管VT2的集电极、开关管VT16的集电极的汇集点引出节点，该节点作为第一逆变器的输出端A：
当开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT17、VT18、VT20、VT22截止，开关管VT16、VT19导通，输出端A点电压由开关管VT16，开关管VT19钳位于电源的负极，即输出端A点电压输出0V；
当开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT7、VT8、VT16导通，电容C22，电容C23，电容C24对输入电压进行分压，每个电容的电压为/>，此时，输出端A的电压为电容C24上的电压，即输出端输出电压为/>；
当开关管VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT1、VT2导通，电容C24，电容C23经开关管VT1，开关管VT2与输出端A相连，电容C22，电容C23，电容C24对输入电压进行分压，每个电容的电压为/>，此时，输出端A的电压为电容C23，电容C24电压之和，即输出端A的输出电压为/>；
当开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT13导通，输入电压经开关管VT13与输出端A相连，即此时输出端A的输出电压为/>；
从所述开关管VT16的发射极、开关管VT8的集电极、开关管VT19的集电极的汇集点引出节点，该节点作为第二逆变器的输出端U；
当开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT20、VT22截止，开关管VT19导通，输出端U点电压由开关管VT19钳位于电源的负极，即输出端U点电压输出0V；
当开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT16、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT7、VT8导通，电容C22，电容C23，电容C24对输入电压进行分压，每个电容的电压为/>，此时，输出端U的电压为电容C24上的电压，即输出端U的输出电压为/>；
当开关管VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT13、VT14、VT15、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT1、VT2、VT16导通，电容C24，电容C23经开关管VT1，开关管VT2，开关管VT16与输出端U相连，电容C22，电容C23，电容C24对输入电压进行分压，每个电容的电压为/>，此时，输出端U的电压为电容C23，电容C24电压之和，即输出端U的输出电压为/>；
当开关管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8、VT9、VT10、VT11、VT12、VT14、VT15、VT17、VT18、VT19、VT20、VT21截止，开关管VT13、VT16导通，输入电压经开关管VT13、VT16与输出端U相连，即此时输出端U的输出电压为/>。
2.根据权利要求1所述的一种双逆变输出四电平变换器电路的控制方法，其特征在于：开关管VT1-VT21均并接二极管，其中，二极管的阴极与开关管VT1-VT21的集电极连接，二极管的阳极与开关管VT1-VT21的发射极连接。
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