CN114337340A - 一种三电平变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三电平变换器，包括：由第一半桥模块、第二半桥模块和第三半桥模块组成的半桥装置、第一电容器和第二电容器；其中：第一电容器与第二电容器串联；由第一半桥模块、第二半桥模块和第三半桥模块组成的半桥装置分别与第一电容器和第二电容器相连。本发明提供的三电平变换器采用三个半桥模块和两组电容器构成，相对于现有的6个开关器件由6个单管模块构成的布局方式，减少了电路连线，降低了杂散电感，抑制了开关瞬态过程中的电压尖峰，进而保护了三电平变换器中的开关器件。

Description

一种三电平变换器

技术领域

本发明涉及变换器技术领域，尤其涉及一种三电平变换器。

背景技术

随着国家对分布电源项目配套政策和标准的完善，在未来相当长的一段时间内，分布式电源尤其是分布式光伏发电将呈现快速发展趋势。随着分布式能源大量接入，我国配电网建设与发展也将受到广泛影响。伴随着全控型功率半导体技术的迅猛发展，给直流电能在输、配电的舞台上带来了新的机会，电力电子变换器能将电力交流和直流互相转换(从交流转换为直流，即整流，直流转换为交流，即逆变，直流转换为直流，即斩波，交流转换为交流，即变频)，将得到大力的研究和应用。

三电平变换器具有开关器件电压等级低、输出的纹波小的特点，已成为中高压变流领域的主流产品，包括目前的微电网、高压直流输电都有应用。但是，如图1和图2所示，现有的三电平变换器的6个开关器件由6个单管模块构成，使得现有的三电平变换器的占地面积大，各模块间的性能一致性较差，容易导致开关器件不均匀。

因此，如何对三电平变换器的模块进行合理的布局，以减少电路连线，降低杂散电感，抑制开关瞬态过程中的电压尖峰，进而保护开关器件，是一项亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三电平变换器，能够对三电平变换器的模块进行合理的布局，以减少电路连线，降低杂散电感，抑制开关瞬态过程中的电压尖峰，进而保护开关器件。

本发明提供了一种三电平变换器，包括：由第一半桥模块、第二半桥模块和第三半桥模块组成的半桥装置、第一电容器和第二电容器；其中：

所述第一电容器与所述第二电容器串联；

所述由第一半桥模块、第二半桥模块和第三半桥模块组成的半桥装置分别与所述第一电容器和所述第二电容器相连。

优选地，所述第一半桥模块的第3引脚与所述第一电容器的第一端相连；

所述第一半桥模块的第4引脚与所述第一电容器的第二端相连；

所述第一半桥模块的第11引脚和第10引脚分别与所述第二半桥模块的第3引脚相连；

所述第二半桥模块的第4引脚与所述第三半桥模块的第11引脚和第10引脚相连；

所述第二半桥模块的第11引脚和第10引脚与输出端相连；

所述第三半桥模块的第3引脚与所述第二电容器的第一端相连；

所述第三半桥模块的第4引脚与所述第二电容器的第二端相连；

所述第一电容器的第一端与正极相连；

所述第一电容器的第二端与所述第二电容器的第一端的串联中点与所述输出端相连；

所述第二电容器的第二端与负极相连。

优选地，所述第一半桥模块包括：第一开关器件和第五开关器件；

所述第二半桥模块包括：第二开关器件和第三开关器件；

所述第三半桥模块包括：第六开关器件和第四开关器件；其中：

所述第一开关器件包括：第一三极管、第一二极管和第一电容；

所述第二开关器件包括：第二三极管、第二二极管和第二电容；

所述第三开关器件包括：第三三极管、第三二极管和第三电容；

所述第四开关器件包括：第四三极管、第四二极管和第四电容；

所述第五开关器件包括：第五三极管、第五二极管和第五电容；

所述第六开关器件包括：第六三极管、第六二极管和第六电容，其中：

所述第一二极管的正极与所述第一三极管的发射极相连；

所述第一二极管的负极与所述第一三极管的集电极相连；

所述第一电容的两端分别与所述第一三极管的集电极和发射极相连；

所述第一三极管的集电极与所述第一电容器的第一端相连；

所述第一三极管的发射极分别与所述第二三极管的集电极和所述第五三极管的集电极相连；

所述第五二极管的正极与所述第五三极管的发射极相连；

所述第五二极管的负极与所述第五三极管的集电极相连；

所述第五电容的两端分别与所述第五三极管的集电极和发射极相连；

所述第五三极管的发射极与所述第六三极管的集电极相连；

所述第五三极管的发射极与所述第六三极管的集电极的串联中点与所述输出端相连；

所述第二二极管的正极与所述第二三极管的发射极相连；

所述第二二极管的负极与所述第二三极管的集电极相连；

所述第二电容的两端分别与所述第二三极管的集电极和发射极相连；

所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的集电极相连；

所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的集电极的串联中点与所述输出端相连；

所述第三二极管的正极与所述第三三极管的发射极相连；

所述第三二极管的负极与所述第三三极管的集电极相连；

所述第三电容的两端分别与所述第三三极管的集电极和发射极相连；

所述第三三极管的发射极与所述第四三极管的集电极相连；

所述第三三极管的发射极与所述第四三极管的集电极的串联中点与所述第六三极管的发射极相连；

所述第六二极管的正极与所述第六三极管的发射极相连；

所述第六二极管的负极与所述第六三极管的集电极相连；

所述第六电容的两端分别与所述第六三极管的集电极和发射极相连；

所述第四二极管的正极与所述第四三极管的发射极相连；

所述第四二极管的负极与所述第四三极管的集电极相连；

所述第四电容的两端分别与所述第四三极管的集电极和发射极相连；

所述第四三极管的发射极与所述第二电容器的第二端相连。

优选地，所述第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件分别为功率器件，所述第五开关器件和第六开关器件为钳位器件。

综上所述，本发明公开了一种三电平变换器，包括：由第一半桥模块、第二半桥模块和第三半桥模块组成的半桥装置、第一电容器和第二电容器；其中：第一电容器与第二电容器串联；第一半桥模块、第二半桥模块和第三半桥模块组成的半桥装置分别与第一电容器和第二电容器相连。本发明提供的三电平变换器采用三个半桥模块和两组电容器构成，相对于现有的6个开关器件由6个单管模块构成的布局方式，减少了电路连线，降低了杂散电感，抑制了开关瞬态过程中的电压尖峰，进而保护了三电平变换器中的开关器件。

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为现有技术公开的一种三电平变换器的电路示意图；

图2为现有技术公开的另一种三电平变换器的电路示意图；

图3为本发明公开的一种三电平变换器实施例1的结构示意图；

图4为本发明公开的一种三电平变换器实施例2的电路示意图；

图5为本发明公开的一种三电平变换器实施例3的电路示意图。

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。

如图3所示，为本发明公开的一种三电平变换器实施例1的结构示意图，所述三电平变换器可以包括：由第一半桥模块311、第二半桥模块312和第三半桥模块313组成的半桥装置31、第一电容器32和第二电容器33；其中：

第一电容器32与第二电容器33串联；

由第一半桥模块311、第二半桥模块312和第三半桥模块313组成的半桥装置31分别与第一电容器32和第二电容器33相连。

本实施例提供的三电平变换器采用三个半桥模块和两组电容器构成，相对于现有的如图1和图2所示的6个开关器件由6个单管模块构成的布局方式，减少了电路连线，降低了杂散电感，抑制了开关瞬态过程中的电压尖峰，进而保护了三电平变换器中的开关器件。

如图4所示，为本发明公开的一种三电平变换器实施例2的电路示意图，所述三电平变换器可以包括：第一半桥模块Module1、第二半桥模块Module2、第三半桥模块Module3、第一电容器C1和第二电容器C2；其中：

第一半桥模块Module1的第3引脚与第一电容器C1的第一端相连；

第一半桥模块Module1的第4引脚与第一电容器C1的第二端相连；

第一半桥模块Module1的第11引脚和第10引脚分别与第二半桥模块Module2的第3引脚相连；

第二半桥模块Module2的第4引脚与第三半桥模块Module3的第11引脚和第10引脚相连；

第二半桥模块Module2的第11引脚和第10引脚与输出端相连；

第三半桥模块Module3的第3引脚与第二电容器C2的第一端相连；

第三半桥模块Module3的第4引脚与第二电容器C2的第二端相连；

第一电容器C1的第一端与正极相连；

第一电容器C1的第二端与第二电容器C2的第一端的串联中点与输出端相连；

第二电容器C2的第二端与负极相连。

本实施例提供的三电平变换器采用第一半桥模块Module1、第二半桥模块Module2、第三半桥模块Module3，以及第一电容器C1和第二电容器C2两组电容器构成，相对于现有的如图1所示的6个开关器件由6个单管模块构成的布局方式，减少了电路连线，降低了杂散电感，抑制了开关瞬态过程中的电压尖峰，进而保护了三电平变换器中的开关器件。

如图5所示，为本发明公开的一种三电平变换器实施例3的电路示意图，所述三电平变换器可以包括：第一半桥模块Module1、第二半桥模块Module2、第三半桥模块Module3、第一电容器C1和第二电容器C2；其中：

第一半桥模块Module1包括：第一开关器件S1和第五开关器件S5；

第二半桥模块Module2包括：第二开关器件S2和第三开关器件S3；

第三半桥模块Module3包括：第六开关器件S6和第四开关器件S4；

其中，第一开关器件S1包括：第一三极管、第一二极管和第一电容；

第二开关器件S2包括：第二三极管、第二二极管和第二电容；

第三开关器件S3包括：第三三极管、第三二极管和第三电容；

第四开关器件S4包括：第四三极管、第四二极管和第四电容；

第五开关器件S5包括：第五三极管、第五二极管和第五电容；

第六开关器件S6包括：第六三极管、第六二极管和第六电容，其中：

第一二极管的正极与第一三极管的发射极相连；

第一二极管的负极与第一三极管的集电极相连，第一电容的两端分别与第一三极管的集电极和发射极相连；

第一三极管的集电极与第一电容器C1的第一端相连；

第一三极管的发射极分别与所第二三极管的集电极和第五三极管的集电极相连；

第五二极管的正极与第五三极管的发射极相连；

第五二极管的负极与第五三极管的集电极相连；

第五电容的两端分别与第五三极管的集电极和发射极相连；

第五三极管的发射极与第六三极管的集电极相连；

第五三极管的发射极与第六三极管的集电极的串联中点与输出端相连；

第二二极管的正极与第二三极管的发射极相连；

第二二极管的负极与第二三极管的集电极相连；

第二电容的两端分别与第二三极管的集电极和发射极相连；

第二三极管的发射极与第三三极管的集电极相连；

第二三极管的发射极与第三三极管的集电极的串联中点与输出端相连；

第三二极管的正极与第三三极管的发射极相连；

第三二极管的负极与第三三极管的集电极相连；

第三电容的两端分别与第三三极管的集电极和发射极相连；

第三三极管的发射极与第四三极管的集电极相连；

第三三极管的发射极与第四三极管的集电极的串联中点与第六三极管的发射极相连；

第六二极管的正极与第六三极管的发射极相连；

第六二极管的负极与第六三极管的集电极相连；

第六电容的两端分别与第六三极管的集电极和发射极相连；

第四二极管的正极与第四三极管的发射极相连；

第四二极管的负极与第四三极管的集电极相连，第四电容的两端分别与第四三极管的集电极和发射极相连；

第四三极管的发射极与第二电容器C2的第二端相连。

在上述实施例中，三电平变换器由6个开关器件和两组电容器组成，其中6个开关器件由三个半桥模块构成，分别为第一开关器件S1和第五开关器件S5组成的第一半桥模块Module1，第二开关器件S2和第三开关器件S3组成的第二半桥模块Module2，第六开关器件S6和第四开关器件S4组成的第三半桥模块Module3，相对于现有的如图2所示的6个开关器件由6个单管模块构成的布局方式，减少了电路连线，降低了杂散电感，抑制了开关瞬态过程中的电压尖峰，进而保护了三电平变换器中的开关器件。

具体的，本实施例提供的三电平变换器中的第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件可以分别为功率器件，第五开关器件和第六开关器件可以为钳位器件。

具体的，本实施例提供的三电平变换器的散热方式可以为风冷、水冷或其它冷却方式。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种三电平变换器，其特征在于，包括：由第一半桥模块、第二半桥模块和第三半桥模块组成的半桥装置、第一电容器和第二电容器；其中：

所述第一电容器与所述第二电容器串联；

所述由第一半桥模块、第二半桥模块和第三半桥模块组成的半桥装置分别与所述第一电容器和所述第二电容器相连。

2.根据权利要求1所述的三电平变换器，其特征在于，所述第一半桥模块的第3引脚与所述第一电容器的第一端相连；

所述第一半桥模块的第4引脚与所述第一电容器的第二端相连；

所述第一半桥模块的第11引脚和第10引脚分别与所述第二半桥模块的第3引脚相连；

所述第二半桥模块的第4引脚与所述第三半桥模块的第11引脚和第10引脚相连；

所述第二半桥模块的第11引脚和第10引脚与输出端相连；

所述第三半桥模块的第3引脚与所述第二电容器的第一端相连；

所述第三半桥模块的第4引脚与所述第二电容器的第二端相连；

所述第一电容器的第一端与正极相连；

所述第一电容器的第二端与所述第二电容器的第一端的串联中点与所述输出端相连；

所述第二电容器的第二端与负极相连。

3.根据权利要求2所述的三电平变换器，其特征在于，所述第一半桥模块包括：第一开关器件和第五开关器件；

所述第二半桥模块包括：第二开关器件和第三开关器件；

所述第三半桥模块包括：第六开关器件和第四开关器件；其中：

所述第一开关器件包括：第一三极管、第一二极管和第一电容；

所述第二开关器件包括：第二三极管、第二二极管和第二电容；

所述第三开关器件包括：第三三极管、第三二极管和第三电容；

所述第四开关器件包括：第四三极管、第四二极管和第四电容；

所述第五开关器件包括：第五三极管、第五二极管和第五电容；

所述第六开关器件包括：第六三极管、第六二极管和第六电容，其中：

所述第一二极管的正极与所述第一三极管的发射极相连；

所述第一二极管的负极与所述第一三极管的集电极相连；

所述第一电容的两端分别与所述第一三极管的集电极和发射极相连；

所述第一三极管的集电极与所述第一电容器的第一端相连；

所述第一三极管的发射极分别与所述第二三极管的集电极和所述第五三极管的集电极相连；

所述第五二极管的正极与所述第五三极管的发射极相连；

所述第五二极管的负极与所述第五三极管的集电极相连；

所述第五电容的两端分别与所述第五三极管的集电极和发射极相连；

所述第五三极管的发射极与所述第六三极管的集电极相连；

所述第五三极管的发射极与所述第六三极管的集电极的串联中点与所述输出端相连；

所述第二二极管的正极与所述第二三极管的发射极相连；

所述第二二极管的负极与所述第二三极管的集电极相连；

所述第二电容的两端分别与所述第二三极管的集电极和发射极相连；

所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的集电极相连；

所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的集电极的串联中点与所述输出端相连；

所述第三二极管的正极与所述第三三极管的发射极相连；

所述第三二极管的负极与所述第三三极管的集电极相连；

所述第三电容的两端分别与所述第三三极管的集电极和发射极相连；

所述第三三极管的发射极与所述第四三极管的集电极相连；

所述第三三极管的发射极与所述第四三极管的集电极的串联中点与所述第六三极管的发射极相连；

所述第六二极管的正极与所述第六三极管的发射极相连；

所述第六二极管的负极与所述第六三极管的集电极相连；

所述第六电容的两端分别与所述第六三极管的集电极和发射极相连；

所述第四二极管的正极与所述第四三极管的发射极相连；

所述第四二极管的负极与所述第四三极管的集电极相连；

所述第四电容的两端分别与所述第四三极管的集电极和发射极相连；

所述第四三极管的发射极与所述第二电容器的第二端相连。

4.根据权利要求3所述的三电平变换器，其特征在于，所述第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件分别为功率器件，所述第五开关器件和第六开关器件为钳位器件。

Images