CN201008128Y - 多电平叠加式逆变器 - Google Patents

多电平叠加式逆变器 Download PDF

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Abstract

多电平叠加式逆变器属具有独立直流源的多电平逆变器。是由多个独立直流电源先控制叠加成阶梯半波再经极性反转逆变桥转换成正弦波。(U1……Un)正负极依此相连组成串联电源，(D1......Dn)二极管正负极依此相连组成串联电路。各开关管(Q1......Qn)跨连在串联电源和串联二极管之间，控制电平叠加。本电路结构减少了开关管数量，便于开发多电平逆变器时增加电平数和降低正弦波谐波。

Description

多电平叠加式逆变器
所属技术领域
本实用新型涉及一种将低压直流电转变为220伏交流电的电子装置，具体涉及一种多电平叠加式逆变器。
背景技术
现有技术中具有独立直流电源的级联型多电平逆变器，是将不同导通角的多个全桥逆变器的交流侧串联起来，从而得到了多电平的输出合成电压。增加电平数能提高合成正弦电压的性能，但电路结构复杂，每增加两级电平需增加一组逆变桥。
发明内容
现有技术是采取将各个直流电压先逆变成交流再叠加成多电平正弦电压，每增加两级电平需增加一组逆变桥。本实用新型提供一种多电平逆变器，具有开关管数量少电路简单的特点，每增加两级电平只需增加一个开关管。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：多个独立直流电源通过开关管导通截止形成不同的占空比方波先叠加成多电平余弦半波再控制一个逆变桥转变成合成正弦电压。
本实用新型的有益效果是：整个电路结构中只用了一个逆变桥，每增加两级电平只需增加一个开关管Qn和二极管Dn，电平级数多时开关管总量明显减少，电路结构简化，多电平逆变器开发中可以增加更多电平数以及降低正弦波谐波。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第一种电路结构图。
图2是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第二种电路结构图。
图3是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第三种电路结构图。
图4是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第四种电路结构图。
图5是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第一至第四种电路所对应的原理波形图。
图6是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第五种电路结构图。
图7是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第六种电路结构图。
图8是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第五、六种电路所对应的原理波形图。
图中，U1......Un为独立电源，Q1......Qn为开关管，D1......Dn为旁路二极管，VF1......VF4为逆变桥的开关管，RL为负载。
具体实施方式
图1是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第一种电路结构图，图中U1……Un正负极依此相连组成串联电源，A’为正极，O’为负极。D1......Dn二极管正负极依此相连组成串联电路，D1负接A’，Dn正接O’。开关管Q1......Qn负极依此与相应电源U1......Un负极相连，开关管Q1......Qn正极与D1......Dn二极管正极相连。开关管VF1......VF4组成的桥式电路，A’与桥正极相连，O’与桥负极相连，在桥中点AO联接到负载RL。工作原理如下，图5中在0～T1时段，Q1～Qn均不导通，O’A’两端电压为0，从T1至T2时段开关管Q1导通，O’A’两端电压为U1，从T2至T3时段开关管Q2导通，O’A’两端电压叠加为U1+U2，依次类推直至Tn至90度，O’A’两端电压叠加为U1+U2...+Un，达到余弦半波电压最大值。从90度至180度时段，依此控制Qn......Q1导通，使O’A’电压从电压最大值至0，获得余弦半波电压。图5中0至180度时段VF2、VF3导通，180度至360度VF1、VF4导通，从而将余弦半波电压切换成正负极性的正弦波电压。
图2是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第二种电路结构图，图中U1……Un正负极依此相连组成串联电源，A’为正极，O’为负极。D1......Dn二极管正负极依此相连组成串联电路，Dn负接A’，D1正接O’。开关管Q1......Qn正极依此与相应电源U1......Un正极相连，开关管Q1......Qn负极与D1......Dn二极管负极相连。开关管VF1......VF4组成的桥式电路，A’与桥正极相连，O’与桥负极相连，在桥中点AO联接到负载RL。工作原理如下，图5中在0～T1时段，Q1～Qn均不导通，O’A’两端电压为0，从T1至T2时段开关管Q1导通，O’A’两端电压为U1，从T2至T3时段开关管Q2导通，O’A’两端电压叠加为U1+U2，依次类推直至Tn至90度，O’A’两端电压叠加为U1+U2...+Un，达到余弦半波电压最大值。从90度至180度时段，依此控制Qn......Q1导通，使O’A’电压从电压最大值至0，获得余弦半波电压。图5中0至180度时段VF2、VF3导通，180度至360度VF1、VF4导通，从而将余弦半波电压切换成正负极性的正弦波电压。
图3是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第三种电路结构图，图中U1……Un正负极依此相连组成串联电源，A’为正极，O’为负极。开关管Q1......Qn负极依此与相应电源U1......Un负极相连，开关管Q1......Qn正极与O’相连组成电源叠加控制电路。开关管VF1......VF4组成的桥式电路，A’与桥正极相连，O’与桥负极相连，在桥中点AO联接到负载RL。本实用新型工作原理如下，图5中在0～T1时段，Q1～Qn均不导通，O’A’两端电压为0，从T1至T2时段开关管Q1导通，其余截止，O’A’两端电压为U1，从T2至T3时段开关管Q2导通，其余截止，O’A’两端电压叠加为U1+U2，依次类推直至Tn至90度，O’A’两端电压叠加为U1+U2...+Un，达到余弦半波电压最大值。从90度至180度时段，依此控制Qn......Q1导通，使O’A’电压从电压最大值至0，获得余弦半波电压。  图5中0至180度时段VF2、VF3导通，180度至360度VF1、VF4导通，从而将余弦半波电压切换成正负极性的正弦波电压。
图4是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第四种电路结构图，图中U1……Un正负极依此相连组成串联电源，A’为正极，O’为负极。开关管Q1......Qn正极依此与相应电源U1......Un正极相连，开关管Q1......Qn负极与O’相连组成电源叠加控制电路。开关管VF1......VF4组成的桥式电路，A’与桥正极相连，O’与桥负极相连，在桥中点AO联接到负载RL。本实用新型工作原理如下，图5中在0～T1时段，Q1～Qn均不导通，O’A’两端电压为0，从T1至T2时段开关管Q1导通，其余截止，O’A’两端电压为U1，从T2至T3时段开关管Q2导通，其余截止，O’A’两端电压叠加为U1+U2，依次类推直至Tn至90度，O’A’两端电压叠加为U1+U2...+Un，达到余弦半波电压最大值。从90度至180度时段，依此控制Qn......Q1导通，使O’A’电压从电压最大值至0，获得余弦半波电压。图5中0至180度时段VF2、VF3导通，180度至360度VF1、VF4导通，从而将余弦半波电压切换成正负极性的正弦波电压。
图6是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第五种电路结构图，图中U1……Un正负极依此相连组成串联电源，A’为正极，O’为负极。D2......Dn二极管正负极依此相连组成串联电路，D2负接U1负极，U1正极为A‘，Dn正接O’。开关管Q2......Qn负极依此与相应电源U2......Un负极相连，开关管Q2......Qn正极与D2......Dn二极管正极相连。开关管VF1......VF4组成的桥式电路，A’与桥正极相连，O’与桥负极相连，在桥中点AO联接到负载RL。工作原理如下，图8中在0～T2时段，Q2～Qn均不导通，O’A’两端电压为U1，从T2至T3时段开关管Q2导通，O’A’两端电压叠加为U1+U2，从T3至T4时段开关管Q2，Q3导通，O’A’两端电压叠加为U1+U2+U3，依次类推直至Tn至90度，O’A’两端电压叠加为U1+U2...+Un，达到余弦半波电压最大值。从90度至180度时段，依此控制Qn......Q2导通，使O’A’电压从电压最大值至U1，获得余弦半波电压。图8中T1至T’1时段VF2、VF3导通，180度至360度按相应时段VF1、VF4导通，从而将余弦半波电压切换成正负极性的正弦波电压。
图7是具有独立直流电源用开关管的叠加式逆变器第六种电路结构图，图中U1……Un正负极依此相连组成串联电源，A’为正极，O’为负极。D2......Dn二极管正负极依此相连组成串联电路，，D2正接U1正极，U1负极为O‘，Dn负接A’。各开关管Q2......Qn正极与相应电源U2......Un正极相连，开关管Q2......Qn负极与D2......Dn二极管负极相连。开关管VF1......VF4组成的桥式电路，A’与桥正极相连，O’与桥负极相连，在桥中点AO联接到负载RL。工作原理如下，图8中在0～T2时段，Q2～Qn均不导通，O’A’两端电压为U1，从T2至T3时段开关管Q2导通，O’A’两端电压叠加为U1+U2，从T3至T4时段开关管Q2，Q3导通，O’A’两端电压叠加为U1+U2+U3，依次类推直至Tn至90度，O’A’两端电压叠加为U1+U2...+Un，达到余弦半波电压最大值。从90度至180度时段，依此控制Qn......Q1导通，使O’A’电压从电压最大值至U1，获得余弦半波电压。图8中T1至T’1时段VF2、VF3导通，180度至360度按相应时段TVF1、VF4导通，从而将余弦半波电压切换成正负极性的正弦波电压。

Claims (4)

1.多电平叠加式逆变器是一种多电平逆变器主电路拓扑，由多个独立直流电源，半波叠加控制电路，及极性反转电桥所组成，其特征在于(U1……Un)正负极依此相连组成串联电源，(A’)为正极，(O’)为负极，(D1......Dn)二极管正负极依此相连组成串联电路，负端接(A’)，正端接(O’)，开关管(Q1......Qn)负极依此与相应电源(U1......Un)负极相连，开关管(Q1......Qn)正极与(D1......Dn)二极管正极相连，开关管(VF1......VF4)组成的桥式电路，(A’)与桥正极相连，(O’)与桥负极相连，在桥中点(AO)联接到负载RL。
2.根据权利要求1所述的多电平叠加式逆变器，其特征在于所述的开关管(Q1......Qn)正极依此与相应电源(U1......Un)正极相连，开关管(Q1......Qn)负极与(D1......Dn)二极管负极相连。
3.根据权利要求1所述的多电平叠加式逆变器，其特征在于所述的开关管(Q1......Qn)负极依此与相应电源(U1......Un)桥负极相连，所述的开关管(Q1......Qn)桥正极接地。
4.根据权利要求1所述的多电平叠加式逆变器，其特征在于所述的开关管(Q1......Qn)正极依此与相应电源(U1......Un)桥正极相连，所述的开关管(Q1......Qn)桥负极接地。
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