專利名稱：三電平半橋電壓平衡變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種三電平半橋電壓平衡變換器，屬電能變換裝置中的直流非隔 離變換技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，隨著環(huán)境問題的日益突出和電力電子等技術(shù)的迅速發(fā)展，基于直流電網(wǎng)(DC Grid)的可再生能源(如太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源)分布式發(fā)電系統(tǒng)得到了越來(lái)越多的 關(guān)注，隨著技術(shù)的發(fā)展必將得到廣泛的應(yīng)用。在直流電網(wǎng)中，通常采用兩根直流輸電線傳送 電能，由于只存在一個(gè)直流電壓，通常無(wú)法同時(shí)滿足各種功率變換器對(duì)輸入電壓的要求。例 如，半橋或三電平半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率器件少等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛地采用。但是 它們存在輸入端直流分壓電容不均壓?jiǎn)栴}，這將導(dǎo)致出電壓和電流波形畸變或無(wú)法很好地 實(shí)現(xiàn)功率器件三電平狀態(tài)，影響功率器件安全工作。同時(shí)，輸出電壓相同的半橋逆變器的輸 入電壓約為全橋逆變器輸入電壓的兩倍，需要兩種規(guī)格的輸入電壓。為了解決半橋或三電平半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率變換器中輸入端直流分壓電容均壓?jiǎn)?題，可以采用額外的輸入均壓控制方案。但是，隨著均壓控制環(huán)路的加入，控制系統(tǒng)將變得 復(fù)雜，在一定程度上會(huì)影響到最終控制目標(biāo)的性能，例如輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度等性能。同時(shí)， 不同的負(fù)載特性引起輸入端不均壓的情況也是不同的，所以輸入均壓控制方案會(huì)很繁多， 而且不具有通用性。對(duì)于輸出電壓相同的半橋逆變器和全橋逆變器，由于需要兩種輸入電 壓規(guī)格，兩線直流輸電方式顯然無(wú)法同時(shí)滿足。因此，為了滿足各種功率變換器能夠直接并 入直流電網(wǎng)和減輕功率變換器對(duì)輸入電壓的控制，在直流電網(wǎng)中的用戶端利用獨(dú)立的功率 變換器構(gòu)造一根輸出電壓平衡的中線，變成三線直流輸送方式。當(dāng)采用帶中線的三線直流 輸電進(jìn)入家庭，即可以滿足低輸入電壓家用電器要求(例如LED家用照明等)，有可以滿足 較高輸入電壓家用電器要求(冰箱、空調(diào)等)。這樣不但提高了直流電網(wǎng)應(yīng)用靈活性，而且 擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。因此，本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器電路能夠?qū)删€直流輸電方式轉(zhuǎn)變成三 根直流輸電線方式，在輸出端構(gòu)造一個(gè)中線，形成一個(gè)穩(wěn)定的、電壓等于輸入電壓一半的中 點(diǎn)電壓，以滿足不同功率變換器或用電設(shè)備對(duì)輸入電壓的要求。同時(shí)，三電平半橋電壓平衡 變換器電路將有利于降低電功率器件的電壓應(yīng)力，提高了功率器件的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)采用兩根直流線輸送直流電能無(wú)法同時(shí)滿足 不同變換器或用電設(shè)備對(duì)輸入電壓的要求，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、可將兩根直流輸電線 輸入方式轉(zhuǎn)變成三根直流輸電線輸出方式的三電平半橋電壓平衡變換器。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的—種三電平半橋電壓平衡變換器，包括一個(gè)輸入電壓源、一個(gè)三電平半橋電路、一 個(gè)中間直流環(huán)節(jié)電路；三電平半橋電路包括第一功率開關(guān)管、第一續(xù)流二極管、第二功率開關(guān)管、第二續(xù)流二極管、第三功率開關(guān)管、第三續(xù)流二極管、第四功率開關(guān)管、第四續(xù)流二 極管、第五續(xù)流二極管、第六續(xù)流二極管，第一功率開關(guān)管集電極和第一續(xù)流二極管陰極相 連接，其連接處和第一電容一端相連接，第一功率開關(guān)管發(fā)射極和第一續(xù)流二極管陽(yáng)極相 連接，連接處分別與第二功率開關(guān)管集電極與第二續(xù)流二極管陰極相連接處以及第五續(xù)流 二極管陰極相連接，第二功率開關(guān)管發(fā)射極和第二續(xù)流二極管陽(yáng)極相連接，連接處分別與 第三功率開關(guān)管集電極和第三續(xù)流二極管陰極相連接處以及電感一端相連接，第三功率開 關(guān)管發(fā)射極和第三續(xù)流二極管陽(yáng)極相連接，連接處與第四功率開關(guān)管集電極和第四續(xù)流二 極管陰極相連接處相連接，第四功率開關(guān)管發(fā)射極和第四續(xù)流二極管陽(yáng)極相連接，連接處 和第二電容一端相連接；中間直流環(huán)節(jié)電路包括第一電容、第二電容、電感L，其中第一電 容另一端與第二電容另一端串聯(lián)，串聯(lián)點(diǎn)分別與輸出中線、電感另一端、第五續(xù)流二極管陽(yáng) 極以及第六續(xù)流二極管陰極相連接；輸入電壓源包括一個(gè)輸入電壓源，其正端與第一功 率開關(guān)管集電極和第一續(xù)流二極管陰極相連接處相連接，其負(fù)端與第四功率開關(guān)管發(fā)射極 和第四續(xù)流二極管陽(yáng)極相連處相連接。


附圖1是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器電路圖。附圖2是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器控制原理圖。附圖3是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器工作原理圖(電感電流大于零)。附圖4是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器工作原理圖(電感電流小于零)。附圖5是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器模態(tài)1和模態(tài)9的示意圖。附圖6是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器模態(tài)2的示意圖。附圖7是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器電路模態(tài)3的示意圖。附圖8是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器模態(tài)4的示意圖。附圖9是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器模態(tài)5的示意圖。附圖10是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器模態(tài)6的示意圖。附圖11是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器模態(tài)7的示意圖。附圖12是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器模態(tài)8的示意圖。附圖13是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器仿真電路圖。附圖14-17是本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器主要仿真波形圖。附圖1-17中的符號(hào)及元件名稱說明如下S1, S2, S3、S4 第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管、第三功率開關(guān)管、第四功率開關(guān) 管，D1, D2, D3, D4 第一功率開關(guān)管并聯(lián)二極管、第二功率開關(guān)管并聯(lián)二極管、第三功率開關(guān) 管并聯(lián)二極管、第四功率開關(guān)管并聯(lián)二極管，D5, D6 第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管，L 電感，Cp C2 第一電容和第二電容，Uoutl, Uout2 第一電容輸出電壓和第二電容輸出電壓，Uin 輸入直流電壓，N 降壓式電壓平衡變換器輸出中點(diǎn)，Ln 輸出中線，I:電感L的電流，Usige 第一功率開關(guān)管S1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Us2ge 第二功率開關(guān)管&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Us3ge 第三功率開關(guān) 管&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Us4ge 第四功率開關(guān)管&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Usice 第一功率開關(guān)管S1集電極和 發(fā)射極之間電壓，Us2ce 第二功率開關(guān)管S2集電極和發(fā)射極之間電壓，Ussce 第三功率開關(guān) 管S3集電極和發(fā)射極之間電壓，Us4ce 第四功率開關(guān)管S3集電極和發(fā)射極之間電壓，td 死區(qū)時(shí)間，Ubias 偏置電壓，Uc2 第二電容C2上電壓，Uref 輸入電壓Uin的一半。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖，進(jìn)一步描述本發(fā)明的具體技術(shù)方案，以便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn) 一步地理解本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)其權(quán)利的限制。實(shí)施例1參照附圖1。一種三電平半橋電壓平衡變換器電路，其特征在于，它包括一個(gè)輸入 電壓源1、一個(gè)三電平半橋電路2、一個(gè)中間直流環(huán)節(jié)電路3。所述的三電平半橋電路2包括第一功率開關(guān)管S1、第一續(xù)流二極管D1、第二功率 開關(guān)管&、第二續(xù)流二極管D2、第三功率開關(guān)管&、第三續(xù)流二極管D3、第四功率開關(guān)管、、 第四續(xù)流二極管D4、第五續(xù)流二極管D5和第六續(xù)流二極管D6，第一功率開關(guān)管S1的集電極 和第一續(xù)流二極管D1的陰極相連接，其連接點(diǎn)為第一連接點(diǎn)4，第一功率開關(guān)管S1的發(fā)射極 和第一續(xù)流二極管D1的陽(yáng)極相連接，其連接點(diǎn)為第二連接點(diǎn)5，第二功率開關(guān)管&的集電 極第二續(xù)流二極管A的陰極相連接，其連接點(diǎn)為第三連接點(diǎn)6，第二功率開關(guān)管&的發(fā)射 極第二續(xù)流二極管A的陽(yáng)極相連接，其連接點(diǎn)為第四連接點(diǎn)7，第三功率開關(guān)管&的集電 極第三續(xù)流二極管D3的陰極相連接，其連接點(diǎn)為第五連接點(diǎn)8，第三功率開關(guān)管&的發(fā)射 極第三續(xù)流二極管D3的陽(yáng)極相連接，其連接點(diǎn)為第六連接點(diǎn)9，第四功率開關(guān)管、的集電 極和第四續(xù)流二極管D4的陰極相連接，其連接點(diǎn)為第七連接點(diǎn)10，第四功率開關(guān)管、的發(fā) 射極和第四續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極相連接，其連接點(diǎn)為第八連接點(diǎn)11 ；第一連接點(diǎn)4和第一 電容C1 一端相連接，第二連接點(diǎn)5分別和第五續(xù)流二極管D5的陰極以及第三連接點(diǎn)6相連 接，第四連接點(diǎn)7分別和第五連接點(diǎn)8以及電感L 一端相連接，第六連接點(diǎn)9分別和第七連 接點(diǎn)10以及第六續(xù)流二極管D6的陽(yáng)極相連接，第八連接點(diǎn)11和第二電容C2 —端相連接。所述的中間直流環(huán)節(jié)電路3包括第一電容C1和第二電容C2、電感L，其中第一電 容(^另一端與第二電容C2另一端串聯(lián)，其串聯(lián)點(diǎn)為第一串聯(lián)點(diǎn)12，輸出中線Ln和電感L另 一端、第五續(xù)流二極管D5的陽(yáng)極和第六續(xù)流二極管D6的陰極與第一串聯(lián)點(diǎn)13相連接。所述的輸入電壓源1包括一個(gè)輸入電壓源，其正端和第一連接點(diǎn)(4)相連接，其 負(fù)端和第八連接點(diǎn)11相連接。實(shí)施例2參考實(shí)例1、附圖1、附圖2、附圖3、附圖4以及附圖13，三電平半橋電壓平衡變換 器控制原理基本思路(1)當(dāng)?shù)诙娙軨2上的負(fù)載&小于第一電容C1上負(fù)載R1時(shí)，控制第一功率開關(guān) 管S1、第二功率開關(guān)管&共同導(dǎo)通時(shí)間大于第三功率開關(guān)管&、第四功率開關(guān)管、共同導(dǎo) 通時(shí)間。通過電感L向第二電容C2上的負(fù)載&提供一部分額外電能，使第二電容C2上電
壓Uout2等于第一電容C1上電壓U。utl。(2)當(dāng)?shù)诙娙軨2上的負(fù)載&大于第一電容C1上負(fù)載R1時(shí)，控制第一功率開關(guān) 管S1、第二功率開關(guān)管&共同導(dǎo)通時(shí)間小于第三功率開關(guān)管&、第四功率開關(guān)管、共同導(dǎo) 通時(shí)間。通過電感L向第一電容C1上的負(fù)載R1提供一部分額外電能，使第一電容C1上電
壓Uoutl等于二電容C2上電壓Uout2。(3)為了實(shí)現(xiàn)第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管&、第三功率開關(guān)管&以及第四功率開關(guān)管、工作在三電平狀態(tài)，采取使第二功率開關(guān)管&和第三功率開關(guān)管&比第一 功率開關(guān)管S1和第四功率開關(guān)管、提前開通、滯后關(guān)斷控制技術(shù)。參照附圖2，三電平半橋電壓平衡變換器控制原理具體實(shí)施方式
為取第二電容C2 上輸出電壓Uout2作為反饋信號(hào)，參考信號(hào)Uref為輸入電壓一半U(xiǎn)in/2，利用電壓環(huán)調(diào)節(jié)器控 制Uout2等于輸入電壓的一半即Uoutl = Uout2,從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓平衡。電壓環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出 信號(hào)直接送到比較器2和三角波進(jìn)行比較，其輸出信號(hào)一路經(jīng)死區(qū)延遲后直接驅(qū)動(dòng)第一功 率開關(guān)管S1,另一路取反后經(jīng)死區(qū)延遲后驅(qū)動(dòng)第三功率開關(guān)管壓環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出信 號(hào)和一個(gè)固定直流偏置量Ubisa相加，得到的結(jié)果直接送到比較器1和三角波進(jìn)行比較，其輸 出信號(hào)一路經(jīng)死區(qū)延遲后直接驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)管&，另一路取反后經(jīng)死區(qū)延遲后驅(qū)動(dòng)第 四功率開關(guān)管、。利用直流偏置量實(shí)現(xiàn)第二功率開關(guān)管&、第三功率開關(guān)管&分別比第一 功率開關(guān)管S1、第四功率開關(guān)管\提前開通、滯后關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管三電平工作狀態(tài)。實(shí)施例3參照附圖2-12。下面僅給出本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器電感L電流ij亙 大于零和恒小于零時(shí)兩種狀態(tài)下主要波形圖見附圖3和附圖4，其他情況在此忽略。下面僅以電感L電流ij亙大于零時(shí)的過程加以具體描述(附圖3)，其他情況于此 類似，在此忽略。具體描述如下模態(tài)1 :0 < t <、(第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管&導(dǎo)通，見附圖5)第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管&同時(shí)導(dǎo)通，利用電感L向第二電容C2上的 負(fù)載提供部分電能，電感L電流k增加。模態(tài)2 < t < t2 (死區(qū)時(shí)間td，第二功率開關(guān)管&導(dǎo)通，見附圖6)在、時(shí)刻，關(guān)斷第一功率開關(guān)管Sp由于電感L電流k不能突變，所以電感L電 流k通過第五續(xù)流二極管D5和第二功率開關(guān)管&續(xù)流。第一功率開關(guān)管S1集電極和發(fā) 射極之間電壓Usice等于第一電容C1上電壓Uoutl。第三功率開關(guān)管&和第四功率開關(guān)管、 沒有開通，第三功率開關(guān)管&和第四功率開關(guān)管、的集電極和發(fā)射極之間電壓U通和Us4ce 之和等于第二電容C2上電壓U0ut2o穩(wěn)態(tài)時(shí)由于U。utl = Uout2 = Uin/2，所以第一功率開關(guān)管S1集電極和發(fā)射集之間電 壓Usice為Uin/2，而第三功率開關(guān)管&和第四功率開關(guān)管、的集電極和發(fā)射集之間電壓Us3ce 和 Us4ce 為 Uin/4。模態(tài)3 :t2 < t < t3 (第二功率開關(guān)管&、第三功率開關(guān)管&導(dǎo)通，見附圖7)在t2時(shí)亥lj，開通第三功率開關(guān)管S3,由于電感L電流k不能突變，所以電感L電流 iL繼續(xù)通過第五續(xù)流二極管D5和第二功率開關(guān)管&續(xù)流。第一功率開關(guān)管S1和第四功率 開關(guān)管、集電極和發(fā)射集之間電壓Usice和Us4ce分別等于第一電容C1上電壓Uoutl和第二電 容C2上電壓U0ut2o穩(wěn)態(tài)時(shí)由于Uoutl = Uout2 = Uin/2，所以第一功率開關(guān)管S1和第四功率開關(guān)管、的 集電極和發(fā)射集之間電壓Usice和Us4ce各為Uin/2。模態(tài)4 :t3 < t < t4 (死區(qū)時(shí)間td，第三功率開關(guān)管&導(dǎo)通，見附圖8)在t3時(shí)刻，關(guān)斷第二功率開關(guān)管&。由于電感L電流k不能突變，所以電感L電 流k通過第三續(xù)流二極管D3和第四續(xù)流二極管D4向第二電容C2和其上負(fù)載供電。在此時(shí)間段內(nèi)，由于續(xù)流二極管D3和D4導(dǎo)通，所以加在第一功率開關(guān)管S1和第二功率開關(guān)管&上的電壓等于輸入U(xiǎn)in。由于前一時(shí)刻，第一功率開關(guān)管S1的集電極和發(fā)射極 之間電壓Usice為Uin/2，所以第二功率開關(guān)管&的集電極和發(fā)射極之間電壓Us2ce也為Uin/2。模態(tài)5 :t4 < t < t5 (第三功率開關(guān)管&、第四功率開關(guān)管、導(dǎo)通，見附圖9)在t4時(shí)刻，開通第四功率開關(guān)管、。電感電流k仍然通過第三續(xù)流二極管D3和 第四續(xù)流二極管D4向第二電容C2充電。所以第一功率開關(guān)管S1和第二功率開關(guān)管&的集 電極和發(fā)射極之間電壓Usice和Us2ce仍然各為Uin/2。模態(tài)6:t5<t< t6 (死區(qū)時(shí)間td，第 三功率開關(guān)管&導(dǎo)通，見附圖10)在t5時(shí)刻，關(guān)斷第四功率開關(guān)管、。電感電流k仍然通過第三續(xù)流二極管D3和 第四續(xù)流二極管D4向第二電容C2充電。所以第一功率開關(guān)管S1和第二功率開關(guān)管&的集 電極和發(fā)射極之間電壓仏皿和Us2ce仍然各為Uin/2。模態(tài)7 :t6 < t < t7 (第二功率開關(guān)管&、第三功率開關(guān)管&導(dǎo)通，見附圖11)在t6時(shí)刻，開通第二功率開關(guān)管&。由于電感電流I不能突變，所以電感電流I 通過第五續(xù)流二極管D5和第二功率開關(guān)管&續(xù)流。第一功率開關(guān)管S1和第四功率開關(guān)管 S4的集電極和發(fā)射極之間電壓Us皿和Us2ce仍然各為Uin/2。模態(tài)8 :t7 < t < t8 (第二功率開關(guān)管&導(dǎo)通，見附圖12)在t7時(shí)刻，關(guān)斷第三開關(guān)管&。電感電流k仍然通過第五續(xù)流二極管D5和第二 功率開關(guān)管&續(xù)流。第一功率開關(guān)管S1關(guān)斷集電極和發(fā)射極之間電壓US1。E等于第一電容 C1上電壓u。utl，而加在第一功率開關(guān)管S1和第四功率開關(guān)管、集電極和發(fā)射極之間電壓和 為Uout2O在t6 < t < t7內(nèi)，第四功率開關(guān)管、集電極和發(fā)射極之間電壓Us4ce等于第二電 容(2上電壓U。ut2，所以在該時(shí)間段內(nèi)，由于第四功率開關(guān)管、集電極和發(fā)射極之間結(jié)電容 存在以及其上電壓沒有放電回路，所以第三功率開關(guān)管&集電極和發(fā)射極之間電壓仏㈣等 于0。在穩(wěn)態(tài)時(shí)由于U。utl = Uout2 = Uin/2，所以第一功率開關(guān)管S1和第四功率開關(guān)管、 的電壓應(yīng)力為Uin/2。模態(tài)9 :t8 < t < t9 (第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管&導(dǎo)通，見附圖5)在t8時(shí)刻，開通第一功率開關(guān)管&。由于第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管& 導(dǎo)通，第一電容C1多余電能向電感L上轉(zhuǎn)移，電感電流k增加。在此時(shí)間段內(nèi)，由于第一功率開關(guān)管31和第二功率開關(guān)管&同時(shí)導(dǎo)通，，所以加在 第三功率開關(guān)管&和第四功率開關(guān)管、上的電壓等于輸入U(xiǎn)in0由于前一時(shí)刻，第四功率 開關(guān)管、電壓應(yīng)力為Uin/2，所以第三功率開關(guān)管&電壓應(yīng)力也為Uin/2。下面又進(jìn)入模態(tài)1過程。其他工作過程在此略述。實(shí)施例4參照附圖13-17。用實(shí)施例1所述的三電平半橋電壓平衡變換器所做的主要仿真， 三電平半橋電壓平衡變換器仿真電路圖如附圖13所示。附圖13中仿真參數(shù)功率開關(guān)管的工作頻率為25KHz，輸入電壓Uin在70ms時(shí)從 600V線性增加到700V,電感L為200 μ H，第一電容C1、第二電容C2分別為1000 μ F，第一電 容C1上阻性負(fù)載R1,第二電容C2上阻性負(fù)載&。在附圖14和附圖15中，隊(duì)=10Ω，& = 10ΚΩ。從電感電流、、第二電容電壓
Uout2以及輸入電壓Uin關(guān)系中，可以看出由于& >隊(duì)并且兩者相差很大，所以電感L電流在開關(guān)周期內(nèi)恒為負(fù)，即通過電感L對(duì)第一電容C1充電，電壓上升，第二電容C2電壓降 低，從而達(dá)到兩個(gè)電壓相等。從電壓變化過程中，三電平降壓式電壓平衡變換器的輸出電壓 Uoutl (Uoutl = Uin-Uout2)等于輸出電壓u。ut2，很好地得到了一個(gè)中點(diǎn)電壓，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓平 衡。同時(shí)也可以看出，每個(gè)功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力只有輸入電壓的一半。在附圖16和附圖17中，隊(duì)=10ΚΩ，& = 10Ω。從電感電流、、第二電容電壓 Uout2以及輸入電壓Uin關(guān)系中，可以看出由于R2 <隊(duì)并且兩者相差很大，所以電感L電流 在開關(guān)周期內(nèi)恒為正，即通過電感L對(duì)第二電容C2充電，電壓上升，第一電容C1電壓降低， 從而達(dá)到兩個(gè)電壓相等。在輸入電壓變化過程中，三電平降壓式電壓平衡變換器的輸出電 壓U。utl(U。utl =Uin-U。ut2)等于輸出電壓U。ut2，很好地得到了一個(gè)中點(diǎn)電壓，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓 平衡。同時(shí)也可以看出，每個(gè)功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力也只有輸入電壓的一半。從仿真結(jié)果表明三電平半橋電壓平衡變換器能夠獲得一個(gè)穩(wěn)定的中點(diǎn)輸出電 壓，從而可以構(gòu)造一個(gè)中線；同時(shí)每個(gè)功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力也只有輸入電壓的一半。
權(quán)利要求
1. 一種三電平半橋電壓平衡變換器，包括一個(gè)輸入直流電壓源(1)、一個(gè)三電平半橋 電路O)、一個(gè)中間直流環(huán)節(jié)電路(3)，其特征在于三電平半橋電路(2)包括第一功率開 關(guān)管S1、第一續(xù)流二極管D1、第二功率開關(guān)管&、第二續(xù)流二極管D2、第三功率開關(guān)管&、第 三續(xù)流二極管D3、第四功率開關(guān)管、、第四續(xù)流二極管D4、第五續(xù)流二極管D5和第六續(xù)流二 極管D6,其中第一功率開關(guān)管S1的集電極和第一續(xù)流二極管D1的陰極相連接，其連接點(diǎn)為 第一連接點(diǎn)，第一功率開關(guān)管31的發(fā)射極和第一續(xù)流二極管D1的陽(yáng)極相連接，其連接點(diǎn) 為第二連接點(diǎn)(5)，第二功率開關(guān)管&的集電極第二續(xù)流二極管&的陰極相連接，其連接 點(diǎn)為第三連接點(diǎn)(6)，第二功率開關(guān)管&的發(fā)射極第二續(xù)流二極管D2的陽(yáng)極相連接，其連 接點(diǎn)為第四連接點(diǎn)(7)，第三功率開關(guān)管&的集電極第三續(xù)流二極管D3的陰極相連接，其 連接點(diǎn)為第五連接點(diǎn)(8)，第三功率開關(guān)管&的發(fā)射極第三續(xù)流二極管D3的陽(yáng)極相連接， 其連接點(diǎn)為第六連接點(diǎn)(9)，第四功率開關(guān)管、的集電極和第四續(xù)流二極管D4的陰極相連 接，其連接點(diǎn)為第七連接點(diǎn)(10)，第四功率開關(guān)管、的發(fā)射極和第四續(xù)流二極管D4的陽(yáng)極 相連接，其連接點(diǎn)為第八連接點(diǎn)(11)；中間直流環(huán)節(jié)電路⑶包括第一電容C1、第二電容 C2和電感L，其中第一電容C1 一端與第二電容(2—端串聯(lián)，其串聯(lián)點(diǎn)為第一串聯(lián)點(diǎn)(12)，輸 出中線Ln、電感L 一端、第五續(xù)流二極管D5的陽(yáng)極和第六續(xù)流二極管D6的陰極分別與第一 串聯(lián)點(diǎn)(1 相連接；輸入直流電壓源(1)包括一個(gè)輸入電壓源Uin，其正端和第一連接點(diǎn) (4)相連接，其負(fù)端和第八連接點(diǎn)(11)相連接；第一連接點(diǎn)(4)和第一電容C1另一端相連 接，第二連接點(diǎn)( 分別和第五續(xù)流二極管D5的陰極以及第三連接點(diǎn)(6)相連接，第四連 接點(diǎn)(7)分別和第五連接點(diǎn)(8)以及電感L另一端相連接，第六連接點(diǎn)(9)分別和第七連 接點(diǎn)(10)以及第六續(xù)流二極管D6的陽(yáng)極相連接，第八連接點(diǎn)(11)和第二電容C2另一端相 連接。
全文摘要
本發(fā)明是三電平半橋電壓平衡變換器，其特征在于，它包括輸入電壓源、三電平半橋電路、中間直流環(huán)節(jié)電路；三電平半橋電路包括第一功率開關(guān)管S1及并聯(lián)二極管D1、第二功率開關(guān)管S2及并聯(lián)二極管D2、第三功率開關(guān)管S3及并聯(lián)二極管D3、第四功率開關(guān)管S4及并聯(lián)二極管D4以及第一續(xù)流二極管D5、第二續(xù)流二極管D6；中間直流環(huán)節(jié)電路包括第一電容C1、第二電容C2、電感L；一個(gè)輸入電壓源包括輸入電壓源Uin。本發(fā)明三電平半橋電壓平衡變換器將直流微型電網(wǎng)中兩根直流線輸電方式變成三根直流線輸電方式，滿足直流電網(wǎng)中不同功率變換器對(duì)輸入電壓的要求。它是三電平半橋結(jié)構(gòu)，有利于采用低壓器件。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102104333SQ20101058791
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者張先進(jìn), 張方華, 王慧貞, 陳家偉, 龔春英 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)