本發(fā)明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種三電平逆變器。

背景技術：

三電平逆變器是基于三個固定電平的脈寬調(diào)制(PWM)電路，在電力電子領域被廣泛的應用。目前，如圖1所示，應用最廣泛的三電平逆變器中采用絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)作為四個開關管Q1、Q2、Q3、Q4，但IGBT 的缺點是開關速度慢、損耗大，因此PWM 開關頻率的提高受到限制。如圖2所示，另外也有一些廠商的三電平逆變器采用金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)作為四個開關管Q1、Q2、Q3、Q4，但由于MOSFET 內(nèi)部寄生二極管的反向恢復特性非常差，在電流通過寄生二極管續(xù)流時，會導致相關的電氣問題，進而影響產(chǎn)品的可靠性。而且在這兩種最常見的中點箝位(NPC) 三電平逆變器中，由于二極管的單向?qū)щ娦?，只能通過二極管D1或D2所對應的其中的一條回路進行續(xù)流，從而電路的損耗較大，效率較低且不利于散熱。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明的實施例提供一種三電平逆變器，實現(xiàn)了開關速度快、損耗小、提高了效率且利于散熱，且避免了MOSFET 內(nèi)部寄生二極管的反向恢復特性差導致的相關電氣問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：

一種三電平逆變器，包括：第一直流源；第二直流源，其正極與所述第一直流源的負極連接作為第一節(jié)點；第一開關管，所述第一開關管為雙極性晶體管，其集電極與所述第一直流源的正極連接作為第二節(jié)點；第二開關管，所述第二開關管為場效應晶體管，其漏極與所述第一開關管的發(fā)射極連接作為第三節(jié)點；第三開關管，所述第三開關管為場效應晶體管，其漏極與所述第二開關管的發(fā)射極連接作為第四節(jié)點；第四開關管，所述第四開關管為雙極性晶體管，其集電極與所述第三開關管的發(fā)射極連接作為第五節(jié)點，其源極與所述第二直流源的負極連接作為第六節(jié)點；第一二極管，其陰極連接于所述第一開關管的集電極，其陽極連接于所述第一開關管的發(fā)射極；第二二極管，其陰極連接于所述第四開關管的集電極，其陽極連接于所述第四開關管的發(fā)射極；第三二極管，其陽極連接于所述第一節(jié)點，其陰極連接于所述第三節(jié)點；第四二極管，其陽極連接于所述第五節(jié)點，其陰極連接于所述第一節(jié)點；第五二極管，其陽極連接于所述第四節(jié)點，其陰極連接于所述第二節(jié)點；第六二極管，其陽極連接于所述第六節(jié)點，其陰極連接于所述第四節(jié)點；第五開關管連接于第二節(jié)點與第四節(jié)點之間；濾波單元，所述濾波單元的兩端分別連接于所述第一節(jié)點和第四節(jié)點。

本發(fā)明實施例提供的三電平逆變器，將輸出電壓箝位在第一節(jié)點的電壓的過程中，當?shù)谌?jié)點輸出電流為正電流時，實際電流與輸出電流的方向相同，即實際電流從第一節(jié)點依次流過第一二極管、第五開關管和第三開關管到達第三節(jié)點進行續(xù)流，并且同時實際電流還可以從第一節(jié)點依次流過第一二極管和第二開關管到達第三節(jié)點進行續(xù)流，從而使第三節(jié)點輸出第一節(jié)點的電壓，由于有兩條續(xù)流回路，即第二開關管與相互串聯(lián)的第三開關管和第五開關管并聯(lián)進行續(xù)流，與現(xiàn)有技術中僅有單條續(xù)流回路相比，提高了對開關管的利用率，使得有更多的開關管分攤電流和損耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱；當?shù)谌?jié)點輸出電流為負電流時，實際電流與輸出電流的方向相反，即實際電流從第三節(jié)點依次流過第二開關管、第五開關管和第二二極管到達第一節(jié)點進行續(xù)流，并且同時實際電流還可以從第三節(jié)點依次流過第三開關管和第二二極管到達第一節(jié)點進行續(xù)流，從而使第三節(jié)點輸出第一節(jié)點的電壓，由于有兩條續(xù)流回路，即第三開關管與相互串聯(lián)的第二開關管和第五開關管并聯(lián)進行續(xù)流，與現(xiàn)有技術中僅有單條續(xù)流回路相比，提高了對開關管的利用率，使得有更多的開關管分攤電流和損耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱。

由于第二開關管和第三開關管為場效應晶體管，即使用場效應晶體管承受主要的開關損耗，從而提高了開關速度，降低了開關損耗，同時由于第一開關管和第四開關管使用雙極性晶體管且增加了第五二極管和第六二極管，使得電流不通過場效應晶體管內(nèi)部的寄生二極管續(xù)流，從而避免了由于場效應晶體管內(nèi)部寄生二極管的反向恢復特性差導致的相關電氣問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖，

圖1 為現(xiàn)有技術中一種三電平逆變器的示意圖；

圖2 為現(xiàn)有技術中另一種三電平逆變器的示意圖；

圖3 為本發(fā)明實施例中一種三電平逆變器的示意圖；

圖4 為圖3 中將輸出電壓箝位在第一節(jié)點的電壓的過程中輸出電流為正電流時時的示意圖；

圖5 為圖3 中將輸出電壓箝位在第一節(jié)點的電壓的過程中輸出電流為負電流時時的示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。

如圖3所示，本發(fā)明實施例提供了一種三電平逆變器，包括：第一直流源BUS1、第二直流源BUS2、第一開關管Q1、第二開關管Q2、第三開關管Q3、第四開關管Q4、第五開關管Q5、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6 和濾波單元1。其中，第二直流源BUS2的正極與第一直流源BUS1的負極連接作為第一節(jié)點N；第一開關管Q1 為雙極性晶體管，其集電極與第一直流源BUS1的正極連接作為第二節(jié)點A；第二開關管Q2為場效應晶體管，其漏極與第一開關管Q1的發(fā)射極連接作為第三節(jié)點B；第三開關管Q3為場效應晶體管，其漏極與第二開關管Q2的發(fā)射極連接作為第四節(jié)點O；第四開關管Q4為雙極性晶體管，其集電極與第三開關管Q3的發(fā)射極連接作為第五節(jié)點D，其源極與第二直流源BUS2的負極連接作為第六節(jié)點E；第五開關管Q5為場效應晶體管，其一端連接于所述第五節(jié)點D，另一端連接于所述第二節(jié)點A；第一二極管D1，其陰極連接于第一開關管Q1的集電極，其陽極連接于第一開關管Q1的發(fā)射極；第二二極管D2，其陰極連接于第四開關管Q4的集電極，其陽極連接于第四開關管Q4的發(fā)射極；第三二極管D3，其陽極連接于第一節(jié)點N，其陰極連接于第三節(jié)點B；第四二極管D4，其陽極連接于所述第五節(jié)點D，其陰極連接于第一節(jié)點N；第五二極管D5，其陽極連接于第四節(jié)點O，其陰極連接于第二節(jié)點A；第六二極管D6，其陽極連接于第六節(jié)點E，其陰極連接于第四節(jié)點O；濾波單元1的兩端分別連接于第一節(jié)點N和第四節(jié)點O；第二開關管Q2和第三開關管Q3無內(nèi)置二極管，第一二極管D1和第二二極管D2分別為第一開關管Q1與第四開關管Q4的寄生二極管。

在上述三電平逆變器中，第一直流源BUS1和第二直流源BUS2可認為是恒定不變的電壓源，輸出節(jié)點為第三節(jié)點C，中點箝位續(xù)流二極管為第一二極管D3和第二二極管D4。三電平逆變器在將輸出電壓箝位在第一節(jié)點N的電壓時，可以將第一開關管Q1和第四開關管Q4關斷，第二開關管Q2、第三開關管Q3和第五開關管Q5導通，此時第三節(jié)點C輸出第一節(jié)點N的電壓值。具體地，如圖4所示，當?shù)谌?jié)點C輸出電流I0為正電流時，實際電流I1與輸出電流I0的方向相同，即實際電流I1從第一節(jié)點N依次流過第一二極管D3、第五開關管Q5和第三開關管Q3到達第三節(jié)點C進行續(xù)流，并且同時實際電流I1還從第一節(jié)點N依次流過第一二極管D3和第二開關管D2到達第三節(jié)點C進行續(xù)流，從而使第三節(jié)點C輸出第一節(jié)點N的電壓，由于有兩條續(xù)流回路，即第二開關管Q2與相互串聯(lián)的第三開關管Q3和第五開關管Q5并聯(lián)進行續(xù)流；如圖5所示，當?shù)谌?jié)點C輸出電流I0為負電流時，實際電流I2與輸出電流I0的方向相反，即實際電流I2從第三節(jié)點C依次流過第二開關管Q2、第五開關管Q5和第二二極管D4到達第一節(jié)點N 進行續(xù)流，并且同時實際電流I1還從第三節(jié)點C依次流過第三開關管Q3和第二二極管D4到達第一節(jié)點N進行續(xù)流，從而使第三節(jié)點C輸出第一節(jié)點N的電壓，由于有兩條續(xù)流回路，即第三開關管Q3與相互串聯(lián)的第二開關管Q2和第五開關管Q5并聯(lián)進行續(xù)流，與現(xiàn)有技術中僅有單條續(xù)流回路相比，提高了對開關管的利用率，使得有更多的開關管分攤電流和損耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱。需要說明的是，圖4和圖5中箭頭為電流方向的示意。

在本發(fā)明實施例中，僅增加了一個額外的第五開關管，即實現(xiàn)了在將上述三電平逆變器的輸出電壓箝位在第一節(jié)點的電壓時，同時有兩條續(xù)流回路，與現(xiàn)有技術中僅有單條續(xù)流回路相比，提高了對開關管的利用率，使得有更多的開關管分攤電流和損耗，從而提高了電路的效率且更有利于散熱。

通過以上的實施方式的描述，所屬領域的技術人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實現(xiàn)，當然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實施方式。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。