本發(fā)明涉及電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及七電平逆變器。

背景技術(shù)：

隨著實(shí)際系統(tǒng)對電壓和容量要求的提高，傳統(tǒng)變換器已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求。若兩電平變換器用于高壓大容量場合，會(huì)出現(xiàn)：變換器的電壓和電流畸變嚴(yán)重，開關(guān)次數(shù)增加使得電壓變換率過大，沖擊電壓則會(huì)導(dǎo)致開關(guān)管的損耗增加，系統(tǒng)效率降低。

多電平變換器具有易于實(shí)現(xiàn)高電壓、大容量，開關(guān)管所承受電壓低，輸出電平數(shù)多，輸出電壓諧波小等優(yōu)點(diǎn)。多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括二極管鉗位型、飛跨電容型和級聯(lián)型。二極管鉗位型多電平逆變器的二極管數(shù)量隨著電平數(shù)的增加而急劇增加；三電平以上直流母線中點(diǎn)電壓難以平衡；受鉗位二極管的分散性及雜散參數(shù)的影響，各鉗位二極管所承受的電壓不均勻。飛跨電容型多電平逆變器的電容數(shù)量隨著電平數(shù)的增加而急劇增加。級聯(lián)型多電平逆變器需要獨(dú)立的直流電源，或者采用多繞組移相變壓器，體積大成本高。

隨著電平數(shù)的增加，多電平逆變器電壓輸出諧波更小，輸出電壓更接近理想正弦波，但傳統(tǒng)多電平變換器開關(guān)管數(shù)量急劇增多，電容數(shù)增加，體積大，成本高，控制復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及七電平逆變器，用以解決現(xiàn)有逆變器使用開關(guān)器件數(shù)量多，體積大，成本高的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括第一分壓電容C1和第二分壓電容C2、12個(gè)開關(guān)管T1～T12、與開關(guān)管反向并聯(lián)的12個(gè)二極管D1～D12以及隔直電容C3，其中，第一分壓電容C1和第二分壓電容C2串聯(lián)后并聯(lián)在第一輸入端I1和第二輸入端I2之間；隔直電容C3具有設(shè)定的初始電壓；第一開關(guān)管T1和第二開關(guān)管T2串聯(lián)后與第一分壓電容C1并聯(lián)；第三開關(guān)管T3和第四開關(guān)管T4串聯(lián)后與第二分壓電容C2并聯(lián)；第五開關(guān)管T5的輸入端與第一開關(guān)管T1的輸出端和第二開關(guān)管T2的輸入端相連，第五開關(guān)管T5的輸出端與第七開關(guān)管T7的輸出端和第八開關(guān)管T8的輸入端相連；第六開關(guān)管T6的輸入端與第九開關(guān)管T9的輸出端和第十開關(guān)管T10的輸入端相連，第六開關(guān)管T6的輸出端與第三開關(guān)管T3的輸出端和第四開關(guān)管T4的輸入端相連；第七開關(guān)管T7和第八開關(guān)管T8串聯(lián)后與隔直電容C3并聯(lián)，第七開關(guān)管T7的輸入端與第九開關(guān)管T9的輸入端和第十一開關(guān)管T11的輸入端相連，第八開關(guān)管T8的輸出端與第十開關(guān)管T10的輸出端和第十二開關(guān)管T12的輸出端相連；第九開關(guān)管T9和第十開關(guān)管T10串聯(lián)后與隔直電容C3并聯(lián)；第十一開關(guān)管T11和第十二開關(guān)管T12串聯(lián)后與電容C3并聯(lián)；其中，所述第十一開關(guān)管T11的輸出端和第十二開關(guān)管T12的輸入端與第一輸出端O1相連，所述第二開關(guān)管T2的輸出端和第三開關(guān)管T3的輸入端與第二輸出端O2相連。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種七電平逆變器，包括直流電源以及上述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述直流電源的正電平和負(fù)電平分別與第一輸入端I1和第二輸入端I2連接。

上述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及七電平逆變器，與二極管鉗位型七電平拓?fù)湎啾?，減少了鉗位二極管數(shù)量；與飛跨電容型七電平拓?fù)湎啾?，減少了飛跨電容數(shù)量；與級聯(lián)型七電平拓?fù)湎啾?，減少了獨(dú)立電源數(shù)量，因此，本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及七電平逆變器可解決現(xiàn)有逆變器開關(guān)器件數(shù)量多，體積大，成本高的問題。

附圖說明

通過參考以下具體實(shí)施方式內(nèi)容并且結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白且易于理解。在附圖中：

圖1是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和七電平逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的等效示意圖；

圖3是本發(fā)明所述三相七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的等效示意圖；

圖4是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第一工作狀態(tài)的示意圖；

圖5是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第二工作狀態(tài)的示意圖；

圖6是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第三工作狀態(tài)的示意圖；

圖7是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第四工作狀態(tài)的示意圖；

圖8是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第五工作狀態(tài)的示意圖；

圖9是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第六工作狀態(tài)的示意圖；

圖10是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第七工作狀態(tài)的示意圖。

在附圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相似或相應(yīng)的特征或功能。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的全面理解，闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)這些實(shí)施例。

下面將參照附圖來對根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和七電平逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的等效示意圖，如圖1和2所示，所述七電平逆變器包括至少一個(gè)七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還可以包括直流電源V1和濾波單元，其中，所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第一輸入端I1和第二輸入端I2分別連接到所述直流電源V1正電平和負(fù)電平，第一輸出端O1和第二輸出端O2分別連接到負(fù)載R兩端，所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將直流電源的直流轉(zhuǎn)換為交流電經(jīng)過所述濾波單元濾波供給負(fù)載R，所述濾波單元可以為濾波器，優(yōu)選地，如圖1所示，所述濾波單元為串聯(lián)的濾波電容C4和濾波電感L，所述濾波電感L連接到第一輸出端O1，所述濾波電容C4連接到第二輸出端O2。

優(yōu)選地，上述七電平逆變器還包括控制單元，生成觸發(fā)脈沖控制七電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中各開關(guān)管的通斷，通過不同開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的組合，實(shí)現(xiàn)所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同工作狀態(tài)。

圖2示出的七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為單相七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖1示出的包括一個(gè)單相七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的七電平逆變器為單相七電平逆變器，但是本發(fā)明并不限于此，優(yōu)選地，所述七電平逆變器包括多個(gè)所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述多個(gè)七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路組合，形成多相逆變器，例如：三相逆變器，如圖3所示，三個(gè)所述單相七電平逆變拓?fù)涞娜齻€(gè)輸出端O2相連作為中性點(diǎn)，三個(gè)輸出端O1與三相交流負(fù)載相連，三個(gè)第一輸入端I1相連后與直流電源正極相連，三個(gè)第一輸入端I2相連后與直流電源負(fù)極相連。

上述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)成如圖1和2所示，包括：2個(gè)分壓電容C1和C2、12個(gè)開關(guān)管T1～T12、12個(gè)二極管D1～D12和1個(gè)隔直電容C3，其中，

第一分壓電容C1和第二分壓電容C2串聯(lián)后并聯(lián)在第一輸入端I1和第二輸入端I2之間，優(yōu)選地，第一分壓電容C1與第二分壓電容C2參數(shù)相同；

隔直電容C3具有設(shè)定的初始電壓；

每一個(gè)開關(guān)管反向并聯(lián)一個(gè)二極管，即，二極管陽極與開關(guān)管的發(fā)射極連接，二極管的陰極與開關(guān)管的集電極連接，所述開關(guān)管和二極管可以由單個(gè)器件實(shí)現(xiàn)(二極管與開關(guān)管集成封裝在一起)，也可以是兩個(gè)單獨(dú)的器件；

第一開關(guān)管T1和第二開關(guān)管T2串聯(lián)后與第一分壓電容C1并聯(lián)；

第一開關(guān)管T1的輸出端與第二開關(guān)管T2的輸入端相連；

第三開關(guān)管T3和第四開關(guān)管T4串聯(lián)后與第二分壓電容C2并聯(lián)；

第三開關(guān)管T3的輸出端與第四開關(guān)管T4的輸入端相連；

第五開關(guān)管T5的輸入端與第一開關(guān)管T1的輸出端和第二開關(guān)管T2的輸入端相連，第五開關(guān)管T5的輸出端與第七開關(guān)管T7的輸出端和第八開關(guān)管T8的輸入端相連；

第六開關(guān)管T6的輸出端與第三開關(guān)管T3的輸出端和第四開關(guān)管T4的輸入端相連，第六開關(guān)管T6的輸入端與第九開關(guān)管T9的輸出端和第十開關(guān)管T10的輸入端相連；

第七開關(guān)管T7和第八開關(guān)管T8串聯(lián)后與隔直電容C3并聯(lián)，第七開關(guān)管T7的輸入端與第九開關(guān)管T9的輸入端和第十一開關(guān)管T11的輸入端相連，第八開關(guān)管T8的輸出端與第十開關(guān)管T10的輸出端和第十二開關(guān)管T12的輸出端相連；

第九開關(guān)管T9和第十開關(guān)管T10串聯(lián)后與隔直電容C3并聯(lián)；

第九開關(guān)管T9的輸出端與第十開關(guān)管T10的輸入端相連；

第十一開關(guān)管T11和第十二開關(guān)管T12串聯(lián)后與隔直電容C3并聯(lián)；

第十一開關(guān)管T11的輸出端與第十二開關(guān)管T12的輸入端相連；

第十一開關(guān)管T11的輸出端和第十二開關(guān)管T12的輸入端與第一輸出端O1相連；

所述第二開關(guān)管T2的輸出端和第三開關(guān)管T3的輸入端與第二輸出端O2相連。

上述開關(guān)管T1～T12可以根據(jù)實(shí)際電壓和功率等級選用功率開關(guān)管，如MOSFET或IGBT，附圖中以IGBT為例進(jìn)行說明，而不限于此。

優(yōu)選地，每一對開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，也就是說，第一開關(guān)管T1和第二開關(guān)管T2的驅(qū)動(dòng)信號邏輯相反，第三開關(guān)管T3和第四開關(guān)管T4的驅(qū)動(dòng)信號邏輯相反，第五開關(guān)管T5和第六開關(guān)管T6的驅(qū)動(dòng)信號邏輯相反，第七開關(guān)管T7和第八開關(guān)管T8的驅(qū)動(dòng)信號邏輯相反，第九開關(guān)管T9和第十開關(guān)管T10的驅(qū)動(dòng)信號邏輯相反，第十一開關(guān)管T11和第十二開關(guān)管T12的驅(qū)動(dòng)信號邏輯相反。

上述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各開關(guān)管的不同導(dǎo)通與關(guān)斷的組合，可以使得七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)處于不同工作狀態(tài)，圖4～圖10示出了七種工作狀態(tài)，其中：

如圖4所示，第一工作狀態(tài)：第一開關(guān)管(T1)、第五開關(guān)管(T5)、第八開關(guān)管(T8)和第十一開關(guān)管(T11)的驅(qū)動(dòng)信號均為高電平，第二開關(guān)管(T2)、第六開關(guān)管(T6)、第七開關(guān)管(T7)和第十二開關(guān)管(T12)的驅(qū)動(dòng)信號均為低電平，其余互補(bǔ)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號可以為高電平也可以為低電平，電流流向?yàn)椋篒1→T1→T5→T8→C3→T11→O1→O2→C1，或者O2→O1→D11→C3→D8→D5→D1→I1→C1。

如圖5所示，第二工作狀態(tài)：第一開關(guān)管(T1)、第五開關(guān)管(T5)、第七開關(guān)管(T7)和第十一開關(guān)管(T11)的驅(qū)動(dòng)信號均為高電平，第二開關(guān)管(T2)、第六開關(guān)管(T6)、第八開關(guān)管(T8)和第十二開關(guān)管(T12)的驅(qū)動(dòng)信號均為低電平，其余互補(bǔ)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號可以為高電平也可以為低電平，電流流向?yàn)椋篒1→T1→T5→D7→T11→O1→O2→C1,或者O2→O1→D11→T7→D5→D1→I1→C1。

如圖6所示，第三工作狀態(tài)：第一開關(guān)管(T1)、第五開關(guān)管(T5)、第七開關(guān)管(T7)和第十二開關(guān)管(T12)的驅(qū)動(dòng)信號均為高電平，第二開關(guān)管(T2)、第六開關(guān)管(T6)、第八開關(guān)管(T8)和第十一開關(guān)管(T11)的驅(qū)動(dòng)信號均為低電平，其余互補(bǔ)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號可以為高電平也可以為低電平，電流流向?yàn)椋篒1→T1→T5→D7→C3→D12→O1→O2→C1，或者O2→O1→T12→C3→T7→D5→D1→C1。

如圖7所示，第四工作狀態(tài)：第二開關(guān)管(T2)、第五開關(guān)管(T5)、第八開關(guān)管(T8)和第十二開關(guān)管(T12)的驅(qū)動(dòng)信號均為高電平，第一開關(guān)管(T1)、第六開關(guān)管(T6)、第七開關(guān)管(T7)和第十一開關(guān)管(T11)的驅(qū)動(dòng)信號均為低電平，其余互補(bǔ)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號可以為高電平也可以為低電平，電流流向?yàn)椋篛2→D2→T5→T8→D12→O1，或者O2→O1→T12→D8→D5→T2。

如圖8所示，第五工作狀態(tài)：第四開關(guān)管(T4)、第六開關(guān)管(T6)、第十開關(guān)管(T10)和第十一開關(guān)管(T11)的驅(qū)動(dòng)信號均為高電平，第三開關(guān)管(T3)、第五開關(guān)管(T5)、第九開關(guān)管(T9)和第十二開關(guān)管(T12)的驅(qū)動(dòng)信號均為低電平，其余互補(bǔ)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號可以為高電平也可以為低電平，電流流向?yàn)椋篒2→D4→D6→T10→C3→T11→O1→O2→C2，或者O2→O1→D11→C3→D10→T6→T4→C2。

如圖9所示，第六工作狀態(tài)：第四開關(guān)管(T4)、第六開關(guān)管(T6)、第九開關(guān)管(T9)和第十一開關(guān)管(T11)的驅(qū)動(dòng)信號均為高電平，第三開關(guān)管(T3)、第五開關(guān)管(T5)、第十開關(guān)管(T10)和第十二開關(guān)管(T12)的驅(qū)動(dòng)信號均為低電平，其余互補(bǔ)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號可以為高電平也可以為低電平，電流流向?yàn)椋篒2→D4→D6→D9→T11→O1→O2→C2，或者O2→O1→D11→T9→T6→T4→C2。

如圖10所示，第七工作狀態(tài)：第四開關(guān)管(T4)、第六開關(guān)管(T6)、第九開關(guān)管(T9)和第十二開關(guān)管(T12)的驅(qū)動(dòng)信號均為高電平，第三開關(guān)管(T3)、第五開關(guān)管(T5)、第十開關(guān)管(T10)和第十一開關(guān)管(T11)的驅(qū)動(dòng)信號均為低電平，其余互補(bǔ)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號可以為高電平也可以為低電平，電流流向?yàn)椋篒2→D4→D6→D9→C3→D12→O1→O2→C2，或者O2→O1→T12→C3→T9→T6→T4→C2。

上述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)管數(shù)量少，電容數(shù)少，體積小，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，控制簡單。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第一輸入端I1和第二輸入端I2之間的壓差為4E，所述隔直電容C3的初始電壓為E，所述第一輸出端O1和第二輸出端O2在上述七個(gè)工作狀態(tài)下的壓差分別為：3E、2E、E、0、-E、-2E、-3E。

本發(fā)明所述七電平逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和七電平逆變器通過開關(guān)管T1～T12的導(dǎo)通與關(guān)斷組合，輸出七電平電壓，可以改善輸出電壓波形，減小輸出電壓諧波，減小逆變器的成本和體積。

本發(fā)明所述七電平逆變器簡化了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以輸出更多電平數(shù)。

盡管前面公開的內(nèi)容示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)注意，在不背離權(quán)利要求限定的范圍的前提下，可以進(jìn)行多種改變和修改。此外，盡管本發(fā)明的元素可以以個(gè)體形式描述或要求，但是也可以設(shè)想具有多個(gè)元素，除非明確限制為單個(gè)元素。