開關電容多電平轉換器及多電平逆變器制造技術

本實用新型專利技術提供了一種開關電容多電平轉換器及多電平逆變器，開關電容多電平轉換器包括：第一開關器件；第二開關器件，所述第一開關器件的第一輸入/輸出端與所述第二開關器件的第二輸入/輸出端連接；至少一個分支電路，每一分支電路包括第三開關器件、電容、第四開關器件，所述至少一個分支電路的所有電容串聯并與所述第一開關器件的第一輸入/輸出端、所述第二開關器件的第二輸入/輸出端連接；在每一所述分支電路中，所述第三開關器件、第四開關器件均包括第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端，所述第三開關器件的第一輸入/輸出端連接于所述第四開關器件的第二輸入/輸出端、所述電容的一端。本實用新型專利技術可以取得結構簡化、系統穩定、成本降低等優點。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及電壓轉換
，特別涉及一種開關電容多電平轉換器及一種多電平逆變器。
技術介紹
相比傳統的橋式逆變器，多電平逆變器能降低電氣部件的額定值和提高輸出的電能質量。由于沒有龐大而沉重的濾波電感器，整合了開關電容技術的多電平逆變器能輕易達到升壓和增加功率密度的目的。目前，大多數的儲能技術都是基于：電化學電池、超級電容和燃料電池。為了提供足夠的電壓以驅動大多數的電力負載，這些儲能器件需要互相串聯連接起來。由于串接的儲能裝置本質上是多電平的電壓源，簡單地運用雙向開關便可以產生多電平的輸出。然而，大量堆棧儲能裝置會大幅增加儲能管理系統和均衡電路的復雜程度。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種開關電容多電平轉換器及多電平逆變器，以降低變頻驅動器儲能系統的成本。為了實現上述目的，在第一方面，本技術提供了一種開關電容多電平轉換器，其包括：第一開關器件，具有第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端；第二開關器件，具有第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端，且所述第一開關器件的第一輸入/輸出端與所述第二開關器件的第二輸入/輸出端連接；至少一個分支電路，每一分支電路包括第三開關器件、電容、第四開關器件，所述至少一個分支電路的所有電容串聯并與所述第一開關器件的第一輸入/輸出端、所述第二開關器件的第二輸入/輸出端連接；在每一所述分支電路中，所述第三開關器件、第四開關器件均包括第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端，所述第三開關器件的第一輸入/輸出端連接于所述第四開關器件的第二輸入/輸出端、所述電容的一端。優選地，所述第一開關器件、第二開關器件均為晶體管。優選地，所述第三開關器件為單向開關器件，所述第四開關器件為雙向開關器件或單向開關器件。優選地，所述第三開關器件為晶體管或二極管，所述第四開關器件為晶體管、或者二極管、或者串聯的晶體管和二極管、或者反向串聯的兩個晶體管。優選地，所述晶體管為MOSFET或IGBT。優選地，所述分支電路包括第一分支電路、多個第二分支電路、第三分支電路，所述多個第二分支電路結構相同，且所述第一分支電路的電容與所述第一開關器件、第二開關器件連接，所述第一分支電路的電容與對應的第二分支的電容連接，所述第三分支電阻器件的電容與對應的第二分支電路的電容連接。優選地，所述第三開關器件的第二輸入/輸出端分別連接有一電感。在第二方面，本技術提供了一種多電平逆變器，其包括開關電容多電平轉換器、連接于所述開關電容多電平轉換器輸出總線的H橋逆變電路，其中，所述開關電容多電平轉換器為根據本技術第一方面所述的開關電容多電平轉換器。本技術的有益效果如下：在低成本和高供電質量的前提下，本技術的多電平開關電容轉換器利用自舉電路可以產生雙倍的直流電壓和電平數量，將電壓幅度和可輸出的電平數目增加一倍。在本技術的多電平逆變器中，多電平轉換器的直流輸出端串聯連接到H橋逆變電路，則可以產生多電平交流輸出。借此，利用本技術不但可以大大降低儲能系統的成本，而且可以有效地降低儲能系統的輸出諧波，改善系統穩定性。附圖說明圖1為本技術多電平逆變器實施例一的電路拓撲結構圖；圖2為圖1所示實施例一的開關電容多電平直流轉換器的輸出總線電壓以及相應開關狀態的對照表；圖3為圖1所示實施例一H橋逆變器輸出電壓及H橋逆變器相應開關狀態的對照表；圖4為本技術多電平逆變器實施例二的電路拓撲結構圖；圖5為本技術多電平逆變器實施例三的電路拓撲結構圖；圖6為本技術多電平逆變器實施例四的電路拓撲結構圖；圖7為本技術多電平逆變器實施例五的電路拓撲結構圖；圖8為圖7所示實施例五的計算機仿真模型的輸出波形圖；圖9、圖10、圖11分別為本技術多電平逆變器多個實施例中可能所涉的分支電路一、分支電路二、分支電路三的拓撲結構圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本技術做進一步詳細說明。為了緩解現有技術中因為儲能管理系統和均衡電路復雜程度增加導致的問題，本技術提供一種開關電容多電平轉換器以及具有該開關電容多電平轉換器的多電平逆變器，以利用開關電容技術將電壓幅度和可輸出的電平數目增加一倍。從而不但大大降低變頻驅動器儲能系統的成本，而且有效地降低變頻器的輸出諧波。由于本技術提供的多電平逆變器包括本技術提供的開關電容多電平轉換器，為了減少不必要的贅述，下面詳細描述多電平逆變器時，不再對開關電容多電平轉換器進行獨立描述。此外，本技術多個實施例的部分電路結構相同，對相同部分也不再一一描述。如圖1所示，本技術提供的多電平逆變器實施例一包括開關電容多電平轉換器100(以下簡稱為轉換器100，與此相同，其他實施例也相應簡稱為轉換器300、轉換器500等)、連接于轉換器100輸出總線VBus(附圖標記VBus也表示總線電壓)的H橋逆變電路200(以下簡稱為逆變電路200)。轉換器100包括開關器件T01、T02(對應于本技術的第一開關器件和第二開關器件)和多個分支電路(未一一標注)。為了清楚的描述本實施例一的結構及原理，開關器件T01、T02和多個分支電路連接到由n個儲能裝置Vs1至Vsn(例如電池、超級電容器等)串聯組成的多電平電壓源。本領域技術人員應當理解，儲能裝置并不是構成本技術的必需部件。具體而言，開關器件T01的第一輸入/輸出端與開關器件T02的第二輸入/輸出端連接。n個分支電路分別包括開關器件T11、電容C1、開關器件T12(這三者構成第一分支電路)、開關器件T21至開關器件T(n-1)1、電容C2至電容C(n-1)、開關器件T22至開關器件T(n-1)2(開關器件T21至開關器件T(n-1)1、電容C2至電容C(n-1)、開關器件T22至開關器件T(n-1)2、構成多個第二分支電路)、開關器件Tn1、電容Cn、開關器件Tn2(這三者構成第三分支電路)。開關器件T11至開關器件Tn1(對應于本技術的第三開關器件)、開關器件T12至開關器件Tn2(對應于本技術的第四開關器件)均包括第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端，以和其他器件連接。在本實施例一中以及其他實施例中，開關器件T11至開關器件Tn1、開關器件T12至開關器件Tn2可以是二極管、晶體管、場效應管、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)等或者其中二者的組合。若為二極管，輸入/輸出端為正極、負極；若為晶體管，輸入/輸出端為集電極、發射極；若為場效應管，輸入/輸出端為源極、漏極。進一步具體而言，本實施例一的開關器件T01、T02、T11至Tn1、T12和Tn2為單向開關，例如MOSFET(金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)和IGBT，而部分分支電路的開關器件T22至T(n-1)2是雙向開關，由兩個單向開關反向串聯組成。n個分支電路的電容C1至Cn串聯后與開關器件T01的第一輸入/輸出端、開關器件T02的第二輸入/輸出端連接。開關器件T11至開關器件Tn1的第一輸入/輸出端連接于相應的開關器件T12至開關器件Tn2的第二輸入/輸出端、電容C1至電容Cn的一端，然后，各分支電路與輸出總線VBus連接。本實施例一通過(2n+2)個主動開關(或者稱之為有源開關)和n個電容，在輸出總線VBus之間本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種開關電容多電平轉換器，其特征在于，包括：第一開關器件，具有第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端；第二開關器件，具有第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端，且所述第一開關器件的第一輸入/輸出端與所述第二開關器件的第二輸入/輸出端連接；至少一個分支電路，每一分支電路包括第三開關器件、電容、第四開關器件，所述至少一個分支電路的所有電容串聯并與所述第一開關器件的第一輸入/輸出端、所述第二開關器件的第二輸入/輸出端連接；在每一所述分支電路中，所述第三開關器件、第四開關器件均包括第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端，所述第三開關器件的第一輸入/輸出端連接于所述第四開關器件的第二輸入/輸出端、所述電容的一端。

【技術特征摘要】
1.一種開關電容多電平轉換器，其特征在于，包括：第一開關器件，具有第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端；第二開關器件，具有第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端，且所述第一開關器件的第一輸入/輸出端與所述第二開關器件的第二輸入/輸出端連接；至少一個分支電路，每一分支電路包括第三開關器件、電容、第四開關器件，所述至少一個分支電路的所有電容串聯并與所述第一開關器件的第一輸入/輸出端、所述第二開關器件的第二輸入/輸出端連接；在每一所述分支電路中，所述第三開關器件、第四開關器件均包括第一輸入/輸出端、第二輸入/輸出端，所述第三開關器件的第一輸入/輸出端連接于所述第四開關器件的第二輸入/輸出端、所述電容的一端。2.根據權利要求1所述的開關電容多電平轉換器，其特征在于，所述第一開關器件、第二開關器件均為晶體管。3.根據權利要求1所述的開關電容多電平轉換器，其特征在于，所述第三開關器件為單向開關器件，所述第四開關器件為雙向開關器件或單向開關器件。4.根據權利要求3所述的開關電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭家偉，陳宇澄，方逸之，
申請(專利權)人：富華德電子東莞有限公司，
類型：新型
國別省市：廣東;44