專利名稱：電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更確切地說(shuō)涉及一種電流型多電平逆變 器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
多電平逆變器具有輸出功率大，器件開(kāi)關(guān)頻率低、等效開(kāi)關(guān)頻率高、輸出諧波小、 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、傳輸頻帶寬、電磁兼容性好等特點(diǎn)。目前，電壓型多電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已 取得了豐碩的研究成果，而電流型多電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還不夠完善。最近幾年，國(guó)內(nèi)外 學(xué)者陸續(xù)提出了一些新型的拓?fù)?。其中一種是由8個(gè)開(kāi)關(guān)管和2個(gè)分流電感所組成的5電 平拓?fù)?，并通過(guò)冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)分流電感的電流均衡，但一旦擴(kuò)展到7電平或 者更高電平數(shù)輸出時(shí)，由于分流電感分布不對(duì)稱，未得到期望的輸出電平，所有分流電感并 不具有相同的中間電平電流值，從而很難采用冗余開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換來(lái)維持各分流電感中間電 平電流平衡，制約了在高電平輸出場(chǎng)合的應(yīng)用。另一種拓?fù)湓诤铣啥嚯娖诫娏鞯脑砩匣?本相似，主要區(qū)別在于采用簡(jiǎn)化的電路結(jié)構(gòu)，在相同電平輸出時(shí)，減少了開(kāi)關(guān)管和分流電感 的數(shù)量，節(jié)約了電路成本，但存在的問(wèn)題是開(kāi)關(guān)器件的電流應(yīng)力不一致，因此也不屬于真正 意義上的多電平結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種開(kāi)關(guān)器件電流應(yīng)力一致、具有分流電感中 間電平電流自平衡能力的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，包括上橋臂和下橋臂；電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有On+1)電平，η為大于等于1的正整數(shù)；所述的 上橋臂包括1/2η(η+1)個(gè)最小分流單元I ；所述的下橋臂包括1/2η(η+1)個(gè)最小分流單元 II ；所述的上橋臂包括a個(gè)不同電平的上橋臂分流單元，該a個(gè)不同電平的上橋臂分 流單元按垂直方式呈倒立金字塔形狀依次排列，a為大于等于2的正整數(shù)；所述的下橋臂與 所述的上橋臂對(duì)稱分布；所述的下橋臂包括a個(gè)不同電平的下橋臂分流單元，該a個(gè)不同電 平的下橋臂分流單元按垂直方式呈金字塔形狀依次排列，a為大于等于2的正整數(shù)；所述的上橋臂的下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元包括一個(gè)最小分流單元I ；所述 的上橋臂的下數(shù)上第二層的上橋臂分流單元包括兩個(gè)最小分流單元I，兩個(gè)最小分流單元 I的其中一個(gè)輸出端相連接且連接點(diǎn)與下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元中的最小分流單元 I的輸入端連接，左邊的最小分流單元I的另外一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的上橋臂分流 單元中的最小分流單元I的左邊的輸出端連接，右邊的最小分流單元I的另外一個(gè)輸出端 與下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元中的最小分流單元I的右邊的輸出端連接；所述的上橋 臂的下數(shù)上第三層到第a-Ι層的上橋臂分流單元分別包括數(shù)量與該上橋臂分流單元的層數(shù)相對(duì)應(yīng)的最小分流單元I，每層的最小分流單元I均排成一行，每層的兩個(gè)相鄰的最小分 流單元I的相鄰的兩個(gè)輸出端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的與下一層的最小分流單元I的 輸入端連接，每層的最左邊的最小分流單元I的另一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的最小分流 單元I的左邊的輸出端連接，每層的最右邊的最小分流單元I的另一個(gè)輸出端與下數(shù)上第 一層的最小分流單元I的右邊的輸出端連接；所述的上橋臂的下數(shù)上第a層的上橋臂分流 單元包括a個(gè)最小分流單元I，a個(gè)最小分流單元I排成一行，兩個(gè)相鄰的最小分流單元I 的相鄰的兩個(gè)輸出端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的與下一層的最小分流單元I的輸入端 連接，最左邊的最小分流單元I的另一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的最小分流單元I的左邊 的輸出端連接，最右邊的最小分流單元I的另一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的最小分流單元 I的右邊的輸出端連接，a個(gè)最小分流單元I的輸入端相互連接；所述的下橋臂的上數(shù)下第一層的下橋臂分流單元包括一個(gè)最小分流單元II，該層 的最小分流單元II的左邊的輸入端與上橋臂的下數(shù)上第一層的最小分流單元I的左邊的 輸出端連接，該層的最小分流單元II的右邊的輸入端與上橋臂的下數(shù)上第一層的最小分 流單元I的右邊的輸出端連接；所述的下橋臂上數(shù)下第二層的下橋臂分流單元包括兩個(gè)最 小分流單元II，兩個(gè)最小分流單元II的其中一個(gè)輸入端相連接且連接點(diǎn)與上數(shù)下第一層 的最小分流單元II的輸出端連接，左邊的最小分流單元II的另外一個(gè)輸入端與上橋臂下 數(shù)上第一層的最小分流單元I的左邊的輸出端連接，右邊的最小分流單元II的另外一個(gè)輸 入端與上橋臂下數(shù)上第一層的最小分流單元I的右邊的輸出端連接；所述的下橋臂的下數(shù) 上第3層到第a-Ι層的下橋臂分流單元包括數(shù)量與該下橋臂分流單元的層數(shù)相對(duì)應(yīng)的最小 分流單元II，每層的最小分流單元II均排成一行，每層的兩個(gè)相鄰的最小分流單元II的 相鄰的兩個(gè)輸入端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的與上一層的最小分流單元II的輸出端連 接，每層的最左邊的最小分流單元II的另一個(gè)輸出端與上橋臂下數(shù)上第一層的最小分流 單元I的左邊的輸出端連接，每層的最右邊的最小分流單元II的另外一個(gè)輸入端與上橋臂 下數(shù)上第一層的最小分流單元I的右邊的輸出端連接；所述的下橋臂的下數(shù)上第a層的下 橋臂分流單元包括a個(gè)最小分流單元II，a個(gè)最小分流單元II排成一行，兩個(gè)相鄰的最小 分流單元II的相鄰的兩個(gè)輸入端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)地與上一層的最小分流單元 II的輸出端連接，最左邊的最小分流單元II的另一個(gè)輸出端與上橋臂下數(shù)上第一層的最 小分流單元I的左邊的輸出端連接，最右邊的最小分流單元II的另外一個(gè)輸入端與上橋臂 下數(shù)上第一層的最小分流單元I的右邊的輸出端連接，a個(gè)最小分流單元II的輸出端相互 連接。采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以 下優(yōu)點(diǎn)由于本發(fā)明的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的上橋臂和下橋臂的等值分流電感 會(huì)通過(guò)最小分流單元I中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管I之間的切換和最小分流單元II中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 II之間的切換來(lái)維持中間電平電流平衡，使本發(fā)明的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有 分流電感中間電平電流自平衡能力；又由于分流電感具有電流自平衡能力，因此流過(guò)分流 電感的電流都是連續(xù)的而且又是均勻一致的，而每個(gè)最小分流單元為工作狀態(tài)互補(bǔ)的開(kāi)關(guān) 對(duì)，這說(shuō)明在任何時(shí)刻，等值分流電感上的電流只能流過(guò)最小分流單元中的其中一個(gè)開(kāi)關(guān) 管，也就是說(shuō)，流過(guò)任一開(kāi)關(guān)管的電流就是等值分流電感的電流，從而保證所有開(kāi)關(guān)管器件電流應(yīng)力的一致性。


圖1是本發(fā)明的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的上橋臂的電路圖。圖2是本發(fā)明的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的下橋臂的電路圖。圖3是本發(fā)明的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)施例一的電路圖。圖4是本發(fā)明的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)施例二的電路圖。圖中所示1、上橋臂，2、上橋臂分流單元，2. 1、最小分流單元I，2. 2、等值分流電 感1，2.3、開(kāi)關(guān)管I，2. 3. 1、有源開(kāi)關(guān)I，2. 3. 2、快恢復(fù)二極管I，3、下橋臂，4、下橋臂分流 單元，4. 1、最小分流單元II，4. 2、等值分流電感II，4. 3、開(kāi)關(guān)管II，4. 3. 1、有源開(kāi)關(guān)II， 4. 3. 2、快恢復(fù)二極管11，5、電源，6、負(fù)載。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。請(qǐng)參圖1及圖2所示，本發(fā)明電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括上橋臂1和下橋 臂3;電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有On+1)電平，η為大于等于1的正整數(shù)；所述的 上橋臂1包括1/2η(η+1)個(gè)最小分流單元I 2. 1 ；所述的下橋臂3包括1/2η(η+1)個(gè)最小 分流單元II 4.1;所述的上橋臂1包括a個(gè)不同電平的上橋臂分流單元2，該a個(gè)不同電平的上橋 臂分流單元2按垂直方式呈倒立金字塔形狀依次排列，a為大于等于2的正整數(shù)；所述的下 橋臂3與所述的上橋臂1對(duì)稱分布；所述的下橋臂3包括a個(gè)不同電平的下橋臂分流單元 4，該a個(gè)不同電平的下橋臂分流單元4按垂直方式呈金字塔形狀依次排列，a為大于等于2 的正整數(shù)；所述的上橋臂1的下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元2包括一個(gè)最小分流單元 12. 1 ；所述的上橋臂1的下數(shù)上第二層的上橋臂分流單元2包括兩個(gè)最小分流單元12. 1， 兩個(gè)最小分流單元I 2. 1的其中一個(gè)輸出端相連接且連接點(diǎn)與下數(shù)上第一層的上橋臂分 流單元2中的最小分流單元I 2. 1的輸入端連接，左邊的最小分流單元I 2. 1的另外一個(gè) 輸出端與下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元2中的最小分流單元I 2. 1的左邊的輸出端連 接，右邊的最小分流單元I 2. 1的另外一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元2中 的最小分流單元I 2. 1的右邊的輸出端連接；所述的上橋臂1的下數(shù)上第三層到第a-Ι層 的上橋臂分流單元2分別包括數(shù)量與該上橋臂分流單元2的層數(shù)相對(duì)應(yīng)的最小分流單元I 2.1，每層的最小分流單元I 2.1均排成一行，每層的兩個(gè)相鄰的最小分流單元I 2.1的相 鄰的兩個(gè)輸出端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的與下一層的最小分流單元I 2. 1的輸入端 連接，每層的最左邊的最小分流單元I 2. 1的另一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的最小分流單 元I 2.1的左邊的輸出端連接，每層的最右邊的最小分流單元I 2.1的另一個(gè)輸出端與下 數(shù)上第一層的最小分流單元I 2. 1的右邊的輸出端連接；所述的上橋臂1的下數(shù)上第a層 的上橋臂分流單元2包括a個(gè)最小分流單元I 2.1，a個(gè)最小分流單元I 2.1排成一行，兩 個(gè)相鄰的最小分流單元I 2. 1的相鄰的兩個(gè)輸出端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的與下一
6層的最小分流單元I 2.1的輸入端連接，最左邊的最小分流單元I 2.1的另一個(gè)輸出端與 下數(shù)上第一層的最小分流單元I 2.1的左邊的輸出端連接，最右邊的最小分流單元I 2.1 的另一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的最小分流單元I 2. 1的右邊的輸出端連接，a個(gè)最小分 流單元I 2. 1的輸入端相互連接；所述的下橋臂3的上數(shù)下第一層的下橋臂分流單元4包括一個(gè)最小分流單元 114. 1，該層的最小分流單元II 4. 1的左邊的輸入端與上橋臂1的下數(shù)上第一層的最小分 流單元I 2.1的左邊的輸出端連接，該層的最小分流單元II 4. 1的右邊的輸入端與上橋臂 1的下數(shù)上第一層的最小分流單元I 2. 1的右邊的輸出端連接；所述的下橋臂3上數(shù)下第 二層的下橋臂分流單元4包括兩個(gè)最小分流單元II 4. 1，兩個(gè)最小分流單元114. 1的其中 一個(gè)輸入端相連接且連接點(diǎn)與上數(shù)下第一層的最小分流單元Π 4. 1的輸出端連接，左邊 的最小分流單元II 4.1的另外一個(gè)輸入端與上橋臂1下數(shù)上第一層的最小分流單元I 2.1 的左邊的輸出端連接，右邊的最小分流單元II 4. 1的另外一個(gè)輸入端與上橋臂1下數(shù)上 第一層的最小分流單元I 2. 1的右邊的輸出端連接；所述的下橋臂3的下數(shù)上第3層到第 a-Ι層的下橋臂分流單元4包括數(shù)量與該下橋臂分流單元4的層數(shù)相對(duì)應(yīng)的最小分流單元 II 4. 1，每層的最小分流單元II 4. 1均排成一行，每層的兩個(gè)相鄰的最小分流單元II 4. 1 的相鄰的兩個(gè)輸入端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的與上一層的最小分流單元II 4. 1的輸 出端連接，每層的最左邊的最小分流單元II 4. 1的另一個(gè)輸出端與上橋臂1下數(shù)上第一層 的最小分流單元I 2.1的左邊的輸出端連接，每層的最右邊的最小分流單元II 4.1的另外 一個(gè)輸入端與上橋臂1下數(shù)上第一層的最小分流單元I 2. 1的右邊的輸出端連接；所述的 下橋臂3的下數(shù)上第a層的下橋臂分流單元4包括a個(gè)最小分流單元II 4. 1，a個(gè)最小分 流單元II 4.1排成一行，兩個(gè)相鄰的最小分流單元II 4. 1的相鄰的兩個(gè)輸入端相互連接 且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)地與上一層的最小分流單元II 4. 1的輸出端連接，最左邊的最小分流 單元II 4.1的另一個(gè)輸出端與上橋臂1下數(shù)上第一層的最小分流單元I 2.1的左邊的輸 出端連接，最右邊的最小分流單元II 4. 1的另外一個(gè)輸入端與上橋臂1下數(shù)上第一層的最 小分流單元I 2. 1的右邊的輸出端連接，a個(gè)最小分流單元II 4. 1的輸出端相互連接。所述的最小分流單元I 2.1包括一個(gè)等值分流電感I 2. 2和兩個(gè)開(kāi)關(guān)管I 2.3; 所述的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管I 2. 3均包括一個(gè)有源開(kāi)關(guān)I 2. 3. 1和一個(gè)快恢復(fù)二極管I 2. 3. 2，兩 個(gè)有源開(kāi)關(guān)I 2.3. 1的漏極相連接且連接點(diǎn)與等值分流電感I 2. 2的一端連接，兩個(gè)有源 開(kāi)關(guān)I 2. 3. 1的發(fā)射極均與一個(gè)快恢復(fù)二極管I 2. 3. 2的陽(yáng)極連接；所述的等值分流電感 I 2. 2的自由端為最小分流單元I 2. 1的輸入端，所述的兩個(gè)快恢復(fù)二極管12. 3. 2的陰極 為最小分流單元I 2. 1的兩個(gè)輸出端。所述的最小分流單元II 4.1包括一個(gè)等值分流電感II 4. 2和兩個(gè)開(kāi)關(guān)管II 4. 3;所述的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管II 4. 3均包括一個(gè)有源開(kāi)關(guān)II 4.3. 1和一個(gè)快恢復(fù)二極管II 4. 3. 2，兩個(gè)有源開(kāi)關(guān)II 4. 3. 1的發(fā)射極均與一個(gè)快恢復(fù)二極管II 4. 3. 2的陽(yáng)極連接，兩 個(gè)快恢復(fù)二極管II 4. 3. 2的陰極相連接且連接點(diǎn)與等值分流電感II 4.1的一端相連接； 所述的兩個(gè)有源開(kāi)關(guān)II 4. 3. 1的漏極為最小分流單元II 4.1的輸入端，所述的等值分流 電感114. 2的自由端為最小分流單元II 4. 1的輸出端。實(shí)施例一請(qǐng)一并參閱圖3所示，本具體實(shí)施例中為電流型五電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述的上橋臂1包括3個(gè)最小分流單元I，所述的下橋臂3包括3個(gè)最小分流單元II。所述的上橋臂1包括2個(gè)不同電平的上橋臂分流單元2，該2個(gè)不同電平的上橋臂 分流單元2按垂直方式呈倒立金字塔形狀依次排列。所述的下橋臂3包括2個(gè)不同電平的 下橋臂分流單元4，該2個(gè)不同電平的下橋臂分流單元4按垂直方式呈金字塔形狀依次排 列。所述的上橋臂1的下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元2包括一個(gè)最小分流單元I 2. 1。所述的上橋臂1的下數(shù)上第二層的上橋臂分流單元2包括兩個(gè)最小分流單元I 2. 1， 兩個(gè)最小分流單元I 2.1的相鄰的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管I 2. 3的輸出端相連接，即陽(yáng)極與有源開(kāi)關(guān)I Scl相連接的快恢復(fù)二極管I 2. 3. 2的陰極與陽(yáng)極與有源開(kāi)關(guān)I Sc2相連接的快恢復(fù)二極 管12. 3. 2的陰極相連接且連接點(diǎn)與上橋臂1下數(shù)上第一層的最小分流單元I 2. 1的輸入 端，即該最小分流單元I 2.1的等值分流電感I Ll的自由端；左邊的最小分流單元I 2.1 的另外一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元2中的左邊的輸出端連接，右邊的最 小分流單元I 2. 1的另外一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元2中的最小分流單 元I 2.1的右邊的輸出端連接；兩個(gè)最小分流單元I 2.1的輸入端相連接，即兩個(gè)等值分流 電感I (L2，L3)的自由端相連接；等值分流電感I L2的自由端和等值分流電感I L3的自由 端的連接點(diǎn)與電源5的正極連接。所述的下橋臂3的上數(shù)下第一層的下橋臂分流單元4包括一個(gè)最小分流單元II 4. 1 ；該層的最小分流單元II 4. 1的左邊的輸入端與上橋臂1的下數(shù)上第一層的最小分流 單元I 2.1的左邊的輸出端A連接，即最小分流單元II 4.1的開(kāi)關(guān)管II 4. 3的有源開(kāi)關(guān) II Spl’的漏極(集電極)與上橋臂1的最小分流單元I 2. 1的陽(yáng)極與有源開(kāi)關(guān)I Spl相 連接的快恢復(fù)二極管I 2. 3. 2的陰極連接；該層的最小分流單元II 4.1的右邊的輸入端與 上橋臂1的下數(shù)上第一層的最小分流單元I 2. 1的右邊的輸出端B連接，即最小分流單元 II 4.1的開(kāi)關(guān)管II 4. 3的有源開(kāi)關(guān)II Snl'的漏極(集電極)與上橋臂1的最小分流單 元I 2.1的陽(yáng)極與有源開(kāi)關(guān)I Snl相連接的快恢復(fù)二極管I 2. 3. 2的陰極連接。所述的下 橋臂3上數(shù)下第二層的下橋臂分流單元4包括兩個(gè)最小分流單元II 4. 1 ；兩個(gè)最小分流單 元II 4.1相鄰的兩個(gè)輸入端相連接且連接點(diǎn)與上數(shù)下第一層的最小分流單元II 4.1的輸 出端連接，即有源開(kāi)關(guān)II 的漏極(集電極)與有源開(kāi)關(guān)II 的漏極(集電極)相 連接且連接點(diǎn)與上數(shù)下第一層的最小分流單元II 4.1的等值分流電感II Li’的自由端連 接；左邊的最小分流單元II 4. 1的另外一個(gè)輸入端與上橋臂1下數(shù)上第一層的最小分流單 元I 2.1的左邊的輸出端A連接，即開(kāi)關(guān)管II 4. 3的有源開(kāi)關(guān)II Sp2’的漏極(集電極) 與開(kāi)關(guān)管I 2. 3中陽(yáng)極與有源開(kāi)關(guān)I Spl相連接的快恢復(fù)二極管I 2. 3. 2的陰極連接。右 邊的最小分流單元II 4. 1的另外一個(gè)輸入端與上橋臂1下數(shù)上第一層的最小分流單元I 2. 1的右邊的輸出端B連接，即開(kāi)關(guān)管II 4. 3的有源開(kāi)關(guān)II Sn2’的漏極(集電極)與開(kāi) 關(guān)管I 2. 3中陽(yáng)極與有源開(kāi)關(guān)I Snl相連接的快恢復(fù)二極管I 2. 3. 2的陰極連接；兩個(gè)最 小分流單元II 4. 1的輸出端相連接，即兩個(gè)等值分流電感II(L2’，L3’)的自由端相連接； 等值分流電感II L2’的自由端和等值分流電感II L3’的自由端的連接點(diǎn)與電源5的負(fù)極 連接。使用時(shí)，負(fù)載6連接在陽(yáng)極與有源開(kāi)關(guān)I Spl連接的快恢復(fù)二極管I 2. 3. 2的陰極 和陽(yáng)極與有源開(kāi)關(guān)I Snl連接的快恢復(fù)二極管I 2. 3. 2的陰極之間。上述的電流型五電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)五電平電流的產(chǎn)生機(jī)理為該拓?fù)漭敵龅亩鄠€(gè)電平電流是通過(guò)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體的組合規(guī)律如表1所示。表1中，開(kāi)關(guān) 狀態(tài)“1”表示導(dǎo)通，“0”表示關(guān)斷。為了能在輸出端獲得五電平電流，所有12個(gè)開(kāi)關(guān)管的 開(kāi)關(guān)狀態(tài)必須滿足以下規(guī)律與分流電感連接于同一端點(diǎn)的所有開(kāi)關(guān)器件都工作在互補(bǔ)狀 態(tài)，因此一共可以產(chǎn)生8對(duì)互補(bǔ)開(kāi)關(guān)組合，分別為(Sp2,Scl), (Sn2,Sc2), (Scl,Sc2), (Spl, Snl)，(Sp2'，Scl' )，(Sn2' ,Sc2' )，(Scl' , Sc2')和(Spl'，Snl')。分流電感中間電平電流自平衡功能的實(shí)現(xiàn)上述的電流型五電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 分流電感電流自平衡功能是通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)Scl Sc2和分流電感Ll L3來(lái)實(shí)現(xiàn)的。輔助 開(kāi)關(guān) Sc2的開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換時(shí)，就有兩組不同的分流電感通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接。例 如，開(kāi)關(guān)Scl導(dǎo)通，Sc2關(guān)斷時(shí)，電感Ll與L2串聯(lián)連接，這樣串聯(lián)連接的兩個(gè)電感會(huì)通過(guò)充 放電來(lái)使它們的電流趨向相等，即iLl = iL2 ；對(duì)于下一個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)即Scl關(guān)斷，Sc2導(dǎo)通， 此時(shí)電感Ll與L3串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的這兩個(gè)電感會(huì)通過(guò)充放電來(lái)使它們的電流趨向相 等，即iLl = iL3 ；這樣，所有的分流電感Ll L3會(huì)通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)的狀態(tài)切換來(lái)維持中間 電平電流平衡，S卩iLl = iL2 = iL3。同理，下橋臂的分流電感Li， L3’具有相同的電流 自平衡功能。開(kāi)關(guān)器件的電流應(yīng)力一致性機(jī)理上述的電流型五電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，由于 分流電感具有電流自平衡功能，因此流過(guò)分流電感的電流都是連續(xù)的而且又是均勻一致 的，單橋臂最頂層分流單元的分流電感個(gè)數(shù)為2，兩個(gè)分流電感對(duì)電流值為Idc的電流源進(jìn) 行均分，流過(guò)的電流為Idc/2。分流電感Ll L3上的電流必須是連續(xù)的，而(Sp2，Scl), (Sn2, Sc2)和(Spl, Snl)為工作狀態(tài)互補(bǔ)的開(kāi)關(guān)對(duì)，這說(shuō)明在任何時(shí)刻，分流電感Ll L3 上的電流只能流過(guò)任一開(kāi)關(guān)對(duì)中的其中一個(gè)開(kāi)關(guān)，也就是說(shuō)，流過(guò)任一開(kāi)關(guān)的電流就是分 流電感電流Idc/2，從而保證所有開(kāi)關(guān)器件電流應(yīng)力的一致性。表1 開(kāi)關(guān)狀態(tài)表
權(quán)利要求
1. 一種電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于包括上橋臂(1)和下橋臂(3)； 電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有(2n+l)電平，η為大于等于1的正整數(shù)；所述的上橋 臂(1)包括1/2η(η+1)個(gè)最小分流單元I (2. 1)；所述的下橋臂(3)包括1/2η(η+1)個(gè)最小 分流單元II (4. 1)；所述的上橋臂(1)包括a個(gè)不同電平的上橋臂分流單元O)，該a個(gè)不同電平的上橋 臂分流單元(2)按垂直方式呈倒立金字塔形狀依次排列，a為大于等于2的正整數(shù)；所述的 下橋臂(3)與所述的上橋臂(1)對(duì)稱分布；所述的下橋臂(3)包括a個(gè)不同電平的下橋臂 分流單元G)，該a個(gè)不同電平的下橋臂分流單元(4)按垂直方式呈金字塔形狀依次排列， a為大于等于2的正整數(shù)；所述的上橋臂(1)的下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元( 包括一個(gè)最小分流單元 1(2. 1)；所述的上橋臂(1)的下數(shù)上第二層的上橋臂分流單元( 包括兩個(gè)最小分流單元 1(2. 1)，兩個(gè)最小分流單元I (2. 1)的其中一個(gè)輸出端相連接且連接點(diǎn)與下數(shù)上第一層的 上橋臂分流單元(2)中的最小分流單元I (2. 1)的輸入端連接，左邊的最小分流單元I (2. 1) 的另外一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的上橋臂分流單元O)中的最小分流單元1(2. 1)的左 邊的輸出端連接，右邊的最小分流單元1(2. 1)的另外一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的上橋 臂分流單元O)中的最小分流單元1(2. 1)的右邊的輸出端連接；所述的上橋臂(1)的下 數(shù)上第三層到第a-Ι層的上橋臂分流單元( 分別包括數(shù)量與該上橋臂分流單元O)的 層數(shù)相對(duì)應(yīng)的最小分流單元1(2. 1)，每層的最小分流單元1(2. 1)均排成一行，每層的兩個(gè) 相鄰的最小分流單元I (2. 1)的相鄰的兩個(gè)輸出端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的與下一層 的最小分流單元1(2. 1)的輸入端連接，每層的最左邊的最小分流單元I (2. 1)的另一個(gè)輸 出端與下數(shù)上第一層的最小分流單元1(2. 1)的左邊的輸出端連接，每層的最右邊的最小 分流單元I (2. 1)的另一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的最小分流單元I (2. 1)的右邊的輸出 端連接；所述的上橋臂(1)的下數(shù)上第a層的上橋臂分流單元( 包括a個(gè)最小分流單元 1(2. 1)，a個(gè)最小分流單元1(2. 1)排成一行，兩個(gè)相鄰的最小分流單元1(2. 1)的相鄰的兩 個(gè)輸出端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的與下一層的最小分流單元1(2. 1)的輸入端連接， 最左邊的最小分流單元I (2. 1)的另一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的最小分流單元I (2. 1)的 左邊的輸出端連接，最右邊的最小分流單元1(2. 1)的另一個(gè)輸出端與下數(shù)上第一層的最 小分流單元I (2. 1)的右邊的輸出端連接，a個(gè)最小分流單元I (2. 1)的輸入端相互連接；所述的下橋臂(3)的上數(shù)下第一層的下橋臂分流單元(4)包括一個(gè)最小分流單元 IK4. 1)，該層的最小分流單元II (4. 1)的左邊的輸入端與上橋臂(1)的下數(shù)上第一層的最 小分流單元I (2. 1)的左邊的輸出端連接，該層的最小分流單元II (4. 1)的右邊的輸入端與 上橋臂(1)的下數(shù)上第一層的最小分流單元I (2. 1)的右邊的輸出端連接；所述的下橋臂 (3)上數(shù)下第二層的下橋臂分流單元(4)包括兩個(gè)最小分流單元II (4. 1)，兩個(gè)最小分流單 元II (4. 1)的其中一個(gè)輸入端相連接且連接點(diǎn)與上數(shù)下第一層的最小分流單元II (4. 1)的 輸出端連接，左邊的最小分流單元11(4. 1)的另外一個(gè)輸入端與上橋臂(1)下數(shù)上第一層 的最小分流單元I (2. 1)的左邊的輸出端連接，右邊的最小分流單元II (4. 1)的另外一個(gè)輸 入端與上橋臂(1)下數(shù)上第一層的最小分流單元I (2. 1)的右邊的輸出端連接；所述的下橋 臂(3)的下數(shù)上第3層到第a-Ι層的下橋臂分流單元(4)包括數(shù)量與該下橋臂分流單元(4) 的層數(shù)相對(duì)應(yīng)的最小分流單元11(4. 1)，每層的最小分流單元11(4. 1)均排成一行，每層的兩個(gè)相鄰的最小分流單元Π(4. 1)的相鄰的兩個(gè)輸入端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的與 上一層的最小分流單元II (4. 1)的輸出端連接，每層的最左邊的最小分流單元11(4. 1)的 另一個(gè)輸出端與上橋臂(1)下數(shù)上第一層的最小分流單元I (2. 1)的左邊的輸出端連接，每 層的最右邊的最小分流單元II (4. 1)的另外一個(gè)輸入端與上橋臂(1)下數(shù)上第一層的最小 分流單元I (2. 1)的右邊的輸出端連接；所述的下橋臂(3)的下數(shù)上第a層的下橋臂分流單 元(4)包括a個(gè)最小分流單元II (4. 1)，a個(gè)最小分流單元II (4. 1)排成一行，兩個(gè)相鄰的 最小分流單元II (4. 1)的相鄰的兩個(gè)輸入端相互連接且連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)地與上一層的最 小分流單元11(4. 1)的輸出端連接，最左邊的最小分流單元11(4. 1)的另一個(gè)輸出端與上 橋臂(1)下數(shù)上第一層的最小分流單元I (2. 1)的左邊的輸出端連接，最右邊的最小分流單 元Π(4. 1)的另外一個(gè)輸入端與上橋臂(1)下數(shù)上第一層的最小分流單元1(2. 1)的右邊 的輸出端連接，a個(gè)最小分流單元II (4. 1)的輸出端相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于所述的最小 分流單元1(2. 1)包括一個(gè)等值分流電感1(2. 2)和兩個(gè)開(kāi)關(guān)管1(2. 3)；所述的兩個(gè)開(kāi) 關(guān)管I (2. 3)均包括一個(gè)有源開(kāi)關(guān)I (2. 3. 1)和一個(gè)快恢復(fù)二極管I (2. 3. 2)，兩個(gè)有源開(kāi) 關(guān)I (2. 3. 1)的漏極相連接且連接點(diǎn)與等值分流電感I (2. 2)的一端連接，兩個(gè)有源開(kāi)關(guān) 1(2.3. 1)的發(fā)射極均與一個(gè)快恢復(fù)二極管I (2. 3. 的陽(yáng)極連接；所述的等值分流電感 I (2. 2)的自由端為最小分流單元I (2. 1)的輸入端，所述的兩個(gè)快恢復(fù)二極管I (2. 3. 2)的 陰極為最小分流單元1(2. 1)的兩個(gè)輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于所述的最 小分流單元II (4. 1)包括一個(gè)等值分流電感II (4. 2)和兩個(gè)開(kāi)關(guān)管II (4. 3)；所述的兩個(gè) 開(kāi)關(guān)管II (4. 3)均包括一個(gè)有源開(kāi)關(guān)II (4. 3. 1)和一個(gè)快恢復(fù)二極管II (4. 3. 2)，兩個(gè)有 源開(kāi)關(guān)11(4. 3. 1)的發(fā)射極均與一個(gè)快恢復(fù)二極管11(4. 3. 2)的陽(yáng)極連接，兩個(gè)快恢復(fù)二 極管II (4. 3. 2)的陰極相連接且連接點(diǎn)與等值分流電感11(4. 1)的一端相連接；所述的 兩個(gè)有源開(kāi)關(guān)11(4. 3. 1)的漏極為最小分流單元II (4. 1)的輸入端，所述的等值分流電感 11(4.2)的自由端為最小分流單元II (4. 1)的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括上橋臂和下橋臂；電流型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有(2n+1)電平，n為大于等于1的正整數(shù)；所述的上橋臂包括1/2n(n+1)個(gè)最小分流單元I；所述的下橋臂包括1/2n(n+1)個(gè)最小分流單元II；所述的上橋臂包括a個(gè)不同電平的上橋臂分流單元，該a個(gè)不同電平的上橋臂分流單元按垂直方式呈倒立金字塔形狀依次排列，a為大于等于2的正整數(shù)；所述的下橋臂與所述的上橋臂對(duì)稱分布；所述的下橋臂包括a個(gè)不同電平的下橋臂分流單元，該a個(gè)不同電平的下橋臂分流單元按垂直方式呈金字塔形狀依次排列，a為大于等于2的正整數(shù)；該發(fā)明開(kāi)關(guān)器件電流應(yīng)力一致、具有分流電感中間電平電流自平衡能力。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102142786SQ20111009080
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者鮑衛(wèi)兵, 鮑建宇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院