一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器
本技术涉及多电平逆变器，具体涉及一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器。
背景技术：
0、技术背景
1、多电平逆变器拓扑是逆变器的一个热门的研究方向，在中高压输配电、交流电机调速、电动汽车和新能源分布式发电、有源电力滤波器、不间断电源等领域有着广泛的应用。传统的中性点钳位型和飞跨电容型多电平逆变器存在电容电压不易平衡的问题，而级联h桥型多电平逆变器又需要多个独立电源。另外，三种传统逆变器均需要较多器件，从而增大了逆变器体积，并且不具备升压能力，这使得它们难以应用于低输入电压的场合。以上缺点一定程度上限制了传统多电平逆变器的应用。
2、为了解决上述的问题，本实用新型提出了一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器。
技术实现思路
1、本实用新型的目的是提供一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器，以解决传统飞跨电容七电平逆变器所需更多的晶体开关管且没有升压功能的问题。
2、本实用新型采取的技术方案为：一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器，包括直流电压源模块，开关电容结构模块，飞跨电容三电平变换器模块，电平拓展模块，mosfet控制模块，输出模块；其特征在于：直流电压源输出与开关电容结构模块和飞跨电容三电平变换器模块输入相连，带开关电容结构的飞跨电容三电平变换模块输出与输出模块相连。所述的直流电源包括直流电压源vin、电容c1、电容c2、等电势ep1；所述的开关电容结构模块包括晶体开关管s1、晶体开关管s2、晶体开关管s7、晶体开关管s8、二极管d1、二极管d2、二极管d7、二极管d8、电容c3；所述的飞跨电容三电平变换器模块包括晶体开关管s1、晶体开关管s3、晶体开关管s4、晶体开关管s8、二极管d1、二极管d3、二极管d4、二极管d8、电容c1、电容c2、电容c3；所述的电平拓展模块包括晶体开关管s5、晶体开关管s6、二极管d5、二极管d6；所述的输出模块包括输出电感l、输出电容cout、负载load、等电势ep2。
3、所述的直流电压源中，电压源vin为基本直流电源；电路前级为两个分压电容c1和c2，由于两个电容大小相等，因此能提供0.5vin的输出电平分压电容，这使得拓扑能够输出更多的电平数量，并为最终电压的1.5倍升压输出提供了可能。电压源vin的正极与电容c1的正极和晶体开关管s1、晶体开关管s2的漏极相连，电压源vin的负极与电容c2的负极和晶体开关管s7、晶体开关管s8的源极相连。
4、所述的开关电容结构模块中，晶体开关管s1、晶体开关管s2的漏极和电容c1的正极相连，晶体开关管s7、晶体开关管s8的源极和电容c2的负极相连。晶体开关管s1、晶体开关管s7的源极和电容c3正极相连，晶体开关管s2、晶体开关管s8的源极和电容c3负极相连。其中晶体开关管s1、晶体开关管s8为电容c3提供充电通道；晶体开关管s2、晶体开关管s7分别为电容c3向负载提供正向和反向供电通道。
5、所述的飞跨电容三电平变换器模块中，晶体开关管s1的漏极和电容c1的正极相连，晶体开关管s1的源极和晶体开关管s3的漏极、电容c3的正极相连；晶体开关管s8的源极和电容c2的负极相连，晶体开关管s4的源极和晶体开关管s8的漏极、电容c3的负极相连；晶体开关管s3的源极、晶体开关管s4的漏极和输出端相连。其中晶体开关管s1和晶体开关管s3、晶体开关管s4和晶体开关管s8为负载提供±0.5vin的输出电压通道。
6、所述的电平拓展模块中，晶体开关管s5的漏极和晶体开关管s1的源极、晶体开关管s3的漏极、电容c3的正极相连；晶体开关管s5的源极和输出接地端相连；晶体开关管s6的源极和晶体开关管s4的源极、晶体开关管s8的漏极、电容c3的负极相连；晶体开关管s6的漏极和输出接地端相连。晶体开关管s3和晶体开关管s6为电容c3提供其为负载单独正向放电通道；晶体开关管s4和晶体开关管s5为电容c3提供其为负载单独反向放电通道；晶体开关管s3和晶体开关管s5、晶体开关管s4和晶体开关管s6将负载两端直接相连，为负载提供0输出电压通道。
7、所述的mosfet控制模块输出8路控制信号，输出接口分别为mos管s1、mos管s2、mos管s3、mos管s4、mos管s5、mos管s6、mos管s7、mos管s8，8个接口分别和对应8个晶体开关管栅极相连。
8、所述的输出模块中，电感l的正极和晶体开关管s3的源极、晶体开关管s4的漏极相连；电感l的负极和负载、输出电容cout的正极相连；负载、输出电容cout的负极和电容c1的负极、电容c2的正极相连。
9、本实用新型一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器的优点在于：首先，巧妙地将开关电容结构应用到传统飞跨电容三电平变换器中，使得本实用新型所述逆变器有了升压能力；其次，使用多载波同相层叠spwm控制法能显著降低输出电压的thd，也有助于本实用新型的电容电压平衡。本实用新型引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器相较于传统飞跨电容七电平逆变器，使用更少的晶体开关管，使用更少的飞跨电容，有着更有效的电容电压自然平衡能力。为更清楚的说明本实用新型所提的一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
技术特征：
1.一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器，包括直流电压源模块，开关电容结构模块，飞跨电容三电平变换器模块，电平拓展模块，mosfet控制模块，输出模块；其特征在于：直流电压源模块输出与开关电容结构模块和飞跨电容三电平变换器模块输入相连，mosfet控制模块输出与开关电容结构模块和飞跨电容三电平变换器模块输入相连，飞跨电容三电平变换模块输出与输出模块相连；所述的直流电压源模块包括电压源vin、电容c1、电容c2、等电势ep1；所述的开关电容结构模块包括晶体开关管s1、晶体开关管s2、晶体开关管s7、晶体开关管s8、二极管d1、二极管d2、二极管d7、二极管d8、电容c3；所述的飞跨电容三电平变换器模块包括晶体开关管s1、晶体开关管s3、晶体开关管s4、晶体开关管s8、二极管d1、二极管d3、二极管d4、二极管d8、电容c3；所述的电平拓展模块包括晶体开关管s5、晶体开关管s6、二极管d5、二极管d6；所述的输出模块包括输出电感l、输出电容cout、负载load、等电势ep2；所述的直流电压源模块中，电压源vin的正极和电容c1的正极相连，电压源vin的负极和电容c2的负极相连；电容c1的负极和电容c2的正极相连；等电势ep1和电容c1的负极、电容c2的正极相连；所述的开关电容结构模块中，晶体开关管s1、晶体开关管s2的漏极和电容c1的正极相连，晶体开关管s7、晶体开关管s8的源极和电容c2的负极相连；晶体开关管s1的源极、晶体开关管s7的漏极和电容c3的正极相连，晶体开关管s2的源极、晶体开关管s8的漏极和电容c3负极相连；二极管d1的阴极、阳极分别和晶体开关管s1的漏极、源极相连；二极管d2的阴极、阳极分别和晶体开关管s2的漏极、源极相连；二极管d7的阴极、阳极分别和晶体开关管s7的漏极、源极相连；二极管d8的阴极、阳极分别和晶体开关管s8的漏极、源极相连；所述的飞跨电容三电平变换器模块中，晶体开关管s1的漏极和电容c1的正极相连，晶体开关管s1的源极、晶体开关管s3的漏极和电容c3的正极相连；晶体开关管s8的源极和电容c2的负极相连，晶体开关管s4的源极、晶体开关管s8的漏极和电容c3的负极相连；晶体开关管s3的源极和晶体开关管s4的漏极相连；二极管d1的阴极、阳极分别和晶体开关管s1的漏极、源极相连；二极管d3的阴极、阳极分别和晶体开关管s3的漏极、源极相连；二极管d4的阴极、阳极分别和晶体开关管s4的漏极、源极相连；二极管d8的阴极、阳极分别和晶体开关管s8的漏极、源极相连；所述的电平拓展模块中，晶体开关管s5的漏极和晶体开关管s1的源极、晶体开关管s3的漏极、电容c3的正极相连；晶体开关管s6的源极和晶体开关管s4的源极、晶体开关管s8的漏极、电容c3的负极相连；晶体开关管s5的源极和晶体开关管s6的漏极相连；二极管d5的阴极、阳极分别和晶体开关管s5的漏极、源极相连；二极管d6的阴极、阳极分别和晶体开关管s6的漏极、源极相连。
2.如权利要求1所述的一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器，其特征是：所述的mosfet控制模块输出8路控制信号，输出接口分别为mos管s1、mos管s2、mos管s3、mos管s4、mos管s5、mos管s6、mos管s7、mos管s8，8个接口分别和对应8个晶体开关管栅极相连。
3.如权利要求1所述的一种引入开关电容结构的飞跨电容七电平逆变器，其特征是：所述的输出模块中，输出电感l的正极和晶体开关管s3的源极、晶体开关管s4的漏极相连；输出电感l的负极和负载load的正极相连；负载load的负极和等电势ep2相连；输出电容cout的正极、负极分别和负载load的正极、负极相连。
技术总结
本技术涉及多电平逆变器技术领域，具体的说是涉及飞跨电容多电平逆变器。基于该飞跨电容多电平逆变器包括：直流电压源模块，开关电容结构模块，飞跨电容三电平变换器模块，电平拓展模块，MOSFET控制模块，输出模块。本技术不需要多个独立电源，仅需八个开关管、两个二极管和三个电容就能够输出七电平电压，还具有1.5倍升压功能。本技术相比以往传统飞跨电容七电平逆变器，使用更少的晶体开关管和飞跨电容器，同时采用多载波同相层叠SPWM控制法能显著降低输出电压的THD，也有助于本技术的电容电压平衡，应用前景非常广泛。
技术研发人员：颜景斌,秦菲若,汪韬
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：20231122
技术公布日：2024/9/23