CN102882411A - 一种单相七电平逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相七电平逆变器及其应用电路，其中单相七电平逆变器包括两个直流电源、两个升压电路、十个开关管、八个二极管。相对于现有技术中需要采用均压措施和较大的滤波器防止二极管两端过压而导致逆变器体积庞大、成本增加、损耗较多以及效率较低的问题，而且与现有技术相比相对于传统二极管嵌位及飞跨电容的多电平拓扑而言，二极管，开关管及电容器件减少很多。在保证为电流提供通路的同时，保证整个逆变器体积较小，同时损耗较小，效率较高，同时，升压电路又使得电压的输入范围变宽，适合输入更高电压的场合。

Description

一种单相七电平逆变器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种单相七电平逆变器。

背景技术

近年来，多电平技术越来越受关注，相比传统的两电平技术，多电平技术具有器件开关应力低，开关损耗小，输出滤波器小以及谐波含量小的特点，其主要应用于大中三相逆变器。

参见图l，该图为现有技术中提供的二极管嵌位型五电平逆变器拓扑。

图l所示的二极管嵌位型的五电平逆变器的结构中，二极管DB1、DB2、DB3、DB4、DB5和DB6均为嵌位式二极管，其作用是为电流提供通路和保护电容不被短路。例如，第一二极管DB1用于将开关管Tl下端的电位嵌位于第一电容Cl的下端；第二二极管DB2用于将开关管T5下端的电位嵌位于第一电容Cl的下端；其他二极管DB3、DB4、DB5和DB6类似，在此不再赘述。

然而，要达到为电流提供通路和保护电容不被短路的目的，嵌位式二极管则需要阻断多倍电平电压，通常需要多个相同标称值的嵌位式二极管串联，但是基于嵌位式二极管的分散性以及杂散参数的影响，标称值相同的嵌位式二极管所能承受的压力也有所差别，这样串联起来可能引起有的嵌位式二极管两端过电压。因此，需要均压措施和很大的RC（相移电路）吸收电路，但是这样将导致逆变器中的电感和滤波电容的积庞大，成本增加。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种单相七电平逆变器，用以解决现有二极管嵌位型的五电平逆变器系统体积庞大以及成本较高的技术问题。

一种单相七电平逆变器，其特征在于，包括：

串联的第一直流源和第二直流源；

输入端并联在所述第一直流源两端的第一升压电路；

输入端并联在所述第二直流源两端的第二升压电路；

依次串联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；所述第一电容和第二电容的公共端与第一直流源的正极相连；所述第二电容和第三电容的公共端分别与所述第一升压电路的第一输出端、第二升压电路的第二输出端和第一直流源的负极相连；所述第三电容和第四电容的公共端与第二直流源的负极相连；所述第一电容未连接第二电容的一端与所述第一升压电路的第二输出端相连；所述第四电容未连接第三电容的一端与所述第二升压电路的第一输出端相连；

阳极与所述第一电容和第二电容的公共端相连的第一二极管，所述第一二极管的阳极连接有第一开关管的输入端；

阳极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第二二极管，所述第二二极管的阴极连接有第二开关管的输入端；

阴极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第三二极管，所述第三二极管的阳极连接有第三开关管的输入端；

阴极与所述第三电容和第四电容的公共端相连的第四二极管，所述第四二极管的阳极连接有第四开关管的输入端；

输出端与所述第一二极管阳极相连的第五开关管，所述第五开关管的输入端连接有第六开关管的输出端，所述第六开关管的输入端与所述第四二极管的阴极相连；

输入端与所述第五开关管输出端相连的第七开关管，所述第七开关管的输出端接有第五二极管的阴极，所述第五二极管的阳极与第三开关管的输出端、第四开关管的输出端相连；

输入端与所述第六开关管输入端相连的第八开关管，所述第八开关管的输出端接有第六二极管的阳极，所述第六二极管的阴极与第二开关管的输出端、第一开关管的输出端相连；

输出端与所述第一升压电路的第二输出端相连的第九开关管，所述第九开关管的输入端连接有第七二级管的阴极，所述第七二级管的阳极与所述第二升压电路的第一输出端相连；

输出端与所述第二升压电路的第一输出端相连的第十开关管，所述第十开关管的输出端连接有第八二级管的阳极，所述第八二级管的阴极与所述第一升压电路的第二输出端相连。

优选地，所述开关管为金属氧化物半导体管或结型场效应管或绝缘栅双极型晶体管；

当所述开关管为金属氧化物半导体管管或结型场效应管时，所述开关管的输入端为源极，所述输出端为漏极，所述开光管的控制端为栅极；

当所述开关管为绝缘栅双极型晶体管时，所述开关管的第一端为集电极，所述开光管的第二端为发射极，所述控制端为基极。

优选地，所述二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管或超快速恢复二极管。

优选地，单相七电平逆变器的滤波并网单元包括：第一电感、第二电感和滤波电容，其中：

滤波电容第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与滤波电容的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连。

优选地，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管和第十开关管的控制端连接有控制芯片，所述控制芯片控制所述单相七电平逆变器实现八种有功工作模态：

当处于第一模态时，所述控制芯片控制所述第九开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第二模态时，所述控制芯片控制所述第一开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第三模态时，所述控制芯片控制所述第二开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第四模态时，所述控制芯片控制所述第六开关管和第八开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第五模态时，所述控制芯片控制所述第三开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第六模态时，所述控制芯片控制所述第四开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第七模态时，所述控制芯片控制所述第五开关管和第十开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第八模态时，所述控制芯片控制所述第五开关管和第七开关管导通，其余开关管均为截止。

优选地，所述控制芯片控制所述单相七电平逆变器实现八种无功工作模态：

当处于第九模态时，所述控制芯片控制所述第四开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十模态时，所述控制芯片控制所述第三开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十一模态时，所述控制芯片控制所述第七开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十二模态时，所述控制芯片控制所述第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十三模态时，所述控制芯片控制所述第一开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十四模态时，所述控制芯片控制所述第八开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十五模态时，所述控制芯片控制所述第二开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十六模态时，所述控制芯片控制所述第五开关管导通，其余开关管均为截止。

优选地，所述单相七电平逆变器的滤波并网单元包括：第一电感、第二电感、滤波电容和和隔离变压器，其中：

隔离变压器初级线圈的第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与隔离变压器初级线圈的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连;

滤波电容的两个接线端分别与隔离变压器次级线圈的两个接线端相连。

一种单相七电平逆变单元，其特征在于，应用于单相七电平逆变器，包括：

依次串联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；所述第一电容和第二电容的公共端与第一直流源的正极相连；所述第二电容和第三电容的公共端与第一直流源的负极相连；所述第三电容和第四电容的公共端与第二直流源的负极相连；阳极与所述第一电容和第二电容的公共端相连的第一二极管，所述第一二极管的阳极连接有第一开关管的输入端；

阳极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第二二极管，所述第二二极管的阴极连接有第二开关管的输入端；

阴极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第三二极管，所述第三二极管的阳极连接有第三开关管的输入端；

阴极与所述第三电容和第四电容的公共端相连的第四二极管，所述第四二极管的阳极连接有第四开关管的输入端；

输出端与所述第一二极管阳极相连的第五开关管，所述第五开关管的输入端连接有第六开关管的输出端，所述第六开关管的输入端与所述第四二极管的阴极相连；

输入端与所述第五开关管输出端相连的第七开关管，所述第七开关管的输出端接有第五二极管的阴极，所述第五二极管的阳极与第三开关管的输出端、第四开关管的输出端相连；

输入端与所述第六开关管输入端相连的第八开关管，所述第八开关管的输出端接有第六二极管的阳极，所述第六二极管的阴极与第二开关管的输出端、第一开关管的输出端相连；

输出端与所述第一电容未连接第二电容的一端相连的第九开关管，所述第九开关管的输入端连接有第七二级管的阴极，所述第七二级管的阳极与第四电容未连接第三电容的一端相连；

输出端与所述第四电容未连接第三电容的一端相连的第十开关管，所述第十开关管的输出端连接有第八二级管的阳极，所述第八二级管的阴极与所述第一电容未连接第二电容的一端相连。

优选的，所述单相七电平逆变单元的滤波并网单元包括：第一电感、第二电感和滤波电容，其中：

滤波电容第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与滤波电容的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连。

优选的，所述单相七电平逆变单元的滤波并网单元包括：第一电感、第二电感、滤波电容和隔离变压器，其中：

隔离变压器初级线圈的第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与滤隔离变压器初级线圈的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连;

滤波电容的两个接线端分别与隔离变压器次级线圈的两个接线端相连。

优选的，单相七电平逆变单元还包括：

输入端并联在第一直流源两端的第一升压电路；

输入端并联在第二直流源两端的第二升压电路；

所述第一升压电路的第一输出端和第二升压电路的第二输出端与所述第二电容和第三电容的公共端相连；第一升压电路的第二输出端与第九开关管的输出端相连；第二升压电路的第一输出端与第十开关管的输入端相连。

通过上述方案可知本发明不包含现有技术中二极管嵌位型五电平逆变器中用到的嵌位式二极管，以解决现有二极管嵌位型五电平逆变器系统体积庞大以及成本较高的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中提供的二极管嵌位型的五电平逆变器拓扑；

图2为本发明实施例公开的一种单相七电平逆变器的电路图；

图3为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第一有功模态的电路图；

图4为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第二有功模态的电路图；

图5为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第三有功模态的电路图；

图6为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第四有功模态的电路图；

图7为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第五有功模态的电路图；

图8为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第六有功模态的电路图；

图9为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第七有功模态的电路图；

图10为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第八有功模态的电路图；

图11为不同时刻单相七电平逆变器对应的输出电压变化图；

图12为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第九无功模态的电路图；

图13为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十无功模态的电路图；

图14为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十一无功模态的电路图；

图15为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十二无功模态的电路图；

图16为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十三无功模态的电路图；

图17为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十四无功模态的电路图；

图18为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十五无功模态的电路图；

图19为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十六无功模态的电路图；

图20为该图为本发明实施例公开的一种单相其电平逆变器的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，为本发明实施例公开的一种单相七电平逆变器，包括：

串联的第一直流源DC₁和第二直流源DC₂；

输入端并联在所述第一直流源DC₁两端的第一升压电路Boost1；

输入端并联在所述第二直流源DC₂两端的第二升压电路Boost2；

依次串联的第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃和第四电容C₄；所述第一电容C₁和第二电容C₂的公共端与第一直流源DC₁的正极相连；所述第二电容C₂和第三电容C₃的公共端分别与所述第一升压电路Boost1的第一输出端、第二升压电路Boost2的第二输出端和第一直流源的负极相连；所述第三电容C₃和第四电容C₄的公共端与第二直流源DC₂的负极相连；所述第一电容C₁未连接第二电容C₂的一端与所述第一升压电路Boost1的第二输出端相连；所述第四电容C₄未连接第三电容C₃的一端与所述第二升压电路Boost2的第一输出端相连；

阳极与所述第一电容C₁和第二电容C₂的公共端相连的第一二极管D₁，所述第一二极管D₁的阳极连接有第一开关管Q_H1的输入端；

阳极与所述第二电容C₂和第三电容C₃的公共端相连的第二二极管D₂，所述第二二极管D₂的阴极连接有第二开关管Q_H2的输入端；

阴极与所述第二电容C₂和第三电容C₃的公共端相连的第三二极管D₃，所述第三二极管D₃的阳极连接有第三开关管Q_H3的输入端；

阴极与所述第三电容C₃和第四电容C₄的公共端相连的第四二极管D₄，所述第四二极管D₄的阳极连接有第四开关管Q_H4的输入端；

输出端与所述第一二极管D₁阳极相连的第五开关管Q_L5，所述第五开关管Q_L5的输入端连接有第六开关管Q_L6的输出端，所述第六开关管Q_L6的输入端与所述第四二极管D₄的阴极相连；

输入端与所述第五开关管Q_L5输出端相连的第七开关管Q_H7，所述第七开关管Q_H7的输出端接有第五二极管D₅的阴极，所述第五二极管D₅的阳极与第三开关管Q_H3的输出端、第四开关管Q_H4的输出端相连；

输入端与所述第六开关管Q_L6输入端相连的第八开关管Q_H8，所述第八开关管Q_H8的输出端接有第六二极管D₆的阳极，所述第六二极管D₆的阴极与第二开关管Q_H2的输出端、第一开关管Q_H1的输出端相连；

输出端与所述第一升压电路Boost1的第二输出端相连的第九开关管Q_H9，所述第九开关管Q_H9的输入端连接有第七二级管D₇的阴极，所述第七二级管D₇的阳极与所述第二升压电路Boost2的第一输出端相连；

输出端与所述第二升压电路Boost2的第一输出端相连的第十开关管Q_H10，所述第十开关管Q_H10的输出端连接有第八二级管D₈的阳极，所述第八二级管D₈的阴极与所述第一升压电路Boost1的第二输出端相连。

本实施例提供的单相七电平逆变器拓扑包括两个直流电源，两个Boost电路，十个开关管和八个二极管，通过二极管的限流作用和控制不同的开关管导通就可以为电流提供通路和保护电容不被短路，舍去了现有技术中用到的嵌位式二极管，达到了减小逆变器体积的目的，而且由于前级增加了Boost电路，使得电压输入范围变宽，适合输入更高电压的场合。

需要说明的是，开关管可以是金属氧化物半导体管或结型场效应管或绝缘栅双极型晶体管；

当所述开关管为金属氧化物半导体管或结型场效应管时，所述开关管的输入端为源极，所述输出端为漏极，所述开光管的控制端为栅极；

当所述开关管为绝缘栅双极型晶体管时，所述开关管的输入端为集电极，所述开光管的输出端为发射极，所述控制端为基极。可以理解的是以上八个开关管也可以选择其他类型的开关管。

需要说明的是，所述二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管或超快速恢复二极管。可以理解的是，所述二极管也可以选择其他类型的二极管。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，单相七电平逆变器包含的滤波并网单元，如图2所示，包括：第一电感L₁、第二电感L₂、滤波电容C₀，其中：

滤波电容C₀的第一端与第五开关管Q_L5输入端相连；

第一电感L₁和第二电感L₂相串联；

第一电感L₁和第二电感L₂的公共端与滤波电容C₀的第二端相连，第一电感L₁未与第二电感L₂相连的一端与第二开关管Q_H3的输出端相连；第二电感L₂未与第一电感L₁相连的一端与第三开关管Q_H4的输出端相连。

在本发明的上述两个实施例中，所述的第一开关管Q_H1、第二开关管Q_H2、第三开关管Q_H3、第四开关管Q_H4、第五开关管Q_L5、第六开关管Q_L6、第七开关管Q_H7、第八开关管Q_H8第九开关管Q_H9和第十开关管Q_H10的控制端连接有控制芯片，所述控制芯片控制所述单相七电平逆变器实现八种有功工作模态，并且每个工作模态最多只有两个开关管导通。

为了清楚说明本发明实施例所述单相七电平逆变器的八个有功工作模态，下面结合附图来对八个工作模态进行详细描述。

参见图3，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第一有功模态的电路图。

当处于第一模态时，所述控制芯片控制所述第九开关管Q_H9和第六开关管Q_L6导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H9－L₁－u_g－Q_L6－C₃－C₂－C₁－Q_H9。

参见图4，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第二有功模态的电路图。

当处于第二模态时，所述控制芯片控制所述第一开关管Q_H1和第六开关管Q_L6导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为D₂－Q_H1－L₁－u_g－Q_L6－C₃－C₂－D₂。

参见图5，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第三有功模态的电路图。

当处于第三模态时，所述控制芯片控制所述第二开关管Q_H2和第六开关管Q_L6导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为D₂－Q_H2－L₁－u_g－Q_L6－C₃－D₂。

参见图6，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第四有功模态的电路图。

当处于第四模态时，所述控制芯片控制所述第六开关管Q_L6和第八开关管Q_H8导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H8－D₆－L₁－u_g－Q_L6－Q_H8。

参见图7，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第五有功模态的电路图。

当处于第五模态时，所述控制芯片控制所述第三开关管Q_H3和第五开关管Q_L5导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H3－D₃－C₂－u_g－L₂－Q_H3。

参见图8，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第六有功模态的电路图。

当处于第六模态时，所述控制芯片控制所述第四开关管Q_H4和第五开关管Q_L5导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H4－D₄－C₃－C₂－Q_L5－u_g－L₂－Q_H4。

参见图9，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第七有功模态的电路图。

当处于第七模态时，所述控制芯片控制所述第五开关管Q_L5和第十开关管Q_H10导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H10-C₄-C₃-C₂-Q_L5-u_g-L₂-Q_H10。

参见图10，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第八有功模态的电路图。

当处于第八模态时，所述控制芯片控制所述第五开关管Q_L5和第七开关管Q_H7导通，其余开关管均为截止。

电流的走向为Q_L5－u_g－L₂－D₅－Q_H7－Q_L5。

其中u_g为负载。

如图11所示，该图为不同时刻单相七电平逆变器对应的输出电压变化图。

当逆变器工作于有功模态时，控制芯片控制逆变器实现不同模态之间的切换，并且输出电压也随着逆变器工作模态的变化而变化：

t₀－t₁时间段内所述控制芯片控制所述单相七电平逆变器由第四模态变为第三模态，输出电压由输出电压0变为U₁。

t₁－t₂时间段内所述控制芯片控制所述单相七电平逆变器由第三模态变为第二模态，输出电压由U₁变为U₂。

t₂－t₃时间段内所述控制芯片控制所述单相七电平逆变器由第二模态变为第一模态，输出电压由U₂变为U₃。

其他时间段内t₃－t₄、t₄－t₅、t₅－t₆、t₆－t₇、t₇－t₈、t₈－t₉、t₉－t₁₀、t₁₀－t₁₁和t₁₁－t₁₂所述控制芯片控制所述单相七电平逆变器模态变化和输出电压变化类似，在此不再赘述。

为了清楚说明本发明实施例所述单相七电平逆变器的八个无功工作模态，下面结合附图来对八种无功工作模态进行详细描述。

参见图12，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第九无功模态的电路图。

当处于第九模态时，所述控制芯片控制所述第四开关管Q_H4和第六开关管Q_L6导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H4－D₄－Q_L6－u_g－L₂－Q_H4。

参见图13，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十无功模态的电路图。

当处于第十模态时，所述控制芯片控制所述第三开关管Q_H3和第六开关管Q_L6导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H3-D₃-C₃-Q_L6-u_g-L₂-Q_H3。

参见图14，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十一无功模态的电路图。

当处于第十一模态时，所述控制芯片控制所述第七开关管Q_H7和第六开关管Q_L6导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H7－C₂－C₃－Q_L6－u_g－L₂－D₅－Q_H7。

参见图15，本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十二无功模态的电路图。

当处于第十二模态时，所述控制芯片控制所述第六开关管Q_L6导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_L6－u_g－L₂－D₈－C₁－C₂－C₃－Q_L6。

参见图16，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十三无功模态的电路图。

当处于第十三模态时，所述控制芯片控制所述第一开关管Q_H1和第五开关管Q_L5导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H1－L₁－u_g－Q_L5－D₁－Q_H1。

参见图17，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十四无功模态的电路图。

当处于第十四模态时，所述控制芯片控制所述第八开关管Q_H8和第五开关管Q_L5导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为Q_H8－D₆－L₁－u_g－Q_L5－C₂－C₃－Q_H8。

参见图18，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十五无功模态的电路图。

当处于第十五模态时，所述控制芯片控制所述第二开关管Q_H2和第五开关管Q_L5导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为D₂－Q_H2－L₁－u_g－Q_L5－C₂－D₂。

参见图19，该图为本发明实施例提供的单相七电平逆变器处于第十六无功模态的电路图。

当处于第十六模态时，所述控制芯片控制所述第五开关管Q_L5导通，其余开关管均为截止；

电流的走向为D₇-L₁-u_g-Q_L5-C₂-C₃-C₄-D₇。

参见图20，该图为本发明实施例公开的一种单相七电平逆变器的电路图。

在高频切换时，为了防止产生共模漏电流问题，所述单相七电平逆变器的滤波并网单元包括：第一电感L₁、第二电感L₂、滤波电容C₀和隔离变压器，其中：

隔离变压器初级线圈的第一端与第五开关管Q_L5输入端相连；

第一电感L₁和第二电感L₂相串联；

第一电感L₁和第二电感L₂的公共端与隔离变压器初级线圈的第二端相连，第一电感L₁未与第二电感L₂相连的一端与第二开关管Q_H2的输出端相连；第二电感L₂未与第一电感L₁相连的一端与第三开关管Q_H3的输出端相连;

滤波电容C₀的两个接线端分别与隔离变压器次级线圈的两个接线端相连。

可以理解的是，在高频切换时，为了防止本发明会产生共模漏电流问题，所述滤波并网单元也可以包括与滤波电容串联的RC电路。

本发明公开的一种单相七电平逆变单元，应用于单相七电平逆变器，包括：

依次串联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；所述第一电容和第二电容的公共端与第一直流源的正极相连；所述第二电容和第三电容的公共端与第一直流源的负极相连；所述第三电容和第四电容的公共端与第二直流源的负极相连；阳极与所述第一电容和第二电容的公共端相连的第一二极管，所述第一二极管的阳极连接有第一开关管的输入端；

阳极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第二二极管，所述第二二极管的阴极连接有第二开关管的输入端；

阴极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第三二极管，所述第三二极管的阳极连接有第三开关管的输入端；

阴极与所述第三电容和第四电容的公共端相连的第四二极管，所述第四二极管的阳极连接有第四开关管的输入端；

输出端与所述第一二极管阳极相连的第五开关管，所述第五开关管的输入端连接有第六开关管的输出端，所述第六开关管的输入端与所述第四二极管的阴极相连；

输入端与所述第五开关管输出端相连的第七开关管，所述第七开关管的输出端接有第五二极管的阴极，所述第五二极管的阳极与第三开关管的输出端、第四开关管的输出端相连；

输入端与所述第六开关管输入端相连的第八开关管，所述第八开关管的输出端接有第六二极管的阳极，所述第六二极管的阴极与第二开关管的输出端、第一开关管的输出端相连；

输出端与所述第一电容未连接第二电容的一端相连的第九开关管，所述第九开关管的输入端连接有第七二级管的阴极，所述第七二级管的阳极与第四电容未连接第三电容的一端相连；

输出端与所述第四电容未连接第三电容的一端相连的第十开关管，所述第十开关管的输出端连接有第八二级管的阳极，所述第八二级管的阴极与所述第一电容未连接第二电容的一端相连。

需要说明的是，本单相七电平逆变单元中的开关管可以是金属氧化物半导体管或结型场效应管或绝缘栅双极型晶体管；

当所述开关管为金属氧化物半导体管管或结型场效应管时，所述开关管的输入端为源极，所述输出端为漏极，所述开光管的控制端为栅极；

当所述开关管为绝缘栅双极型晶体管时，所述开关管的输入端为集电极，所述开光管的输出端为发射极，所述控制端为基极。可以理解的是所述开关管也可以选择其他类型的开关管。

需要说明的是，本单相七电平逆变单元中的二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管或超快速恢复二极管。可以理解的是，所述二极管也可以选择其他类型的二极管。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，单相七电平逆变单元包含的滤波并网单元，包括：第一电感、第二电感和滤波电容，其中：

滤波电容第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与滤波电容的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连。

需要说明的是，在本发明七电平逆变单元的其他实施例中，所述单相七电平逆变单元的滤波并网单元包括：第一电感、第二电感、滤波电容和隔离变压器，其中：

隔离变压器初级线圈的第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与滤隔离变压器初级线圈的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连;

滤波电容的两个接线端分别与隔离变压器次级线圈的两个接线端相连。

可以理解的是，在高频切换时，为了防止本发明会产生共模漏电流问题，所述滤波并网单元也可以包括与滤波电容串联的RC电路。

需要说明的是所述单相七电平逆变单元还包括：

输入端并联在第一直流源两端的第一升压电路；

输入端并联在第二直流源两端的第二升压电路；

所述第一升压电路的第一输出端和第二升压电路的第二输出端与所述第二电容和第三电容的公共端相连；第一升压电路的第二输出端与第九开关管的输出端相连；第二升压电路的第一输出端与第十开关管的输入端相连。

由以上实施例可以看出，与现有技术的五电平技术相比，本发明的电平数较多，开关管和电感的电压变化率较小，而且所述单相七电平逆变器在不同模态最多有两个开关管同时导通，开关损耗和磁性元件损耗较小，并且，由于电平数的增多，本发明所述单相七电平逆变器输出的电流纹波减小，进网电流谐波含量减小，使得逆变器中的滤波器的体体积明显减小，逆变器的成本降低。而且本发明中增加了Boost升压电路，使得输入电压的范围比较宽，适合输入更高压的场合。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种单相七电平逆变器，其特征在于，包括：

串联的第一直流源和第二直流源；

输入端并联在所述第一直流源两端的第一升压电路；

输入端并联在所述第二直流源两端的第二升压电路；

依次串联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；所述第一电容和第二电容的公共端与第一直流源的正极相连；所述第二电容和第三电容的公共端分别与所述第一升压电路的第一输出端、第二升压电路的第二输出端和第一直流源的负极相连；所述第三电容和第四电容的公共端与第二直流源的负极相连；所述第一电容未连接第二电容的一端与所述第一升压电路的第二输出端相连；所述第四电容未连接第三电容的一端与所述第二升压电路的第一输出端相连；

阳极与所述第一电容和第二电容的公共端相连的第一二极管，所述第一二极管的阳极连接有第一开关管的输入端；

阳极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第二二极管，所述第二二极管的阴极连接有第二开关管的输入端；

阴极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第三二极管，所述第三二极管的阳极连接有第三开关管的输入端；

阴极与所述第三电容和第四电容的公共端相连的第四二极管，所述第四二极管的阳极连接有第四开关管的输入端；

输出端与所述第一二极管阳极相连的第五开关管，所述第五开关管的输入端连接有第六开关管的输出端，所述第六开关管的输入端与所述第四二极管的阴极相连；

输入端与所述第五开关管输出端相连的第七开关管，所述第七开关管的输出端接有第五二极管的阴极，所述第五二极管的阳极与第三开关管的输出端、第四开关管的输出端相连；

输入端与所述第六开关管输入端相连的第八开关管，所述第八开关管的输出端接有第六二极管的阳极，所述第六二极管的阴极与第二开关管的输出端、第一开关管的输出端相连；

输出端与所述第一升压电路的第二输出端相连的第九开关管，所述第九开关管的输入端连接有第七二级管的阴极，所述第七二级管的阳极与所述第二升压电路的第一输出端相连；

输出端与所述第二升压电路的第一输出端相连的第十开关管，所述第十开关管的输出端连接有第八二级管的阳极，所述第八二级管的阴极与所述第一升压电路的第二输出端相连。

2.根据权利要求1所述的单相七电平逆变器，其特征在于，所述二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管或超快速恢复二极管。

3.根据权利要求1所述的单相七电平逆变器，其特征在于，单相七电平逆变器的滤波并网单元包括：第一电感、第二电感和滤波电容，其中：

滤波电容第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与滤波电容的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的单相七电平逆变器，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管和第十开关管的控制端连接有控制芯片，所述控制芯片控制所述单相七电平逆变器实现八种有功工作模态：

当处于第一模态时，所述控制芯片控制所述第九开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第二模态时，所述控制芯片控制所述第一开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第三模态时，所述控制芯片控制所述第二开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第四模态时，所述控制芯片控制所述第六开关管和第八开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第五模态时，所述控制芯片控制所述第三开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第六模态时，所述控制芯片控制所述第四开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第七模态时，所述控制芯片控制所述第五开关管和第十开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第八模态时，所述控制芯片控制所述第五开关管和第七开关管导通，其余开关管均为截止。

5.根据权利要求5所述的单相七电平逆变器，其特征在于，所述控制芯片控制所述单相七电平逆变器实现八种无功工作模态：

当处于第九模态时，所述控制芯片控制所述第四开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十模态时，所述控制芯片控制所述第三开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十一模态时，所述控制芯片控制所述第七开关管和第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十二模态时，所述控制芯片控制所述第六开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十三模态时，所述控制芯片控制所述第一开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十四模态时，所述控制芯片控制所述第八开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十五模态时，所述控制芯片控制所述第二开关管和第五开关管导通，其余开关管均为截止；

当处于第十六模态时，所述控制芯片控制所述第五开关管导通，其余开关管均为截止。

6.根据权利要求1所述的单相七电平逆变器，其特征在于，单相七电平逆变器的滤波并网单元包括：第一电感、第二电感、滤波电容和和隔离变压器，其中：

隔离变压器初级线圈的第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与隔离变压器初级线圈的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连;

滤波电容的两个接线端分别与隔离变压器次级线圈的两个接线端相连。

7.一种单相七电平逆变单元，其特征在于，应用于单相七电平逆变器，包括：

依次串联的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；所述第一电容和第二电容的公共端与第一直流源的正极相连；所述第二电容和第三电容的公共端与第一直流源的负极相连；所述第三电容和第四电容的公共端与第二直流源的负极相连；阳极与所述第一电容和第二电容的公共端相连的第一二极管，所述第一二极管的阳极连接有第一开关管的输入端；

阳极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第二二极管，所述第二二极管的阴极连接有第二开关管的输入端；

阴极与所述第二电容和第三电容的公共端相连的第三二极管，所述第三二极管的阳极连接有第三开关管的输入端；

阴极与所述第三电容和第四电容的公共端相连的第四二极管，所述第四二极管的阳极连接有第四开关管的输入端；

输出端与所述第一二极管阳极相连的第五开关管，所述第五开关管的输入端连接有第六开关管的输出端，所述第六开关管的输入端与所述第四二极管的阴极相连；

输入端与所述第五开关管输出端相连的第七开关管，所述第七开关管的输出端接有第五二极管的阴极，所述第五二极管的阳极与第三开关管的输出端、第四开关管的输出端相连；

输入端与所述第六开关管输入端相连的第八开关管，所述第八开关管的输出端接有第六二极管的阳极，所述第六二极管的阴极与第二开关管的输出端、第一开关管的输出端相连；

输出端与所述第一电容未连接第二电容的一端相连的第九开关管，所述第九开关管的输入端连接有第七二级管的阴极，所述第七二级管的阳极与第四电容未连接第三电容的一端相连；

输出端与所述第四电容未连接第三电容的一端相连的第十开关管，所述第十开关管的输出端连接有第八二级管的阳极，所述第八二级管的阴极与所述第一电容未连接第二电容的一端相连。

8.根据权利要求7所述的单相七电平逆变单元，其特征在于，单相七电平逆变单元的滤波并网单元包括：第一电感、第二电感和滤波电容，其中：

滤波电容第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与滤波电容的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连。

9.根据权利要求7所述的单相七电平逆变单元，其特征在于，单相七电平逆变单元的滤波并网单元包括：第一电感、第二电感、滤波电容和隔离变压器，其中：

隔离变压器初级线圈的第一端与第五开关管输入端相连；

第一电感和第二电感相串联；

第一电感和第二电感的公共端与滤隔离变压器初级线圈的第二端相连，第一电感未与第二电感相连的一端与第二开关管的输出端相连；第二电感未与第一电感相连的一端与第三开关管的输出端相连;

滤波电容的两个接线端分别与隔离变压器次级线圈的两个接线端相连。

10.根据权利要求7所述的单相七电平逆变单元，其特征在于，单相七电平逆变单元还包括：

输入端并联在第一直流源两端的第一升压电路；

输入端并联在第二直流源两端的第二升压电路；

所述第一升压电路的第一输出端和第二升压电路的第二输出端与所述第二电容和第三电容的公共端相连；第一升压电路的第二输出端与第九开关管的输出端相连；第二升压电路的第一输出端与第十开关管的输入端相连。

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