技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，特別涉及一種單相半橋五電平逆變器及其應用電路。

背景技術

中壓大容量場合，多電平逆變器得到廣泛的應用，目前的五電平逆變器主要是二極管箝位型和飛跨電容型結構。下面分別予以介紹。

參見圖1a，該圖為現有技術中提供的二極管箝位型的五電平逆變器拓撲圖。

圖1a所示的是半橋五電平逆變器的拓撲結構。二極管用于為各個開關管進行電壓箝位。例如，第一二極管DB1用于將開關管T1下端的電位箝位于第一電容C1的下端；第二二極管DB2用于將開關管T5下端的電位箝位于第一電容C1的下端。其他二極管DB3、DB4、DB5和DB6類似，在此不再贅述。

由于箝位二極管需要阻斷多倍電平電壓，通常需要多個相同標稱值的二極管串聯，如圖1b所示，二極管DB21、DB22和DB23串聯相當于圖1a中的二極管DB2。DB21、DB22和DB23這三個二極管串聯起來共同承受圖1a中DB2承受的電壓。由于二極管的分散性以及雜散參數的影響，標稱值相同的二極管所能承受的壓力也有所差別，這樣串聯起來可能引起有的二極管兩端過電壓。因此，需要均壓措施和很大的RC吸收電路，但是這樣將導致系統體積龐大，成本增加。

因此，為了解決圖1b存在的問題，提出了一種改進措施，如圖1c所示。這種拓撲所用的開關管數量和圖1a所用的一樣，該拓撲可以將每個二極管電壓箝位在單電平電壓之內，如圖1c所示，所有的二極管沒有兩個串聯的情況。在電平數較多的逆變器中，有較大的優越性。但是這種電路的缺點是，箝位二極管的數量太多。

參見圖2，該圖為現有技術中提供的飛跨電容型五電平逆變器拓撲圖。

圖2所示的拓撲中的電容可以起到均壓的作用，但是缺點是運用的電容數目較多。

綜上所述，現有技術中的兩種五電平逆變器拓撲均使用較多的半導體器件，造成體積較大，損耗較多，效率較低。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種單相半橋五電平逆變器及其應用電路，使用的半導體數目較少，損耗較小，效率較高，成本低。

本發明提供一種單相半橋五電平逆變器，包括：第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管、第六開關管、第七開關管和第八開關管；

每個所述開關管反向并聯一個二極管；

直流電源的正端通過依次串聯的第一電容、第二電容、第三電容和第四電容連接直流電源的負端；

第一開關管的第一端連接第一電容的第一端，第一開關管的第二端連接第一節點；

第二開關管的第一端連接第一節點，第二開關管的第二端連接第二電容的第一端；

第三開關管的第一端連接第一節點，第三開關管的第二端連接第二節點；

第四開關管的第一端連接第二節點，第四開關管的第二端連接第三節點；

第五開關管的第一端連接第三電容的第一端，第五開關管的第二端連接第三節點；

第六開關管的第一端連接第三節點，第六開關管的第二端連接第四節點；

第七開關管的第一端連接第四電容的第一端，第七開關管的第二端連接第四節點；

第八開關管的第一端連接第四節點，第八開關管的第二端連接直流電源的負端；

第二節點作為該逆變器的一個交流輸出端，第五開關管的第一端作為該逆變器的另一個交流輸出端。

優選地，所述開關管均為IGBT管，所述第一端為集電極，第二端為發射極。

優選地，還包括第一電感、第二電感和電容；

所述第二節點通過依次串聯的第一電感、電容和第二電感連接第二電容和第三電容的公共端。

優選地，該單相半橋五電平逆變器對應的五個電平工作模態分別為：

第一模態：第一開關管和第三開關管導通，其余開關管均截止；

第二模態：第二開關管和第三開關管導通，其余開關管均截止；

第三模態：第四開關管和第五開關管導通，其余開關管均截止；

第四模態：第四開關管、第六開關管和第七開關管導通，其余開關管均截止；

第五模態：第四開關管、第六開關管和第八開關管導通，其余開關管截止。

優選地，所述第一開關管的導通時序由正弦波和第一三角波進行比較產生，所述正弦波大于所述第一三角波時，所述第一開關管導通，反之截止；