一种基于开关电容的五电平升压逆变器

本发明属于电力电子，具体涉及一种基于开关电容的五电平升压逆变器。

背景技术：

1、在风力发电、太阳能发电等可再生能源领域，多电平逆变器由于具有更平滑的输出波形，较低的谐波失真和低功耗等优点，被广泛应用在可再生能源转换系统中。近年来，基于开关电容的多电平逆变器也越来越受欢迎，然而，现有基于开关电容的多电平逆变器需要更多的输入直流电源和较多数量的开关管，这将会导致电路成本增加、效率低、开关损耗大。因此，电路结构简单、低功耗、成本低的多电平逆变器备受欢迎。

2、文献“wang h,kou l,liuy f,et al.anew six-switch five-level activeneutral point clamped inverter for pv applications[j].ieee transactions onpower electronics,2016,32(9):6700-6715.”提出了一种六开关五电平有源中点箝位光伏逆变器，该逆变器为了使输出电压保持在连续稳定状态下，需要选取足够大的滤波电容，增加了滤波器体积，且不具备自主升压能力。

3、文献“barzegarkhoo r，moradzadeh m，zamiri e，et al.anew boost switched-capacitor multilevel converter with reduced circuit devices[j].ieeetransactions on power electronics，2018，33(8):6738-6754.”提出了一种升压型开关电容多电平逆变器，该结构通过增加开关电容单元来调整电路输出电平数，每个基本单元由一个直流电源、两个电容器、三个开关管和一个二极管组成。当获得更高的输出电压时，开关电容单元的数量需要不断增加，这样不仅开关器件数量会大幅增加,还需要使用多个独立直流电源，会导致电路成本增加。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于开关电容的五电平升压逆变器，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于开关电容的五电平升压逆变器，包括：输入电源vin、七个功率开关管s1-s7、二极管d、电感lf、负载rf和三个电容c1、c2、cf；

4、功率开关管s1的a端连接输入电源正极和二极管d的阳极，b端连接功率开关管s2的a端；功率开关管s2的a端连接电容c1的一端，b端连接输入电源负极；二极管d的阴极连接功率开关管s3的a端，阳极连接输入电源正极；电容c1的一端连接二极管d的阴极，另一端连接功率开关管s1的b端；功率开关管s3的a端连接功率开关管s5的a端和二极管d的阴极，b端连接电容c2的一端；功率开关管s4的a端连接s3的b端，b端连接功率开关管s2的b端；功率开关管s5的a端连接二极管d的阴极和电容c1的一端，b端连接功率开关管s6的a端；电容c2的一端连接功率开关管s4的a端，另一端连接功率开关管s6的b端和功率开关管s7的a端；功率开关管s6的a端连接电感lf的一端，另一端连接功率开关管s7的b端；功率开关管s7的b端连接电容c2的一端，另一端连接功率开关管s4的b端和电容cf的一端；电感lf一端连接功率开关管s5的b端，另一端连接电容cf的一端；电容cf一端连接电感lf和负载rf的一端，另一端连接功率开关管s2和s4的b端；负载rf一端连接电感lf的一端，另一端连接功率开关管s7的a端和电容cf的一端；a端为功率开关管的输入端，b端为功率开关管的输出端。

5、进一步地，所述输入电源vin为蓄电池或光伏电池。

6、进一步地，所述二极管d为碳化硅二极管或快恢复二极管。

7、进一步地，所述功率开关管s1-s7均为mosfet。

8、进一步地，所述输入电源vin和电容c1、c2给负载rf充放电。

9、进一步地，所述五电平升压逆变器包括以下八种开关模态：

10、第一模态：功率开关管s5开通，功率开关管s1–s4、s6、s7关断；

11、第二模态：功率开关管s7开通，功率开关管s1–s6关断；

12、第三模态：功率开关管s1、功率开关管s3和功率开关管s5开通，功率开关管s2、s4、s6、s7关断；

13、第四模态：功率开关管s2和功率开关管s5开通，功率开关管s1、s3、s4、s6和s7关断；

14、第五模态、第八模态：功率开关管s2和功率开关管s6开通，功率开关管s1、s3、s4、s5、s7关断；

15、第六模态：功率开关管s6开通，功率开关管s1–s5、s7关断；

16、第七模态：功率开关管s4和功率开关管s6开通，功率开关管s1、s2、s3、s5、s7关断。

17、一种应急备用电源，包括上述的基于开关电容的五电平升压逆变器。

18、本发明的有益效果：

19、1、本发明提供的逆变器结构简单，元器件数量少，滤波器体积小，有利于降低电路成本，输出为五电平有利于减少输出电流和电压的谐波分量。

20、2、本发明提供的逆变器在控制过程中，可实现直流输入电压二倍升压功能，电路中无需升压电感或变压器等笨重的磁性元件，大大减小了电路的体积，并提高了功率密度和输出质量。

技术特征：

1.一种基于开关电容的五电平升压逆变器，其特征在于，包括：输入电源vin、七个功率开关管s1-s7、二极管d、电感lf、负载rf和三个电容c1、c2、cf；

2.根据权利要求1所述的一种基于开关电容的五电平升压逆变器，其特征在于，所述输入电源vin为蓄电池或光伏电池。

3.根据权利要求1所述的一种基于开关电容的五电平升压逆变器，其特征在于，所述二极管d为碳化硅二极管或快恢复二极管。

4.根据权利要求1所述的一种基于开关电容的五电平升压逆变器，其特征在于，所述功率开关管s1-s7均为mosfet。

5.根据权利要求1所述的一种基于开关电容的五电平升压逆变器，其特征在于，所述输入电源vin和电容c1、c2给负载rf充放电。

6.根据权利要求1所述的一种基于开关电容的五电平升压逆变器，其特征在于，所述五电平升压逆变器包括以下八种开关模态：

7.一种应急备用电源，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的基于开关电容的五电平升压逆变器。

技术总结本发明公开一种基于开关电容的五电平升压逆变器，属于电力电子技术领域；逆变器包括：输入电源V<subgt;in</subgt;、功率开关管S<subgt;1</subgt;‑S<subgt;7</subgt;、二极管D、滤波电感L<subgt;f</subgt;、电容C<subgt;1</subgt;、C<subgt;2</subgt;、C<subgt;f</subgt;以及负载R<subgt;f</subgt;；本发明提供的逆变器可实现直流输入电压二倍升压功能，该逆变器结构简单、器件数少，能够减小电路体积，提高功率密度和输出质量。同时，所提逆变器输出为五电平，有利于减少输出电压和电流的谐波分量，提高了逆变器的工作效率，适用于风力发电、太阳能光伏发电等应用领域。技术研发人员：胡雪峰,王超,霍亮,秦飞扬,李艳受保护的技术使用者：安徽工业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10