專利名稱：五電平功率變換器及其控制方法、控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率變換技術(shù)，尤其涉及一種五電平功率變換器及其控制方法、控制
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
不間斷電源系統(tǒng)(Uninterruptible Power System,UPS)是一種含有儲(chǔ)能裝置，以整流器和逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的功率變換器。其主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS相當(dāng)于一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向內(nèi)部儲(chǔ)能裝置充電；當(dāng)市電中斷時(shí)，UPS立即將內(nèi)部儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)提供交流電，使負(fù)載維持正常工作。功率變換器的整流器在市電工作模式下實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)校正(Power FactorCorrection，PFC)功能，在放電模式下提升電壓至直流BUS電壓；而逆變器把直流BUS電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，然后提供給負(fù)載。整流器一般由雙升壓型Boost電路、或Vienna整流器等來實(shí)現(xiàn)，逆變器一般可以為普通兩電平半橋/全橋、或三電平中性點(diǎn)鉗位等類型。現(xiàn)有技術(shù)中的功率變換器，通常只能進(jìn)行四電平功率變換，輸出四電平電壓。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明實(shí)施例提供一種五電平功率變換器及其控制方法，用以實(shí)現(xiàn)五電平方式的工作模式。本發(fā)明實(shí)施例一方面提供一種五電平功率變換器，包括逆變器，以及至少一個(gè)整流器，所述整流器包括整流控制電路，并聯(lián)的第一電容和第二電容，以及并聯(lián)的第三電容和第四電容，所述第一電容的第一端、第二電容的第一端、第三電容的第一端和第四電容的第一端共地；所述整流控制電路用于分別向所述第一電容的第二端、所述第二電容的第二端、所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端輸入電流，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量；所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性與所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相反；所述逆變器包括放電控制電路，以及串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載，所述第一電感單元的第一端和所述第一負(fù)載的第一端連接，所述第一負(fù)載的第二端接地，所述放電控制電路用于依次從所述整流器的第二電容的第二端、第一電容的第二端、第三電容的第二端和第四電容的第二端放電，放電電流經(jīng)過所述串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載，且對(duì)所述第一電容、第二電容、第三電容和第四電容中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。
可選的，所述整流控制電路包括第二電感單元、第一切換電路、第一控制電路和第二控制電路，所述第二電感單元的第一端連接外部輸入電源；所述第一控制電路包括第三二極管、第四二極管和第三開關(guān)管，所述第三二極管串聯(lián)在所述第一電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的電路上，所述第三二極管的正極和所述第二電感單元的第二端連接，所述第三二極管的負(fù)極與所述第一電容的第二端連接；所述第四二極管和第三開關(guān)管串聯(lián)在所述第二電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的電路上，且所述第四二極管的正極與所述第二電感單元的第二端連接；所述第二控制電路包括第五二極管、第六二極管和第四開關(guān)管，所述第五二極管串聯(lián)在所述第四電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的電路上，所述第五二極管的正極和所述第二電感單元的第二端連接，所述第五二極管的負(fù)極與所述第四電容的第二端連接；所述第六二極管和第四開關(guān)管串聯(lián)在所述第三電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的電路上，且所述第六二極管的正極與所述第二電感單元的第二端連接；所述第一切換電路用于切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第二電感單元 的第一端流向所述第二電感單元的第二端，或從所述第二電感單元的第二端流向所述第二電感單元的第一端。或者，所述第一切換電路包括串聯(lián)的第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，以及串聯(lián)的第一二極管和第二二極管，所述第一二極管和第二二極管的極性相對(duì)設(shè)置，且所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管之間，與所述第一二極管和第二二極管之間連通。另外，所述外部輸入電源包括外部交流輸入電源和電池組，所述外部交流輸入電源與所述第二電感單元的第一端之間通過交流開關(guān)元件連接；在所述整流器包括一個(gè)整流控制電路時(shí)，所述電池組包括第一電池單元和第二電池單元，所述第一電池單元的正極與所述整流控制電路的第二電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第一電池單元的負(fù)極接地，所述第二電池單元的負(fù)極與所述整流控制電路的第二電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第二電池單元的正極接地；或在包括第一整流器和第二整流器時(shí)，所述電池組包括第三電池單元和第四電池單元，所述第三電池單元的正極與所述第一整流器的第二電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第三電池單元的負(fù)極接地，所述第四電池單元的負(fù)極與所述第二整流器的第二電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第四電池單元的正極接地。所述整流控制電路包括第三電感單元、第四電感單元、第二切換電路、第三控制電路和第四控制電路，所述第三電感單元的第一端，以及所述第四電感單元的第一端連接外部輸入電源；所述第三控制電路包括第七二極管、第八二極管和第五開關(guān)管，所述第七二極管串聯(lián)在所述第一電容的第二端和所述第三電感單元的第二端之間的電路上，所述第七二極管的正極和所述第三電感單元的第二端連接，所述第七二極管的負(fù)極與所述第一電容的第二端連接；所述第八二極管和第五開關(guān)管串聯(lián)在所述第二電容的第二端和所述第三電感單元的第二端之間的電路上，且所述第八二極管的正極與所述第三電感單元的第二端連接；所述第四控制電路包括第九二極管、第十二極管和第六開關(guān)管，所述第九二極管串聯(lián)在所述第四電容的第二端和所述第四電感單元的第二端之間的電路上，所述第九二極管的正極和所述第四電感單元的第二端連接，所述第九二極管的負(fù)極與所述第四電容的第二端連接；所述第十二極管和第六開關(guān)管串聯(lián)在所述第三電容的第二端和所述第四電感單元的第二端之間的電路上，且所述第十二極管的正極與所述第四電感單元的第二端連接；所述第二切換電路用于切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第三電感單元的第一端流向所述第三電感單元的第二端，或從所述第四電感單元的第二端流向所述第四電感單元的第一端?；蛘撸龅诙袚Q電路包括第七開關(guān)管和第八開關(guān)管，所述第七開關(guān)管的一端與所述第三電感單元的第二端連接，另一端接地，所述第八開關(guān)管的一端與所述第四電感單元的第二端連接，另一端接地?；蛘?，所述外部輸入電源包括外部交流輸入電源或電池組，所述外部輸入電源與所述第三電感單元的第一端之間，以及所述外部交流輸入電源與所述第四電感單元的第一端之間通過交流開關(guān)元件連接；所述電池組包括第五電池單元和第六電池單元，所述第五電池單元的正極與第三電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第五電池單元的負(fù)極接地，所述第六電池·單元的負(fù)極與第四電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第六電池單元的正極接地。或者，所述第一電感單元、第二電感單元、第三電感單元或第四電感單元為如下任一組成方式單一電感元件組成、多個(gè)電感元件并聯(lián)組成或多個(gè)電感元件串聯(lián)組成。同時(shí)上述實(shí)施例中所述放電控制電路包括第九開關(guān)管、第十開關(guān)管、第十一開關(guān)管、第十二開關(guān)管、第十三開關(guān)管、第十四開關(guān)管和第三切換電路；所述第九開關(guān)管的第一端與所述第一電容的第二端連接，所述第九開關(guān)管的第二端與所述第十開關(guān)管的第一端連接，所述第十開關(guān)管的第二端與所述第一電感單元的第二端連接，所述第十一開關(guān)管的第一端與所述第二電容的第二端連接，所述第十一開關(guān)管的第二端與所述第十開關(guān)管的第一端連接；所述第十四開關(guān)管的第一端與所述第四電容的第二端連接，所述第十四開關(guān)管的第二端與所述第十三開關(guān)管的第一端連接，所述第十三開關(guān)管的第二端與所述第一電感單元的第二端連接，所述第十二開關(guān)管的第一端與第三電容的第二端連接，所述第十二開關(guān)管的第二端與第十四開關(guān)管的第二端連接；所述第三切換電路的第一端與所述第一電感單元的第二端連接，所述第三切換電路的第二端接地，用于分時(shí)實(shí)現(xiàn)從所述第三切換電路的第二端到第一端正向?qū)?，或從第三切換電路的第一端到第二端反向?qū)ā１景l(fā)明實(shí)施例另一方面提供一種針對(duì)上述五電平功率變換器的控制方法，該五電平功率變換器的控制方法包括控制所述整流控制電路分別向所述第一電容的第二端、所述第二電容的第二端、所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端輸入電流，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量；所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性與所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相反；
控制所述放電控制電路依次從所述整流器的第二電容的第二端、第一電容的第二端、第三電容的第二端和第四電容的第二端放電，放電電流經(jīng)過所述串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載,且對(duì)所述第一電容、第二電容、第三電容和第四電容中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。本發(fā)明實(shí)施例又一方面提供一種針對(duì)上述的五電平功率變換器的控制裝置，該裝置包括整流控制模塊，用于控制所述整流控制電路分別向所述第一電容的第二端、所述第二電容的第二端、所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端輸入電流，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量；所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性與所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相反；
逆變控制模塊，用于控制所述放電控制電路依次從所述整流器的第二電容的第二端、第一電容的第二端、第三電容的第二端和第四電容的第二端放電，放電電流經(jīng)過所述串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載，且對(duì)所述第一電容、第二電容、第三電容和第四電容中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平功率變換器及其控制方法、控制裝置，其中的五電平功率變換器，包括逆變器，以及至少一個(gè)整流器，整流器包括整流控制電路，并聯(lián)的第一電容和第二電容，以及并聯(lián)的第三電容和第四電容，第一電容的第一端、第二電容的第一端、第三電容的第一端和第四電容的第一端共地；其中的整流控制電路能夠?qū)Φ谝浑娙?、第二電容、第三電容和第四電容進(jìn)行充電，使得第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量；所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性與所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相反。而逆變器的放電控制電路，用于依次從所述整流器的第二電容的第二端、第一電容的第二端、第三電容的第二端和第四電容的第二端放電，從而實(shí)現(xiàn)五電平的工作模式。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明五電平功率變換器實(shí)施例一的電路構(gòu)架圖；圖2為本發(fā)明五電平功率變換器實(shí)施例二的電路構(gòu)架圖；圖3為本發(fā)明五電平功率變換器實(shí)施例三的電路構(gòu)架圖；圖4為本發(fā)明五電平功率變換器實(shí)施例四的電路構(gòu)架圖5為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例一的流程圖；圖6為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例二的流程圖；圖7為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例三的流程圖；圖8為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例四的流程圖；圖9為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例四的工作電壓波形示意圖；圖10為本發(fā)明五電平功率變換器的控制裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本發(fā)明五電平功率變換器的控制裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12為本發(fā)明五電平功率變換器的控制裝置實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13為本發(fā)明五電平功率變換器的控制裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平功率變換器及其控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)五電平工作，可應(yīng)用于UPS系統(tǒng)中；當(dāng)系統(tǒng)在交流電下工作時(shí)，五電平功率變換器的整流器可將交流輸入整流成直流，并實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)校正PFC功能；當(dāng)交流電中斷時(shí)，五電平功率變換器立即將內(nèi)部儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)提供交流電，使負(fù)載維持正常工作。本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平功率變換器的功率變換拓?fù)溆烧髌髋c逆變器兩部分構(gòu)成，整流器用來將交流輸入整流成直流，并實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能PFC ;逆變器用來將整流后的直流電壓逆變成交流輸出電壓。圖I為本發(fā)明五電平功率變換器實(shí)施例一的電路構(gòu)架圖，圖2為本發(fā)明五電平功率變換器實(shí)施例二的電路構(gòu)架圖，圖3為本發(fā)明五電平功率變換器實(shí)施例三的電路構(gòu)架圖，圖4為本發(fā)明五電平功率變換器實(shí)施例四的電路構(gòu)架圖。如圖1、2、3或4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平功率變換器，包括逆變器，以及至少一個(gè)整流器，整流器包括整流控制電路，并聯(lián)的第一電容Cl和第二電容C2，以及并聯(lián)的第三電容C3和第四電容C4，第一電容Cl的第一端、第二電容C2的第一端、第三電容C3的第一端和第四電容C4的第一端共地；整流控制電路用于分別向第一電容Cl的第二端、第二電容C2的第二端、第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端輸入電流，且第一電容Cl的第二端和第二電容C2的第二端上積累的電荷極性相同，第一電容Cl的第二端上積累的電量大于第二電容C2的第二端上積累的電量；第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端上積累的電荷極性相同，第四電容C4的第二端上積累的電量大于第三電容C3的第二端上積累的電量，且第一電容Cl的第二端和第二電容C2的第二端上積累的電荷極性與第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端上積累的電荷極性相反；逆變器包括放電控制電路，以及串聯(lián)的第一電感單元LI和第一負(fù)載Rl，第一電感單元LI的第一端和第一負(fù)載Rl的第一端連接，第一負(fù)載Rl的第二端接地，第五電容C5與第一負(fù)載并聯(lián)。放電控制電路用于依次從整流器的第二電容C2的第二端、第一電容Cl的第二端、第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端放電，放電電流經(jīng)過串聯(lián)的第一電感單元LI和第一負(fù)載R1，且對(duì)第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。本發(fā)明五電平功率變換器實(shí)施例一通過其整流器的整流控制電路和逆變器的放電控制電路，實(shí)現(xiàn)五電平輸出，并實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)校正PFC功能。本發(fā)明上述實(shí)施例提供的五電平功率變換器，其中整流器的整流控制電路可以由多種形式構(gòu)成。例如圖I所示，其中的整流控制電路包括第二電感單元L2、第一切換電路I、第一控制電路Kl和第二控制電路K2，第二電感單元L2的第一端連接外部輸入電源；第一控制電路Kl包括第三二極管D3、第四二極管D4和第三開關(guān)管Q3，第三二極管D3串聯(lián)在第一電容Cl的第二端和第二電感單元L2的第二端之間的電路上，第三二極管D3的正極和第二電感單元L2的第二端連接，第三二極管D3的負(fù)極與第一電容Cl的第二端連接；第四二極管D4和第三開關(guān)管Q3串聯(lián)在第二電容C2的第二端和第二電感單元L2的 第二端之間的電路上，且第四二極管D4的正極與第二電感單元L2的第二端連接；第二控制電路K2包括第五二極管D5、第六二極管D6和第四開關(guān)管Q4，第五二極管D5串聯(lián)在第四電容C4的第二端和第二電感單元L2的第二端之間的電路上，第五二極管D5的正極和第二電感單元L2的第二端連接，第五二極管D5的負(fù)極與第四電容C4的第二端連接；第六二極管D6和第四開關(guān)管Q4串聯(lián)在第三電容C3的第二端和第二電感單元L2的第二端之間的電路上，且第六二極管D6的正極與第二電感單元L2的第二端連接；第一切換電路I用于切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第二電感單元L2的第一端流向第二電感單元L2的第二端，或從第二電感單元L2的第二端流向第二電感單元L2的第一端。本發(fā)明實(shí)施例的五電平功率變換器，第一切換電路I包括串聯(lián)的第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2，以及串聯(lián)的第一二極管Dl和第二二極管D2，第一二極管Dl和第二二極管D2的極性相對(duì)設(shè)置，且第一開關(guān)管Ql和第二開關(guān)管Q2之間，與第一二極管Dl和第二二極管D2之間連通。本發(fā)明實(shí)施例的五電平功率變換器中的五電平整流器在常規(guī)Vienna整流器的基礎(chǔ)上，正、負(fù)BUS電壓各附加一個(gè)支路，第三開關(guān)管Q3、第四二極管D4構(gòu)成正BUS電壓的支路，第四開關(guān)管Q4、第六二極管D6構(gòu)成負(fù)BUS電壓的支路；五電平逆變器在常規(guī)I型三電平中性點(diǎn)鉗位逆變器的基礎(chǔ)上，增加兩個(gè)支路，第i^一開關(guān)管Qll對(duì)應(yīng)輸出正弦波正半周，第十二開關(guān)管Q12對(duì)應(yīng)輸出正弦波負(fù)半周?？蛇x的，上述實(shí)施例中各開關(guān)管可以是金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管，簡稱金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)、絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)或其他開關(guān)器件；數(shù)量可以是一個(gè)，還可以是多個(gè)串聯(lián)、直接并聯(lián)構(gòu)成，或電路上實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)并聯(lián)；整流器各二極管可以是常規(guī)二極管，還可以是MOSFET、IGBT等開關(guān)器件構(gòu)成同步整流；數(shù)量可以是一個(gè)，還可以是多個(gè)串聯(lián)、并聯(lián)構(gòu)成；整流器第二電感單元可以是一個(gè)，還可以是多個(gè)并聯(lián)、串聯(lián)的電感單元構(gòu)成；本發(fā)明實(shí)施例的五電平功率變換器中的五電平整流器由常規(guī)Vienna整流器改進(jìn)而來，在保持Vienna整流器高效率優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)五電平方式工作。由于實(shí)現(xiàn)五電平工作，可進(jìn)一步減小PFC電感的感量。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例二的五電平功率變換器，外部輸入電源包括外部交流輸入電源V和電池組，外部交流輸入電源V與第二電感單元L2的第一端之間通過交流開關(guān)元件TRl連接；該實(shí)施例整流器包括一個(gè)整流控制電路，電池組包括第一電池單元Vl和第二電池單元V2，第一電池單元Vl的正極與整流控制電路的第二電感單元L2的第一端通過直流開關(guān)元件Xl連接，第一電池單元Vl的負(fù)極接地，第二電池單元V2的負(fù)極與整流控制電路的第二電感單元L2的第一端通過直流開關(guān)元件X2連接，第二電池單元V2的正極接地；該實(shí)施例是將圖I的電路進(jìn)行改進(jìn)，增加輸入交流電、電池切換電路的交流開關(guān)元件TR1、直流開關(guān)元件XI、直流開關(guān)元件X2，構(gòu)成如圖2所示的功率變換器實(shí)施例二的電路原理圖。其中與兩組電池單元串聯(lián)的第五電感單元L3、第六電感單元L4起換流平滑作 用。該實(shí)施例電路工作原理與圖I相似，不同的地方在于加入交流電、電池切換電路后，共用一套五電平整流器。在交流電工作模式下，五電平整流器實(shí)現(xiàn)PFC的功能；在電池工作模式下，五電平整流器實(shí)現(xiàn)直流升壓的功能。 本發(fā)明上述實(shí)施例中，在電池工作模式下，第一電池單元Vl和第二電池單元V2共用一套升壓電路，在其切換時(shí)如果電路存在寄生、或控制信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)，有可能將兩組電池直接短路。為了避免這樣的風(fēng)險(xiǎn)，各電池單元可以增加過流保護(hù)保險(xiǎn)絲。另外，還可以進(jìn)一步的增加第五電感單元L5和第六電感單元L6起換流平滑作用。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例三的五電平功率變換器，外部輸入電源包括外部交流輸入電源V和電池組，外部交流輸入電源V與第二電感單元L2的第一端之間通過交流開關(guān)元件TRl連接；該實(shí)施例包括兩個(gè)整流器，即包括第一整流器和第二整流器，電池組包括第三電池單元V3和第四電池單元V4，第三電池單元V3的正極與第一整流器的第二電感單元L2的第一端通過直流開關(guān)元件X3連接，第三電池單元V3的負(fù)極接地，第四電池單元V4的負(fù)極與第二整流器的第二電感單元L2的第一端通過直流開關(guān)元件X4連接，第四電池單元V4的正極接地。該實(shí)施例是將上述圖2進(jìn)一步改進(jìn)，使用兩套整流器，構(gòu)成如圖3所示的五電平功率變換器實(shí)施例三的電路原理圖。該實(shí)施例電路工作原理與圖2相似，不同的地方在于，在電池工作模式下，第三電池單元V3和第四電池單元V4工作時(shí)，分別使用兩套獨(dú)立的五電平整流器，不存在電池切換時(shí)的任何風(fēng)險(xiǎn)。并且，在交流電工作模式下，兩套五電平整流器既可以直接并聯(lián)工作，還可以實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)并聯(lián)工作，降低了功率開關(guān)管的導(dǎo)通損耗，提高了效率。上述電路整流器由單電感兩路輸出雙Boost、或Vienna整流器構(gòu)成，使用二極管與功率開關(guān)管構(gòu)成開關(guān)支路主路輸出較聞的電壓；支路輸出較低的電壓如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例四的五電平功率變換器，整流控制電路包括第三電感單元L3、第四電感單元L4、第二切換電路2、第三控制電路K3和第四控制電路K4，第三電感單元L3的第一端，以及第四電感單元L4的第一端連接外部輸入電源；第三控制電路K3包括第七二極管D7、第八二極管D8和第五開關(guān)管Q5，第七二極管D7串聯(lián)在第一電容Cl的第二端和第三電感單元L3的第二端之間的電路上，第七二極管D7的正極和第三電感單元L3的第二端連接，第七二極管D7的負(fù)極與第一電容Cl的第二端連接；第八二極管D8和第五開關(guān)管Q5串聯(lián)在第二電容C2的第二端和第三電感單元L3的第二端之間的電路上，且第八二極管D8的正極與第三電感單元L3的第二端連接；第四控制電路K4包括第九二極管D9、第十二極管DlO和第六開關(guān)管Q6，第九二極管D9串聯(lián)在第四電容C4的第二端和第四電感單元L4的第二端之間的電路上，第九二極管D9的正極和第四電感單元L4的第二端連接，第九二極管D9的負(fù)極與第四電容C4的第二端連接；第十二極管DlO和第六開關(guān)管Q6串聯(lián)在第三電容C3的第二端和第四電感單元L4的第二端之間的電路上，且第十二極管DlO的正極與第四電感單元L4的第二端連接；本實(shí)施例的五電平功率變換器的第二切換電路2用于切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第三電感單元L3的第一端流向第三電感單元L3的第二端,或從第四電感單元L4的第二端流向第四電感單元L4的第一端。具體的，該第二切換電路2可以包括第七開關(guān)管Q7和第八開關(guān)管Q8以及第·十三二極管D13和第十四二極管D14，第七開關(guān)管Q7的一端與第三電感單元L3的第二端及第十三二極管D13負(fù)極連接，另一端接地，第八開關(guān)管Q8的一端與第四電感單元L4的第二端及第十四二極管D14正極連接，另一端接地，第十三二極管D13正極與第十四二極管D14負(fù)極接地。該實(shí)施例的五電平功率轉(zhuǎn)換器，外部輸入電源包括外部交流輸入電源V或電池組，外部輸入電源與第三電感單元L3的第一端之間，以及外部交流輸入電源V與第四電感單元L4的第一端之間通過交流開關(guān)元件連接；電池組包括第五電池單元V5和第六電池單元V6，第五電池單元V5的正極與第三電感單元L3的第一端通過直流開關(guān)元件X5連接，第五電池單元V5的負(fù)極接地，第六電池單元V6的負(fù)極與第四電感單元L4的第一端通過直流開關(guān)元件X6連接，第六電池單元V6的正極接地。該實(shí)施例是將實(shí)施例一的功率變換器構(gòu)架中的五電平整流器改為五電平雙Boost電路，并且增加交流、電池輸入的控制繼電器、或可控硅SCR，構(gòu)成如圖4所示的五電平功率變換器實(shí)施例四的電路原理圖。進(jìn)一步地，上述各實(shí)施例中的五電平功率轉(zhuǎn)換器，第一電感單元LI、第二電感單元L2、第三電感單元L3或第四電感單元L4為如下任一組成方式單一電感元件組成、多個(gè)電感元件并聯(lián)組成或多個(gè)電感元件串聯(lián)組成。可選的，上述實(shí)施例二至四的五電平功率變換器中的電路可使用兩組電池，輸入端配置合適的開關(guān)器件，五電平整流器就可以具有直流升壓的功能，構(gòu)成輸出正、負(fù)BUS電壓和正、負(fù)Vin。因此，電池工作模式完全可復(fù)用整流模式的功率器件。另外，上述電路也可在單電池組下工作。電池輸入的開關(guān)器件可以使用單向可控硅SCR、繼電器、及功率開關(guān)管等；交流輸入開關(guān)器件可以使用三端雙向交流開關(guān)TRIAC、繼電器、及功率開關(guān)管等。同時(shí)，上述各實(shí)施例中的五電平功率變換器，放電控制電路包括第九開關(guān)管Q9、第十開關(guān)管Q10、第十一開關(guān)管Q11、第十二開關(guān)管Q12、第十三開關(guān)管Q13、第十四開關(guān)管Q14和第三切換電路3 ；第九開關(guān)管Q9的第一端與第一電容Cl的第二端連接，第九開關(guān)管Q9的第二端與第十開關(guān)管QlO的第一端連接，第十開關(guān)管QlO的第二端與第一電感單元LI的第二端連接，第十一開關(guān)管Qll的第一端與第二電容C2的第二端及第十一二極管Dll的正極連接，第十一開關(guān)管Qll的第二端與第十開關(guān)管QlO的第一端及第十一二極管Dll的負(fù)極連接；第十四開關(guān)管Q14的第一端與第四電容C4的第二端連接，第十四開關(guān)管Q14的第二端與第十三開關(guān)管Q13的第一端連接，第十三開關(guān)管Q13的第二端與第一電感單元LI的第二端連接，第十二開關(guān)管Q12的第一端與第三電容C3的第二端及及第十二二極管D12的負(fù)極連接，第十二開關(guān)管Q12的第二端與第十四開關(guān)管Q14的第二端及第十二二極管D12的正極連接；第三切換電路3的第一端與第一電感單元LI的第二端連接，第三切換電路3的第二端接地，用于分時(shí)實(shí)現(xiàn)從第三切換電路3的第二端到第一端正向?qū)?，或從第三切換電路3的第一端到第二端反向?qū)??？蛇x的，上述放電控制電路的逆變器使用五電平結(jié)構(gòu)，四個(gè)逆變主開關(guān)管Q9、Q10、Q13、Q14接成“I”形結(jié)構(gòu)；兩個(gè)逆變續(xù)流開關(guān)管Qll、Q12接成“T”形結(jié)構(gòu)；逆變器外接管Q9、Q14連接正、負(fù)BUS電壓；逆變器內(nèi)接管Q10、Q13連接正、負(fù)Vin電壓。 上述各實(shí)施例的五電平功率變換器通過由整流器與逆變器兩部分構(gòu)成的整流控制電路和放電控制電路，由整流器將交流輸入整流成直流，并實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能PFC ；由逆變器將整流后的直流電壓逆變成交流輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出五電平的電路。圖5為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例一的流程圖，如圖5所示，同時(shí)參見圖I-圖4，該五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例是與上述五電平功率變換器實(shí)施例一相對(duì)應(yīng)，是針對(duì)上述各實(shí)施例的五電平功率變換器進(jìn)行控制的方法，該五電平功率變換器的控制方法包括步驟501、控制整流控制電路分別向第一電容C I的第二端、第二電容C2的第二端、第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端輸入電流，且第一電容C I的第二端和第二電容C2的第二端上積累的電荷極性相同，第一電容Cl的第二端上積累的電量大于第二電容C2的第二端上積累的電量；第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端上積累的電荷極性相同，第四電容C4的第二端上積累的電量大于第三電容C3的第二端上積累的電量，且第一電容C I的第二端和第二電容C2的第二端上積累的電荷極性與第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端上積累的電荷極性相反；步驟502、控制放電控制電路依次從整流器的第二電容C2的第二端、第一電容Cl的第二端、第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端放電，放電電流經(jīng)過串聯(lián)的第一電感單元LI和第一負(fù)載R1，且對(duì)第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平功率變換器的控制方法通過控制整流控制電路分別向第一電容Cl至第四電容C4的輸入電流，以實(shí)現(xiàn)電容的儲(chǔ)能，以及控制放電控制電路依次從整流器的第一電容Cl至第四電容C4放電，將電容儲(chǔ)存的能量釋放出來，從而實(shí)現(xiàn)五電平輸出，以供UPS系統(tǒng)使用，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)校正PFC功能。圖6為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例二的流程圖，如圖6所示，同時(shí)參見圖1，可選的，上述方法實(shí)施例一中，步驟501中所述控制整流控制電路分別向第一電容Cl的第二端、第二電容C2的第二端、第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端輸入電流包括步驟601、控制第一切換電路I切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第二電感單元L2的第一端流向第二電感單元L2的第二端，對(duì)第二電感單元L2儲(chǔ)能；步驟602、關(guān)閉第一切換電路I，第二電感單元L2分別對(duì)第一電容Cl和第二電容C2充電，且控制串聯(lián)在第二電容C2的第二端和第二電感單元L2的第二端之間的第三開關(guān)管Q3的占空比，使第一電容Cl的第二端上積累的電量大于第二電容C2的第二端上積累的電量;步驟603、控制第一切換電路I切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第二電感單元L2的第二端流向第二電感單元L2的第一端，對(duì)第二電感單元L2儲(chǔ)能；步驟604、關(guān)閉第一切換電路I，第二電感單元L2分別對(duì)第三電容C3和第四電容C4充電，且控制串聯(lián)在第三電容C3的第二端和第二電感單元L2的第二端之間的第四開關(guān)管Q4的占空比，使第四電容C4的第二端上積累的電量大于第三電容C3的第二端上積累的 電量。下面以輸入電壓正弦波正半周為例,對(duì)于上述方法實(shí)施例一和實(shí)施二中五電平整流器的工作原理簡述如下第一開關(guān)管Ql導(dǎo)通時(shí)，電流流過輸入的電壓線以及第二電感單元L2、第一開關(guān)管Q1、第二二極管D2，再返回至輸出線，PFC的第二電感單元L2儲(chǔ)能；第一開關(guān)管Ql關(guān)斷時(shí)，第二電感單元L2的釋放能量存在兩個(gè)通路一是第二電感單元L2通過第三二極管D3給第一電容Cl充電,第一電容Cl兩端形成正BUS電壓；二是第二電感單兀L2通過開關(guān)狀態(tài)的第三開關(guān)管Q3導(dǎo)通時(shí)給第二電容C2充電，第二電容C2兩端形成正Vin電壓。改變第三開關(guān)管Q3的占空比，可以控制提供給第二電容C2充電能量的多少，第二電容C2兩端電壓從而達(dá)到正Vin電壓的設(shè)定值。第三開關(guān)管Q3只能在第二電感單元L2釋放能量期間導(dǎo)通，以維持正常工作。本質(zhì)上，第三二極管D3、第一電容Cl構(gòu)成升壓Boost變換器,第一電容Cl兩端實(shí)現(xiàn)正BUS電壓輸出；第四二極管D4、第三開關(guān)管Q3及第二電容C2構(gòu)成降壓Buck變換器，第二電容C2兩端實(shí)現(xiàn)正Vin電壓輸出。五電平整流器的輸入電壓正弦波負(fù)半周與此相似，其是第二開關(guān)管Q2、第一二極管Dl導(dǎo)通，輸入電流與正半周時(shí)相反，即流經(jīng)第二電感單元L2的電流相反，在儲(chǔ)能后關(guān)斷對(duì)第三電容C3和第四電容C4充電，在此不再復(fù)述。該實(shí)施例通過第一切換電路I的切換，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)第一電容Cl和第二電容C2的儲(chǔ)能或是對(duì)第三電容C3和第四電容C4的儲(chǔ)能，同時(shí)在儲(chǔ)能電路的中點(diǎn)即第一電容Cl和第四電容C4之間的點(diǎn)構(gòu)成零電平，因此，五電平整流器電路可實(shí)現(xiàn)正、負(fù)BUS電壓，正、負(fù)Vin電壓和零電平。圖7為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例三的流程圖，該五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例三與上述五電平功率變換器實(shí)施例四相對(duì)應(yīng)，如圖7所示，同時(shí)參見圖4，或者，上述方法實(shí)施例一中，步驟501中所述控制整流控制電路控制整流控制電路分別向第一電容Cl的第二端、第二電容C2的第二端、第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端輸入電流包括步驟701、控制第二切換電路2切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第三電感單元L3的第一端流向第三電感單元L3的第二端,對(duì)第三電感單元L3儲(chǔ)能；
步驟702、關(guān)閉第二切換電路2，第二電感單元L2分別對(duì)第一電容Cl和第二電容C2充電，且控制串聯(lián)在第二電容C2的第二端和第三電感單元L3的第二端之間的第五開關(guān)管Q5的占空比，使第一電容Cl的第二端上積累的電量大于第二電容C2的第二端上積累的電量;步驟703、控制第二切換電路2切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第四電感單元L4的第二端流向第四電感單元L4的第一端；步驟704、關(guān)閉第二切換電路2，第二電感單元L2分別對(duì)第三電容C3和第四電容C4充電，且控制串聯(lián)在第三電容C3的第二端和第三電感單元L3的第二端之間的第六開關(guān)管Q6的占空比，使第四電容C4的第二端上積累的電量大于第三電容C3的第二端上積累的電量。

該五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例三電路工作原理與上述方法實(shí)施例相似，只是使用兩套Boost電路，構(gòu)成雙Boost電路，實(shí)現(xiàn)輸出正、負(fù)BUS電壓。同時(shí)使用第五開關(guān)管Q5、第八二極管D8與第六開關(guān)管Q6、第十二極管DlO兩個(gè)支路，構(gòu)成支路正、負(fù)Vin電壓?？刂评^電器或可控硅SCR直流開關(guān)元件X5與直流開關(guān)元件X6構(gòu)成電池工作模式的切換開關(guān)，而交流開關(guān)元件X7、交流開關(guān)元件X8構(gòu)成交流電工作模式的切換開關(guān)，用于切換對(duì)第一電容Cl和第二電容C2的儲(chǔ)能或是對(duì)第三電容C3和第四電容C4的儲(chǔ)能。以適應(yīng)UPS的系統(tǒng)應(yīng)用?？蛇x的，即使使用單組電池，系統(tǒng)也可正常工作。圖8為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例四的流程圖，圖9為本發(fā)明五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例四的工作電壓波形示意圖，其中圖9中的T1-T6為時(shí)間段；該五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例四與圖I-圖4的五電平功率變換器實(shí)施例相對(duì)應(yīng)，如圖8和圖9所示，同時(shí)參見圖I-圖4，進(jìn)一步的，該五電平功率變換器的控制方法實(shí)施例還包括步驟801、對(duì)應(yīng)Tl時(shí)間段，控制第十一開關(guān)管Qll常通，第十開關(guān)管QlO處于開關(guān)狀態(tài)，第九開關(guān)管Q9處于關(guān)斷狀態(tài)，第二電容C2放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元LI和第一負(fù)載Rl ；步驟802、對(duì)應(yīng)T2時(shí)間段，控制第十開關(guān)管QlO常通，第九開關(guān)管Q9處于開關(guān)狀態(tài)，第i 開關(guān)管Qll常通，第一電容Cl放電,放電電流依次經(jīng)過第一電感單兀LI和第一負(fù)載Rl ;步驟803、對(duì)應(yīng)T3時(shí)間段，控制第十一開關(guān)管Qll常通，第十開關(guān)管QlO處于開關(guān)狀態(tài)，第九開關(guān)管Q9處于關(guān)斷狀態(tài)，第二電容C2放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元LI和第一負(fù)載Rl ；步驟804、控制第三切換電路3切換至從第三切換電路3的第二端到第一端正向?qū)?；步驟805、對(duì)應(yīng)T4時(shí)間段，控制第十二開關(guān)管Q12常通，第十三開關(guān)管Q13處于開關(guān)狀態(tài)，第十四開關(guān)管Q14處于關(guān)斷狀態(tài)，第三電容C3放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單兀LI和第一負(fù)載Rl ；步驟806、對(duì)應(yīng)T5時(shí)間段，控制第十三開關(guān)管Q13常通，第十四開關(guān)管Q14處于開關(guān)狀態(tài)，第十二開關(guān)管Q12常通，第四電容C4放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元LI和第一負(fù)載Rl ；
步驟807、對(duì)應(yīng)T6時(shí)間段，控制第十二開關(guān)管Q12常通，第十三開關(guān)管Q13處于開關(guān)狀態(tài)，第十四開關(guān)管Q14處于關(guān)斷狀態(tài)，第三電容C3放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單兀LI和第一負(fù)載Rl ；步驟808、控制第三切換電路3切換至從第三切換電路3的第一端到第二端反向?qū)?。如圖9所示,該實(shí)施例構(gòu)造兩種不同的正、負(fù)BUS電壓和正、負(fù)Vin電壓(Boost輸出電壓+8”、-8”，81^1^輸出電壓+￥111、；111)以及零電平，可實(shí)現(xiàn)逆變中點(diǎn)電壓的五電平。如圖9所示，圖中坐標(biāo)橫軸為時(shí)間t，上圖縱軸為上述實(shí)施例中的第一負(fù)載Rl兩端的輸出電壓Vout波形，下圖縱軸為逆變中點(diǎn)AB點(diǎn)之間的輸出電壓Vmid波形圖；輸出電壓Vout正弦波是第五電容C5、第一負(fù)載Rl兩端電壓，是A、B兩點(diǎn)之間的波形Vmid經(jīng)過第一電感單元LI、第五電容C5濾波后，把高頻方波濾成正弦波輸出。下面以輸入電壓正弦波正半周為例，將該實(shí)施例中五電平逆變器的工作原理，參照圖9進(jìn)行說明如下 輸出電壓中點(diǎn)的電壓分兩種情況即輸出正弦波電壓波形分為兩段輸出電壓Vout小于第二電容C2兩端的電壓和輸出電壓Vout大于第二電容C2兩端的電壓的情況，從而存在兩種工作模態(tài)。其中工作模態(tài)I :為Tl時(shí)間段和T3時(shí)間段，分別對(duì)應(yīng)上述步驟801和803，為輸出電壓Vout小于第二電容C2兩端的電壓的情況，此時(shí)第十一開關(guān)管QlI常通，第十開關(guān)管QlO工作在開關(guān)狀態(tài)，第十五開關(guān)管Q15、第十五二極管D15構(gòu)成續(xù)流通路，得到逆變中點(diǎn)AB點(diǎn)之間的輸出電壓的+Vin電壓和零電平。工作模態(tài)2 :為T2時(shí)間段，對(duì)應(yīng)上述步驟802，為輸出電壓Vout大于第二電容C2兩端的電壓的情況，此時(shí)第十開關(guān)管QlO常通，第九開關(guān)管Q9工作在開關(guān)狀態(tài)，第十開關(guān)管Q10、第十一二極管Dl I構(gòu)成續(xù)流通路，得到逆變中點(diǎn)AB點(diǎn)之間的輸出電壓的+Vin電壓和+BUS電壓。上述續(xù)流通路在豎橋臂，也就是在第九開關(guān)管Q9、第十開關(guān)管QlO處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，可以給第一電感單元LI提供一個(gè)續(xù)流通路，實(shí)現(xiàn)輸出的逆變中點(diǎn)的零電平。具體的，在正半周時(shí)，得到+BUS電壓、+Vin電壓的過程分別為T2時(shí)間段時(shí)，當(dāng)上述步驟802中的第九開關(guān)管Q9、第十開關(guān)管QlO導(dǎo)通時(shí)，來自前面Boost上第一電容Cl的能量傳給第一電感單元LI及輸出，AB點(diǎn)之間的這個(gè)+BUS電壓也可叫+2電平。Tl時(shí)間段和T3時(shí)間段時(shí)，當(dāng)上述步驟801和803中的第九開關(guān)管Q9關(guān)斷時(shí)，第十一二極管D11、第十開關(guān)管QlO導(dǎo)通，來自前方第二電容C2的能量傳給第一電感單兀LI及輸出，AB點(diǎn)之間的這個(gè)+Vin電壓也可叫+1電平；上述續(xù)流通路工作時(shí)，上述步驟801和803中的第九開關(guān)管Q9、第十開關(guān)管QlO全部關(guān)斷、而第十五開關(guān)管Q15、第十五二極管D15導(dǎo)通時(shí)，AB點(diǎn)之間的零電平在第一電感單元LI及輸出得到。因此，輸出電壓中點(diǎn)可得到三種電平+Vin，+BUS，及零電平。五電平逆變器的輸出電壓正弦波負(fù)半周與此相似，負(fù)半周同樣道理可得到-Vin，-BUS，分別對(duì)應(yīng)-I、-2電平以及T4時(shí)間段、T6時(shí)間段和T5時(shí)間段。在此不再復(fù)述。該實(shí)施例由于直流輸入電壓較低，構(gòu)造正弦波下半段時(shí)可降低開關(guān)管內(nèi)管的開關(guān)損耗。同時(shí)，BOOST電路只處理部分功率，導(dǎo)通損耗小，實(shí)現(xiàn)多電平，開關(guān)損耗也可以減小。由于逆變中點(diǎn)電壓為五電平，還可降低輸出逆變電感大小，同時(shí)改進(jìn)輸出電流諧波，改進(jìn)輸出電壓畸變率THDv。另外，與一般三電平逆變器一樣，第十五二極管D15、第十六二極管D16使用快恢復(fù)二極管，為了進(jìn)一步提高效率，可使用采用并聯(lián)的MOSFET/IGBT的形式，并聯(lián)的開關(guān)管器件還可以提供無功補(bǔ)償電流通路。同時(shí)，采用合適的控制邏輯，逆變器輸出限流時(shí)，導(dǎo)通第十五開關(guān)管Q15和第十五二極管D15、或第十六開關(guān)管Q16和第十六二極管D16,提供輸出電流續(xù)流通路，可降低開關(guān)管電壓應(yīng)力。另外，功率管開關(guān)管集中放置，有利于提高器件利用率，便于集成在單個(gè)功率模塊內(nèi)以降低功耗。上述各實(shí)施例的五電平功率變換器的控制方法，通過對(duì)由整流器與逆變器兩部分構(gòu)成的電路的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)五電平工作，可應(yīng)用于UPS系統(tǒng)中；當(dāng)交流電中斷時(shí)，UPS立即將內(nèi)部儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)提供交流電，使負(fù)載維持正
常工作。
與上述的控制方法實(shí)施例對(duì)應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種能夠針對(duì)圖I-圖4所示的五電平功率變換器進(jìn)行控制的控制裝置，圖10為本發(fā)明五電平功率變換器的控制裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖10所示，同時(shí)參見圖I-圖4,該裝置實(shí)施例是針對(duì)上述的五電平功率變換器進(jìn)行控制的裝置，該裝置包括整流控制模塊1001，用于控制整流控制電路分別向第一電容Cl的第二端、第二電容C2的第二端、第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端輸入電流，且第一電容Cl的第二端和第二電容C2的第二端上積累的電荷極性相同，第一電容Cl的第二端上積累的電量大于第二電容C2的第二端上積累的電量；第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端上積累的電荷極性相同，第四電容C4的第二端上積累的電量大于第三電容C3的第二端上積累的電量，且第一電容Cl的第二端和第二電容C2的第二端上積累的電荷極性與第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端上積累的電荷極性相反；逆變控制模塊1002，用于控制放電控制電路依次從整流器的第二電容C2的第二端、第一電容Cl的第二端、第三電容C3的第二端和第四電容C4的第二端放電，放電電流經(jīng)過串聯(lián)的第一電感單兀LI和第一負(fù)載Rl,且對(duì)第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。本發(fā)明五電平功率變換器的控制裝置實(shí)施例一通過其整流控制模塊1001和逆變控制模塊1002，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)第一電容Cl和第二電容C2的儲(chǔ)能或放電，或是實(shí)現(xiàn)對(duì)第三電容C3和第四電容C4的儲(chǔ)能和放電，從而實(shí)現(xiàn)五電平輸出，并實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)校正PFC功倉泛。本發(fā)明實(shí)施例提供的五電平功率變換器的控制裝置，其中整流控制模塊是可以由多種形式構(gòu)成。例如，可以為如下圖11的形式。圖11為本發(fā)明五電平功率變換器的控制裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，該實(shí)施例二中的整流控制模塊和圖I中所示的整流控制電路相對(duì)應(yīng)，如圖11所示，同時(shí)參見圖1，該整流控制模塊包括第一整流控制單元1101，用于控制第一切換電路I切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第二電感單元L2的第一端流向第二電感單元L2的第二端，對(duì)第二電感單元L2儲(chǔ)倉泛;第二整流控制單元1102，用于關(guān)閉第一切換電路1，第二電感單元L2分別對(duì)第一電容Cl和第二電容C2充電，且控制串聯(lián)在第二電容C2的第二端和第二電感單元L2的第二端之間的第三開關(guān)管Q3的占空比，使第一電容Cl的第二端上積累的電量大于第二電容C2的第二端上積累的電量；第三整流控制單元1103，用于控制第一切換電路I切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第二電感單元L2的第二端流向第二電感單元L2的第一端，對(duì)第二電感單元L2儲(chǔ)倉泛;第四整流控制單元1104，用于關(guān)閉第一切換電路1，第二電感單元L2分別對(duì)第三電容C3和第四電容C4充電，且控制串聯(lián)在第三電容C3的第二端和第二電感單元L2的第二端之間的第四開關(guān)管Q4的占空比，使第四電容C4的第二端上積累的電量大于第三電容C3的第二端上積累的電量。
該實(shí)施例通過第一切換電路I的切換，實(shí)現(xiàn)切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第二電感單元L2的第一端流向第二電感單元L2的第二端，或是從第二電感單元L2的第二端流向第二電感單元L2的第一端，實(shí)現(xiàn)對(duì)第二電感單元L2儲(chǔ)能，然后通過關(guān)閉第一切換電路I實(shí)現(xiàn)對(duì)第一電容Cl和第二電容C2或是對(duì)第三電容C3和第四電容C4的充電過程。圖12為本發(fā)明五電平功率變換器的控制裝置實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖，該實(shí)施例三中的整流控制模塊和圖4中所示的整流控制電路相對(duì)應(yīng)，如圖12所示，同時(shí)參見圖4，該整流控制模塊包括第五整流控制單元1201，用于控制第二切換電路2切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第三電感單元L3的第一端流向第三電感單元L3的第二端,對(duì)第三電感單元L3儲(chǔ)倉泛;第六整流控制單元1202，用于關(guān)閉第二切換電路2，第二電感單元L2分別對(duì)第一電容Cl和第二電容C2充電，且控制串聯(lián)在第二電容C2的第二端和第三電感單元L3的第二端之間的第五開關(guān)管Q5的占空比，使第一電容Cl的第二端上積累的電量大于第二電容C2的第二端上積累的電量；第七整流控制單元1203，用于控制第二切換電路2切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第四電感單元L4的第二端流向第四電感單元L4的第一端；第八整流控制單元1204，用于關(guān)閉第二切換電路2，第二電感單元L2分別對(duì)第三電容C3和第四電容C4充電，且控制串聯(lián)在第三電容C3的第二端和第三電感單元L3的第二端之間的第六開關(guān)管Q6的占空比，使第四電容C4的第二端上積累的電量大于第三電容C3的第二端上積累的電量。該實(shí)施例通過第二切換電路2的切換，實(shí)現(xiàn)切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從第三電感單元L3的第一端流向第三電感單元L3的第二端,實(shí)現(xiàn)對(duì)第三電感單元L3儲(chǔ)能；或是從第四電感單元L4的第二端流向第四電感單元L4的第一端，實(shí)現(xiàn)對(duì)第四電感單元L4儲(chǔ)能，然后通過關(guān)閉第二切換電路2實(shí)現(xiàn)對(duì)第一電容C I和第二電容C2或是對(duì)第三電容C3和第四電容C4的充電過程。圖13為本發(fā)明五電平功率變換器的控制裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖，該實(shí)施例四中的逆變控制模塊和圖I-圖4中所示的逆變控制電路相對(duì)應(yīng)，同時(shí)下述各單元對(duì)應(yīng)完成圖9中各時(shí)間段的輸出電壓，如9和13所示，同時(shí)參見圖I-圖4，上述裝置各實(shí)施例的逆變控制模塊包括第一逆變控制單元1301，輸出電壓對(duì)應(yīng)Tl時(shí)間段，用于控制第十一開關(guān)管Qll常通，第十開關(guān)管QlO處于開關(guān)狀態(tài)，第九開關(guān)管Q9處于關(guān)斷狀態(tài)，第二電容C2放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元LI和第一負(fù)載Rl ；第二逆變控制單元1302，輸出電壓對(duì)應(yīng)T2時(shí)間段，用于控制第十開關(guān)管QlO常通，第九開關(guān)管Q9處于開關(guān)狀態(tài)，第十一開關(guān)管Qll常通，第一電容Cl放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單兀LI和第一負(fù)載Rl ；第三逆變控制單元1303，輸出電壓對(duì)應(yīng)T3時(shí)間段，用于控制第十一開關(guān)管Qll常通，第十開關(guān)管QlO處于開關(guān)狀態(tài)，第九開關(guān)管Q9處于關(guān)斷狀態(tài)，第二電容C2放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元LI和第一負(fù)載Rl ；第四逆變控制單元1304，用于控制第三切換電路3切換至從第三切換電路3的第
二端到第一端正向?qū)ǎ坏谖迥孀兛刂茊卧?305，輸出電壓對(duì)應(yīng)T4時(shí)間段，用于控制第十二開關(guān)管Q12 常通，第十三開關(guān)管Q13處于開關(guān)狀態(tài)，第十四開關(guān)管Q14處于關(guān)斷狀態(tài)，第三電容C3放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單兀LI和第一負(fù)載Rl ；第六逆變控制單元1306，輸出電壓對(duì)應(yīng)T5時(shí)間段，用于控制第十三開關(guān)管Q13常通，第十四開關(guān)管Q14處于開關(guān)狀態(tài)，第十二開關(guān)管Q12常通，第四電容C4放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單兀LI和第一負(fù)載Rl ；第七逆變控制單元1307，輸出電壓對(duì)應(yīng)T6時(shí)間段，用于控制第十二開關(guān)管Q12常通，第十三開關(guān)管Q13處于開關(guān)狀態(tài)，第十四開關(guān)管Q14處于關(guān)斷狀態(tài)，第三電容C3放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單兀LI和第一負(fù)載Rl ；第八逆變控制單元1308，用于控制第三切換電路3切換至從第三切換電路3的第
一端到第二端反向?qū)?。上述各?shí)施例的五電平功率變換器的控制裝置通過由整流控制模塊與逆變控制模塊兩部分構(gòu)成的電路，由整流控制模塊控制電路將交流輸入整流成直流，并實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能PFC ；由逆變控制模塊控制電路將整流后的直流電壓逆變成交流輸出電壓。從而實(shí)現(xiàn)輸出五電平的電路。上述裝置實(shí)施例電路的控制器可使用數(shù)字信號(hào)處理芯片，如微控制單元(MicroControl Unit, MCU)、數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing, DSP)器、或復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device, CPLD)等實(shí)現(xiàn)；綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案是在功率變換器的基礎(chǔ)上，通過增加支路的形式，實(shí)現(xiàn)整流器、逆變器的五電平工作。具體的，將五電平逆變器、整流器進(jìn)行級(jí)聯(lián)組合，可構(gòu)成高性能在線式UPS系統(tǒng)，這種UPS具有五電平逆變器、整流器的優(yōu)點(diǎn)，如較低的功率管導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、較小的逆變、整流電感的感量、更好的輸入、輸出總諧波失真THD等。本發(fā)明實(shí)施例電路拓?fù)淇梢造`活地構(gòu)成單相、及三相UPS，及三相中的有/無中性線系統(tǒng)等。可以實(shí)現(xiàn)交流市電模式下的交錯(cuò)并聯(lián)，同時(shí)可以方便地通過輸入切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)電池模式工作時(shí)的交錯(cuò)并聯(lián)。并且整體電路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。最后應(yīng)說明的是以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種五電平功率變換器，包括逆變器，以及至少一個(gè)整流器，其特征在于，所述整流器包括整流控制電路，并聯(lián)的第一電容和第二電容，以及并聯(lián)的第三電容和第四電容，所述第一電容的第一端、第二電容的第一端、第三電容的第一端和第四電容的第一端共地； 所述整流控制電路用于分別向所述第一電容的第二端、所述第二電容的第二端、所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端輸入電流，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量；所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性與所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相反； 所述逆變器包括放電控制電路，以及串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載，所述第一電感單元的第一端和所述第一負(fù)載的第一端連接，所述第一負(fù)載的第二端接地，所述放電控制電路用于依次從所述整流器的第二電容的第二端、第一電容的第二端、第三電容的第二端和第四電容的第二端放電，放電電流經(jīng)過所述串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載，且對(duì)所述第一電容、第二電容、第三電容和第四電容中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的五電平功率變換器，其特征在于，所述整流控制電路包括第二電感單元、第一切換電路、第一控制電路和第二控制電路，所述第二電感單元的第一端連接外部輸入電源； 所述第一控制電路包括第三二極管、第四二極管和第三開關(guān)管，所述第三二極管串聯(lián)在所述第一電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的電路上，所述第三二極管的正極和所述第二電感單元的第二端連接，所述第三二極管的負(fù)極與所述第一電容的第二端連接；所述第四二極管和第三開關(guān)管串聯(lián)在所述第二電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的電路上，且所述第四二極管的正極與所述第二電感單元的第二端連接； 所述第二控制電路包括第五二極管、第六二極管和第四開關(guān)管，所述第五二極管串聯(lián)在所述第四電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的電路上，所述第五二極管的正極和所述第二電感單元的第二端連接，所述第五二極管的負(fù)極與所述第四電容的第二端連接；所述第六二極管和第四開關(guān)管串聯(lián)在所述第三電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的電路上，且所述第六二極管的正極與所述第二電感單元的第二端連接； 所述第一切換電路用于切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第二電感單元的第一端流向所述第二電感單元的第二端，或從所述第二電感單元的第二端流向所述第二電感單元的第一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五電平功率變換器，其特征在于，所述第一切換電路包括串聯(lián)的第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，以及串聯(lián)的第一二極管和第二二極管，所述第一二極管和第二二極管的極性相對(duì)設(shè)置，且所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管之間，與所述第一二極管和第二二極管之間連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的五電平功率變換器，其特征在于，所述外部輸入電源包括外部交流輸入電源和電池組，所述外部交流輸入電源與所述第二電感單元的第一端之間通過交流開關(guān)元件連接； 在所述整流器包括一個(gè)整流控制電路時(shí)，所述電池組包括第一電池單元和第二電池單元，所述第一電池單元的正極與所述整流控制電路的第二電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第一電池單元的負(fù)極接地，所述第二電池單元的負(fù)極與所述整流控制電路的第二電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第二電池單元的正極接地； 或在包括第一整流器和第二整流器時(shí)，所述電池組包括第三電池單元和第四電池單元，所述第三電池單元的正極與所述第一整流器的第二電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第三電池單元的負(fù)極接地，所述第四電池單元的負(fù)極與所述第二整流器的第二電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第四電池單元的正極接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的五電平功率變換器，其特征在于，所述整流控制電路包括第三電感單元、第四電感單元、第二切換電路、第三控制電路和第四控制電路，所述第三電感單元的第一端，以及所述第四電感單元的第一端連接外部輸入電源； 所述第三控制電路包括第七二極管、第八二極管和第五開關(guān)管，所述第七二極管串聯(lián)在所述第一電容的第二端和所述第三電感單元的第二端之間的電路上，所述第七二極管的正極和所述第三電感單元的第二端連接，所述第七二極管的負(fù)極與所述第一電容的第二端連接；所述第八二極管和第五開關(guān)管串聯(lián)在所述第二電容的第二端和所述第三電感單元的第二端之間的電路上，且所述第八二極管的正極與所述第三電感單元的第二端連接； 所述第四控制電路包括第九二極管、第十二極管和第六開關(guān)管，所述第九二極管串聯(lián)在所述第四電容的第二端和所述第四電感單元的第二端之間的電路上，所述第九二極管的正極和所述第四電感單元的第二端連接，所述第九二極管的負(fù)極與所述第四電容的第二端連接；所述第十二極管和第六開關(guān)管串聯(lián)在所述第三電容的第二端和所述第四電感單元的第二端之間的電路上，且所述第十二極管的正極與所述第四電感單元的第二端連接； 所述第二切換電路用于切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第三電感單元的第一端流向所述第三電感單元的第二端，或從所述第四電感單元的第二端流向所述第四電感單元的第一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的五電平功率變換器，其特征在于，所述第二切換電路包括第七開關(guān)管和第八開關(guān)管，所述第七開關(guān)管的一端與所述第三電感單元的第二端連接，另一端接地，所述第八開關(guān)管的一端與所述第四電感單元的第二端連接，另一端接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的五電平功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述外部輸入電源包括外部交流輸入電源或電池組，所述外部輸入電源與所述第三電感單元的第一端之間，以及所述外部交流輸入電源與所述第四電感單元的第一端之間通過交流開關(guān)元件連接； 所述電池組包括第五電池單元和第六電池單元，所述第五電池單元的正極與第三電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第五電池單元的負(fù)極接地，所述第六電池單元的負(fù)極與第四電感單元的第一端通過直流開關(guān)元件連接，所述第六電池單元的正極接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的五電平功率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一電感單元、第二電感單元、第三電感單元或第四電感單元為如下任一組成方式 單一電感元件組成、多個(gè)電感元件并聯(lián)組成或多個(gè)電感元件串聯(lián)組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的五電平功率變換器，其特征在于，所述放電控制電路包括第九開關(guān)管、第十開關(guān)管、第十一開關(guān)管、第十二開關(guān)管、第十三開關(guān)管、第十四開關(guān)管和第二切換電路； 所述第九開關(guān)管的第一端與所述第一電容的第二端連接，所述第九開關(guān)管的第二端與所述第十開關(guān)管的第一端連接，所述第十開關(guān)管的第二端與所述第一電感單元的第二端連接，所述第十一開關(guān)管的第一端與所述第二電容的第二端連接，所述第十一開關(guān)管的第二端與所述第十開關(guān)管的第一端連接；所述第十四開關(guān)管的第一端與所述第四電容的第二端連接，所述第十四開關(guān)管的第二端與所述第十三開關(guān)管的第一端連接，所述第十三開關(guān)管的第二端與所述第一電感單元的第二端連接 ，所述第十二開關(guān)管的第一端與第三電容的第二端連接，所述第十二開關(guān)管的第二端與第十四開關(guān)管的第二端連接； 所述第三切換電路的第一端與所述第一電感單元的第二端連接，所述第三切換電路的第二端接地，用于分時(shí)實(shí)現(xiàn)從所述第三切換電路的第二端到第一端正向?qū)?，或從第三切換電路的第一端到第二端反向?qū)ā?br> 10.一種針對(duì)權(quán)利要求1-9任一所述的五電平功率變換器的控制方法,其特征在于,該五電平功率變換器的控制方法包括 控制所述整流控制電路分別向所述第一電容的第二端、所述第二電容的第二端、所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端輸入電流，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量；所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性與所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相反； 控制所述放電控制電路依次從所述整流器的第二電容的第二端、第一電容的第二端、第三電容的第二端和第四電容的第二端放電，放電電流經(jīng)過所述串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載，且對(duì)所述第一電容、第二電容、第三電容和第四電容中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的五電平功率變換器的控制方法，其特征在于，所述控制所述整流控制電路分別向所述第一電容的第二端、所述第二電容的第二端、所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端輸入電流包括 控制第一切換電路切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第二電感單元的第一端流向所述第二電感單元的第二端，對(duì)第二電感單元儲(chǔ)能； 關(guān)閉第一切換電路，第二電感單元分別對(duì)第一電容和第二電容充電，且控制串聯(lián)在所述第二電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的第三開關(guān)管的占空比，使第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量； 控制第一切換電路切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第二電感單元的第二端流向所述第二電感單元的第一端，對(duì)第二電感單元儲(chǔ)能； 關(guān)閉第一切換電路，第二電感單元分別對(duì)第三電容和第四電容充電，且控制串聯(lián)在所述第三電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的第四開關(guān)管的占空比，使第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的五電平功率變換器的控制方法，其特征在于，所述控制所述整流控制電路分別向所述第一電容的第二端、所述第二電容的第二端、所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端輸入電流包括 控制第二切換電路切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第三電感單元的第一端流向所述第三電感單元的第二端，對(duì)第三電感單元儲(chǔ)能； 關(guān)閉第二切換電路，第二電感單元分別對(duì)第一電容和第二電容充電，且控制串聯(lián)在所述第二電容的第二端和所述第三電感單元的第二端之間的第五開關(guān)管的占空比，使第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量； 控制第二切換電路切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第四電感單元的第二端流向所述第四電感單元的第一端； 關(guān)閉第二切換電路，第二電感單元分別對(duì)第三電容和第四電容充電，且控制串聯(lián)在所述第三電容的第二端和所述第三電感單元的第二端之間的第六開關(guān)管的占空比，使第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12任一所述的五電平功率變換器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括 控制第十一開關(guān)管常通，第十開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第九開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，第二電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 控制第十開關(guān)管常通，第九開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第十一開關(guān)管常通，第一電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 控制第十一開關(guān)管常通，第十開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第九開關(guān)管Q9處于關(guān)斷狀態(tài)，第二電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 控制第三切換電路切換至從所述第三切換電路的第二端到第一端正向?qū)ǎ? 控制第十二開關(guān)管常通，第十三開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第十四開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，第三電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 控制第十三開關(guān)管常通，第十四開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第十二開關(guān)管常通，第四電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單兀和第一負(fù)載； 控制第十二開關(guān)管常通，第十三開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第十四開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，第三電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 控制第三切換電路切換至從所述第三切換電路的第一端到第二端反向?qū)ā?br> 14.一種針對(duì)權(quán)利要求1-9任一所述的五電平功率變換器的控制裝置，其特征在于，包括 整流控制模塊，用于控制所述整流控制電路分別向所述第一電容的第二端、所述第二電容的第二端、所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端輸入電流，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量；所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相同，所述第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量，且所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端上積累的電荷極性與所述第三電容的第二端和所述第四電容的第二端上積累的電荷極性相反； 逆變控制模塊，用于控制所述放電控制電路依次從所述整流器的第二電容的第二端、第一電容的第二端、第三電容的第二端和第四電容的第二端放電，放電電流經(jīng)過所述串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載，且對(duì)所述第一電容、第二電容、第三電容和第四電容中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述整流控制模塊包括第一整流控制單元，用于控制第一切換電路切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第二電感單元的第一端流向所述第二電感單元的第二端，對(duì)第二電感單元儲(chǔ)能； 第二整流控制單元，用于關(guān)閉第一切換電路，第二電感單元分別對(duì)第一電容和第二電容充電，且控制串聯(lián)在所述第二電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的第三開關(guān)管的占空比，使第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量; 第三整流控制單元，用于控制第一切換電路切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第二電感單元的第二端流向所述第二電感單元的第一端，對(duì)第二電感單元儲(chǔ)能； 第四整流控制單元，用于關(guān)閉第一切換電路，第二電感單元分別對(duì)第三電容和第四電容充電，且控制串聯(lián)在所述第三電容的第二端和所述第二電感單元的第二端之間的第四開關(guān)管的占空比，使第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述整流控制模塊包括 第五整流控制單元，用于控制第二切換電路切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第三電感單元的第一端流向所述第三電感單元的第二端，對(duì)第三電感單元儲(chǔ)能； 第六整流控制單元，用于關(guān)閉第二切換電路，第二電感單元分別對(duì)第一電容和第二電容充電，且控制串聯(lián)在所述第二電容的第二端和所述第三電感單元的第二端之間的第五開關(guān)管的占空比，使第一電容的第二端上積累的電量大于所述第二電容的第二端上積累的電量; 第七整流控制單元，用于控制第二切換電路切換外部輸入電源提供的儲(chǔ)能電流從所述第四電感單元的第二端流向所述第四電感單元的第一端； 第八整流控制單元，用于關(guān)閉第二切換電路，第二電感單元分別對(duì)第三電容和第四電容充電，且控制串聯(lián)在所述第三電容的第二端和所述第三電感單元的第二端之間的第六開關(guān)管的占空比，使第四電容的第二端上積累的電量大于所述第三電容的第二端上積累的電量。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述逆變控制模塊包括 第一逆變控制單元，用于控制第十一開關(guān)管常通，第十開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第九開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，第二電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 第二逆變控制單元，用于控制第十開關(guān)管常通，第九開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第十一開關(guān)管常通，第一電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 第三逆變控制單元，用于控制第十一開關(guān)管常通，第十開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第九開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，第二電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 第四逆變控制單元，用于控制第三切換電路切換至從所述第三切換電路的第二端到第一端正向?qū)ǎ? 第五逆變控制單元，用于控制第十二開關(guān)管常通，第十三開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第十四開關(guān)管Q14處于關(guān)斷狀態(tài)，第三電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載；第六逆變控制單元，用于控制第十三開關(guān)管常通，第十四開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第十二開關(guān)管常通，第四電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 第七逆變控制單元，用于控制第十二開關(guān)管常通，第十三開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，第十四開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，第三電容放電，放電電流依次經(jīng)過第一電感單元和第一負(fù)載； 第八逆變控制單元，用于控制第三切換電路切換至從所述第三切換電路的第一端到第二端反向?qū)ā?br> 全文摘要
本發(fā)明提供一種五電平功率變換器及其控制方法、控制裝置。其中，該五電平功率變換器包括逆變器，以及至少一個(gè)整流器；所述整流器包括至少一個(gè)整流控制電路，兩兩并聯(lián)的四個(gè)電容，第一電容至第四電容的各第一端共地；所述整流控制電路用于分別向第一電容至第四電容的各第二端輸入電流，且第一電容的第二端和第二電容的第二端上積累的電荷極性與第三電容的第二端和第四電容的第二端上積累的電荷極性相反；所述逆變器包括放電控制電路，以及串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載，放電控制電路用于依次從整流器的四個(gè)電容的第二端放電，放電電流經(jīng)過串聯(lián)的第一電感單元和第一負(fù)載，且對(duì)第一電容至第四電容中任一電容的充電和放電錯(cuò)開。
文檔編號(hào)H02M5/458GK102891611SQ201210222899
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月30日
發(fā)明者何波, 傅電波, 呂藝行 申請人:華為技術(shù)有限公司