非隔离式交－交型三电平AC－AC变换器

摘要

本发明公开了一种非隔离式交－交型三电平AC－AC变换器。该变换器的电路结构由依次连接的输入滤波器、多电平变换器和输出滤波器构成，其中多电平变换器由两个电容箝位的基本构成单元、储能电感和储能电容等构成将输入电压转化为三种输出电平；该基本构成单元由两个四象限功率开关和箝位电容组成。经过输入滤波器、基本构成单元以及输出滤波器等不同组合，得到包括Boost型、Buck－Boost型、Cuk型、Sepic型和Zeta型的非隔离式交－交型三电平AC－AC变换器的电路拓扑族。本发明提高了变换效率和功率密度、减小体积和重量、并提高输入侧功率因数；能够适用于高压AC－AC电能变换场合，并减小输出滤波器的体积和重量、提高输出波形质量，而且大大拓宽了三电平AC－AC变换器的应用场合。

主权项

1、一种非隔离式交-交型三电平AC-AC变换器，其特征在于：由依次连接的输入滤波器、多电平变换器和输出滤波器组成将不稳定的高压、劣质交流电直接变换成稳定或可调的同频、优质正弦交流电，并降低功率变换级数、实现单级功率变换的电路结构，即输入高压交流电源ui与输入滤波电感Li的一端连接，该输入滤波电感Li的另一端分别与多电平变换器、输入滤波电容Ci相连接，该输入滤波电容Ci的另一端分别与输入高压交流电源ui、多电平变换器相连接，所述的输入滤波电感Li和输入滤波电容Ci构成输入滤波器，该输入滤波器对输入高压交流电源ui进行滤波；所述的多电平变换器将经输入滤波器滤波后的输入电压转化为多电平输出电压，由两个基本构成单元、储能电感L组成；在该多电平变换器中，储能电感L的一端和输入滤波器连接，另一端分别与第一四象限功率开关S1和第三四象限功率开关S3相连接；该第一四象限功率开关S1的另一端分别与第二四象限功率开关S2和第一箝位电容Cc1连接；该第二四象限功率开关S2的另一端和输入滤波器连接；该第一箝位电容Cc1的另一端与第二箝位电容Cc2连接；该第三四象限功率开关S3的另一端分别与第二箝位电容Cc2的另一端和第四四象限功率开关S4连接，该第四四象限功率开关S4的另一端分别与输出滤波电容Cf和输出交流负载ZL一端连接，该输出滤波电容Cf滤除多电平变换器的输出电压中的高次谐波，从而在交流负载侧得到高质量的正弦交流电压uo，该输出滤波电容Cf、输出交流负载ZL的另一端再与多电平变换器相连接；所述的第一四象限功率开关S1、第二四象限功率开关S2和第一箝位电容Cc1构成第一基本构成单元，第三四象限功率开关S3、第四四象限功率开关S4和第二箝位电容Cc2构成第二基本构成单元。