均压电路、飞跨电容三电平变换器及设备[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112491255 A(43)申请公布日 2021.03.12

(21)申请号 201910861913.5(22)申请日 2019.09.12

(71)申请人 台达电子企业管理（上海）有限公司

地址 201209 上海市浦东新区华东路1675

号1幢1层，7—8层(72)发明人 周玉虎　陈海东　沈国桥　章进法　(74)专利代理机构 北京同立钧成知识产权代理

有限公司 11205

代理人 胡艾青　刘芳(51)Int.Cl.

H02M 1/32(2007.01)H02M 3/155(2006.01)H02M 1/36(2007.01)

权利要求书2页 说明书9页 附图4页

()发明名称

均压电路、飞跨电容三电平变换器及设备(57)摘要

本发明提供一种均压电路、飞跨电容三电平变换器及设备，飞跨电容三电平变换器中第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管依次串联；第一开关管和第四开关管与高压端口连接；第三开关管和第四开关管与低压端口连接；飞跨电容并联于第二开关管的第一端和第三开关管的第二端之间；以及均压电路包括：第一均压元件、第二均压元件、第三均压元件、第一均压支路，其中，第一均压元件并联于第一开关管的两端；第二均压元件并联于第二开关管的第一端和第三开关管的第二端之间；第三均压元件并联于第四开关管的两端；第一均压支路并联于第三开关管的两端，从而降低了飞跨电容过压的可能性，提高了电路启动时电压均衡性，加速了动态响应。

CN 112491255 ACN 112491255 A

权　利　要　求　书

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1.一种用于飞跨电容三电平变换器的均压电路，其特征在于，所述飞跨电容三电平变换器包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及飞跨电容，每一所述开关管具有第一端和第二端，其中，

所述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管依次串联连接；所述第一开关管的第一端与高压端口的第一端连接，所述第四开关管的第二端与高压端口的第二端连接；

所述第二开关管的第二端和所述第三开关管的第一端与低压端口的第一端连接，所述第四开关管的第二端与低压端口的第二端连接；

所述飞跨电容并联于所述第二开关管的第一端和所述第三开关管的第二端之间；以及所述均压电路包括：第一均压元件、第二均压元件、第三均压元件、第一均压支路，其中，

所述第一均压元件并联于所述第一开关管的两端；

所述第二均压元件并联于所述第二开关管的第一端和所述第三开关管的第二端之间；所述第三均压元件并联于所述第四开关管的两端；所述第一均压支路并联于所述第三开关管的两端。2.根据权利要求1所述的均压电路，其特征在于，所述均压电路还包括第二均压支路，所述第二均压支路并联于所述第二开关管的两端。

3.根据权利要求1或2所述的均压电路，其特征在于，所述第一均压元件、第二均压元件和第三均压元件中的一个或多个为电阻元件。

4.根据权利要求1所述的均压电路，其特征在于，所述第一均压支路包括电阻元件。5.根据权利要求4所述的均压电路，其特征在于，所述第一均压支路还包括开关元件，所述开关元件串联于所述电阻元件。

6.根据权利要求2所述的均压电路，其特征在于，所述第二均压支路包括电阻元件。7.根据权利要求6所述的均压电路，其特征在于，所述第二均压支路还包括开关元件，所述开关元件串联于所述电阻元件。

8.根据权利要求1或2所述的均压电路，其特征在于，所述第一均压元件与所述第三均压元件的等效阻抗相等，所述第二均压元件的等效阻抗是所述第一均压元件的等效阻抗的1至3倍。

9.根据权利要求2所述的均压电路，其特征在于，所述第一均压支路或所述第二均压支路导通时的等效阻抗是所述第二均压元件的等效阻抗的0.5至1.5倍。

10.根据权利要求9所述的均压电路，其特征在于，所述第一均压支路或所述第二均压支路导通时的等效阻抗与所述第二均压元件的等效阻抗相等。

11.一种飞跨电容三电平变换器，其特征在于，包括权利要求1至10任一所述的均压电路。

12.根据权利要求11所述的飞跨电容三电平变换器，其特征在于，所述高压端口与高压电源电性耦接，所述低压端口与低压电源电性耦接。

13.根据权利要求12所述的飞跨电容三电平变换器，其特征在于，当所述飞跨电容三电平变换器工作于待机模式时，所述高压电源与所述低压电源的电压维持不变。

14.根据权利要求13所述的飞跨电容三电平变换器，其特征在于，所述待机模式下，所

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述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管均关断。

15.根据权利要求12所述的飞跨电容三电平变换器，其特征在于，所述飞跨电容三电平变换器还包括滤波电感，所述滤波电感串联在所述第二开关管的第二端和所述低压端口的第一端之间。

16.根据权利要求12所述的飞跨电容三电平变换器，其特征在于，还包括高压滤波电容，所述高压滤波电容并联于所述高压端口。

17.根据权利要求12或15所述的飞跨电容三电平变换器，其特征在于，还包括低压滤波电容，所述低压滤波电容并联于所述低压端口。

18.一种变换器设备，其特征在于，包括权利要求1至10任一所述的均压电路，或者权要求11至17任一所述的飞跨电容三电平变换器。

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均压电路、飞跨电容三电平变换器及设备

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技术领域

[0001]本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种均压电路、飞跨电容三电平变换器及设备。

背景技术

[0002]非隔离直流变换器广泛应用在轨道交通、电力、新能源发电、储能、大功率传动等领域。而飞跨电容三电平变换器由于具有使用元件少、控制灵活、效率高等优点，更容易得到产品化应用。在这些应用飞跨电容三电平变换器的设备中，飞跨电容三电平变换器需要频繁地开关机，而每次对飞跨电容三电平变换器的关机都需要关断断路器，再次重新开机运行时又需要通过先建立飞跨电容电压，再闭合对应的断路器，开启过程通常会需要至少数秒时间才可以完成，严重影响了系统的动态响应特性以及断路器的使用寿命。如何实现设备的可靠而快速的关闭和启动，是需要解决的问题之一。[0003]现有的飞跨电容三电平变换器在开始工作之前，通常通过不关断飞跨电容三电平变换器中与电池连接的断路器，而是直接关闭飞跨电容三电平变换器中的开关管的驱动信号的方式，使得整个飞跨电容三电平变换器处于待机模式。参见图1，是现有技术中的一种飞跨电容三电平变换器结构示意图。通过三个均压元件确保待机模式下的飞跨电容电压维持在高压侧电压的一半，当飞跨电容三电平变换器再次启动时，节省了电容充电和断路器闭合的时间。[0004]然而，待机模式下飞跨电容电压不再是由高压侧电压来决定，而是高压侧电压和低压侧电压共同激励产生，现有的飞跨电容三电平变换器可能会出现飞跨电容电压不均衡的问题，可能造成飞跨电容过压，可靠性不够高。发明内容

[0005]本发明实施例提供一种均压电路、飞跨电容三电平变换器及设备，降低了飞跨电容过压的可能性，提高了电路启动时电压均衡性，加速了动态响应。[0006]本发明实施例的第一方面，提供一种用于飞跨电容三电平变换器的均压电路，[0007]所述飞跨电容三电平变换器包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及飞跨电容，每一所述开关管具有第一端和第二端，其中，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管依次串联连接；

[0008]所述第一开关管的第一端与高压端口的第一端连接，所述第四开关管的第二端与高压端口的第二端连接；

[0009]所述第二开关管的第二端和所述第三开关管的第一端与低压端口的第一端连接，所述第四开关管的第二端与低压端口的第二端连接；

[0010]所述飞跨电容并联于所述第二开关管的第一端和所述第三开关管的第二端之间；以及

[0011]所述均压电路包括：第一均压元件、第二均压元件、第三均压元件、第一均压支路，

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其中，

[0012][0013]

所述第一均压元件并联于所述第一开关管的两端；

所述第二均压元件并联于所述第二开关管的第一端和所述第三开关管的第二端

之间；

所述第三均压元件并联于所述第四开关管的两端；

[0015]所述第一均压支路并联于所述第三开关管的两端。[0016]可选地，所述均压电路还包括第二均压支路，所述第二均压支路并联于所述第二开关管的两端。[0017]可选地，所述第一均压元件、第二均压元件、第三均压元件中的一个或多个为电阻元件。

[0018]可选地，所述第一均压支路包括电阻元件。[0019]可选地，所述第一均压支路还包括开关元件，所述开关元件串联于所述电阻元件。[0020]可选地，所述第二均压支路包括电阻元件。[0021]可选地，所述第二均压支路还包括开关元件，所述开关元件串联于所述电阻元件。[0022]所述第一均压元件与所述第三均压元件的等效阻抗相等，所述第二均压元件的等效阻抗是所述第一均压元件的等效阻抗的1至3倍。[0023]可选地，所述第一均压支路或所述第二均压支路导通时的等效阻抗是所述第二均压元件的等效阻抗的0.5至1.5倍。[0024]可选地，所述第一均压支路或所述第二均压支路导通时的等效阻抗与所述第二均压元件的等效阻抗相等。

[0025]本发明实施例第二方面，提供一种飞跨电容三电平变换器，包括本发明第一方面任一所述的均压电路。[0026]可选地，所述高压端口与高压电源电性耦接，所述低压端口与低压电源电性耦接。[0027]可选地，当所述飞跨电容三电平变换器工作于待机模式时，所述高压电源与所述低压电源的电压维持不变。[0028]可选地，所述待机模式下，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管均关断。

[0029]可选地，所述飞跨电容三电平变换器还包括滤波电感，所述滤波电感串联在所述第二开关管的第二端和所述低压端口的第一端之间。[0030]可选地，还包括高压滤波电容，所述高压滤波电容并联于所述高压端口。[0031]可选地，还包括低压滤波电容，所述低压滤波电容并联于所述低压端口。[0032]本发明实施例第三方面，提供一种设备，包括本发明实施例第一方面任一所述的均压电路，或者实施例第二方面任一所述的飞跨电容三电平变换器。[0033]本发明提供一种均压电路、飞跨电容三电平变换器及设备，飞跨电容三电平变换器中第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管依次串联；第一开关管和第四开关管与高压端口连接；第三开关管和第四开关管与低压端口连接；飞跨电容并联于第二开关管的第一端和第三开关管的第二端之间；以及均压电路包括：第一均压元件、第二均压元件、第三均压元件、第一均压支路，其中，第一均压元件并联于第一开关管的两端；第二均压元件并联于第二开关管的第一端和第三开关管的第二端之间；第三均压元件并联于第四开

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[0014]

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关管的两端；第一均压支路并联于第三开关管的两端，从而降低了飞跨电容过压的可能性，提高了电路启动时电压均衡性，加速了动态响应。附图说明

[0034]图1是现有技术中的一种飞跨电容三电平变换器结构示意图；

[0035]图2是现有技术中的一种飞跨电容三电平变换器在待机模式下S2的二极管导通状态下的等效电路示意图；

[0036]图3是本发明实施例一提供的一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器结构示意图；

[0037]图4是本发明实施例提供的另一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器结构示意图；

[0038]图5是本发明实施例提供的再一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器结构示意图；

[0039]图6是本发明实施例提供的一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器在待机模式下的等效电路示意图；

[0040]图7是本发明实施例提供的另一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器在待机模式下的等效电路示意图。[0041]其中，图中包括：[0042]K1、K2、K3：继电器单元；[0043]K4、K5：继电器单元；[0044]C1：高压滤波电容；[0045]C2：飞跨电容；[0046]C3：低压滤波电容；[0047]S1：第一开关管；[0048]S2：第二开关管；[0049]S3：第三开关管；[0050]S4：第四开关管；[0051]L：滤波电感；[0052]R1：第一均压元件；[0053]R2：第二均压元件；[00]R3：第三均压元件；[0055]R4、R5：电阻元件；[0056]J1：第一均压支路；[0057]J2：第二均压支路。具体实施方式

[0058]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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

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人员在没有做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。[0059]本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。[0060]应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。[0061]应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。[0062]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0063]目前在很多应用场景中，为了减少每次开关机继电器操作的时间、建立飞跨电容电压的时间，会采用不关断图1所示飞跨电容三电平变换器中的继电器单元K1、K2、K3，直接利用控制命令关关断关管S1-S4的方法，使得整个变换器处于待机模式，从而使飞跨电容C2上总是维持处在特定范围内的均衡电压。在待机模式下再次启动时，节省了继电器单元闭合和电容充电的时间。但是在这种模式下，图1所示飞跨电容三电平变换器就可能会出现飞跨电容电压不均衡的问题。[00]在待机模式下，飞跨电容C2的电压不再是由高压端口的电压VH来决定，而是高压端口的电压VH和低压端口的电压VL共同激励产生。具体地，假设第一均压元件R1、第二均压元件R2、第三均压元件R3的阻值关系为：R1＝R3＝(1/2*R2)。那么，VH的电压会在如图2所示第一均压元件与第二均压元件之间的a点，产生电压Vao＝(3*VH/4)。[0065]如果VL的电压大于(3*VH/4)的电压，第二开关管S2的二极管就会导通。参见图2，是现有技术中的一种飞跨电容三电平变换器在待机模式下S2的二极管导通状态下的等效电路示意图。如图2所示，第二开关管S2的二极管导通后，就会直接把a点钳位在VL的电压，导致飞跨电容C2两端的电压Vab＝(2*VL/3)。在图2所示的情况下，一旦VL大于一定电压值，直接就会导致飞跨电容C2电压不均衡。具有实际应用意义的飞跨电容不均衡度是小于或等于10％*VH。参见如下表一，是根据图1和图2中飞跨电容三电平变换器正常工作时的飞跨电容电压和待机模式下的飞跨电容电压数值的实验比较数据。可见，在VL提高到1400V之后的两行数据中，飞跨电容的电压都大于900V，超出了可接受的最大不均衡度。[0066]表一

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现有的飞跨电容三电平变换器在飞跨电容不均压时，会造成的直接影响是飞跨电

容过压，触发过压保护，导致无法开机。间接影响是开关管的电压压降增加，电流很可能会产生突变。这些都将导致飞跨电容三电平变换器的不稳定。

[0069]为了提高现有的飞跨电容三电平变换器的稳定性和可靠性，降低了飞跨电容过压的可能性，本发明提供了一种用于飞跨电容三电平变换器的均压电路，提高了电路启动时电压均衡性，加速了动态响应。[0070]参见图3，是本发明实施例提供的一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器结构示意图。

[0071]下面先对本实施例适用的飞跨电容三电平变换器进行举例说明，再对均压电路的结构和原理进行介绍。图3所示的飞跨电容三电平变换器包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4以及飞跨电容C2，每一所述开关管具有第一端和第二端。例如，以开关管的集电极为第一端、发射极为第二端，而开关管的基极作为控制端以控制开关的工作。其中，开关管也可以是金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称：MOSFET)，MOSFET的漏极为第一端，源极为第二端，栅极为控制端。本发明对开关管可能的各种实现方式可以不做限定。下面以绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称：IGBT)为例进行说明。[0072]其中，如图3所示，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3以及第四开关管S4依次串联连接。所述第一开关管S1的第一端与高压端口的第一端连接，所述第四开关管S4的第二端与高压端口的第二端连接。所述第二开关管S2的第二端与低压端口的第一端连接，所述第四开关管S4的第二端与低压端口的第二端连接。这里的高压端口和低压端口例如可以是直流电源或者电池等，以提供直流电压。高压端口的第一端例如是高压端口的正极端，高压端口的第二端例如是高压端口的负极端。同样的，低压端口的第一端例如是低压端口的正极端，低压端口的第二端例如是低压端口的负极端。[0073]在图3所示的实施例中，飞跨电容C2并联于所述第二开关管S2的第一端和所述第三开关管S3的第二端之间。

[0074]图3所示的继电器单元K1、K2、K3具体可以是继电器、断路器以及其他等效功能的电子或者机械开关。正常工作时，飞跨电容C2器的电压是高压端口的电压VH的一半，第一开关管S1、第二开关管S2的驱动信号相位相差180度，同时第一开关管S1和第四开关管S4，第二开关管S2和第三开关管S3的驱动互补导通。[0075]继续参见图3，均压电路可以包括：第一均压元件R1、第二均压元件R2、第三均压元件R3第一均压支路J1。[0076]其中，所述第一均压元件R1、第二均压元件R2、第三均压元件R3中的一个或多个可

[0068]

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以为电阻元件。参见图4，是本发明实施例提供的另一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器结构示意图。参见图3和图4，均压电路还包括第一均压支路J1。[0077]第一均压支路J1第一均压支路J1所述第一均压元件R1并联于所述第一开关管S1的两端；所述第二均压元件R2并联于所述第二开关管S2的第一端和所述第三开关管S3的第二端之间；所述第三均压元件R3并联于所述第四开关管S4的两端；所述第一均压支路J1并联于所述第三开关管S3的两端。其中，所述第一均压支路J1可以是由图3中所示的电阻元件R4组成，或者是由如图4所示串联的电阻元件R4和开关单元组成。这里与电阻元件R4串联的开关单元为图4所示的继电器单元K4。上述电阻元件例如可以是电阻、变阻器、有源器件等一个或多个的组合，本实施例对电阻元件的结构不做限定。[0078]为了实现均压电路的均压功能，图3所示的结构中，优选第一均压元件R1与第三均压元件R3的等效阻抗相等，所述第二均压元件R2的等效阻抗是所述第一均压元件R1的等效阻抗的1至3倍。例如，第二均压元件R2的等效阻抗可以是第一均压元件R1的等效阻抗的2倍。

[0079]从图3可知，在第三开关管S3上并联了第一均压支路J1R4，由此以第二均压元件R2和第一均压支路J1共同影响飞跨电容C2的电压，从而可以通过分压关系避免飞跨电容C2过压。

[0080]在一些实施例中，为了提高对飞跨电容C2的电压影响效果，在上述实施例的基础上，还可以通过增加第二均压支路J2来实现避免飞跨电容C2过压。参见图5，是本发明实施例提供的再一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器结构示意图。图5相对于图3和图4增加了第二均压支路J2。具体地，上述均压电路还可以包括第二均压支路J2，所述第二均压支路J2并联于所述第二开关管S2的两端。其中，第二均压支路J2例如可以是电阻元件R5或者是串联的电阻元件R5和开关元件。其中开关元件是如图5所示的继电器单元K5。[0081]从图5可知，通过在第二开关管S2上并联第二均压支路J2，以第二均压元件R2和第二均压支路J2共同影响飞跨电容C2的电压，从而可以通过分压关系避免飞跨电容C2过压。[0082]在图5所示的一些实施例中，当VL增加到大于(3*VH/4)后，继电器单元K4闭合将第一均压支路J1接入，继电器单元K5关断将第二均压支路J2关断，其中，第二开关管S2的二极管导通，第二均压元件R2和第一均压支路J1中的电阻元件R4并联。参见图6，是本发明实施例提供的一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器在待机模式下的等效电路示意图。如图6所示的等效电路也是图3所示电路的等效电路。在图3和图6中，均压电路通过第一均压支路J1可以对飞跨电容电压进行重新分配。[0083]参见图6，通过在在第三开关管S3上并联第一均压支路J1，当VL增加到大于(3*VH/4)后，第二开关管S2的二极管导通。参见下表二，是图6所示实施例中的一些示例性实验数据。结合表一，下面针对图6的等效电路选取第二均压元件R2与第一均压支路J1等效阻抗相等的结构进行了数值验证，采用如图1所示均压电路(改进前)和采用如图3所示均压电路(改进后)两种结构，在待机模式下测得的飞跨电容C2电压数值进行比较。表二与表一所用VH和VL实验条件相同，由表一可知，正常工作时的飞跨电容C2电压为750V。从表二可以看到，在待机模式下，改进前的飞跨电容C2电压最大偏离是967-750＝217V，改进后的飞跨电容C2电压最大偏离是750-600＝150V。通过采用本实施例提供的均压电路，能够减小待机模式下飞跨电容C2的电压偏离程度，从而降低了待机模式下开机发生过流的可能性，还加速

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了动态响应。[0084]表二

[0085]

VL(V)改进前的飞跨电容C2电压(V)改进后的飞跨电容C2电压(V)130086765014009337001450967725

[0086]在图5所示的实施例中，当VL减小到小于(1*VH/4)后，继电器单元K4关断将第一均压支路J1关断，继电器单元K5闭合将第二均压支路J2接入，其中，第三开关管S3的二极管导通，第二均压元件R2和第二均压支路J2中的电阻元件R5并联。参见图7，是本发明实施例提供的另一种具有均压电路的飞跨电容三电平变换器在待机模式下的等效电路示意图。如图7所示的等效电路中，均压电路通过增加的第二均压支路J2可以对飞跨电容电压进行重新分配。参见下表三，是图7所示实施例中的一些示例性实验数据。[0087]表三

[0088]

VH(V)150015001500

VH(V)150015001500

[00][0090]

VL(V)改进前的飞跨电容C2电压(V)改进后的飞跨电容C2电压(V)20086765010093370050967725在图5所示的实施例中，对均压电路的控制策略例如可以是如下方式：1、正常工作时，通过采样电压数据，处理器可以判断不闭合K4、K5，R4和R5不起作

用。

2、处在待机模式下，通过电压采样判断，等飞跨电容电压≥10％*VH，才会对继电

器单元K4、K5进行如下控制：[0092]2.1、当VL≤(1*VH/4)，并且飞跨电容电压与1/2*VH的电压差值(即飞跨电容电压-1/2*VH)≥10％*1/2*VH，则控制继电器单元K 5闭合、继电器单元K4关断；[0093]2.2、当VL≥(3*VH/4)，并且飞跨电容电压与1/2*VH的电压差值(即飞跨电容电压-1/2*VH)≥10％*1/2*VH，则控制继电器单元K4闭合、继电器单元K5关断。[0094]具体地，在待机模式下，各开关管被关断后，仅有其体二极管或等效体二极管可以流经电流。为此，可以利用等效电路对图3、图4、图5所示结构进行简化分析。以图3、图4或者是图5所示电路中第一均压支路J1导通时的实施例进行举例说明，第一均压支路J1中电阻元件R4并联于所述第三开关管S3的两端，在待机模式下，第一均压支路J1中电阻元件R4的一端等效于连接在第二均压元件R2与第三均压元件R3之间(参见图6中的b点)，第一均压支路J1中电阻元件R4的另一端等效于连接至第二开关管S2的二极管与低压端口的第一端之间，参见图6。

[0095]正常起动时，继续参见图3，从高压侧建立飞跨电容C2电压，继电器单元K1、K2、K3、第一开关管S1以及第二开关管S2会阻断第一均压支路J1的回路，不会影响飞跨电容C2电压建立过程。当处在待机封脉冲的待机模式运行时，继续参见图6，高压端口和低压端口继续存在电压，低压端口的电压会影响飞跨电容C2的电压，均压电路对飞跨电容C2电压的均压

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等效电路结构如图6所示。本实施例通过上述均压电路对电压的均衡作用，避免了待机模式开机时触发飞跨电容C2电压过压保护的可能性，降低了触发开机时过流保护的发生率。而通过均压电路降低开关管的电压冲击、和电压不平衡导致的电流纹波，提高了电路中元器件的使用寿命。均压电路还能使飞跨电容C2电压保持在快速响应的安全电压范围，提高了飞跨电容三电平变换器的动态响应性能。[0096]为了使均压电路最优化，第一均压支路J1中电阻元件R4、第二均压支路J2中电阻元件R5的等效阻抗取值范围应满足：第二均压元件R2和第一均压支路J1中电阻元件R4(或第二均压支路J2中电阻元件R5)并联后，与第三均压元件R3对低压端口电压的分压满足小于等于10％*VH。以第一均压支路J1中电阻元件R4为例，计算公式例如为VL*((R2//R4)/(R2//R4+R3))≤10％*VH。在该计算公式中，以VL表示低压端口的电压、以VH表示高压端口的电压、以R2表示第二均压元件的等效阻抗、以R3表示第三均压元件的等效阻抗、以R4表示第一均压支路J1的等效阻抗。对第二均压支路J2中电阻元件R5的计算公式，则为：VL*((R2//R5)/(R2//R5+R3))≤10％*VH。其中，以R5表示第二均压支路J2的等效阻抗。[0097]基于上述第一均压支路J1、第二均压支路J2的等效阻抗取值范围，在一些实施例中，第一均压支路J1或所述第二均压支路J2导通时的等效阻抗是所述第二均压元件R2的等效阻抗的0.5至1.5倍。在第一均压支路J1、第二均压支路J2、第二均压元件R2都为电阻时，等效阻抗是电阻的阻值。

[0098]在另一些实施例中，第一均压支路J1或第二均压支路J2导通时的等效阻抗与所述第二均压元件R2的等效阻抗相等。在一些实施例中，第一均压支路J1中电阻元件R4、第二均压支路J2中电阻元件R5和第二均压元件R2都是电阻，那么电阻元件第一均压支路J1的阻值和电阻元件R5的阻值都与第二均压元件R2的阻值相等。

[0099]本实施例提供一种用于飞跨电容三电平变换器的均压电路，所述飞跨电容三电平变换器包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4以及飞跨电容C2，每一所述开关管具有第一端和第二端，其中，所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3以及第四开关管S4依次串联连接；所述第一开关管S1的第一端与高压端口的第一端连接，所述第四开关管S4的第二端与高压端口的第二端连接；所述第二开关管S2的第二端与低压端口的第一端连接，所述第四开关管S4的第二端与低压端口的第二端连接；所述飞跨电容C2并联于所述第二开关管S2的第一端和所述第三开关管S3的第二端之间；以及所述均压电路包括：第一均压元件R1、第二均压元件R2、第三均压元件R3、第一均压支路J1，其中，所述第一均压元件R1并联于所述第一开关管S1的两端；所述第二均压元件R2并联于所述第二开关管S2的第一端和所述第三开关管S3的第二端之间；所述第三均压元件R3并联于所述第四开关管S4的两端；所述第一均压支路J1并联于所述第三开关管S3的两端，从而降低了飞跨电容C2过压的可能性，提高了电路启动时电压均衡性，加速了动态响应。[0100]在上述各种实施例的基础上，如图3至图5任一所示的示例，本发明提供一种包括上述任一均压电路的飞跨电容三电平变换器。[0101]在上述实施例中，高压端口可以是与高压电源电性耦接而提供高压，低压端口可以是与低压电源电性耦接而提供低压。且本实施例中高压和低压是相对而言的，即高压端口是指提供电压比低压端口更高的供电端口，并不对高压端口和低压端口具体的电压范围进行限定。另外，本实施例中高压端口可以是输入端，则低压端口为输出端。另外，高压端口

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也可以是输出端，则低压端口为输入端。本实施例中飞跨电容三电平变换器的可以是双向的，因此不对输入端和输出端进行限定。[0102]在上述实施例中，当所述飞跨电容三电平变换器工作于待机模式时，所述高压电源与所述低压电源的电压维持不变，由此实现高压端和低压端提供稳定电压。[0103]上述实施例中，飞跨电容三电平变换器的主要分为正常工作模式和待机模式。所述待机模式下，所述第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4均关断，从而形成如图4所示的等效电路结构。[0104]在一些实施例中，如图3至图5任一所示的示例，所示，飞跨电容三电平变换器还可以包括滤波电感L，所述滤波电感L串联在所述第二开关管S2的第二端和所述低压端口的第一端之间。

[0105]在一些实施例中，如图3至图5任一所示的示例，所示，飞跨电容三电平变换器还可以包括高压滤波电容C1，所述高压滤波电容C1并联于所述高压端口。[0106]在一些实施例中，如图3至图5任一所示的示例，所示，飞跨电容三电平变换器还可以包括低压滤波电容C3，所述低压滤波电容C3并联于所述低压端口。[0107]上述滤波电感L、高压滤波电容C1、低压滤波电容C3均为可选结构，例如，高压端口侧并联高压滤波电容C1，低压端口侧并联低压滤波电容C3，在第二开关管S2与第三开关管S3之间连接至低压端口的线路上串联滤波电感L，从而降低直流中可能存在的谐波。在上述各种飞跨电容三电平变换器实施例的基础上，本发明还提供了一种变换器设备，该设备可以包括任一所述的均压电路，或者任一上述的飞跨电容三电平变换器。本实施例中设备例如可以是应用于轨道交通、电力、新能源发电、储能、大功率传动等领域的电气设备，在此不做限定。

[0108]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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图1

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图3

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图5

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图7

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