本發(fā)明涉及電力電子
技術(shù)領(lǐng)域:
,尤其涉及一種三電平逆變器。
背景技術(shù):
:隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,PWM(PulseWidthModulation)調(diào)制已經(jīng)逐漸成為主流的電力電子變換器控制方式,在UPS(UninterruptiblePowerSupply不間斷供電設(shè)備)、光伏逆變器、風(fēng)能變流器以及電機(jī)變流器等方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛。從逆變器輸出相電壓的電平數(shù)量劃分為兩電平變換器、三電平變換器、五電平變換器以及多電平變換器。從實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度上,五電平及更多電平的多電平變換器實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難,目前業(yè)界應(yīng)用較多的是兩電平和三電平逆變器。兩電平變換器實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單,成本較低,但是由于開(kāi)關(guān)器件要承受整個(gè)母線電壓應(yīng)力。因此必須選擇耐壓等級(jí)較高的開(kāi)關(guān)器件,另外開(kāi)關(guān)損耗較大,限制了PWM開(kāi)關(guān)頻率的提高,由于兩電平輸出電壓諧波含量較高,導(dǎo)致輸出濾波器的體積和損耗都比較大。三電平變換器比兩電平變換器輸出電平多,開(kāi)關(guān)器件承受的電壓應(yīng)力為兩電平的一半,因此可以選擇耐壓等級(jí)較低的開(kāi)關(guān)器件,開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗較低,輸出電壓的諧波含量低于兩電平,因此輸出濾波器的體積可以減小。目前常用的是傳統(tǒng)二極管箝位三電平逆變器(3Level-NeturalPointClamped3L-NPC)。傳統(tǒng)的二極管中點(diǎn)箝位型三電平拓?fù)淙缦聢D所示:圖1傳統(tǒng)二極管中點(diǎn)箝位三電平電路拓?fù)?,由于箝位二極管和內(nèi)層箝位開(kāi)關(guān)器件的存在,每相電路可以輸出Vdc/2、0、-Vdc/2三個(gè)電平,線電壓可以獲得5電平的電壓輸出。圖2a-2c是3L-NPC拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)狀態(tài),由圖中可知3L-NPC存在唯一的零 電平開(kāi)關(guān)狀態(tài),根據(jù)負(fù)載電流的方向,當(dāng)電流方向?yàn)檎臅r(shí)候只能通過(guò)上側(cè)中間的開(kāi)關(guān)管和二極管流過(guò)電流,當(dāng)電流方向?yàn)樨?fù)的時(shí)候,只能通過(guò)下側(cè)的開(kāi)關(guān)管和二極管流過(guò)電流。由于電流的方向被負(fù)載電流唯一確定,因此輸出零電平時(shí)的電流是不可控的,這就會(huì)導(dǎo)致功率器件的損耗不平衡問(wèn)題,這是3L-NPC拓?fù)涔逃械膯?wèn)題。3L-NPC拓?fù)溟_(kāi)關(guān)器件不同條件下?lián)p耗分布如下表所示:表1傳統(tǒng)二極管箝位三電平拓?fù)溟_(kāi)關(guān)器件損耗分布功率因數(shù)調(diào)制比損耗最大器件條件111.15S1和S2c條件210D11和D12條件3-11.15D1和D2c條件4-10S1c和S2另外,當(dāng)輸出Vdc/2電平的時(shí)候,S1C和S2C串聯(lián)承受整個(gè)母線電壓,如果由于器件差異性或其它因素導(dǎo)致兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件不均壓,可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)開(kāi)關(guān)器件承受大于Vdc/2的母線電壓或更高,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使器件兩端電壓過(guò)高導(dǎo)致過(guò)壓損壞,特別是在高壓應(yīng)用的場(chǎng)合,要增加輔助的均壓電路,增加了系統(tǒng)成本。在傳統(tǒng)3L-NPC電路中的箝位二極管上并聯(lián)有源可控器件而構(gòu)成的有源中點(diǎn)箝位三電平(3L-ANPC)變換器拓?fù)洌鐖D3所示。這種拓?fù)淇梢詮母旧辖鉀Q在二極管箝位多電平拓?fù)渲?,由于?nèi)層開(kāi)關(guān)器件是間接箝位導(dǎo)致內(nèi)外層開(kāi)關(guān)器件阻斷電壓不相等的問(wèn)題。但這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地改善NPC電路中開(kāi)關(guān)器件功耗不平衡問(wèn)題。圖4a-4d是3L-ANPC的開(kāi)關(guān)狀態(tài)圖,由于二極管并聯(lián)了有源器件,輸出0電平可以通過(guò)0U實(shí)現(xiàn),也可以通過(guò)0L實(shí)現(xiàn),可切換的0電平開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)于功率器件的損耗平衡非常有益,當(dāng)輸出電平Vdc/2時(shí),開(kāi)關(guān)管器件S1、S1c和S2c同時(shí)開(kāi)通,S2c雖然對(duì)輸出電平?jīng)]有影響,但是S2c將開(kāi)關(guān)器件S3c箝位到Vdc/2,這樣對(duì)于器件阻斷電壓的平均分配非常有利,可以去掉3L-NPC拓?fù)渲械妮o助鈞壓電路。上述的三電平逆變器拓?fù)湓陔娏﹄娮宇I(lǐng)域已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。拓?fù)渲械拈_(kāi) 關(guān)器件應(yīng)用最廣泛的三電平逆變器中采用絕緣柵雙極性晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)但I(xiàn)GBT的缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度慢、損耗大,因此PWM開(kāi)關(guān)頻率的提高受到限制。另外也有一些廠商的三電平逆變器拓?fù)洳捎媒饘傺趸飯?chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)作為開(kāi)關(guān)器件,但由于MOSFET內(nèi)部寄生二極管的反向恢復(fù)特性非常差,在電流通過(guò)寄生二極管續(xù)流時(shí),會(huì)導(dǎo)致相關(guān)的電氣問(wèn)題,進(jìn)而影響產(chǎn)品的可靠性。如果采用IGBT和MOSFET混合的方式,將3L-NPC的S1和S4或3L-ANPC的S1和S3c采用MOSFET,其它器件采用IGBT的方式實(shí)現(xiàn),那么可以發(fā)揮各自開(kāi)關(guān)器件的優(yōu)點(diǎn),但是仍然存在MOSFET體二極管反向恢復(fù)帶來(lái)的電氣問(wèn)題,因此如何能夠提高3L-NPC或3L-ANPC的效率仍然是非常關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于,針對(duì)上述3L-NPC或3L-ANPC效率低的問(wèn)題,提供一種三電平逆變器。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一方面,構(gòu)造一種三電平逆變器,包括:第一直流源;第二直流源,其正極與所述第一直流源的負(fù)極連接作為第一節(jié)點(diǎn);第一開(kāi)關(guān)管,所述第一開(kāi)關(guān)管為高速I(mǎi)GBT,其集電極與所述第一直流源的正極連接作為第二節(jié)點(diǎn);第二開(kāi)關(guān)管,所述第二開(kāi)關(guān)管為低速I(mǎi)GBT,其集電極與所述第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接作為第三節(jié)點(diǎn);第三開(kāi)關(guān)管,所述第三開(kāi)關(guān)管為低速I(mǎi)GBT,其集電極與所述第二開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接作為第四節(jié)點(diǎn);第四開(kāi)關(guān)管,所述第四開(kāi)關(guān)管為高速I(mǎi)GBT,其集電極與所述第三開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接作為第五節(jié)點(diǎn),其發(fā)射極與所述第二直流源的負(fù)極連接作為第六節(jié)點(diǎn);第五開(kāi)關(guān)管,所述第五開(kāi)關(guān)管為低速I(mǎi)GBT,其集電極連接于所述第三節(jié)點(diǎn),其發(fā)射極連接于所述第一節(jié)點(diǎn);第六開(kāi)關(guān)管,所述第六開(kāi)關(guān)管為低速I(mǎi)GBT,其集電極連接于所述第一節(jié)點(diǎn),其發(fā)射極連接于所述第五節(jié)點(diǎn);所述高速I(mǎi)GBT的開(kāi)關(guān)特性參數(shù)不同于所述低速I(mǎi)GBT的開(kāi)關(guān)特性參數(shù)。在本發(fā)明所述的三電平逆變器中,所述開(kāi)關(guān)特性參數(shù)包括關(guān)斷損耗、開(kāi)通損耗、關(guān)斷時(shí)間以及開(kāi)通時(shí)間。在本發(fā)明所述的三電平逆變器中,所述高速I(mǎi)GBT的關(guān)斷損耗小于所述低速I(mǎi)GBT的關(guān)斷損耗和/或高速I(mǎi)GBT的開(kāi)通損耗小于所述低速I(mǎi)GBT的開(kāi)通損耗和/或高速I(mǎi)GBT的關(guān)斷時(shí)間小于所述低速I(mǎi)GBT的關(guān)斷時(shí)間和/或高速I(mǎi)GBT的開(kāi)通時(shí)間小于所述低速I(mǎi)GBT的開(kāi)通時(shí)間。在本發(fā)明所述的三電平逆變器中,所述高速I(mǎi)GBT的關(guān)斷損耗小于所述低速I(mǎi)GBT的關(guān)斷損耗和高速I(mǎi)GBT的開(kāi)通損耗大于所述低速I(mǎi)GBT的開(kāi)通損耗。在本發(fā)明所述的三電平逆變器中,還包括:第一二極管,其陰極連接于所述第一開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第二二極管,其陰極連接于所述第二開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第二開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第三二極管,其陰極連接于所述第三開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第三開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第四二極管,其陰極連接于所述第四開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第四開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第五二極管,其陰極連接于所述第五開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第五開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第六二極管,其陰極連接于所述第六開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第六開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極。另一方面,提供另一種三電平逆變器,包括:第一直流源;第二直流源,其正極與所述第一直流源的負(fù)極連接作為第一節(jié)點(diǎn);第一開(kāi)關(guān)管,所述第一開(kāi)關(guān)管為MOSFET,其集電極與所述第一直流源的正極連接作為第二節(jié)點(diǎn);第二開(kāi)關(guān)管,所述第二開(kāi)關(guān)管為IGBT,其集電極與所述第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接作為第三節(jié)點(diǎn);第三開(kāi)關(guān)管,所述第三開(kāi)關(guān)管為IGBT,其集電極與所述第二開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接作為第四節(jié)點(diǎn);第四開(kāi)關(guān)管,所述第四開(kāi)關(guān)管為MOSFET,其集電極與所述第三開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極連接作為第五節(jié)點(diǎn),其發(fā)射極與所述第二直流源的負(fù)極連接作為第六節(jié)點(diǎn);第五開(kāi)關(guān)管,所述第五開(kāi)關(guān)管為IGBT,其集電極連接于所述第三節(jié)點(diǎn),其發(fā)射極連接于所述第一節(jié)點(diǎn);第六開(kāi)關(guān)管,所述第六開(kāi)關(guān)管為IGBT,其集電極連接于所述第一節(jié)點(diǎn),其發(fā)射極連接于所述第五節(jié)點(diǎn);第一二極管,其陰極連接于所述第二節(jié)點(diǎn),其陽(yáng)極連接于所述第四節(jié)點(diǎn);第二二極管,其陰極連接于所述第四節(jié)點(diǎn),其陽(yáng)極連接于所述第六節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明所述的三電平逆變器中,還包括:第三二極管,其陰極連接于所述第一開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第一開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第四二極管,其陰極連接于所述第二開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第二開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第五二極管,其陰極連接于所述第三開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第三開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第六二極管,其陰極連接于所述第四開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第四開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第七二極管,其陰極連接于所述第五開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第五開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極;第八二極管,其陰極連接于所述第六開(kāi)關(guān)管的集電極,其陽(yáng)極連接于所述 第六開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極。在本發(fā)明所述的三電平逆變器中,還包括:濾波單元,所述濾波單元的兩端分別連接于所述第四節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明所述的三電平逆變器中,所述濾波單元包括電感和電容,所述電感的一端連接于所述第四節(jié)點(diǎn),所述電容的一端連接于所述電感的另一端。在本發(fā)明所述的三電平逆變器中,還包括:負(fù)載電路,其并聯(lián)于所述電容。上述公開(kāi)的一種三電平逆變器具有以下有益效果:通過(guò)配置不同開(kāi)關(guān)特性參數(shù)的IGBT,降低系統(tǒng)損耗,提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率;外管使用MOSFET承受主要的開(kāi)關(guān)損耗,從而提高了開(kāi)關(guān)速度,降低了開(kāi)關(guān)損耗,同時(shí)在正母線和第四節(jié)點(diǎn)D并聯(lián)二極管D4以及在負(fù)母線和第四節(jié)點(diǎn)D并聯(lián)二極管D5,使得電流不通過(guò)MOSFET內(nèi)部的寄生二極管續(xù)流,從而避免了由于MOSFET內(nèi)部寄生二極管的反向恢復(fù)特性差導(dǎo)致的相關(guān)電氣問(wèn)題,也降低了續(xù)流二極管的導(dǎo)通損耗。將原有I型三電平箝位二極管的損耗改為通過(guò)開(kāi)關(guān)管和二極管共同分擔(dān),降低了器件的熱應(yīng)力。也可以通過(guò)調(diào)整輸出電壓正負(fù)半周時(shí)0電平的輸出路徑,使損耗均勻分布;同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了所有開(kāi)關(guān)狀態(tài),開(kāi)關(guān)器件兩端的電壓應(yīng)力均為半個(gè)母線電壓,避免了現(xiàn)有I型三電平拓?fù)浯嬖诓糠珠_(kāi)關(guān)狀態(tài)兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)承受整個(gè)母線電壓容易出現(xiàn)器件不均壓的問(wèn)題;通過(guò)附加二極管解決MOSFET自帶體二極管反向恢復(fù)特性較差的問(wèn)題。附圖說(shuō)明圖1為傳統(tǒng)二極管箝位三電平拓?fù)鋱D;圖2a為輸出Vdc/2電平的傳統(tǒng)二極管箝位三電平拓?fù)溟_(kāi)關(guān)狀態(tài)圖;圖2b為輸出0電平的傳統(tǒng)二極管箝位三電平拓?fù)溟_(kāi)關(guān)狀態(tài)圖;圖2c為輸出-Vdc/2電平的傳統(tǒng)二極管箝位三電平拓?fù)溟_(kāi)關(guān)狀態(tài)圖;圖3為傳統(tǒng)有源箝位三電平拓?fù)鋱D;圖4a為狀態(tài)位為State+的有源箝位三電平拓?fù)溟_(kāi)關(guān)狀態(tài)圖;圖4b為狀態(tài)位為State0U的有源箝位三電平拓?fù)溟_(kāi)關(guān)狀態(tài)圖;圖4c為狀態(tài)位為State0L的有源箝位三電平拓?fù)溟_(kāi)關(guān)狀態(tài)圖;圖4d為狀態(tài)位為State-的有源箝位三電平拓?fù)溟_(kāi)關(guān)狀態(tài)圖;圖5為本發(fā)明一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)鋱D;圖6a為本發(fā)明一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谝还ぷ髂J綀D;圖6b為本發(fā)明一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞诙ぷ髂J綀D;圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)鋱D;圖8a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的輸出Vdc/2電平的三電平逆變器拓?fù)溟_(kāi)關(guān)工作方式圖;圖8b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的輸出-Vdc/2電平的三電平逆變器拓?fù)溟_(kāi)關(guān)工作方式圖;圖9為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞乃膫€(gè)工作模式示意圖;圖10a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谝还ぷ髂J降牡谝粻顟B(tài)圖;圖10b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谝还ぷ髂J降牡诙顟B(tài)圖;圖11a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞诙ぷ髂J降牡谌隣顟B(tài)圖;圖11b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞诙ぷ髂J降牡谒臓顟B(tài)圖;圖12a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谌ぷ髂J降牡谖鍫顟B(tài)圖;圖12b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谌ぷ髂J降牡诹鶢顟B(tài)圖;圖13a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谒墓ぷ髂J降牡谄郀顟B(tài)圖;圖13b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谒墓ぷ髂J降牡诎藸顟B(tài)圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提供了兩種三電平逆變器,權(quán)衡其中六個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度達(dá)到合理值,從而提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率。參見(jiàn)圖5,圖5為本發(fā)明一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)鋱D,能夠提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率,以使三電平逆變器的6個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度達(dá)到合理的權(quán)衡。具體的,該三電平逆變器包括:第一直流源BUS1。第二直流源BUS2,其正極與所述第一直流源BUS1的負(fù)極連接作為第一節(jié)點(diǎn)a;第一開(kāi)關(guān)管S1,所述第一開(kāi)關(guān)管S1為高速I(mǎi)GBT,其集電極與所述第一直流源BUS1的正極連接作為第二節(jié)點(diǎn)b;第二開(kāi)關(guān)管S1c,所述第二開(kāi)關(guān)管S1c為低速I(mǎi)GBT,其集電極與所述第一開(kāi)關(guān)管S1的發(fā)射極連接作為第三節(jié)點(diǎn)c;第三開(kāi)關(guān)管S3,所述第三開(kāi)關(guān)管S3為低速I(mǎi)GBT,其集電極與所述第二開(kāi)關(guān)管S1c的發(fā)射極連接作為第四節(jié)點(diǎn)d;第四開(kāi)關(guān)管S3c,所述第四開(kāi)關(guān)管S3c為高速I(mǎi)GBT,其集電極與所述第三開(kāi)關(guān)管S3的發(fā)射極連接作為第五節(jié)點(diǎn)e,其發(fā)射極與所述第二直流源S1c的負(fù)極連接作為第六節(jié)點(diǎn)f;第五開(kāi)關(guān)管S2,所述第五開(kāi)關(guān)管S2為低速I(mǎi)GBT,其集電極連接于所述第三節(jié)點(diǎn)c,其發(fā)射極連接于所述第一節(jié)點(diǎn)a;第六開(kāi)關(guān)管S2c,所述第六開(kāi)關(guān)管S2c為低速I(mǎi)GBT,其集電極連接于所述第一節(jié)點(diǎn)a,其發(fā)射極連接于所述第五節(jié)點(diǎn)e;第一二極管D1,其陰極連接于所述第一開(kāi)關(guān)管S1的集電極,其陽(yáng)極連接 于所述第一開(kāi)關(guān)管S1的發(fā)射極;第二二極管D1c,其陰極連接于所述第二開(kāi)關(guān)管S1c的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第二開(kāi)關(guān)管S1c的發(fā)射極;第三二極管D3,其陰極連接于所述第三開(kāi)關(guān)管S3的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第三開(kāi)關(guān)管S3的發(fā)射極;第四二極管D3c,其陰極連接于所述第四開(kāi)關(guān)管S3c的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第四開(kāi)關(guān)管S3c的發(fā)射極;第五二極管D2,其陰極連接于所述第五開(kāi)關(guān)管S2的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第五開(kāi)關(guān)管S2的發(fā)射極;第六二極管D2c,其陰極連接于所述第六開(kāi)關(guān)管S2c的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第六開(kāi)關(guān)管S2c的發(fā)射極。所述高速I(mǎi)GBT的開(kāi)關(guān)特性參數(shù)不同于所述低速I(mǎi)GBT的開(kāi)關(guān)特性參數(shù)。所述開(kāi)關(guān)特性參數(shù)包括關(guān)斷損耗、開(kāi)通損耗、關(guān)斷時(shí)間以及開(kāi)通時(shí)間。在本方案的IGBT開(kāi)關(guān)器件中,S1和S3c采用的是高速I(mǎi)GBT,由于高速I(mǎi)GBT具有極短的拖尾電流和低關(guān)斷損耗的特點(diǎn),可顯著降IGBT的關(guān)斷損耗,而S1c、S2、S3以及S2c采用低速I(mǎi)GBT,由于低速I(mǎi)GBT飽和導(dǎo)通壓降較低和關(guān)斷速度較慢的特點(diǎn),可降低IGBTS1c、S2、S3以及S2c的導(dǎo)通損耗,從而降低了IGBT的總損耗,提高了逆變器的轉(zhuǎn)換效率。或者,低速I(mǎi)GBT的飽和導(dǎo)通壓降低于所述高速I(mǎi)GBT的飽和導(dǎo)通壓降,可降低IGBTS2和IGBTS2c的導(dǎo)通損耗,從而降低了IGBT的總損耗,提高了逆變器的轉(zhuǎn)換效率。同時(shí),由于跨接在IGBTS1c和IGBTS3c的續(xù)流二極管比MOSFET的體二極管的反向恢復(fù)特性好,因此,無(wú)需像現(xiàn)有技術(shù)外管采用MOSFET的方案對(duì)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行復(fù)雜的控制,從而能夠采用簡(jiǎn)單的控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)管的控制。另外,由于IGBT的價(jià)格比MOSFET低,與采用MOSFET的方案相比,本發(fā)明三電平逆變器的成本較低。關(guān)于測(cè)試IGBT開(kāi)關(guān)速度(即開(kāi)關(guān)特性參數(shù)),IGBT的開(kāi)關(guān)速度的高低可以在相同測(cè)試條件下,例如,柵極驅(qū)動(dòng)電路、測(cè)試電路和器件結(jié)溫等條件下,通過(guò)比較IGBT的開(kāi)關(guān)特性參數(shù)(例如,開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗等)來(lái)區(qū)分。例 如,高速I(mǎi)GBT的關(guān)斷損耗小于低速I(mǎi)GBT的關(guān)斷損耗,或者高速I(mǎi)GBT的開(kāi)通損耗小于低速I(mǎi)GBT的開(kāi)通損耗,或者高速I(mǎi)GBT的關(guān)斷時(shí)間小于低速I(mǎi)GBT的關(guān)斷時(shí)間,或者高速I(mǎi)GBT的開(kāi)通時(shí)間小于低速I(mǎi)GBT的開(kāi)通時(shí)間。這里,開(kāi)通損耗、關(guān)斷損耗、關(guān)斷時(shí)間、開(kāi)通時(shí)間以及飽和導(dǎo)通壓降指IGBT的開(kāi)關(guān)特性參數(shù),即IGBT廠商將IGBT分別接入相同的測(cè)試電路進(jìn)行測(cè)試得到的參數(shù),而非IGBT用于本發(fā)明的實(shí)施例的三電平逆變器之后實(shí)測(cè)的參數(shù)。這些開(kāi)關(guān)特性參數(shù)通常可以從IGBT廠商的器件規(guī)格書(shū)上獲得。在比較IGBT的開(kāi)關(guān)特性參數(shù)時(shí),如果兩個(gè)IGBT開(kāi)關(guān)的規(guī)格書(shū)上的測(cè)試條件不同,則可以在實(shí)驗(yàn)室搭建相同的測(cè)試電路,以便在同等測(cè)試條件下,對(duì)IGBT的開(kāi)關(guān)特性參數(shù)進(jìn)行比較。本發(fā)明對(duì)采用上述開(kāi)關(guān)特性參數(shù)來(lái)限定高速I(mǎi)GBT和低速I(mǎi)GBT不作限定,可以采用開(kāi)通損耗、關(guān)斷損耗、關(guān)斷時(shí)間和開(kāi)通時(shí)間中的任何一個(gè)或多個(gè)的結(jié)合來(lái)限定高速I(mǎi)GBT和低速I(mǎi)GBT,例如,本發(fā)明可以將關(guān)斷損耗較小且開(kāi)通損耗較小的IGBT作為高速I(mǎi)GBT,而將關(guān)斷損耗較大且開(kāi)通損耗較大的IGBT作為低速I(mǎi)GBT,當(dāng)然,也可以將將關(guān)斷損耗較小且開(kāi)通損耗較大的IGBT作為高速I(mǎi)GBT,而將關(guān)斷損耗較大且開(kāi)通損耗較小的IGBT作為低速I(mǎi)GBT。參見(jiàn)圖6a-6b,圖6a為本發(fā)明一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谝还ぷ髂J綀D,圖6b為本發(fā)明一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞诙ぷ髂J綀D。定義電感電流的方向:當(dāng)電感電流從第一節(jié)點(diǎn)a經(jīng)第二節(jié)點(diǎn)b流向負(fù)載端Load時(shí),定義電感電流為正,反之定義為負(fù)。當(dāng)電壓為正半周、電感電流為正,或者電壓為負(fù)半周、電感電流為負(fù)時(shí),外管S1和S3c的損耗包括開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗兩部分,內(nèi)管S2和S2c的損耗只有導(dǎo)通損耗,S1c和S3雖然開(kāi)通和關(guān)斷,但是無(wú)電流流過(guò),不存在開(kāi)關(guān)損耗。以電壓為正半周、電感電流為正為例,此時(shí)S2常開(kāi),S1和S1c互補(bǔ)導(dǎo)通。當(dāng)S1開(kāi)通時(shí),電感電流流經(jīng)S1和S2;當(dāng)S1關(guān)斷時(shí),電感電流換流到D1c和S2,因此,外管S1的損耗包括開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗,內(nèi)管S2只有導(dǎo)通損耗,而S3沒(méi)有電流,不存在開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。在連接阻性負(fù)載時(shí),由于外管的關(guān)斷損耗所占比重較大,因此,使用開(kāi)關(guān) 速度較高的S1和S3c可以降低開(kāi)關(guān)損耗;由于內(nèi)管的開(kāi)關(guān)損耗所占比重極小而導(dǎo)通損耗所占比重較大,因此,內(nèi)管使用開(kāi)關(guān)速度較低、飽和導(dǎo)通壓降較小的S2和S2c可以降低導(dǎo)通損耗。因此,當(dāng)外管S1和S3c采用高速I(mǎi)GBT,而內(nèi)管S2和S2c采用低速I(mǎi)GBT時(shí),可以降低外管的開(kāi)關(guān)損耗和內(nèi)管的導(dǎo)通損耗,從整體上降低了內(nèi)管和外管的總的損耗,從而提高了逆變器的轉(zhuǎn)換效率。IGBTS1和S3c的開(kāi)通損耗小于IGBTS1c、S3、S2以及S2c的開(kāi)通損耗也是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例,具體實(shí)現(xiàn)方式描述和實(shí)施例1基本一致,不在贅述,同理IGBTS1和S3c的開(kāi)通時(shí)間小于IGBTS1c、S3、S2以及S2c的開(kāi)通時(shí)間,IGBTS1和S3c的關(guān)斷時(shí)間小于IGBTS1c、S3、S2以及S2c的關(guān)斷時(shí)間都是本發(fā)明的實(shí)施例,這里不再贅述。參見(jiàn)圖7,圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)鋱D,本發(fā)明的另一方面,提供另一種三電平逆變器,包括:第一直流源BUS1;第二直流源BUS2,其正極與所述第一直流源BUS1的負(fù)極連接作為第一節(jié)點(diǎn)a;第一開(kāi)關(guān)管S1,所述第一開(kāi)關(guān)管S1為MOSFET,其集電極與所述第一直流源BUS1的正極連接作為第二節(jié)點(diǎn)b;第二開(kāi)關(guān)管S2,所述第二開(kāi)關(guān)管S2為IGBT,其集電極與所述第一開(kāi)關(guān)管S1的發(fā)射極連接作為第三節(jié)點(diǎn)c;第三開(kāi)關(guān)管S2c,所述第三開(kāi)關(guān)管S2c為IGBT,其集電極與所述第二開(kāi)關(guān)管S2的發(fā)射極連接作為第四節(jié)點(diǎn)d;第四開(kāi)關(guān)管S3c,所述第四開(kāi)關(guān)管S3c為MOSFET,其集電極與所述第三開(kāi)關(guān)管S2c的發(fā)射極連接作為第五節(jié)點(diǎn)e,其發(fā)射極與所述第二直流源BUS2的負(fù)極連接作為第六節(jié)點(diǎn)f;第五開(kāi)關(guān)管S1c,所述第五開(kāi)關(guān)管S1c為IGBT,其集電極連接于所述第三節(jié)點(diǎn)c,其發(fā)射極連接于所述第一節(jié)點(diǎn)a;第六開(kāi)關(guān)管S3,所述第六開(kāi)關(guān)管S3為IGBT,其集電極連接于所述第一節(jié)點(diǎn)a,其發(fā)射極連接于所述第五節(jié)點(diǎn)e;第一二極管D4,其陰極連接于所述第二節(jié)點(diǎn)b,其陽(yáng)極連接于所述第四節(jié)點(diǎn)d;第二二極管D5,其陰極連接于所述第四節(jié)點(diǎn)d,其陽(yáng)極連接于所述第六節(jié)點(diǎn)f。第三二極管D1,其陰極連接于所述第一開(kāi)關(guān)管S1的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第一開(kāi)關(guān)管S1的發(fā)射極;第四二極管D2,其陰極連接于所述第二開(kāi)關(guān)管S2的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第二開(kāi)關(guān)管S2的發(fā)射極;第五二極管D2c,其陰極連接于所述第三開(kāi)關(guān)管S2c的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第三開(kāi)關(guān)管S2c的發(fā)射極;第六二極管D3c,其陰極連接于所述第四開(kāi)關(guān)管S3c的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第四開(kāi)關(guān)管S3c的發(fā)射極;第七二極管D1c,其陰極連接于所述第五開(kāi)關(guān)管S1c的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第五開(kāi)關(guān)管S1c的發(fā)射極;第八二極管D3,其陰極連接于所述第六開(kāi)關(guān)管S3的集電極,其陽(yáng)極連接于所述第六開(kāi)關(guān)管S3的發(fā)射極。濾波單元1,所述濾波單元1的兩端分別連接于所述第四節(jié)點(diǎn)d。所述濾波單元包括電感L和電容C,所述電感L的一端連接于所述第四節(jié)點(diǎn)d,所述電容C的一端連接于所述電感L的另一端。負(fù)載電路Load,其并聯(lián)于所述電容C。本方案的三電平逆變器可以降低損耗,而且避免了MOSFET內(nèi)部寄生二極管的反向恢復(fù)特性差導(dǎo)致的相關(guān)電氣問(wèn)題。本發(fā)明逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,S1和S3c采用金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(Metal-Oxide-SemiconductorField_EffectTransistor,MOSFET),S2、S2c、S1c以及S3采用絕緣柵雙極性晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT),D4和D5為二極管。參見(jiàn)圖8a-8b,圖8a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的輸出Vdc/2電平的三電平逆變器拓?fù)溟_(kāi)關(guān)工作方式圖,圖8b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的輸出-Vdc/2電平的三電平逆變器拓?fù)溟_(kāi)關(guān)工作方式圖,通過(guò)圖8a-8b的工作方式,可以實(shí)現(xiàn) 逆變器所有開(kāi)關(guān)器件均承受半個(gè)母線電壓,不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)槠骷?lián)承受整個(gè)母線電壓而容易出現(xiàn)器件不均壓的問(wèn)題。當(dāng)逆變器輸出Vdc/2電平的時(shí),S1和S2開(kāi)通的同時(shí),開(kāi)通S3,開(kāi)通S3對(duì)輸出Vdc/2沒(méi)有作用,但是可以將S3c兩端電壓箝位到負(fù)母線電壓,器件兩端電壓為Vdc/2。S2c也只承受半個(gè)母線電壓Vdc/2。當(dāng)輸出0電平的時(shí)候,開(kāi)關(guān)器件S1c和S2開(kāi)通的同時(shí),S3c開(kāi)通,同樣可以實(shí)現(xiàn)S1和S2c均承受半個(gè)母線電壓Vdc/2,當(dāng)輸出-Vdc/2的時(shí)候原理一致,因此本發(fā)明逆變器拓?fù)洳淮嬖陂_(kāi)關(guān)器件串聯(lián)承受整個(gè)母線電壓而容易出現(xiàn)器件不均壓的問(wèn)題,特別是在高壓應(yīng)用的場(chǎng)合,可以省去均壓電路,進(jìn)而簡(jiǎn)化電路,節(jié)省成本。當(dāng)逆變器輸出Vdc/2電平,電流由第四節(jié)點(diǎn)d流向正母線時(shí),電流通過(guò)二極管而不通過(guò)開(kāi)關(guān)器件S1和S2的反并聯(lián)二極管。由于二極管D4的導(dǎo)通壓降低于開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)二極管D1和D2的導(dǎo)通壓降之和,因此電流流過(guò)二極管D4,這樣可以避免MOSFET內(nèi)部寄生二極管的反向恢復(fù)特性差導(dǎo)致的相關(guān)電氣問(wèn)題,同時(shí)二極管D4的導(dǎo)通壓降低于續(xù)流二極管D1和D2的導(dǎo)通壓降之和,降低了續(xù)流二極管的導(dǎo)通損耗。當(dāng)輸出電壓V>0,電流I>0和I<0,輸出0電平狀態(tài)的電流路徑不同,當(dāng)I>0時(shí)候從D1c到S2輸出,當(dāng)電流I<0的時(shí)候,輸出電流從D2到S1c輸出,和現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)方式比較,S1c和D1c共同分擔(dān)了原來(lái)D1c的損耗,同理當(dāng)V<0,I>0和I<0原理一致。輸出電壓正半周時(shí),當(dāng)輸出電壓V>0,電流I>0,輸出0電平狀態(tài)的電流路徑可以不同,可以從D1c到S2輸出,也可以從D2c到S3輸出,和現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)方式比較,增加了換流路徑,可以實(shí)現(xiàn)器件損耗的平均分布。當(dāng)V>0,I<0和V>0,I<0原理一致,負(fù)半周和正半周原理類似,在此不再贅述。參見(jiàn)圖9,圖9為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞乃膫€(gè)工作模式示意圖;本方案三電平逆變器的具體工作過(guò)程包括如圖9所示的4個(gè)模式,以及8個(gè)狀態(tài),這4個(gè)模式根據(jù)輸出電壓V和輸出電流I的正負(fù)情況確定,這8個(gè)狀態(tài)根據(jù)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷情況確定,每個(gè)模式為其中2個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。第一模式mode1的輸出電壓V為正值且輸出電流I也為正值。參見(jiàn)圖10a,圖10a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谝还ぷ髂J降牡谝粻顟B(tài)圖。第一狀態(tài)為開(kāi)關(guān)管S1、S2以及S3導(dǎo)通,開(kāi)關(guān)管S1c、S2c以及S3c關(guān)斷,電流從第一節(jié)點(diǎn)a處依次通過(guò)開(kāi)關(guān)管S1和S2到達(dá)第四節(jié)點(diǎn)d處,此時(shí)S3開(kāi)通使S3c兩端電壓被箝位到Vdc/2,S2c和S3c均承受半個(gè)母線電壓,避免了原來(lái)I型三電平逆變器在這個(gè)狀態(tài)時(shí)候兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)承受整個(gè)母線電壓會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)器件不均壓的現(xiàn)象發(fā)生。參見(jiàn)圖10b,圖10b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谝还ぷ髂J降牡诙顟B(tài)圖。第二狀態(tài)為開(kāi)關(guān)管S1、S2c以及S3關(guān)斷,開(kāi)關(guān)管S1c、S2以及S3c導(dǎo)通,電流從第一節(jié)點(diǎn)a處依次通過(guò)開(kāi)關(guān)管D1c和S2到達(dá)第四節(jié)點(diǎn)d處,S3c開(kāi)通可以使S1和S2c均承受半個(gè)母線電壓應(yīng)力。第二模式Mode2為輸出電壓V為負(fù)值且輸出電流I也為正值。參見(jiàn)圖11a,圖11a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞诙ぷ髂J降牡谌隣顟B(tài)圖。第三狀態(tài)為開(kāi)關(guān)管S1c、S2以及S3c關(guān)斷,開(kāi)關(guān)管S1、S3以及S2c導(dǎo)通,電流從第一節(jié)點(diǎn)a處依次通過(guò)開(kāi)關(guān)管S3和二極管D2c到達(dá)第四節(jié)點(diǎn)d處。參見(jiàn)圖11b,圖11b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞诙ぷ髂J降牡谒臓顟B(tài)圖。第四狀態(tài)為開(kāi)關(guān)管S1、S2以及S3關(guān)斷,開(kāi)關(guān)管S1c、S2c以及S3c導(dǎo)通,電流從直流電源的負(fù)極通過(guò)二極管D5到達(dá)第四節(jié)點(diǎn)d處續(xù)流,由于二極管的導(dǎo)通壓降小于S2c和S3c反并聯(lián)二極管的導(dǎo)通壓降之和,因此避免了現(xiàn)有技術(shù)中場(chǎng)效應(yīng)晶體管S3c內(nèi)部寄生體二極管續(xù)流導(dǎo)致的電氣問(wèn)題,同時(shí)也降低了續(xù)流二極管的導(dǎo)通損耗。第三模式Mode3為輸出電壓V為負(fù)值且輸出電流I也為負(fù)值。參見(jiàn)圖12a,圖12a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谌ぷ髂J降牡谖鍫顟B(tài)圖。第五狀態(tài)為開(kāi)關(guān)管S1c、S2以及S3c關(guān)斷,開(kāi)關(guān)管S1、S2c以及S3導(dǎo)通,電流從第四節(jié)點(diǎn)d處依次通過(guò)開(kāi)關(guān)管S2c和D3到達(dá)第一節(jié)點(diǎn)a處。參見(jiàn)圖12b,圖12b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谌? 作模式的第六狀態(tài)圖。第六狀態(tài)為開(kāi)關(guān)管S1、S2以及S3關(guān)斷,開(kāi)關(guān)管S1c、S2c以及S3c導(dǎo)通,電流從第四節(jié)點(diǎn)d處依次通過(guò)開(kāi)關(guān)管S2c和S3c到達(dá)電源負(fù)極。同理S1c開(kāi)通保證S1和S2均承受半個(gè)母線電壓,避免了現(xiàn)有技術(shù)中兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)承受整個(gè)母線電壓出現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件不均壓現(xiàn)象的發(fā)生。第四模式Mode4為輸出電壓V為正值且輸出電流I為負(fù)值。參見(jiàn)圖13a,圖13a為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谒墓ぷ髂J降牡谄郀顟B(tài)圖。第五狀態(tài)為開(kāi)關(guān)管S1、S2c以及S3關(guān)斷,開(kāi)關(guān)管S1c、S2以及S3c導(dǎo)通,電流從第四節(jié)點(diǎn)d處依次通過(guò)二極管D2和開(kāi)關(guān)管S1c到達(dá)第一節(jié)點(diǎn)a處。參見(jiàn)圖13b,圖13b為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的三電平逆變器拓?fù)涞谒墓ぷ髂J降牡诎藸顟B(tài)圖。第六狀態(tài)為開(kāi)關(guān)管S1c、S2c以及S3c關(guān)斷,開(kāi)關(guān)管S1、S2以及S3導(dǎo)通,電流從第四節(jié)點(diǎn)d處依次通過(guò)二極管D4到達(dá)電源負(fù)極。由于二極管的導(dǎo)通壓降小于S1和S2反并聯(lián)二極管的導(dǎo)通壓降之和,因此避免了現(xiàn)有技術(shù)中場(chǎng)效應(yīng)晶體管S1內(nèi)部寄生體二極管續(xù)流導(dǎo)致的電氣問(wèn)題,同時(shí)降低了續(xù)流二極管的導(dǎo)通損耗。綜上所述,本發(fā)明的第一實(shí)施例中,IGBT開(kāi)關(guān)器件的S1和S3c采用的是高速I(mǎi)GBT,由于高速I(mǎi)GBT具有極短的拖尾電流和低關(guān)斷損耗的特點(diǎn),可顯著降IGBT的關(guān)斷損耗,而S1c、S2、S3以及S2c采用低速I(mǎi)GBT,由于低速I(mǎi)GBT飽和導(dǎo)通壓降較低和關(guān)斷速度較慢的特點(diǎn),可降低第二IGBT和第三IGBT的導(dǎo)通損耗,從而降低了IGBT的總損耗,提高了逆變器的轉(zhuǎn)換效率?;蛘撸退買(mǎi)GBT的飽和導(dǎo)通壓降低于所述高速I(mǎi)GBT的飽和導(dǎo)通壓降,可降低IGBTS2和IGBTS2c的導(dǎo)通損耗,從而降低了IGBT的總損耗,提高了逆變器的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的第二實(shí)施例在現(xiàn)有的3L-ANPC拓?fù)浠A(chǔ)上通過(guò)將開(kāi)關(guān)管S1和S3c替換為場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET,即使用MOSFET承受主要的開(kāi)關(guān)損耗,從而提高了開(kāi)關(guān)速度,降低了開(kāi)關(guān)損耗,同時(shí)在正母線和第四節(jié)點(diǎn)D并聯(lián)二極管D4以及在負(fù)母線和第四節(jié)點(diǎn)D并聯(lián)二極管D5,使得電流不通過(guò)MOSFET內(nèi)部的寄生二極管續(xù)流,從而避免了由于MOSFET內(nèi)部寄生二極管的反向恢復(fù) 特性差導(dǎo)致的相關(guān)電氣問(wèn)題,也降低了續(xù)流二極管的導(dǎo)通損耗。也提高逆變器的效率。將原有I型三電平箝位二極管的損耗改為通過(guò)開(kāi)關(guān)管和二極管共同分擔(dān),降低了器件的熱應(yīng)力。也可以通過(guò)調(diào)整輸出電壓正負(fù)半周時(shí)0電平的輸出路徑,使損耗均勻分布。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了所有開(kāi)關(guān)狀態(tài),開(kāi)關(guān)器件兩端的電壓應(yīng)力均為半個(gè)母線電壓,避免了現(xiàn)有I型三電平拓?fù)浯嬖诓糠珠_(kāi)關(guān)狀態(tài)兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)承受整個(gè)母線電壓容易出現(xiàn)器件不均壓的問(wèn)題。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述,但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式,上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的,而不是限制性的,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下,在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下,還可做出很多形式,這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3