I型三电平逆变器开关管不均压研究.docx

(a)电源管理PowerManagement

(a)

“I”型三电平逆变器开关管不均压研究

ResearchontheunequalvoltageoftheItypethreelevelinverterswitcher

王博郝湘路

西安铁路职业技术学院(陕西西安710014)

摘要：为解决“1”型三电平逆变拓扑中内、外开关管的不均压问题，在逆变拓扑开关管的控制方式及硬件电路上提出了优化的方案。开关管发波控制中，在原有的时序控制中加入开机和关机的时序逻辑，开机时保证内管先于外管开通，关机时保证外管先于内管关断，避免内、外管承受电压不一致的情况。在硬件电路中，对内管增加阻容网络，消除了内、外管同时关断时由于其寄生参数不一致而导致的内、外管承受电压不一致的现象。实验结果表明，该方法可以彻底解决“1”型三电平拓扑中

内、外管承受电压不一致的问题。

关键词：“1”型三电平；绝缘栅双极型晶体管(IGBT);内、外管；不均压

DOI:10.3969/j.issn.1005-5517.2016.6.018

王博(1983-),男，硕士，助教，研究方向：逆变技术和电源变换技术。

引言

随着光伏逆变器、UPS、变频器等行业的发展，新颖的逆变器拓扑结构的应用越来越广泛。具有高效率、高频率、低谐波及输出滤波器小等特点的三电平逆变拓扑，在逆变功率变换

中扮演着举足轻重的角色。

在常用的三电平拓扑结构中，“T”型和“|”型的应用较

为流行。有关文献研究结果表明，开关频率在16kHz以上时，“|”型逆变拓扑开关管损耗与“T”型相比较小，有明显的优势。近年来，随着逆变器功率密度的不断提高，受效率、谐波、体积及成本等因素影响，“I”型越来越凸显其优势。而“|”型三电平逆变拓扑在工程应用中，由于其结构形式为开关

管的串联，开关管的静态和动态均压问题是“|”型拓扑的设计

图1“”型三电平拓扑结构

图2“I”型三电平开关管工作逻辑

图3内、外管不均压分析

59ELECTRONICENGINEERINGPRODUCTWORLD2016.7

(a)(b)逆变电压正半周逆变电压负半周

(a)(b)

逆变电压正半周

逆变电压负半周

2016.760

(a)(b)(a)(b)

图4电感电流流出桥臂中点时刻关机图5电感电流流入桥臂中点时刻关机

图6优化开、关机的控制图7改进的“”型三电平电路拓扑

滤波器滤波处理后变为工

频的电压波形。

为了将桥臂中点三种脉动的交流电平变为规则的正弦波，三电平拓扑中开关管的发波需要进行严密的逻辑控制。一般地，在逆变器输出的正半周内，Q1高频开关动作，其占空比呈正弦包络，Q2为工频变化的开关管，在正半周处于常通的状态。同时，在输出正半周内，Q3的开关动作逻辑与Q1呈互补状态，Q4呈关断状态。而在输出负半周，四个开关管的工作状态与正半周对调，即Q4呈高频开关动作，占空比呈正弦包络，Q3负半周中常通，Q2与Q4逻辑互补，Q1呈关断状态。详细逻辑关系如图2

所示。

“|”型三电平开关

管动作控制逻辑按照图2

关键，串联的开关管不均压会直接导致过压损坏，直接影响系

统的可靠性。

本文针对“1”型三电平的逆变器，从开关管的控制方式及硬件电路上做了优化。保证开机时，内管先于外管开通，关机时，内管后于外管关断，解决了内、外管承受电压不一致的问

题。

1“|”型三电平拓扑及工作特点

“|”型三电平拓扑如图1所示，直流侧经过直流电容接入，在“”型的桥臂中点处连接交流输出的低通滤波器，滤波器形式可为LC或LCL。在开关管交替开通、关断时，桥臂中点

电压有三种变化形式：+BUS、N及-BUS,这三种电平经过低通

工作时，在正半周内，Q1、Q2导通时，Q3、Q4关断，二者串联承受双边母线电压；在负半周内，Q3、Q4导通时，Q1、Q2关断，二者串联承受双边母线电压。每个开关管及钳位二极管关断时承受的反向电压

最大为半边母线电压。

2内、外开关管均压设计

2.1“I”型三电平内、外管不均压分析

“”型三电平在一般应用时，