[實用新型]3電平IGBT變換器

有效

• 申請號: 201120469113.8
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN202535291U
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 鄭和建;黃呂山
• 申請（專利權）人: 廣州東芝白云菱機電力電子有限公司
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 廣州凱東知識產權代理有限公司 44259
• 代理人: 李俊康

技術領域

本實用新型涉及一種UPS內部使用的IGBT變換器，具體來說，涉及一種結構更加簡單、損耗更低、技術更先進、效率更高、可靠性更高的3電平IGBT變換器裝置。?

背景技術

以往的變換器都是采用2電平電路結構，六只開關器件需要用耐壓1200V的大功率IGBT，這樣的大功率IGBT價格貴，開關速度慢，通態電阻大，開關損耗和電路損耗也大，輸出只有正（高電平+E）和負（低電平-E）兩個電平，直流側無中性點，不便于采用三相三線制輸入，也不便于三相單獨進行控制，而且也不能采用1200V以下的IGBT做開關成本較高。另外，2電平電路結構輸出的電流諧波偏高，而且所標配的濾波器結構和重量都會因此變得相對比較大。隨著社會發展的需要，輸出電流諧波含量低、標配的濾波器小型化，效率高的變換器電路結構將會是今后發展的方向。?

實用新型內容

針對以上的不足，本實用新型提供了一種結構更加簡單、成本更低、損耗更低、體積更小、重量更輕的3電平IGBT變換器裝置，它包括三組?并聯的IGBT功率模塊，三組IGBT功率模塊采用單極性調制，一個周期里，輸出的相電壓的前半周期為中性電位與正電位（+E/2）間的反復脈沖波，后半周期為中性電位與負電位（-E/2）間的反復脈沖波。?

每一所述的IGBT功率模塊包括一個NPC橋臂。?

所述NPC橋臂包括4個IGBT單元以及兩個鉗位二極管。?

本實用新型的有益效果：本實用新型的3電平IGBT變換器由于使用了3電平電路技術，成功使得變換器的工作環境電壓下降到原有2電平電路的一半，所以對IGBT功率器件的電壓規格要求也相應降低了一半，成功降低IGBT的開關損耗，同時提高了3電平IGBT變換器的效率；由于3電平技術的成功應用使得變換電流波形更加平滑穩定；3電平IGBT變換器輸出電流的紋波(ripple)頻率是一般2電平變換器的一半，因而減小了濾波器所需的電感器，即所需要的電感值可以降低，因此只需要較小型的電感器就能達成所需要的效果；3電平電路結構成功運用于IGBT變換器，大大降低了變換器的EMI值、脈沖電壓、溫度以及自身的功率損耗；從整體上提高了3電平IGBT變換器的效率，起到更加節能環保的效果。?

附圖說明

圖1為本實用新型3電平IGBT變換器的電路原理圖；?

圖2為本實用新型IGBT功率模塊的電路原理圖；?

圖3為本實用新型3電平IGBT變換器的電壓波形圖。?

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進行進一步闡述。?

如圖1所示，本實用新型的3電平IGBT變換器包括三組3電平4-in-1IGBT功率模塊，3電平變換器采用單極性調制，一個周期里，輸出的相電壓的前半周期為中性電位與正電位（+E/2）間的反復脈沖波，后半周期為中性電位與負電位（-E/2）的反復脈沖波，3電平變換器是通過控制IGBT功率模塊的開/斷方式，功率開關在NPC三電平電路里的排列方式可以利用直流母線電壓的中性點電勢，相比2電平電路，在每個功率開關上的電壓應力是直流電壓E的一半。相比于以往的2電平變換器，3電平IGBT變換器多出了一個中性電位，使得3電平電路中給個別半導體外加電壓為原來的一半（E/2），降低電力的疲勞和開關損耗，另外，3電平IGBT變換器降低了一倍外加電壓，從而可以不需緩沖器電路，大大降低了EMI值、脈沖電壓、溫度以及變換器自身的功率損耗，3電平IGBT變換器的電壓環境比以往2電平變換器低了一半，所以對IGBT功率器件的電壓規格要求也相應降低了一半，3電平的電路布局降低了寄生電感，使得此IGBT模塊不需要使用吸收電路從而減少了元件數量，成功降低了IGBT的開關損耗，同時提高了變換器的效率。3電平IGBT變換器的輸出電壓波形是正弦波經脈沖寬度調制器調制后的脈沖電壓波形。經由輸出扼流圈（AC-L）和電容器（AC-C）組成的濾波回路去除脈寬調制頻率，輸出變成正弦波電壓波形，由于采用了控制輸出電流的局部磁滯回路，實現了更穩定、高性能的輸出特性，特別是由于將負載電流前饋，對負載急變、負載電流失真也能高速應答，抑制了輸出電壓的過度變動和恒?常失真，另外，在電流和脈寬調制控制里采用了單極性調制（3電平變換器用三角波載波比較），改善了轉換損失。由于3電平技術的成功應用使得變換器的電流波形更加平滑穩定。變換器內部電感和電流紋波的減少大大降低了對變換器輸出所需濾波器的要求。使得變換器輸出的濾波器體積更加小型化。?