[實用新型]SiC高壓開關(guān)與硅IGBT混合式三相四線高壓變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420091703.5
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN203722509U
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張波;丘東元
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于電力電子變換器或高電壓應(yīng)用領(lǐng)域，涉及SiC高壓開關(guān)與硅IGBT混合式三相四線高壓變換器拓撲的構(gòu)造。

背景技術(shù)

實現(xiàn)高壓大功率變換器的關(guān)鍵技術(shù)之一是大功率變換器拓撲，近幾十年來國際上對高壓大容量變換器進行了深入的研究，提出了眾多有意義的髙壓大容量拓撲。模塊組合多電平變換器既MMC變換器是目前高壓電能變換首選的變換器，其優(yōu)點是各相橋臂根據(jù)電壓等級，由多個相同的模塊化功率單元和兩個橋臂電感依次串聯(lián)構(gòu)成，實現(xiàn)了高度模塊化，在器件電流應(yīng)力、不平衡運行、故障保護等方面比一般多電平技術(shù)具有更明顯的優(yōu)勢。然而，MMC變換器需要用到的模塊單元比較多，控制比較復(fù)雜。

近年來研制成功的SiC功率開關(guān)器件因具有高壓（達數(shù)萬伏）、高溫（大于500℃）等特性，突破了硅基功率半導(dǎo)體器件電壓（數(shù)千伏）和溫度（小于150℃）的局限性，將成為高壓、大容量工業(yè)應(yīng)用的主要器件。然而，SiC功率開關(guān)器件的價格較高，全部采用將影響高壓變換器的性價比，為此本實用新型提出一種SiC高壓開關(guān)與硅IGBT混合式三相四線高壓變換器，它既可以降低高壓變換器成本，又可以利用硅IGBT構(gòu)成的電路實現(xiàn)多電平控制。?

實用新型內(nèi)容

本實用新型提出一種SiC高壓開關(guān)與硅IGBT混合式三相四線高壓變換器，與現(xiàn)有以硅IGBT為主的MMC變換器比較，一是電路結(jié)構(gòu)簡單，減少了元器件，降低了電路的復(fù)雜性；二是控制簡單，只需要控制中線相就能實現(xiàn)多電平電壓輸出，諧波小，在高壓工業(yè)應(yīng)用中有廣闊的前景。本實用新型通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)。

SiC高壓開關(guān)與硅IGBT混合式三相四線高壓變換器，其包括2N個硅IGBT低壓模塊單元、6個SiC高壓功率開關(guān)器件和8個橋臂電感。其中a、b、c三相的上橋臂均由1個高壓功率開關(guān)器件與橋臂電感串聯(lián)構(gòu)成，下橋臂均由橋臂電感與1個高壓功率開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成，然后上下橋臂串聯(lián)；o相的上橋臂由N個低壓模塊單元與橋臂電感依次串聯(lián)構(gòu)成，下橋臂由橋臂電感與N個低壓模塊單元依次串聯(lián)構(gòu)成，然后上下橋臂串聯(lián)；上下橋臂電感的連接點構(gòu)成對應(yīng)相橋臂的交流輸出端及中線，N為正整數(shù)。

進一步地，所述低壓模塊單元由2個帶續(xù)流二極管的硅IGBT，即第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，和1個直流電容構(gòu)成。第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的兩端均與續(xù)流二極管連接，第一開關(guān)管的正極和直流電容的正極相連接；第一開關(guān)管的負極和第二開關(guān)管的正極連接，連接點為O₁端；第二開關(guān)管的負極與直流電容C_E的負極連接，連接點為O₂端；直流電容上的電壓E=V/2N，V為輸入直流電源的電壓值。

進一步地，所述低壓模塊單元有4種工作狀態(tài)，第一種狀態(tài)是輸出電壓為E，電流為第一開關(guān)管的導(dǎo)通方向；第二種狀態(tài)是輸出電壓為E，電流為第一開關(guān)管的續(xù)流二極管的導(dǎo)通方向；第三種狀態(tài)是輸出電壓為0，電流為第二開關(guān)管的導(dǎo)通方向；第四種狀態(tài)是輸出電壓為0，電流為第二開關(guān)管的續(xù)流二極管的導(dǎo)通方向。

進一步地，所述的高壓功率開關(guān)器件采用帶續(xù)流二極管的SiC功率開關(guān)器件。

進一步地，混合式三相四線高壓變換器拓撲結(jié)構(gòu)，a、b、c三相結(jié)構(gòu)相同，每相的上橋臂由一個高壓功率開關(guān)器件與一個橋臂電感串聯(lián)構(gòu)成，即高壓功率開關(guān)的正極與電源的正極相連接，負極與橋臂電感相連接；每相的下橋臂由另一個橋臂電感與另一個高壓功率開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成，即高壓功率開關(guān)的正極與另一個橋臂電感相連接，負極與電源的負極相連接；然后上下橋臂串聯(lián)，上下橋臂電感的連接點，即a、b、c點構(gòu)成對應(yīng)相橋臂的交流輸出端，接至三相星形聯(lián)接方式的負載。