[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于混合型有源中點(diǎn)鉗位式三電平變換器的調(diào)制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811050459.7
• 申請(qǐng)日: 2018-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN109088559B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李楚杉;雷錦濤;李成敏;李武華;許德偉;何湘寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/487
• 分類號(hào): H02M7/487
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種應(yīng)用于混合型有源中點(diǎn)鉗位式三電平變換器的調(diào)制方法，所述的混合型有源中點(diǎn)鉗位式三電平變換器包含四個(gè)相同的硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₁、Q₄、Q₅、Q₆和兩個(gè)相同的碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₂、Q₃，所述的混合型有源中點(diǎn)鉗位式三電平變換器包含直流側(cè)、電容、橋臂和交流側(cè)，連接如下：所述的電容直接耦合到直流側(cè)并引出中性點(diǎn)；所述的橋臂包含四個(gè)依次串聯(lián)的硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₁、Q₅、Q₆、Q₄直接耦合到電容兩端，并且硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₅、Q₆的連接點(diǎn)與電容中性點(diǎn)連接，所述橋臂還包含兩個(gè)串聯(lián)的碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₂、Q₃，耦合到硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₁、Q₅的連接點(diǎn)和硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₆、Q₄的連接點(diǎn)，并且引出碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₂、Q₃的連接點(diǎn)作為橋臂的輸出連接到交流側(cè)；

所述變換器的開關(guān)狀態(tài)包括“非零狀態(tài)P”、“非零狀態(tài)N”、“零狀態(tài)0L”、“零狀態(tài)0U”、“零狀態(tài)0UL”，其定義如下：

非零狀態(tài)P:碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₃、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₄、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₅關(guān)斷，硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₁、碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₂、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₆開通；

非零狀態(tài)N:硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₁、碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₂、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₆關(guān)斷，碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₃、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₄、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₅開通；

零狀態(tài)0L:碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₂、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₄、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₅關(guān)斷，硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₁、碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₃、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₆開通；

零狀態(tài)0U:硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₁、碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₃、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₆關(guān)斷，碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₂、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₄、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₅開通；

零狀態(tài)0UL：硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₁、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₄關(guān)斷，碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₂、碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q₃、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₅、硅基絕緣柵雙極型晶體管Q₆開通；

其特征在于所述調(diào)制方法包括如下步驟：

(a)在每一個(gè)開關(guān)周期計(jì)算下一個(gè)開關(guān)周期非零狀態(tài)的作用時(shí)間t_non-zero,t_non-zero由參考電壓與三角載波電壓比較后得到；

(b)下一個(gè)開關(guān)周期主要零狀態(tài)的作用占空比d_zero由式(1)計(jì)算給出

其中t_s為開關(guān)周期時(shí)長(zhǎng)；

(c)應(yīng)用式(2)預(yù)測(cè)采用零狀態(tài)0UL為主要零狀態(tài)之后導(dǎo)通損耗的減小量

其中ΔP_con表示預(yù)期的應(yīng)用零狀態(tài)0UL后的導(dǎo)通損耗減小量，R_Q3表示該變換器中采用的碳化硅基金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電阻，R_Q6表示該變換器中采用的硅基絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通電阻，i(t)表示變換器當(dāng)前時(shí)刻輸出電流；

(d)根據(jù)變換器的額外開關(guān)損耗曲線，當(dāng)前直流母線電壓以及開關(guān)頻率，預(yù)測(cè)采用零狀態(tài)0UL為主要零狀態(tài)之后開關(guān)損耗的增加量；

(e)實(shí)時(shí)比較預(yù)測(cè)得到的導(dǎo)通損耗減小量和開關(guān)損耗的增加量；

(f)當(dāng)減少的導(dǎo)通損耗多于增加的開關(guān)損耗時(shí)，下一個(gè)開關(guān)周期采用包含四次開關(guān)動(dòng)作的調(diào)制序列；根據(jù)不同參考電壓，包含四次開關(guān)動(dòng)作的調(diào)制序列如下：

在參考電壓正半周期，四次開關(guān)動(dòng)作依次為從非零狀態(tài)P切換到零狀態(tài)0L，從零狀態(tài)0L切換到零狀態(tài)0UL，從零狀態(tài)0UL切換到零狀態(tài)0L，從零狀態(tài)0L切換到非零狀態(tài)P；在參考電壓負(fù)半周期，四次開關(guān)動(dòng)作依次為從非零狀態(tài)N切換到零狀態(tài)0U，從零狀態(tài)0U切換到零狀態(tài)0UL，從零狀態(tài)0UL切換到零狀態(tài)0U，從零狀態(tài)0U切換到非零狀態(tài)N；

當(dāng)減少的導(dǎo)通損耗少于增加的開關(guān)損耗時(shí)，下一個(gè)開關(guān)周期采用包含兩次開關(guān)動(dòng)作的調(diào)制序列，根據(jù)不同參考電壓，包含兩次開關(guān)動(dòng)作的調(diào)制序列如下：

在參考電壓正半周期，兩次開關(guān)動(dòng)作依次為從非零狀態(tài)P切換到零狀態(tài)0L，從零狀態(tài)0L切換到非零狀態(tài)P；在參考電壓負(fù)半周期，兩次開關(guān)動(dòng)作依次為從非零狀態(tài)N切換到零狀態(tài)0U，從零狀態(tài)0U切換到非零狀態(tài)N。