[發明專利]一種應用于混合型有源中點鉗位式三電平變換器的調制方法

有效

• 申請號: 201811050459.7
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109088559B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 李楚杉;雷錦濤;李成敏;李武華;許德偉;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種應用于混合型有源中點鉗位式三電平變換器的調制方法。在每個開關周期中，測量實時占空比和實時交流電流，并預測采用零狀態0UL為主要零狀態之后導通損耗的減少量；測量當前直流母線電壓和開關頻率，并通過已測量的額外開關損耗曲線預測采用零狀態0UL為主要零狀態之后開關損耗的增加量。比較預測得到的兩種損耗，當導通損耗減少量多于開關損耗增加量，采用四次開關動作的調制序列；當導通損耗減少量少于開關損耗增加量，采用兩次開關動作的調制序列。采用本發明所述調制方法，混合型有源中點鉗位式三電平變換器的導通損耗更小，并且整體損耗分布更加均衡。實現效率最優化。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種應用于混合型有源中點鉗位式 三電平變換器的調制方法。

背景技術

混合型多電平變換器同時應用碳化硅器件和硅器件，能夠在提升變換器性能 的同時將成本控制在可接受的范圍內。最常見的混合結構是將碳化硅肖特基二極 管并聯到硅基絕緣柵雙極型晶體管(硅IGBT)上，該結構可減少硅IGBT的開 通損耗和碳化硅肖特基二極管的反向恢復損耗。但由于硅IGBT和碳化硅二極管 具有相同的開關頻率，硅IGBT上的開關損耗仍然較大。

在文獻An Extreme High Efficient Three-Level Active Neutral-Point-Clamped Converter Comprising SiCSi Hybrid Power Stage,(IEEE Transactions onPower Electronics,pp.1-1.)中提出的混合型有源中點箝位式三電平變換器應用了碳化硅 基金屬氧化物半導體場效應晶體管和硅基絕緣柵雙極型晶體管。通過冗余零狀態 的選擇，使得所有硅器件均能夠在低開關頻率下切換，從而大大降低開關損耗。 同時，文獻Carrier-based PWM design of multilevel ANPC-based converter throughhierarchical decomposition,in 2018 IEEE Applied Power Electronics Conferenceand Exposition(APEC),San Antonio,TX,2018,pp.2542-2549.中提出將變換器分 成高頻部分和低頻部分，在高頻部分采用碳化硅器件，低頻部分采用硅器件，實 現效率與成本的雙贏。但是以上混合型變換器調制方式都沒有充分利用冗余零狀 態，導致混合型變換器損耗分布不均衡，仍然會限制最大輸出功率。

本申請提出一種新的調制方式，采用能夠減小變換器導通損耗的冗余零狀態 0UL作為主要的零狀態，從而可以在整個工作周期的部分區間里大大減少導通損 耗并優化損耗分布。同時，該調制方法通過插入中間零狀態，實現產生額外開關 動作硅器件的軟開關，從而避免開關損耗的大量增加。并且通過多種調制序列的 切換，使得變換器在整個工作周期內的效率實現最優。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種應用于混合型有源中點鉗 位式三電平變換器的調制方法。

本發明所述的混合型有源中點鉗位式三電平變換器包含四個相同的硅基絕 緣柵雙極型晶體管Q₁、Q₄、Q₅、Q₆和兩個相同的碳化硅基金屬氧化物半導體場 效應晶體管Q₂、Q₃，應用于混合型有源中點鉗位式三電平變換器的調制方法包 括如下步驟：

(a)在每一個開關周期計算下一個開關周期非零狀態的作用時間t_non-zero,t_non-zero由參考電壓與三角載波電壓比較后得到；

(b)下一個開關周期主要零狀態的作用占空比d_zero由式(1)計算給出

其中t_s為開關周期時長；