[發明專利]一種SiC和Si混合型三電平ANPC逆變器調制電路

有效

• 申請號: 202011413311.2
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112532092B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 張犁;婁修弢;雷崢子;諸葛慧子;陶勁宇;史雯;謝子建
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/537
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種SiC和Si混合型三電平ANPC逆變器調制電路，屬于電力電子技術領域，針對現有SiC和Si混合型三電平ANPC逆變器存在SiC器件之間損耗分布不均衡的問題，設計了一種新型SiC和Si混合方案和相應的調制策略，在充分利用SiC器件性能優勢，使其承受所有開關損耗的同時，綜合考慮通態損耗，將開通損耗和關斷損耗分布在不同的SiC器件上，實現更佳的損耗均衡效果，且主要零電平采用雙電流路徑實現通態損耗的優化，進一步提高了逆變器的效率。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，特別涉及一種SiC和Si混合型三電平ANPC逆變器調制電路。

背景技術

電力電子變換器一直追求高效率、高功率密度和高可靠性，基于傳統Si器件的變換器受限于Si器件自身的性能瓶頸，很難在功率和效率上有大幅提升，相比于全SiC器件的變換器，SiC和Si器件混合型變換器更兼顧性能和成本。三電平ANPC電路以其結構簡單和冗余模態眾多的優勢，成為近年來SiC和Si器件混合應用的熱點研究對象。

目前三電平ANPC的混合方案及調制策略大多都是將開關損耗集中在SiC器件上，而Si器件工頻工作。但是在充分利用SiC器件優越開關性能的同時，也會導致甚至加重損耗不均衡分布程度。例如，文獻“D.Zhang，J.He and D.Pan，A Megawatt-Scale Medium-Voltage High-Efficiency High Power Density“SiC+Si”Hybrid Three-Level ANPCInverter for Aircraft Hybrid-Electric Prooulsion Systems，IEEE Transactions onIndustry Applications，vol.55，no.6，pp. 5971-5980，Nov.-Dec.2019”提出了一種由四個SiC MOSFET和兩個Si有源器件組成的三電平 ANPC逆變器拓撲，如圖1所示。相應的調制波形如圖2所示，在調制波(u_e)正半周，第一功率管驅動信號(u_gs1)和第三功率管驅動信號(u_gs3)相同，且與第二功率管驅動信號(u_gs2) 高頻互補切換，第四功率管驅動信號(u_gs4)和第六功率管驅動信號(u_gs6)常低，第五功率管驅動信號(u_gs5)常高，輸出電平在+E和0之間切換。在此切換邏輯下，開關損耗會集中在外部SiC功率管S₁和S₄，而內部SiC功率管S₂和S₃幾乎沒有開關損耗，導致四個SiC MOSFET損耗分布很不平衡，并且在高頻下該問題日趨嚴重。而且主要零電平下的電流路徑為單一電流路徑，零電平雙電流路徑僅作為中間過渡狀態，通態損耗仍有較大的改善空間。

發明內容

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本發明提出了一種SiC和Si混合型三電平ANPC 逆變器調制電路，在不增加SiC器件的數量，充分利用SiC器件性能優勢的同時，實現SiC器件及變換器整體的損耗均衡分布，并主要零電平采用雙電流路徑實現通態損耗的優化，從而提高逆變器變換效率。

為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種SiC和Si混合型三電平ANPC逆變器拓撲，包括直流電源、第一輸入分壓電容、第二輸入分壓電容、第一～第六功率管、輸出濾波電感、輸出濾波電容以及負載電阻，第一輸入分壓電容的正極端與直流電源的正極連接，第一輸入分壓電容的負極端與第二輸入分壓電容的正極端連接，第二輸入分壓電容的負極端與直流電源的負極連接，包括工頻模塊(2)和高頻模塊(1)，工頻模塊(2)的功率管是S₂和S₃，采用Si IGBT，高頻模塊(1)的功率管是S₁、S₄、S₅、S₆，采用SiC MOSFET。