[发明专利]一种三电平逆变器的三电平内外管均压控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种三电平逆变器的三电平内外管均压控制方法。

背景技术

随着传统能源的日益紧缺，新能源的开发越来越受到人们的关注，太阳能是新能源的重要组成部分。近几十年，太阳能逆变器的发展越来越快，而在开发过程中遇到的问题也越来越多，如今，三电平拓扑被广泛的用于太阳能逆变器中，它具有输出谐波小，效率高等优点。

在三电平逆变器中，典型的二极管箝位式三电平逆变主电路如图1所示，主要包括直流分压电容C1、C2以及二极管箝位式三电平桥臂，该二极管箝位式三电平桥臂包括两箝位二极管D1、D2以及四个开关管分别为第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4；第一开关管S1的漏极与直流正输入端相连，其源极与第二开关管S2 的漏极连接于b点；第二开关管S2的源极与第三开关管S3漏极连接于c点；第三开关管S3源极与开关管S4漏极连接于d点；第四开关管S4源极与直流电源负输入端相连；所述第一开关管S1和第二开关管S2间的连接点b通过箝位二极管D1和直流分压电容C1、C2的串联接点N相连接于a点，第三开关管S3、第四开关管S4间的连接点d通过箝位二极管D2也连接于a点。四个开关管S1、S2、S3、S4中，第一开关管S1和第四开关管S4处于桥臂的外侧，故称为外管，第二开关管S2和第三开关管S3处于桥臂的内侧，故称为内管。四个开关管S1、S2、S3、S4分别由四路驱动信号PWM1、PWM2 、PWM3 、PWM4控制导通。四个开关管S1、S2、S3、S4通常采用场效应管和绝缘栅双极型晶体管IGBT等功率半导体器器件。具体的，在二极管箝位型三电平逆变器输出线电压处于正半周时，第二开关管S2长通和第四开关管S4长断，第一开关管S1和第三开关管S3以互补方式切换导通，即此时四个开关管状态有1，1，0，0和0，1，1，0两种（所述0为开关管关断状态，1为开关管导通状态，以下同）；在二极管箝位型三电平逆变器输出线电压处于负半周时，第三开关管S3长通和第一开关管S1长断，第二开关管S2和第四开关管S4以互补方式切换导通，即此时四个开关管状态有0，0，1，1和0，1，1，0两种。

上述二极管箝位式三电平逆变电路结构简单、容易控制且成本较低，但是在实际工作中，由于功率器件自身寄生电容的影响，会导致三电平电路中内外管承压不均，大大影响了其可靠性。具体分析如下：如图1所示，CD1和CD2为D1和D2的寄生电容，CS1、CS2、CS3、CS4分别为开关管S1、S2、S3、S4的寄生电容；当二极管箝位型三电平逆变器输出线电压从正转为负过零点时，很可能出现1，1，0，0向0，0，1，1变化，即第一开关管S1和第二开关管S2由导通转为断开，第三开关管S3和第四开关管S4则由断开转为导通，线电压从+Udc/2直接跳变为-Udc/2；当第一开关管S1、第二开关管S2导通时，S1、S2压降为0，b、c点电位为UDC，此时二极管D1的寄生电容CD1充电，充电电压为UDC/2，电容电压正负如图1所示；当开关管S1、S2从不承压状态向承压状态切换时，S3、S4从承压状态切换到不承压状态，c点电位变为0V，此时开关管S1、S2的寄生电容CS1、CS2充电，如图1所示，CS1的充电电流为I1，CS2的充电电流为I2；又此时b点电位被拉低，二极管D1上压降小于UDC/2，电容CD1放电，放电电流为I3；由图可知，I2=I1+I3，又                                               ，此时充电时间t相等，I2=（I1+I3）>I1，可得US2>US1。（US1为第一开关管S1断开时承受的电压，US2为第二开关管S2断开时承受的电压），所以将会出现内管S2承压过高的现象。

 同理，当线电压从负转为正过零点时，四个开关管很可能出现0，0，1，1向1，1，0，0的状态变化，此时电压从-Udc/2直接跳变为+Udc/2，也会出现内管S3承压过高的现象。

发明内容

本发明目的是提供一种三电平逆变器的三电平内外管均压控制方法，有效的解决三电平桥臂上可能出现的内管和外管承压不均的问题。