[发明专利]一种三电平逆变器

说明书

本发明公开了一种三电平逆变器，包括：第一直流源、第二直流源、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管，其中，第一开关管和第四开关管为高速IGBT，第二开关管、第三开关管、第五开关管及第六开关管为低速IGBT。该发明的有益效果为：通过配置不同开关特性参数的IGBT，降低系统损耗，提高逆变器的转换效率；此外，外管使用MOSFET承受主要的开关损耗，从而提高了开关速度，降低了开关损耗，通过附加二极管解决MOSFET自带体二极管反向恢复特性较差的问题。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种三电平逆变器。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，PWM(Pulse Width Modulation)调制已经逐渐成为主流的电力电子变换器控制方式，在UPS(Uninterruptible Power Supply不间断供电设备)、光伏逆变器、风能变流器以及电机变流器等方面应用越来越广泛。

从逆变器输出相电压的电平数量划分为两电平变换器、三电平变换器、五电平变换器以及多电平变换器。从实现的复杂度上，五电平及更多电平的多电平变换器实现起来比较困难，目前业界应用较多的是两电平和三电平逆变器。

两电平变换器实现起来比较简单，成本较低，但是由于开关器件要承受整个母线电压应力。因此必须选择耐压等级较高的开关器件，另外开关损耗较大，限制了PWM开关频率的提高，由于两电平输出电压谐波含量较高，导致输出滤波器的体积和损耗都比较大。

三电平变换器比两电平变换器输出电平多，开关器件承受的电压应力为两电平的一半，因此可以选择耐压等级较低的开关器件，开关管的开关损耗较低，输出电压的谐波含量低于两电平，因此输出滤波器的体积可以减小。目前常用的是传统二极管箝位三电平逆变器(3Level-Netural Point Clamped 3L-NPC)。

传统的二极管中点箝位型三电平拓扑如下图所示：

图1传统二极管中点箝位三电平电路拓扑，由于箝位二极管和内层箝位开关器件的存在，每相电路可以输出Vdc/2、0、-Vdc/2三个电平，线电压可以获得5电平的电压输出。

图2a-2c是3L-NPC拓扑的开关状态，由图中可知3L-NPC存在唯一的零电平开关状态，根据负载电流的方向，当电流方向为正的时候只能通过上侧中间的开关管和二极管流过电流，当电流方向为负的时候，只能通过下侧的开关管和二极管流过电流。由于电流的方向被负载电流唯一确定，因此输出零电平时的电流是不可控的，这就会导致功率器件的损耗不平衡问题，这是3L-NPC拓扑固有的问题。3L-NPC拓扑开关器件不同条件下损耗分布如下表所示：

表1传统二极管箝位三电平拓扑开关器件损耗分布