[发明专利]逆变器系统

说明书

本发明涉及半导体器件的应用领域，公开了一种逆变器系统。本发明中的逆变器系统包括逆变器和预调节电路；预调节电路包括一个或两个第一开关，逆变器包括多个第二开关；预调节电路能够在一个或两个第一开关以第一频率工作时，产生用于对逆变器的输出进行调节的预调节输出，其中，在预调节电路通过预调节输出对逆变器的输出进行调节时，在同一时刻逆变器的多个第二开关中至多有两个第二开关以第二频率工作而其余的第二开关以第三频率工作。本发明可以以较低的成本实现高频的宽禁带功率器件与低频的硅功率器件混合使用来进行逆变调节，使得逆变器以低的开关损耗将直流电转换为交流电输出，并缩小输出过滤器体积。

技术领域

本发明涉及半导体器件的应用领域，特别涉及一种逆变器系统。

背景技术

目前，逆变器主要用于直交流逆变向电网输电和电机驱动，如图1和图2所示。使用如图3所示的正弦PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制，可以调制直流电压以产生具有120度相位偏移的三相正弦电流。产生的三相正弦电流经滤波可以将电力输送给电网或无滤波直接驱动交流无刷电机。当被驱动的电机是无刷直流电机时，可以使用恒定的直流电流驱动方案。其输入电流为预调节电路调制输出的直流电流，电机绕组电流为梯形电流。由于简单的控制，无刷直流电机被广泛使用。

目前，由于IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）承受高电压并具有较低的反向恢复损耗，目前大多数高压变频器都选用IGBT作为开关；在用于电机驱动时，由于电机通常具有较低的控制带宽（约1kHz）通常不需要高开关频率，IGBT也适合用于做电机的逆变器开关。但是，IGBT存在尾电流问题，通常只用于低于20kHz的频率下进行开关工作。这种频率上的限制限制了在设计逆变器时滤波器尺寸的减小，在驱动电机时，限制了电机的纹波电流的降低。滤波器尺寸无法降低的话，逆变器成本和重量无法降低，高的纹波电流会导致更高的电机铜和磁芯损耗。

为了最大限度地减少逆变器输出滤波器尺寸和成本，最直接的解决方案是提高开关频率。与Si（硅）基开关相比，如MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT相比，WBG（宽禁带半导体）器件具有出色的开关性能。WBG器件可以更快地开关切换并具有更低的反向恢复，因此它们可以显著降低开关损耗并以提高开关频率来降低纹波电流。但是，目前WBG器件的成本要高得多（大约是硅基器件的5倍），并且其高开关速度（dv / dt）会导致电机绕组老化和绝缘击穿问题。因此，工业界急求寻找一种能低成本使用WBG器件于电机驱动和交直逆变，并提高系统效率的方法。本发明是在这一背景下产生的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种逆变器系统，通过混合使用宽窄禁带半导体器件，可以以较低的成本实现对逆变器的调节，使得逆变器以低的开关频率将直流电转换为所需的交流电输出，并提高功率变换效率。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种逆变器系统，包括逆变器和预调节电路；

预调节电路包括一个或两个第一开关，逆变器包括多个第二开关；

预调节电路能够在一个或两个第一开关以第一频率工作时，产生用于对逆变器的输出进行调节的预调节输出，其中，

在预调节电路通过预调节输出对逆变器的输出进行调节时，在同一时刻逆变器的多个第二开关中至多有两个第二开关以第二频率工作而其余的第二开关以第三频率工作；

其中，第一频率大于第二频率，第二频率大于或等于第三频率，第一开关为宽禁带开关管，第二开关为硅基开关管。

在一示范例中，预调节电路还包括第一滤波器；

预调节电路中的一个或两个第一开关基于接收到的第一脉冲信号，生成具有第一频率的第二脉冲信号；