[发明专利]一种基于GaN和Si器件混合的飞跨电容多电平逆变器及其控制方法

说明书

本发明提供一种基于GaN和Si器件混合的飞跨电容多电平逆变器及其控制方法，涉及多电平逆变器领域。该基于GaN和Si器件混合的飞跨电容多电平逆变器包括直流供电电源Vdc、直流稳压电容Cdc、第一飞跨电容Cf1、……、第二飞跨电容Cf2、……、第(n‑2)飞跨电容Cf(n‑2)、第一硅基器件SL1、第二硅基器件SL2、第一氮化镓基器件SH1、第二氮化镓基器件SH2、第三氮化镓基器件SH3、第四氮化镓基器件SH4、……、第(2n‑3)氮化镓基器件SH(2n‑3)、第(2n‑2)氮化镓基器件SH(2n‑2)和负载RL。本发明充分结合了Si基器件的大容量、低成本和宽禁带器件的低损耗、高频率的优势，能显著提高效率，而且大大降低成本和提高宽禁带器件应用功率等级，实现了性能与成本的折中优化。

技术领域

本发明涉及多电平逆变器技术领域，具体为一种基于GaN和Si器件混合的飞跨电容多电平逆变器及其控制方法。

背景技术

大功率多电平逆变器近年来在实际工业生产中得到越来越广泛的应用。多电平逆变器由于结构复杂，采用元器件较多，因此在设计和实验中，实现各个工作状态下运行参数的同步监测和分析较为困难。

传统使用的飞跨电容多电平逆变器多基于Si基器件或GaN基功率器件，这两种逆变器组件数量较多，其中传统Si基功率器件的飞跨电容多电平电路效率很低，而传统GaN基功率器件的飞跨电容多电平电路的成本较高，而且宽禁带器件应用功率等级低，所以需要设计一种基于GaN和Si器件混合的飞跨电容多电平逆变器及其控制方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于GaN和Si器件混合的飞跨电容多电平逆变器及其控制方法，解决了目前传统Si基功率器件的飞跨电容多电平电路效率低，而传统GaN基功率器件的飞跨电容多电平电路的成本较高同时宽禁带器件应用功率等级低的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于GaN和Si器件混合的飞跨电容多电平逆变器，该逆变器包括直流供电电源Vdc、直流稳压电容Cdc、第一飞跨电容Cf1、第二飞跨电容Cf2、……、第(n-2)飞跨电容Cf(n-2)、第一硅基器件SL1、第二硅基器件SL2、第一氮化镓基器件SH1、第二氮化镓基器件SH2、第三氮化镓基器件SH3、第四氮化镓基器件SH4、……、第(2n-3)氮化镓基器件SH(2n-3)、第(2n-2)氮化镓基器件SH(2n-2)和负载RL；

所述直流供电电源Vdc的正极、直流稳压电容Cdc的正极、第一硅基器件SL1的一端和第一氮化镓基器件SH1的一端连接；所述直流供电电源Vdc的负极、直流稳压电容Cdc的负极、第二硅基器件SL2的一端和第二氮化镓基器件SH2的一端连接；

所述第一飞跨电容Cf1的正极、第一氮化镓基器件SH1的另一端和第三氮化镓基器件SH3的一端连接；所述第一飞跨电容Cf1的负极、第二氮化镓基器件SH2的另一端和第四氮化镓基器件SH4的一端连接；

所述第二飞跨电容Cf2的正极、第三氮化镓基器件SH3的另一端和第五氮化镓基器件SH5的一端连接；所述第二飞跨电容Cf2的负极、第四氮化镓基器件SH4的另一端和第六氮化镓基器件SH6的一端连接；

……

所述第(n-2)飞跨电容Cf(n-2)的正极、第(2n-5)氮化镓基器件SH(2n-5)的另一端和第(2n-3)氮化镓基器件SH(2n-3)的一端连接；所述第(n-2)飞跨电容Cf(n-2)的负极、第(2n-4)氮化镓基器件SH(2n-4)的另一端和第(2n-2)氮化镓基器件SH(2n-2)的一端连接；

所述负载RL的一端、第(2n-3)氮化镓基器件SH(2n-3)的一端和第(2n-2)氮化镓基器件SH(2n-2)的一端连接；所述负载RL的另一端、第一硅基器件SL1的另一端和第二硅基器件SL2的另一端连接。