CN105207510B - 一种三电平模块并联结构及并联方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三电平模块并联结构及并联方法，该并联结构由一个或多个并联单元并联组成，每个并联单元由I型三电平桥臂和T型三电平桥臂并联组成。该并联方法包括：控制I型三电平桥臂先开后关，实现T型三电平桥臂的上下高压管的软开关；当三电平桥臂进入稳定后，由I型三电平桥臂和T型三电平桥臂并联构成电流通道。本发明的三电平模块并联结构及并联方法，结合了I型和T型桥臂的优点，既降低了开关损耗，也降低了导通损耗。

Description

一种三电平模块并联结构及并联方法

技术领域

本发明涉及电力电子变流技术领域，特别涉及一种三电平模块并联结构及并联方法。

背景技术

三电平桥臂包括I型和T型，众所周知，I型三电平桥臂的优势是所有的开关耐压等级都为直流电压一半，所以其开关损耗较低，然而它的正负电平因为电流经过两个IGBT，所以其导通损耗较高。T型则恰好相反，它的正负电平电流只流经1个IGBT，所以其导通损耗较低，但是其缺点是上下开关管IGBT耐压等于直流电压，所以其开关损耗相对较高，限制了其开关频率的提升。

传统的三电平模块并联结构为通过I型三电平桥臂并联或通过T型三电平桥臂并联；图1a、1b所示为传统的三电平桥臂并联模式，其中1a通过I型三电平桥臂并联，而1b通过T型三电平桥臂并联。这两种并联模式仍然存在以上描述的I型和T型的缺点。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种三电平模块并联结构及并联方法，其包括拓扑和控制两部分，结合了I型和I型两种三电平桥臂的优点，降低了开关损耗的同时，也降低了导通损耗。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种三电平模块并联结构，其包括：一个或多个并联单元，每个所述并联单元包括：I型三电平桥臂，T型三电平桥臂；其中：

所述I型三电平桥臂与所述T型三电平桥臂并联连接；

当包括多个所述并联单元时，所述并联单元并联连接。

较佳地，所述I型三电平桥臂的外管为CoolMosfet。

较佳地，所述三电平模块并联结构还连接有CPU。

较佳地，所述CPU通过PWM控制与所述三电平模块并联结构相连。

本发明还提供一种三电平桥臂并联方法，其包括以下步骤：

S11：控制I型三电平桥臂先开后关，实现T型三电平桥臂的上下高压管的软开关；

S12：当三电平桥臂进入稳定后，由I型三电平桥臂和T型三电平桥臂并联构成电流通道。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的三电平模块并联结构及并联方法通过控制I型模块先开后关，实现T型三电平模块上下高压管的软开关，从而避免了T型三电平桥臂开关损耗大的缺点；另外一方面，当桥臂进入稳定后，由I型模块和T型模块并联构成电流通道，从而能够减少I型三电平导通损耗大的缺点；结合了传统的I型和T型三电平桥臂的优点，既有效降低了开关损耗，同时也有效降低了导通损耗。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a为现有的通过I型三电平桥臂并联的三电平桥臂并联模式示意图；

图1b为现有的通过T型三电平桥臂并联的三电平桥臂并联模式示意图；

图2为本发明的三电平模块并联结构的结构示意图；

图3为本发明的实施例2的三电平模块并联结构的结构示意图；

图4a为本发明的三电平模块并联结构的正电平状态图；

图4b为本发明的三电平模块并联结构的过渡过程状态图；

图4c为本发明的三电平模块并联结构的零电平状态图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例详细描述本发明的三电平模块并联结构。其结构示意图如图2所示，包括：并联单元，并联单元由相互并联的I型三电平桥臂和T型三电平桥臂组成。

不同实施例中，并联单元的数量可以为一个或多个。

本实施例，由6只IGBT(I-2、I-3、T-1、T-2、T-3、T-4)，2只CoolMosfet(I-1、I-4)，2只功率二极管(D₁、D₂)和2只电容(C₁、C₂)组成。

如图2所示，节点1连接C₁的阳极、I-1的漏极、T-1的漏极；节点2连接I-1的源极、I-2的漏极、D₁的阴极；节点3(中性点)连接C1的阴极、C2的阳极、D1的阳极、D2的阴极、T-3的源极；节点4连接D2的阳极、I-3的源极、I-4的漏极；节点5连接I-2的源极、I-3的漏极T-1的源极、T-2的源极、T-4的漏极。

当桥臂输出正电平时，I-1、I-2、T-1导通；当桥臂输出零电平时，D1、I-2、T-2、T-3导通。当桥臂输出从正电平转化为零电平的过渡过程中，I-1、I-2导通。

实施例2：

本实施例以三个并联单元为例，如图3所示，三个并联单元之间互相并联组成并联模块，并联模块与一CPU相连，CPU通过PWM控制技术来控制并联模块的工作过程。

本实施例中，节点1连接三个桥臂中的I-1的漏极、三个桥臂中的T-1的漏极、C1的阳极、电压源的正极；节点2连接三个桥臂中的中性点N1、N2、N3，其中每个中性点连接的器件在实施例1中有详细说明；节点3连接三个桥臂中的I-4的源极、三个桥臂中的T-4的漏极、C2的阴极、电压源的负极。

三个桥臂的输出a、b、c经过滤波后可得到三相交流电。

主电路中各传感器和采样电路将采样信号传递给CPU处理，CPU发PWM波经过驱动电路来产生驱动波形，从而控制主电路中各个功率管的通断。

通过本实施例的并联模块可以实现系统损耗的有效降低，从而提高了系统的传输效率。

实施例3：

本实施例详细描述本发明的三电平桥臂并联方法，其包括以下步骤：

S11：控制I型三电平桥臂先开后关，实现T型三电平桥臂的上下高压管的软开关；

S12：当三电平桥臂进入稳定后，由I型三电平桥臂和T型三电平桥臂并联构成电流通道。

本实施例通过控制I型三电平桥臂先开后关，实现T型三电平桥臂上下高压管的软开关，从而避免了T型三电平桥臂开关损耗大的缺点。另外一方面，当桥臂进入稳定后，由I型三电平桥臂和T型三电平桥臂并联构成电流通道，从而能够减少I型三电平导通损耗大的缺点。

以正半周正电平和零电平的转换为例，如图4a、图4b、图4c所示，首先假设系统处于正电平，如图4a所示，I型和T型三电平桥臂并联导通电流，因为T型为一个开关IGBT导通，所以总的导通损耗显然比单用I型并联时候低。进行状态转换时，首先，关断T型三电平桥臂的上管T-1，此时因为I型的两个上管I-1、I-2仍然处于导通状态，所以T型上管T-1是零电压关断。T-1关断后形成了过渡状态，如图4b所示，之后再关断I型三电平I-1，开通I-3，形成零电平状态，如图4c所示。同样，因为正半周I-2始终是导通的，所以T-3也实现了零电压开通。同理可分析从零电平转换到正电平的情况，以及负电平和零电平之间的转换情况。可以看出，所有的开关损耗都由I型三电平桥臂的外管来承担，因为本实施例中采用了CoolMosfet作为I型三电平桥臂的外管(图4a、图4b、图4c中I-1、I-4)，而CoolMosfet的开关性能十分优越，所以总体来说，并联桥臂的开关损耗被降低了。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种三电平模块并联结构，其特征在于，包括：一个或多个并联单元，每个所述并联单元包括：I型三电平桥臂，T型三电平桥臂；其中：

所述I型三电平桥臂与所述T型三电平桥臂并联连接；

当包括多个所述并联单元时，所述并联单元并联连接；

通过控制I型三电平桥臂先开后关，实现T型三电平桥臂上下高压管的软开关，从而避免了T型三电平桥臂开关损耗大的缺点；当桥臂进入稳定后，由I型三电平桥臂、T型三电平桥臂并联构成电流通道，从而能够减少I型三电平导通损耗大的缺点。

2.根据权利要求1所述的三电平模块并联结构，其特征在于，所述I型三电平桥臂的外管为CoolMosfet。

3.根据权利要求1所述的三电平模块并联结构，其特征在于，所述三电平模块并联结构还连接有CPU。

4.根据权利要求3所述的三电平模块并联结构，其特征在于，所述CPU通过PWM控制与所述三电平模块并联结构相连。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的三电平模块并联结构的并联方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11：控制I型三电平桥臂先开后关，实现T型三电平桥臂的上下高压管的软开关；

S12：当三电平桥臂进入稳定后，由I型三电平桥臂和T型三电平桥臂并联构成电流通道。