CN212518834U - 一种中点有源箝位三电平逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于逆变器技术领域，提供了一种中点有源箝位三电平逆变器，该中点有源箝位三电平逆变器包括：桥臂单元、与桥臂单元连接的箝位单元、分别与桥臂单元和箝位单元连接的分压单元、以及与桥臂单元连接的桥臂输出端；桥臂单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管反并联的第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；箝位单元包括第五开关管、第六开关管、第五开关管以及第六开关管反并联的第五二极管以及第六二极管；第五二极管以及第六二极管为碳化硅二极管。本实用新型能够减少各个开关管发热不均、提高电能变换效率以及稳定性。

Description

一种中点有源箝位三电平逆变器

技术领域

本实用新型属于逆变器技术领域，尤其涉及一种中点有源箝位三电平逆变器。

背景技术

逆变器是将直流电转换为交流电的电能变换装置，现实应用中以两电平和三电平拓扑居多，其中三电平拓扑中又分为T型三电平、I型三电平以及中点有源钳位三电平等。逆变器现有拓及控制处理方案：1.T型三电平因受开关管规格限制适合1000V系统，I型三电平可以选择不同规格的开关管分别应对1000V系统以及1500V系统。但是对I型三电平中内管以及钳位二极管性能受限较大，中点有源钳位三电平增加了钳位开关管，控制灵活。但是箝位二极管直通损耗大，容易造成各个开关管发热不均。且各个开关管利用率低，使得各个开关管受到到各个开关管之间的应力影响，进而导致电路电能变换效率低以及稳定性差。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种中点有源箝位三电平逆变器，旨在解决电路中各个开关管发热不均、电能变换效率低以及稳定性差的问题。

本实用新型提供了一种中点有源箝位三电平逆变器，包括：桥臂单元、与所述桥臂单元连接的箝位单元、分别与所述桥臂单元和箝位单元连接的分压单元、以及与所述桥臂单元连接的桥臂输出端；

所述桥臂单元包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，一一对应与所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管反并联的第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；

所述箝位单元包括依次串联的第五开关管、第六开关管，一一对应与所述第五开关管以及第六开关管反并联的第五二极管以及第六二极管，所述第五开关管远离所述第六开关管的一端设置在所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接线上，所述第六开关管远离所述第五开关管的一端设置在所述第三开关管以及第四开关管之间的连接线上；

所述分压单元包括依次串联的第一分压电容以及第二分压电容，所述第一分压电容远离所述第二分压电容的一端连接所述第一开关管远离所述第二开关管的一端，所述第二分压电容远离所述第一分压电容的一端连接所述第四开关管远离所述第三开关管的一端；

设置在所述第二开关管以及所述第三开关管之间的连接线上的桥臂输出端；

所述第一分压电容、第五开关管或第五二极管以及所述第二开关管或第二二极管形成第一续流回路，所述第二分压电容、第六开关管或所述第六二极管以及所述第三开关管或第三二极管形成第二续流回路，所述第一续流回路与所述第二续流回路形成双续流回路，用于更改续流路径；

所述第五二极管以及所述第六二极管为碳化硅二极管。

更进一步地，所述第一开关管的输入端与所述第一分压电容远离所述第二分压电容的一端连接，所述第一开关管的输出端分别与所述第二开关管的输入端以及第五开关管的输入连接，所述第二开关管的输出端分别与所述第三开关管的输入端以及所述桥臂输出端连接，所述第三开关管的输出端分别与所述第四开关管的输入端以及所述第六开关管的输出端连接，所述第四开关管的输出端与所述第二分压电容远离所述第一分压电容的一端连接。

更进一步地，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管一一对应包括第一硅二极管、第二硅二极管、第三硅二极管以及第四硅二极管。

更进一步地，所述第一开关管、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一一对应包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第六MOS管，或，第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管以及第六三极管。

本实用新型所达到的有益效果，本实用新型采用第五二极管以及第六二极管为碳化硅二极管的优势，降低了第一开关管以及第四开关管的开通损耗，控制第五开关管以及第六开关管的导通可以降低第五二极管以及第六二极管的直通损耗，使得各个开关管发热均匀。且只有第五二极管以及第六二极管为碳化硅二极管，降低了碳化硅二极管的需求，可以降低物料成本。还采用双续流回路更改续流路径，分散了各个开关管之间的热应力。在第一开关管和/或第四开关管开通之前就关闭对应半周的第六开关管或第五开关管，避免因第二开关管以及第三开关管反并联的第二二极管以及第三二极管为硅二极管使第一开关管以及第四开关管额外产生开通损耗的弊端。降低了对应开关管的电压应力，减小第五二极管以及第六二极管的正向直通损耗，提高电路的电能变换效率，提高逆变器可靠运行的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种中点有源箝位三电平逆变器的电路图；

图2是本实用新型实施例提供的一种中点有源箝位三电平逆变器的控制方法的流程图；

图3是本实用新型实施例提供的一种正负半周时的发波情况示意图；

图4是本实用新型实施例中模态一提供的一种模态示意图；

图5是本实用新型实施例中模态二提供的一种模态示意图；

图6是本实用新型实施例中模态三提供的一种模态示意图；

图7是本实用新型实施例中模态四提供的一种模态示意图；

图8是本实用新型实施例中步骤102提供的一种方法流程图；

图9是本实用新型实施例中模态五提供的一种模态示意图；

图10是本实用新型实施例中模态六提供的一种模态示意图；

图11是本实用新型实施例中模态七提供的一种模态示意图；

图12是本实用新型实施例中步骤102提供的另一种方法流程图；

图13是本实用新型实施例提供的一种中点有源箝位三电平逆变器的控制装置的结构示意图；

图14是本实用新型实施例中控制单元提供的一种结构示意图；

图15是本实用新型实施例中控制单元提供的另一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型采用第五二极管以及第六二极管为碳化硅二极管的优势，降低了第一开关管以及第四开关管的开通损耗，控制第五开关管以及第六开关管的导通可以降低第五二极管以及第六二极管的直通损耗，使得各个开关管发热均匀。且只有第五二极管以及第六二极管为碳化硅二极管，降低了碳化硅二极管的需求，可以降低物料成本。还采用双续流回路更改续流路径，分散了各个开关管之间的热应力。在第一开关管和/或第四开关管开通之前就关闭对应半周的第六开关管或第五开关管，避免因第二开关管以及第三开关管反并联的第二二极管以及第三二极管为硅二极管使第一开关管以及第四开关管额外产生开通损耗的弊端。降低了对应开关管的电压应力，减小第五二极管以及第六二极管的正向直通损耗，提高电路的电能变换效率，提高逆变器可靠运行的稳定性。

实施例一

如图1所示，图1是本实用新型实施例提供的一种中点有源箝位三电平逆变器的电路图，该中点有源箝位三电平逆变器包括：桥臂单元2、与所述桥臂单元2连接的箝位单元3、分别与所述桥臂单元2和箝位单元3连接的分压单元4、以及与所述桥臂单元2连接的桥臂输出端1。

所述桥臂单元2包括依次串联的第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4，一一对应与所述第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4反并联的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4。

所述箝位单元3包括依次串联的第五开关管T5、第六开关管T6，一一对应与所述第五开关管T5以及第六开关管T6反并联的第五二极管D5以及第六二极管D6，所述第五开关管T5远离所述第六开关管T6的一端设置在所述第一开关管T1与所述第二开关管T2之间的连接线上，所述第六开关管T6远离所述第五开关管T5的一端设置在所述第三开关管T3以及第四开关管T4之间的连接线上。

所述分压单元4包括依次串联的第一分压电容C1以及第二分压电容C2，所述第一分压电容C1远离所述第二分压电容C2的一端连接所述第一开关管T1远离所述第二开关管T2的一端，所述第二分压电容C2远离所述第一分压电容C1的一端连接所述第四开关管T4远离所述第三开关管T3的一端。

设置在所述第二开关管T2以及所述第三开关管T3之间的连接线上的桥臂输出端1。

所述第一分压电容C1、第五开关管T5或第五二极管D5以及所述第二开关管T2或第二二极管D2形成第一续流回路，所述第二分压电容C2、第六开关管T6或所述第六二极管D6以及所述第三开关管T3或第三二极管D3形成第二续流回路，所述第一续流回路与所述第二续流回路形成双续流回路，用于更改续流路径。

其中，上述第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5以及第六开关管T6一一对应包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第六MOS管，或，第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管以及第六三极管。第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5以及第六开关管T6的类型均可以为Si-IGBT(硅绝缘栅双极型晶体管)。上述桥臂输出端1还连接一电感L。

第一开关管T1以及四开关管可以称为外管，第二开关管T2以及第三开关管T3可以称为外管。第五开关管T5以及第六开关管T6可以称为箝位管。

上述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4一一对应包括第一硅二极管、第二硅二极管、第三硅二极管以及第四硅二极管。硅二极管可以用Si-DIODE来表示，也可以用Si二极管来表示。

所述第五二极管D5以及所述第六二极管D6为碳化硅二极管。碳化硅二极管可以为肖特基二极管，肖特基二极管最重要的两个性能指标是其低反向恢复电荷(Qrr)和恢复软化系数。当二极管电压变为反向偏置时，低反向恢复电荷Qrr大大缩短了关断过程所需的时间，即反向恢复时间trr。碳化硅二极管trr小于0.01微秒。它便于在高频范围内使用。高软化系数将减少二极管关断产生的电磁干扰噪声，并减少换向操作干扰。碳化硅二极管可以用SiC-DIODE来表示，也可以用SiC二极管来表示。

上述第一分压电容C1以及第二分压电容C2起到分压作用，用于给电路进行分压。第一分压电容C1以及第二分压电容C2还可以起到滤波作用。

上述第一续流回路可以称为0+回路，上述第二续流回路可以称为0-回路。当只有第一续流回路或第二续流回路单独工作时，第一续流回路或第二续流回路可以称为单续流回路，当第一续流回路以及第二续流回路同时工作时，第一续流回路以及第二续流回路形成双续流回路，双续流回路可以称为双续流回路0+、0-。双续流回路进行续流时，可以称为双续流0+、0-续流。

具体的，所述第一开关管T1的输入端与所述第一分压电容C1远离所述第二分压电容C2的一端连接，所述第一开关管T1的输出端分别与所述第二开关管T2的输入端以及第五开关管T5的输入连接，所述第二开关管T2的输出端分别与所述第三开关管T3的输入端以及所述桥臂输出端1连接，所述第三开关管T3的输出端分别与所述第四开关管T4的输入端以及所述第六开关管T6的输出端连接，所述第四开关管T4的输出端与所述第二分压电容C2远离所述第一分压电容C1的一端连接。

上述第一二极管D1的负极与第一开关管T1的输入端连接，第一二极管D1的正极与第一开关管T1的输出端连接，所述第二二极管D2的负极与第二开关管T2的输入端连接，第二二极管D2的正极与第二开关管T2的输出端连接，第三二极管D3的负极与所述第三开关管T3的输入端连接，所述第三二极管D3的正极与所述第三开关管T3的输出端连接，第四二极管D4的负极与所述第四开关管T4的输入端连接，所述第四二极管D4的正极与所述第四开关管T4的输出端连接，第五二极管D5的负极与所述第五开关管T5的输入端连接，所述第五二极管D5的正极与所述第五开关管T5的输出端连接，第六二极管D6的负极与所述第六开关管T6的输入端连接，所述第六二极管D6的正极与所述第六开关管的输出端连接。

可以理解的是，当第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5以及第六开关管T6一一对应为第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第六MOS管时，第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5以及第六开关管T6对应的输入端均为第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第六MOS管对应的D极(漏极)。

第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5以及第六开关管T6对应的输出端均为第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第六MOS管对应的S极(源极)。

当第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5以及第六开关管T6一一对应为第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管以及第六三极管时，第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5以及第六开关管T6对应的输入端均为第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管以及第六三极管对应的C极(集电极)。

而第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5以及第六开关管T6对应的输出端均为第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管以及第六三极管对应的E极(发射极)。

本实用新型实施例还提供了预设功率切换模态以及各个开关管的驱动信号，根据各个开关管的驱动信号以及预设功率切换模态灵活控制各个开关管以及各个二极管的通断，形成单续流回路与双续流回路之间的切换，进而灵活切换电流路径，实现电能变换。具体的控制方法如实施例二中的中点有源箝位三电平逆变器的控制方法中的具体步骤以及效果。

在本实用新型实施例中，本实用新型第五二极管D5以及第六二极管D6为碳化硅二极管的优势，降低了第一开关管T1以及第四开关管T4的开通损耗，控制第五开关管T5以及第六开关管T6的导通可以降低第五二极管D5以及第六二极管D6的直通损耗，使得各个开关管发热均匀。且只有第五二极管D5以及第六二极管D6为碳化硅二极管，降低了碳化硅二极管的需求，可以降低物料成本。还采用双续流回路更改续流路径，分散了各个开关管之间的热应力。在第一开关管T1和/或第四开关管T4开通之前就关闭对应半周的第六开关管T6或第五开关管T5，避免因第二开关管T2以及第三开关管T3反并联的第二二极管D2以及第三二极管D3为硅二极管使第一开关管T1以及第四开关管T4额外产生开通损耗的弊端。降低了对应开关管的电压应力，减小第五二极管D5以及第六二极管D6的正向直通损耗，提高电路的电能变换效率，提高逆变器可靠运行的稳定性。

实施例二

如图2所示，图2是本实用新型实施例提供的一种中点有源箝位三电平逆变器的控制方法的流程图，用于上述实施例中提供的的中点有源箝位三电平逆变器，该中点有源箝位三电平逆变器的控制方法包括以下步骤：

步骤101、获取所述第一开关管、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对应的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号。

其中，上述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号用于驱动上述第一开关管、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。上述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号可以是脉冲信号，包括高电平以及低电平，当脉冲信号为高电平时为开通状态，当脉冲信号为低电平时为关断状态。上述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号还可以包括时序信息。第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号可以是预先设置好的，或者临时生成的。

具体的，参见图3，图3是本实用新型实施例提供的一种正负半周时的发波情况示意图。在图3中，Vge_T1～Vge_T6分别为第一开关管、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对应的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号。需要说明的是，第五开关管以及第六开关管对第三开关管以及第二开关管的整体逻辑为先开后关，第一开关管以及第三开关管之间互补发波，第二开关管以及第四开关管之间互补发波。在图3中包括正半周5的发波情况以及负半周6的发波情况。

在图3中，第一开关管(第四开关管)开通与第三开关管(第二开关管)关断之间死区为t1。

第三开关管(第二开关管)开通与第一开关管(第四开关管)关断之间死区为t2。

第五开关管(第六开关管)整体跟随第三开关管(第二开关管)的开通与关断，在第四开关管(第一开关管)开通之前将第五开关管(第六开关管)关闭，在第四开关管(第一开关管)开通t7之后将第五开关管(第六开关管)打开。

第物开关管(第六开关管)开通对第三开关管(第二开关管)开通的延时为t6。

第五开关管(第六开关管)关断对第三开关管(第二开关管)关断的延时为t3。

步骤102、根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号基于预设功率切换模态控制所述第一开关管、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的通断状态，形成双续流回路，以实现换流路径以及电能变换。

具体的，所述预设功率切换模态包括正向功率切换模态以及反向功率切换模态。

在本实用新型一实施方式中，所述正向功率切换模态包括：

模态一：控制所述第一开关管以及所述第二开关管开通。

具体的，如图4所示，此时，电路正向输出功率，因第五二极管为碳化硅二极管，基本没有反向恢复，可以极大的降低第一开关管的开通损耗，且在相同工况可以增加其开通速度。使电流通过所述第一开关管以及所述第二开关管流向桥臂输出端，且桥臂输出端输出第一预设电平。其中，第一预设电平可以为P电平，或者可以称为高电平。

模态二：在模态一的基础上，控制所述第一开关管、第二开关管以及所述第六开关管开通。

具体的，如图5所示，此时，桥臂输出第一预设电平，电流路径没有变化，仅是打开了第六开关管，电路依然正向输出功率，为双续流回路续流做准备。使电流通过所述第一开关管以及所述第二开关管流向桥臂输出端，且所述桥臂输出端输出第一预设电平。

模态三：在模态二的基础上，控制所述第一开关管关断，以及控制所述第五二极管、第二开关管、第六开关管以及所述第三二极管开通。

具体的，如图6所示，由于第二续流回路的存在，降低了第一续流回路中SiC二极管的续流电流，可以降低第五二极管5的容量，节省成本，且因双续流回路的存在，可以分散开关管之间的热应力。使电流从第一分压电容、所述第一分压电容、第五二极管以及所述第二开关管形成的第一续流回路流向所述桥臂输出端，以及使电流从所述第二分压电容、第二分压电容、第六开关管以及所述第三二极管形成的第二续流回路流向所述桥臂输出端，实现双续流回路续流，且所述桥臂输出端输出第二预设电平。

以及，模态四：在模态三的基础上，控制所述第六开关管关断，以及控制所述第五二极管以及第二开关管开通。

具体的，如图7所示，此时，单续流回路0+进行续流，在第二预设电平续流即将结束时，关闭第六开关管，为第一开关管的开通做准备，确保在第一开关管开通之前关闭第六开关管，可以避免因为第三二极管(第三二极管为硅二极管)的存在，第一开关管开通时额外产生开通损耗的问题。使电流通过所述第一分压电容、所述第五二极管以及所述第二开关管形成的第一续流回路流向所述桥臂输出端，且所述桥臂输出端输出第二预设电平。

更具体的，如图8所示，步骤102包括步骤：

步骤201、根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号依次基于模态一、模态二以及模态三将所述桥臂输出端的输出电平从第一预设电平切换为第二预设电平。

和/或，步骤202、根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号依次通过所述模态三、模态四以及模态一将所述桥臂输出端的输出电平从第二预设电平切换为第一预设电平。

根据步骤201以及步骤202可知，此功率切换路径充分发挥了中点有源钳位三电平双续流回路分散开关管之间的热应力的优势，又避免了第三二极管为Si二极管会对第一开关管造成额外开通损耗的影响。从而实现桥臂输出端输出的电平的切换，进一步实现电流的变换。

在本实用新型一实施方式中，所述反向功率切换模态包括：

模态五：控制第三开关管以及第五开关管关断，以及控制所述第一二极管以及所述第二二极管开通。

具体的，如图9所示，此时，使电流从桥臂输出端流向第二二极管以及第一二极管，且桥臂输出端输出P电平。

模态六：在模态五的基础上，控制所述第五开关管以及所述第二二极管开通。

具体的，如图10所示，此时通过单续流回路0+输出。第五开关管优于第三开关管开通，第五开关管为小回路切换，可以减小大回路较大的寄生参数对回路切换的影响，减小开关管的电压应力。使电流从桥臂输出端流向第二二极管、第五开关管以及第一分压电容形成第一续流回路，且桥臂输出端输出P电平。

以及，模态七：在模态六的基础上，控制所述第五开关管、第二二极管、第六二极管以及第三开关管开通。

具体的，如图11所示，此时，形成双续流回路0+、0-输出。因双回路斩波，可以分散开关管之间的热应力。使电流从桥臂输出端流向第二二极管、第五开关管以及第一分压电容形成第一续流回路，且桥臂输出端输出第一预设电平；以及使电流从桥臂输出端流向第三开关管、第六二极管、第二分压电容形成的第二续流回路，且桥臂输出端输入第二预设电平。

更具体的，如图12所示，步骤102包括：

步骤301、根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号依次基于模态五、模态六以及模态七将所述桥臂输出端的输出电平从第一预设电平切换为第二预设电平。

和/或，步骤302、根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号依次通过所述模态七、模态六以及模态五将所述桥臂输出端的输出电平从第二预设电平切换为第一预设电平。

根据步骤301以及步骤302可知，此功率切换路径采用双回路斩波，降低开关管的电压应力，且分散开关管之间的热应力。

需要说明的是，负半周换流路径与正向功率切换以及反向功率切换的方法类似，这里不在描述。

在本实用新型实施例中，通过获取所述第一开关管、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对应的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号；根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号基于预设功率切换模态控制所述第一开关管、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的通断状态，形成双续流回路，以实现换流路径以及电能变换。这样可以通过各个开关管的驱动信号以及预设功率切换态来控制各个开关管以及各个二极管的通断情况，通过单续流回路与双续流回路进行切换续流，降低了各个开关管之间的热应力，减小二极管的反向恢复损耗，提高电路的电能变换效率，提高逆变器可靠运行的稳定性。

实施例三

如图13所示，图13是本实用新型实施例提供的一种中点有源箝位三电平逆变器的控制装置的结构示意图，该中点有源箝位三电平逆变器的控制装置400包括：

获取单元401，用于获取所述第一开关管、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对应的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号。

其中，上述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号用于驱动上述第一开关管、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。上述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号可以是脉冲信号，包括高电平以及低电平，当脉冲信号为高电平时为开通状态，当脉冲信号为低电平时为关断状态。上述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号还可以包括时序信息。第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号可以是预先设置好的，或者临时生成的。

具体的，参见图3，图是本实用新型实施例提供的一种正负半周时的发波情况示意图。在图3中，Vge_T1～Vge_T6分别为第一开关管、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对应的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号。需要说明的是，第五开关管以及第六开关管对第三开关管以及第二开关管的整体逻辑为先开后关，第一开关管以及第三开关管之间互补发波，第二开关管以及第四开关管之间互补发波。在图3中包括正半周5的发波情况以及负半周6的发波情况。

在图3中，第一开关管(第四开关管)开通与第三开关管(第二开关管)关断之间死区为t1。

第三开关管(第二开关管)开通与第一开关管(第四开关管)关断之间死区为t2。

第五开关管(第六开关管)整体跟随第三开关管(第二开关管)的开通与关断，在第四开关管(第一开关管)开通之前将第五开关管(第六开关管)关闭，在第四开关管(第一开关管)开通t7之后将第五开关管(第六开关管)打开。

第物开关管(第六开关管)开通对第三开关管(第二开关管)开通的延时为t6。

第五开关管(第六开关管)关断对第三开关管(第二开关管)关断的延时为t3。

控制单元402，用于根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号基于预设功率切换模态控制所述第一开关管、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的通断状态，形成双续流回路，以实现换流路径以及电能变换。

具体的，所述预设功率切换模态包括正向功率切换模态以及反向功率切换模态。

在本实用新型一实施方式中，所述正向功率切换模态包括：

模态一：控制所述第一开关管以及所述第二开关管开通。

具体的，如图4所示，此时，电路正向输出功率，因第五二极管为碳化硅二极管，基本没有反向恢复，可以极大的降低第一开关管的开通损耗，且在相同工况可以增加其开通速度。使电流通过所述第一开关管以及所述第二开关管流向桥臂输出端，且桥臂输出端输出第一预设电平。其中，第一预设电平可以为P电平，或者可以称为高电平。

模态二：在模态一的基础上，控制所述第一开关管、第二开关管以及所述第六开关管开通。

具体的，如图5所示，此时，桥臂输出第一预设电平，电流路径没有变化，仅是打开了第六开关管，电路依然正向输出功率，为双续流回路续流做准备。使电流通过所述第一开关管以及所述第二开关管流向桥臂输出端，且所述桥臂输出端输出第一预设电平。

模态三：在模态二的基础上，控制所述第一开关管关断，以及控制所述第五二极管、第二开关管、第六开关管以及所述第三二极管开通。

具体的，如图6所示，由于第二续流回路的存在，降低了第一续流回路中SiC二极管的续流电流，可以降低第五二极管5的容量，节省成本，且因双续流回路的存在，可以分散开关管之间的热应力。使电流从第一分压电容、所述第一分压电容、第五二极管以及所述第二开关管形成的第一续流回路流向所述桥臂输出端，以及使电流从所述第二分压电容、第二分压电容、第六开关管以及所述第三二极管形成的第二续流回路流向所述桥臂输出端，实现双续流回路续流，且所述桥臂输出端输出第二预设电平。

以及，模态四：在模态三的基础上，控制所述第六开关管关断，以及控制所述第五二极管以及第二开关管开通。

具体的，如图7所示，此时，单续流回路0+进行续流，在第二预设电平续流即将结束时，关闭第六开关管，为第一开关管的开通做准备，确保在第一开关管开通之前关闭第六开关管，可以避免因为第三二极管(第三二极管为硅二极管)的存在，第一开关管开通时额外产生开通损耗的问题。使电流通过所述第一分压电容、所述第五二极管以及所述第二开关管形成的第一续流回路流向所述桥臂输出端，且所述桥臂输出端输出第二预设电平。

更具体的，如图14所示，所述控制单元402包括：

第一切换模块4021，用于根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号依次基于模态一、模态二以及模态三将所述桥臂输出端的输出电平从第一预设电平切换为第二预设电平。

和/或，第二切换模块4022，用于根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号依次通过所述模态三、模态四以及模态一将所述桥臂输出端的输出电平从第二预设电平切换为第一预设电平。

根据第一切换模块4021以及第二切换模块4022可知，此功率切换路径充分发挥了中点有源钳位三电平双续流回路分散开关管之间的热应力的优势，又避免了第三二极管为Si二极管会对第一开关管造成额外开通损耗的影响。从而实现桥臂输出端输出的电平的切换，进一实现电流的变换。

在本实用新型一实施方式中，所述反向功率切换模态包括：

模态五：控制第三开关管以及第五开关管关断，以及控制所述第一二极管以及所述第二二极管开通。

具体的，如图9所示，此时，使电流从桥臂输出端流向第二二极管以及第一二极管，且桥臂输出端输出P电平。

模态六：在模态五的基础上，控制所述第五开关管以及所述第二二极管开通。

具体的，如图10所示，此时通过单续流回路0+输出。第五开关管优于第三开关管开通，第五开关管为小回路切换，可以减小大回路较大的寄生参数对回路切换的影响，减小开关管的电压应力。使电流从桥臂输出端流向第二二极管、第五开关管以及第一分压电容形成第一续流回路，且桥臂输出端输出P电平。

以及，模态七：在模态六的基础上，控制所述第五开关管、第二二极管、第六二极管以及第三开关管开通。

具体的，如图11所示，此时，形成双续流回路0+、0-输出。因双回路斩波，可以分散开关管之间的热应力。使电流从桥臂输出端流向第二二极管、第五开关管以及第一分压电容形成第一续流回路，且桥臂输出端输出第一预设电平；以及使电流从桥臂输出端流向第三开关管、第六二极管、第二分压电容形成的第二续流回路，且桥臂输出端输入第二预设电平。

更具体的，如图15所示，所述控制单元402包括：

第三切换模块4023，用于根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号依次基于模态五、模态六以及模态七将所述桥臂输出端的输出电平从第一预设电平切换为第二预设电平；

和/或，第四切换模块4024，用于根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号依次通过所述模态七、模态六以及模态五将所述桥臂输出端的输出电平从第二预设电平切换为第一预设电平。

根据第三切换模块4023以及第四切换模块4024可知，此功率切换路径采用双回路斩波，降低开关管的电压应力，且分散开关管之间的热应力。

需要说明的是，负半周换流路径与正向功率切换以及反向功率切换的方法类似，这里不在描述。

在本实用新型实施例中，通过获取单元401获取所述第一开关管、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对应的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号。以及通过控制单元402根据所述第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号以及第六驱动信号基于预设功率切换模态控制所述第一开关管、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的通断状态，形成双续流回路，以实现换流路径以及电能变换。这样可以通过各个开关管的驱动信号以及预设功率切换态来控制各个开关管以及各个二极管的通断情况，通过单续流回路与双续流回路进行切换续流，降低了各个开关管之间的热应力，减小二极管的反向恢复损耗，提高电路的电能变换效率，提高逆变器可靠运行的稳定性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种中点有源箝位三电平逆变器，其特征在于，包括：桥臂单元、与所述桥臂单元连接的箝位单元、分别与所述桥臂单元和箝位单元连接的分压单元、以及与所述桥臂单元连接的桥臂输出端；

所述桥臂单元包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，一一对应与所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管反并联的第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；

所述箝位单元包括依次串联的第五开关管、第六开关管，一一对应与所述第五开关管以及第六开关管反并联的第五二极管以及第六二极管，所述第五开关管远离所述第六开关管的一端设置在所述第一开关管与所述第二开关管之间的连接线上，所述第六开关管远离所述第五开关管的一端设置在所述第三开关管以及第四开关管之间的连接线上；

所述分压单元包括依次串联的第一分压电容以及第二分压电容，所述第一分压电容远离所述第二分压电容的一端连接所述第一开关管远离所述第二开关管的一端，所述第二分压电容远离所述第一分压电容的一端连接所述第四开关管远离所述第三开关管的一端；

设置在所述第二开关管以及所述第三开关管之间的连接线上的桥臂输出端；

所述第一分压电容、第五开关管或第五二极管以及所述第二开关管或第二二极管形成第一续流回路，所述第二分压电容、第六开关管或所述第六二极管以及所述第三开关管或第三二极管形成第二续流回路，所述第一续流回路与所述第二续流回路形成双续流回路，用于更改续流路径；

所述第五二极管以及所述第六二极管为碳化硅二极管。

2.如权利要求1所述的中点有源箝位三电平逆变器，其特征在于，所述第一开关管的输入端与所述第一分压电容远离所述第二分压电容的一端连接，所述第一开关管的输出端分别与所述第二开关管的输入端以及第五开关管的输入连接，所述第二开关管的输出端分别与所述第三开关管的输入端以及所述桥臂输出端连接，所述第三开关管的输出端分别与所述第四开关管的输入端以及所述第六开关管的输出端连接，所述第四开关管的输出端与所述第二分压电容远离所述第一分压电容的一端连接。

3.如权利要求1或2所述的中点有源箝位三电平逆变器，其特征在于，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管一一对应包括第一硅二极管、第二硅二极管、第三硅二极管以及第四硅二极管。

4.如权利要求1或2所述的中点有源箝位三电平逆变器，其特征在于，所述第一开关管、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一一对应包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第六MOS管，或，第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管以及第六三极管。

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