[发明专利]一种应用于混合型有源中点钳位式三电平变换器的调制方法

权利要求书

1.一种应用于混合型有源中点钳位式三电平变换器的调制方法，所述的混合型有源中点钳位式三电平变换器包含四个相同的硅基绝缘栅双极型晶体管Q₁、Q₄、Q₅、Q₆和两个相同的碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₂、Q₃，所述的混合型有源中点钳位式三电平变换器包含直流侧、电容、桥臂和交流侧，连接如下：所述的电容直接耦合到直流侧并引出中性点；所述的桥臂包含四个依次串联的硅基绝缘栅双极型晶体管Q₁、Q₅、Q₆、Q₄直接耦合到电容两端，并且硅基绝缘栅双极型晶体管Q₅、Q₆的连接点与电容中性点连接，所述桥臂还包含两个串联的碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₂、Q₃，耦合到硅基绝缘栅双极型晶体管Q₁、Q₅的连接点和硅基绝缘栅双极型晶体管Q₆、Q₄的连接点，并且引出碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₂、Q₃的连接点作为桥臂的输出连接到交流侧；

所述变换器的开关状态包括“非零状态P”、“非零状态N”、“零状态0L”、“零状态0U”、“零状态0UL”，其定义如下：

非零状态P:碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₃、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₄、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₅关断，硅基绝缘栅双极型晶体管Q₁、碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₂、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₆开通；

非零状态N:硅基绝缘栅双极型晶体管Q₁、碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₂、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₆关断，碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₃、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₄、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₅开通；

零状态0L:碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₂、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₄、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₅关断，硅基绝缘栅双极型晶体管Q₁、碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₃、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₆开通；

零状态0U:硅基绝缘栅双极型晶体管Q₁、碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₃、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₆关断，碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₂、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₄、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₅开通；

零状态0UL：硅基绝缘栅双极型晶体管Q₁、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₄关断，碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₂、碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管Q₃、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₅、硅基绝缘栅双极型晶体管Q₆开通；

其特征在于所述调制方法包括如下步骤：

(a)在每一个开关周期计算下一个开关周期非零状态的作用时间t_non-zero,t_non-zero由参考电压与三角载波电压比较后得到；

(b)下一个开关周期主要零状态的作用占空比d_zero由式(1)计算给出

其中t_s为开关周期时长；

(c)应用式(2)预测采用零状态0UL为主要零状态之后导通损耗的减小量

其中ΔP_con表示预期的应用零状态0UL后的导通损耗减小量，R_Q3表示该变换器中采用的碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管的导通电阻，R_Q6表示该变换器中采用的硅基绝缘栅双极型晶体管的导通电阻，i(t)表示变换器当前时刻输出电流；

(d)根据变换器的额外开关损耗曲线，当前直流母线电压以及开关频率，预测采用零状态0UL为主要零状态之后开关损耗的增加量；

(e)实时比较预测得到的导通损耗减小量和开关损耗的增加量；

(f)当减少的导通损耗多于增加的开关损耗时，下一个开关周期采用包含四次开关动作的调制序列；根据不同参考电压，包含四次开关动作的调制序列如下：

在参考电压正半周期，四次开关动作依次为从非零状态P切换到零状态0L，从零状态0L切换到零状态0UL，从零状态0UL切换到零状态0L，从零状态0L切换到非零状态P；在参考电压负半周期，四次开关动作依次为从非零状态N切换到零状态0U，从零状态0U切换到零状态0UL，从零状态0UL切换到零状态0U，从零状态0U切换到非零状态N；

当减少的导通损耗少于增加的开关损耗时，下一个开关周期采用包含两次开关动作的调制序列，根据不同参考电压，包含两次开关动作的调制序列如下：

在参考电压正半周期，两次开关动作依次为从非零状态P切换到零状态0L，从零状态0L切换到非零状态P；在参考电压负半周期，两次开关动作依次为从非零状态N切换到零状态0U，从零状态0U切换到非零状态N。