[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

说明书

本发明公开了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。在每个开关周期中，测量实时占空比和实时交流电流，并预测采用零状态0UL为主要零状态之后导通损耗的减少量；测量当前直流母线电压和开关频率，并通过已测量的额外开关损耗曲线预测采用零状态0UL为主要零状态之后开关损耗的增加量。比较预测得到的两种损耗，当导通损耗减少量多于开关损耗增加量，采用四次开关动作的调制序列；当导通损耗减少量少于开关损耗增加量，采用两次开关动作的调制序列。采用本发明所述调制方法，混合型有源中点钳位式三电平变换器的导通损耗更小，并且整体损耗分布更加均衡。实现效率最优化。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及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。

背景技术

混合型多电平变换器同时应用碳化硅器件和硅器件，能够在提升变换器性能 的同时将成本控制在可接受的范围内。最常见的混合结构是将碳化硅肖特基二极 管并联到硅基绝缘栅双极型晶体管(硅IGBT)上，该结构可减少硅IGBT的开 通损耗和碳化硅肖特基二极管的反向恢复损耗。但由于硅IGBT和碳化硅二极管 具有相同的开关频率，硅IGBT上的开关损耗仍然较大。

在文献An Extreme High Efficient Three-Level Active Neutral-Point-Clamped Converter Comprising SiCSi Hybrid Power Stage,(IEEE Transactions onPower Electronics,pp.1-1.)中提出的混合型有源中点箝位式三电平变换器应用了碳化硅 基金属氧化物半导体场效应晶体管和硅基绝缘栅双极型晶体管。通过冗余零状态 的选择，使得所有硅器件均能够在低开关频率下切换，从而大大降低开关损耗。 同时，文献Carrier-based PWM design of multilevel ANPC-based converter throughhierarchical decomposition,in 2018 IEEE Applied Power Electronics Conferenceand Exposition(APEC),San Antonio,TX,2018,pp.2542-2549.中提出将变换器分 成高频部分和低频部分，在高频部分采用碳化硅器件，低频部分采用硅器件，实 现效率与成本的双赢。但是以上混合型变换器调制方式都没有充分利用冗余零状 态，导致混合型变换器损耗分布不均衡，仍然会限制最大输出功率。

本申请提出一种新的调制方式，采用能够减小变换器导通损耗的冗余零状态 0UL作为主要的零状态，从而可以在整个工作周期的部分区间里大大减少导通损 耗并优化损耗分布。同时，该调制方法通过插入中间零状态，实现产生额外开关 动作硅器件的软开关，从而避免开关损耗的大量增加。并且通过多种调制序列的 切换，使得变换器在整个工作周期内的效率实现最优。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供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。

本发明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，应用于混合型有源中点钳位式三电平变换器的调制方法包 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；