[发明专利]多电平有源中点钳位逆变器串联IGBT均压电路

说明书

本发明属于多电平有源中点钳位逆变器技术，具体涉及一种多电平有源中点钳位逆变器串联IGBT均压电路，其特征在于：包括有源中点钳位五电平逆变器的单个桥臂和变换器；所述有源中点钳位五电平逆变器的单个桥臂包括电源正极端和电源负极端之间串联有开关管S1、开关管S2、开关管S4、开关管S3、开关管S3、开关管S4、开关管S2、开关管S1；开关管S4的集电极和开关管S4的发射极之间并联有依次串联的开关管S5、开关管S6、开关管S6、开关管S5。对于有源中点钳位五电平逆变器的单个桥臂，采用单输入、双输出隔离电源生成串联IGBT的钳位电压，变换器输入输出变比为4:1:1，增加钳位电压之后，串联运行的IGBT可以实现动静态均压。

技术领域

本发明属于多电平有源中点钳位逆变器技术领域，具体涉及一种多电平有源中点钳位逆变器串联IGBT均压电路。

背景技术

在高压变频驱动和高压变配电领域，逆变器直流母线电压不断提高，尤其是在高铁电力牵引和舰船电力推进领域，高压逆变器有着强烈的应用需求。受限于功率器件电压等级的限制，采用传统两电平逆变电路已经无法满足需求；而二极管钳位型或电容钳位型多电平逆变器更适合在三电平工况下应用，在更多电平工况下，电路拓扑结构会异常复杂；对于H桥级联型多电平变频器，每个H桥都需要独立的直流电源供电，需要配置笨重的移相变压器和整流桥；对于MMC型逆变器，在低速变频驱动工况下存在子模块电压波动较大的问题。

有源中点钳位型(ANPC)拓扑结构弥补了二极管钳位型和电容钳位型多电平拓扑结构的不足，ANPC的三电平、五电平和七电平拓扑均只有一个母线中点，而且其中的多数开关器件的开关频率和输出基频保持一致，只有少部分器件工作在高频开关状态。既有利于简化控制算法，也有利于降低整个装置的总体损耗，提高装置变换效率。由此可见，多电平有源中点钳位逆变器在未来高压电力电子变换器领域具有广阔的应用前景。在有源中点钳位五电平、七电平和更高电平拓扑结构中，存在多个IGBT串联使用的问题。串联使用的多个IGBT需要同时导通和关断，对驱动脉冲的一致性要求非常高。串联使用的 IGBT器件本身也需要具有非常高的一致性，器件本身特性的微小差异，会引起串联使用的IGBT电压应力不均衡，进而会影响IGBT的使用寿命，严重情况下会直接造成IGBT过压击穿。由此可见，串联使用的IGBT是多电平有源中点钳位逆变器的一个薄弱点。

为了解决多电平有源中点钳位逆变器串联IGBT的均压问题，通常做法是采用RC(电阻和电容的组合)均压缓冲电路或者RCD(电阻、电容和二极管的组合)均压缓冲电路。如果采用RCD缓冲电路，需要在每个IGBT上均并联RCD缓冲电路。以有源中点钳位五电平拓扑为例，在每个桥臂上需要8个RCD缓冲电路。如果是有源中点钳位七电平拓扑，则每个桥臂需要12个RCD缓冲电路。这不但带来较大的成本压力，而且结构布局设置也会面临一定的困难。RCD缓冲电路还会带来一定的额外损耗，影响IGBT的开关动态过程。RCD缓冲电路在动态均压方面的效果也不够理想。

综上所述，在高压变频驱动和高压变配电领域，逆变器直流母线电压不断提高，尤其是在高铁电力牵引和舰船电力推进领域，高压逆变器有着强烈的应用需求。多电平有源中点钳位逆变器在未来高压电力电子变换器领域具有广阔的应用前景。串联使用的IGBT是多电平有源中点钳位逆变器的一个薄弱点。用于IGBT均压的传统RCD缓冲电路一方面会带来较大的成本压力和结构布局设置的困难，另一方面还会带来一定的额外损耗，影响IGBT的开关动态过程。RCD缓冲电路在动态均压方面的效果也不够理想。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种多电平有源中点钳位逆变器串联IGBT均压电路，简单可靠，而且具有优良的动静态均压效果。