[发明专利]MOS与IGBT混合串联逆变电路及其控制方法

说明书

本发明提供了一种MOS与IGBT混合串联逆变电路及其控制方法，在工作的过程中，一个所述全桥开关支路中的所述第一开关组经所述交流侧电路与另一个所述全桥开关支路中的所述第二开关组以及所述直流电源串联，构成一个混合串联逆变电路，故而整个电路工作时，通过控制开关的通断让两个混合串联逆变电路交替工作，输出交流电。另外，在一个混合串联逆变电路工作的时候，所述第一开关组中的所述SiC‑MOS管相对于所述第二开关组中的所述第一IGBT管滞后导通、超前关断。通过将传统电路中的部分Si‑IGBT管替换为SiC‑MOS管，并结合相匹配的开关时序，以实现降低逆变电路的开关损耗，提升整体开关频率，优化整机效率，降低电感体积、控制成本的目的。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种MOS与IGBT混合串联逆变电路及其控制方法。

背景技术

硅基绝缘栅双极型晶体管(Si-IGBT管)是一种非常重要的功率半导体元件，它在大电流等级下导通损耗低且器件成本低，因此广泛应用于大功率等级的设备中如中压电机驱动、电动汽车牵引逆变器及风光并网逆变器。然而由于Si-IGBT管的开关时间较长，且在关断时会产生较大的拖尾电流导致较大关断损耗。为避免开关损耗过大，Si-IGBT管的开关频率普遍控制在20kHz～40kHz。减小Si-IGBT管器件的开关损耗，不仅可以提升逆变电路效率，也可以增加逆变电路的开关频率，以缩小功率电感体积，缩小产品体积，降低产品成本。

在相同的纹波电流下，电感感量与开关频率成反比，因此提高开关频率可以减小电感体积，从而优化产品体积缩减成本。对于Si-IGBT管，由于Si-IGBT管的开关时间较长，开关损耗较大，但直接提升频率也会导致开关损耗显著上升。

目前碳化硅器件以其较快的开关速度与恢复特性，较低的导通损耗，在各型功率变换电路中的使用范围不断扩展。其中SiC-MOS管(SiC-MOS)，以其更短的开关时间，对Vds更高的耐受度，更小的开关损耗被用于各类型的电源变换器当中。甚至开始逐步取代原有的Si-IGBT管元件。但是目前SiC-MOS亦存在一些缺点：1、SiC-MOS的价格较为昂贵，与Si-IGBT管同等规格的SiC-MOS的成本约为Si-IGBT管的3-5倍甚至更高。且SiC-MOS对驱动有更高要求，若直接使用SiC-MOS直接替换原有电路中全部的Si-IGBT管将会导致成本剧增，降低经济收益。2、SiC-MOS的导通损耗随着电流提升而增长的速度更快。因此对于近似规格的SiC-MOS和Si-IGBT管，在大电流的工况下，相近价位与器件等级的Si-IGBT管拥有更好的效率表现。因此全SiC-MOS组成的逆变电路，在大电流工作情况下效率下降明显。3、现有SiC-MOS的寄生二极管的性能较差，导通压降较大。因此通过SiC-MOS的寄生二极管进行续流将会产生较大的导通损耗，因此对续流时的死区控制提出更高要求，增加了续流损耗。

发明内容

本发明所要解决的问题是如何在尽可能少的SICMOS管替代Si-IGBT管，以达到降低开关损耗、提升频率、控制成本的目的。

为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种MOS与IGBT混合串联逆变电路，包括：

直流侧电路和交流侧电路；

所述直流侧电路包括直流电源以及两个全桥开关支路；两个所述全桥开关支路的两端相连，且两个所述全桥开关支路相连的两端分别与所述直流电源的两端相连；

所述全桥开关支路包括第一开关组和第二开关组，所述第一开关组的一端与所述第二开关组的一端相连；其中，所述第一开关组包括SiC-MOS管，所述第二开关组包括第一IGBT管；

所述交流侧电路的两端分别与两个所述全桥开关支路电性连接，且连接点位于所述第一开关组和所述第二开关组之间；其中，一个所述全桥开关支路中的所述第一开关组经所述交流侧电路与另一个所述全桥开关支路中的所述第二开关组以及所述直流电源串联，构成一个混合串联逆变电路；