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如何分清三电平正弦波逆变器的“I”字型和“T”字型电路?

IGBT模块三电平正弦波逆变器“I”字型和“T”字型电路的比较剖析
摘要:随着太阳能、UPS技能的不断发展和市场的不断扩大,对正弦波逆变器功率的要求也越来越被制造商所注重,因而三电平的拓扑结构便应运而生。众所周知,与传统两电平结构比较,三电平结构除了使单个IGBT阻断电压折半之外,还具有谐波小、损耗低、功率高等优势。本文主要是现有的三电平研讨的基础上,对”I”字型和”T”字型电路的波形了进行剖析,并在波形剖析的基础上,对开关管的标准选取,损耗等方面进行了剖析和比较,终究选取一种合适的三电平电路。文章来源:http://www.igbt8.com/bl/239.html
一、三电平电路示意图
目前针对IGBT模块三电平拓扑结构有很多种,最常见的两种拓扑结构为三电平“I”型和三电平“T”型,接下来会对这两种结构从不同方面进行剖析。
       如图1,2所示的两种三电平电路图,为了区别这两种电路,依据四个IGBT开关管在线路图中的的摆放方法,我们将前者成为I字型,后者称为T字型。
       三电平电路与一般的半桥电路比较,由于具有了中点续流的才能,所以对改善输出纹波,下降损耗都有很好的效果。

正弦波逆变器三电平“1“字形电路示意图

图1. 正弦波逆变器三电平“1“字形电路示意图
正弦波逆变器三电平“T“字形电路示意图

图2. 正弦波逆变器三电平“T“字形电路示意图
二、两种电路的波形剖析
为了对两种电路的损耗和标准进行比较,本文描绘了两种电路的波形,如图3、图4所示。
以下是对波形图的部分阐明。
1.波形图假定正负bus持平,且各个元件均假定为抱负元件。
2.驱动信号的方法
对两种电路,为剖析便利本文挑选相同的驱动信号波形,驱动信号的详细控制方法来自于参阅文献[1][2],如图中所示,其间Q1,Q3一组PWM(有死区时刻),Q2,Q4 一组PWM(有死区时刻),别的Q1,Q4之间也含死区时刻。
3.波形图中假定电感电流iL相同,且涵盖了一切电流状况的几种状况(参阅下文,图中也有标识)。
4.VL表明电感与开关管相连点的电压,波形图中能够看出,两种电路此点电压波形是相同的。
5.VL的高电平值都为1倍Vbus,其他电平数值按高度比例以此为参阅。

正弦波逆变器 1字型三电平电路波形剖析及原理

图3,正弦波逆变器 1字型三电平电路波形剖析及原理
正弦波逆变器T字型三电平电路波形

图4,正弦波逆变器T字型三电平电路波形
三电平正弦波逆变器输出波形图

三电平正弦波逆变器输出波形图
三,两种电路的比较
1,开关管耐压标准的比较:
三电平I型电路中,4个IGBT管均接受相同的电压,而T型Q1&Q4管接受两倍的电压。比如,若直流母线为600V时,I型4个IGBT管阻断电压为600V/650V, 而T型Q1&Q4管为1200V.1200V的IGBT芯片比600V/650V芯片有更大的开关损耗及导通损耗,这意味着芯片的发热更大,需求更多的硅芯片。而硅芯片的添加,本钱也必定随之添加。
但是在实践上,关于I型电路,当两个开关管的电压串联接受2倍BUS电压时,由于元件自身的差异,两个开关管接受的的电压不可能完全相同,因而,为了确保开关管的安全工作,I型电路中开关管也应依照接受2倍BUS电压去规划。所以,从实践视点出发,在开关耐压的挑选上,1字型电路并没有太大优势。
2,损耗的比较
这儿的损耗主要是指,四个开关管,及二极管开关和导通损耗。
由于损耗与电流的流通途径密切相关,所以依照电流的流经途径,分红六种状况,依照不同的颜色,已表明在图3、4中,请参阅。
i.正bus供电状况,
A, 1字型电路中,电流由+BUS,经Q1,Q2供电。
其损耗包含Loss_Q1_turnon&turnoffLoss_Q1_On Loss_Q2_On
B, T字型电路中,电流由+BUS经Q1供电
其损耗包含Loss_Q1_turnon&turnoffLoss_Q1_On
比较:此状况下,经过波形图中能够看出Loss_Q1_turnon&turnoff相差不多,但1字型电路比T字型电路多一个Q2的导通损耗。
ii.负bus供电状况
A, 1字型电路中,电流方向由电感,经Q3,Q4至负bus。
其损耗包含Loss_Q4_turnon&turnoffLoss_Q3_On Loss_Q4_On
B, T字型电路中,电流方向由电感,经Q4至负bus
其损耗包含Loss_Q4_turnon&turnoffLoss_Q4_On
比较:此状况下,1字型电路比T字型电路多一个Q3的导通损耗。
iii.正BUS续流状况
A, 1字型电路中,电流方向由电感经Q1diode,Q2diode至正bus。
其损耗包含Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on
Loss_Q2diode__turnon&turnoff&on
B, T字型电路中,电流方向由电感经Q1diode至正bus。
其损耗包含Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on
比较:此状况下,1字型电路比T字型电路多一个Q2的导通损耗。
iv.负bus续流状况
A, 1字型电路中,电流方向由负bus经Q1diode,Q2diode至电感。
其损耗包含Loss_Q3diode_turnon&turnoff&on
Loss_Q4diode__turnon&turnoff&on
B, T字型电路中,电流方向由负bus经Q1diode至电感。
其损耗包含Loss_Q4diode_turnon&turnoff&on
比较:此状况下,一字型电路比T字型电路多一个Q3的导通损耗。
v.中点续流iL>0状况
A,1字型电路中,电流由GND,经D1,Q2至电感。
其损耗包含Loss_D1 Loss_Q2
B,T字型电路中,电流由GND,经Q2,Q3diode至电感。
其损耗包含Loss_Q2 Loss_Q3diode
比较:此状况下,两种电路损耗挨近。
vi.中点续流iL<0状况
A,1字型电路中,电流由电感,经Q3,D2至GND。
其损耗包含Loss_Q3 Loss_D2
B, T字型电路中,电流由电感,经Q3,Q2diode至GND。
其损耗包含Loss_Q2 Loss_Q3diode
比较:此状况下,两种电路损耗挨近。
定论:经过以上比较能够看出,除了中点续流状况,其他状况下T型电路的损耗都优于1字型电路。
3,元件数量的比较
从拓扑结构图中,很简单能够看出T型电路要比1字型电路少两个Diode,这关于削减空间有优点。
4.控制时序不同
三电平I型需先关断外管Q1/Q4,再关断内管Q2/Q3,避免母线电压加在外管上导致损坏;而T型则无时序上的要求。别的,关于I型拓扑,在驱动规划时需求有4个独立电源;而关于T型共发射极拓扑,只需求3个独立电源。
 I型与T型损耗有所差异,在功率因数挨近1时,开关频率增大(>16KHz),三电平I型(600V)损耗更低,功率更高;而开关频率削减时(<16KHz),三电平T型(1200V)损耗更低,功率更高。所以在规划正弦波逆变器体系的时分,应依据不同的开关频率去挑选一种功率高的拓扑结构。
5.换流途径不同
      在T型拓扑中,外管与内管之间的变换途径均为共同;而在I型拓扑中,换流途径有所不同,分为短换流途径与长换流途径,所以用分立模块做三电平I型拓扑时,必须要注意其杂散电感与电压尖峰的问题。
四,定论:
经过本文的剖析能够看出,T字型和1字型三电平电路比较,耐压方面理论上1字型电路优于T字型电路,但是从实践使用视点剖析,二者相差不大;损耗方面,T字型要优于1字型;元件数量方面,T字型少两个Diode。
因而,依照本文的剖析,在较小损耗和减小空间方面,T字型电路会比较有利。

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