三電平逆變器拓撲,I型和T型電路詳解-KIA MOS管

三電平逆變器原理

三電平逆變器是通過控制開關器件輸出三種電平（+Vdc/2、0、-Vdc/2）的電力電子裝置，通過多電平輸出減少諧波畸變并降低開關器件承受的電壓應力。

三電平逆變器拓撲，在兩個電力電子開關器件串聯(lián)的基礎上，中性點加一對箝位二極管的三電平逆變器，又稱為中性點箝位型（Neutral Point Clamped，簡稱NPC）。

三電平逆變I型和T型電路

如圖所示的兩種三電平電路圖，為了區(qū)分這兩種電路，根據(jù)四個開關管在線路圖中的的排列方式，前者稱為I字型，后者稱為T字型。

三電平電路與普通的半橋電路相比，因為具有了中點續(xù)流的能力，所以對改善輸出紋波，降低損耗都有很好的效果。

三電平“I“字形電路示意圖

三電平“T“字形電路示意圖

兩種電路分析

開關管耐壓規(guī)格的比較：

從波形圖中可以看出，理論上I字型電路開關管的最大電壓為1Vbus；T字型電路Q1,Q4開關管的反向電壓最大2Vbus。因此，看起來，從開關管耐壓角度，I字型要優(yōu)于T字型。

然而在實際上，對于I字型電路，當兩個開關管的電壓串聯(lián)承受2倍bus電壓時，由于元件本身的差異，兩個開關管承受的的電壓不可能完全相同，因此，為了保證開關管的安全工作，I字型電路中開關管也應按照承受2倍BUS電壓去設計。

所以，從實際角度出發(fā)，在開關耐壓的選擇上，I字型電路并沒有太大優(yōu)勢。

損耗的比較

這里的損耗主要是指，四個開關管，及二極管開關和導通損耗。

因為損耗與電流的流通路徑密切相關，所以按照電流的流經(jīng)路徑，分成六種狀態(tài)。

i.

正bus供電狀態(tài)，

A, I字型電路中，電流由+BUS,經(jīng)Q1,Q2供電。

其損耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On Loss_Q2_On

B, T字型電路中，電流由+BUS經(jīng)Q1供電

其損耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On

比較：此狀態(tài)下，通過波形圖中可以看出Loss_Q1_turnon&turnoff相差不多，但I字型電路比T字型電路多一個Q2的導通損耗。

ii.

負bus供電狀態(tài)

A, I字型電路中，電流方向由電感,經(jīng)Q3,Q4至負bus。

其損耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_On

B, T字型電路中，電流方向由電感,經(jīng)Q4至負bus

其損耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q4_On

比較：此狀態(tài)下，I字型電路比T字型電路多一個Q3的導通損耗。

iii.

正BUS續(xù)流狀態(tài)

A, I字型電路中，電流方向由電感經(jīng)Q1diode,Q2diode至正bus。

其損耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on

Loss_Q2diode__turnon&turnoff&on

B, T字型電路中，電流方向由電感經(jīng)Q1diode至正bus。

其損耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on

比較：此狀態(tài)下，I字型電路比T字型電路多一個Q2的導通損耗。

iv.

負bus續(xù)流狀態(tài)

A, I字型電路中，電流方向由負bus經(jīng)Q1diode,Q2diode至電感。

其損耗包括 Loss_Q3diode_turnon&turnoff&on

Loss_Q4diode__turnon&turnoff&on

B, T字型電路中，電流方向由負bus經(jīng)Q1diode至電感。

其損耗包括 Loss_Q4diode_turnon&turnoff&on

比較：此狀態(tài)下，一字型電路比T字型電路多一個Q3的導通損耗。

v.

中點續(xù)流iL>0狀態(tài)

A，I字型電路中，電流由GND，經(jīng)DI，Q2至電感。

其損耗包括Loss_DI Loss_Q2

B，T字型電路中，電流由GND，經(jīng)Q2，Q3diode至電感。

其損耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode

比較：此狀態(tài)下，兩種電路損耗接近。

vi.

中點續(xù)流iL<0狀態(tài)

A，I字型電路中，電流由電感，經(jīng)Q3，D2至GND。

其損耗包括Loss_Q3 Loss_D2

B, T字型電路中，電流由電感，經(jīng)Q3，Q2diode至GND。

其損耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode

比較：此狀態(tài)下，兩種電路損耗接近。

結論：通過以上比較可以看出，除了中點續(xù)流狀態(tài)，其他狀態(tài)下T型電路的損耗都優(yōu)于I字型電路。

從拓撲結構圖中，很容易可以看出T型電路要比I字型電路少兩個Diode，這對于減少空間有好處。

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