逆變三電平I型和T型電路的比較分析

分類：研討培訓日期：2012-06-19 00:00:00 來源：西部工控網

　　隨著太陽能、UPS技術的不斷發展和市場的不斷擴大，對逆變器效率的要求也越來越被制造商所重視，因此三電平的拓撲結構便應運而生。眾所周知，與傳統兩電平結構相比，三電平結構除了使單個IGBT阻斷電壓減半之外，還具有諧波小、損耗低、效率高等優勢。

　　目前針對三電平拓撲結構有很多種，最常見的兩種拓撲結構為三電平“I”型和三電平“T”型，接下來會對這兩種結構從不同方面進行分析。

　　三電平電路示意圖

　　如圖1，2所示的兩種三電平電路圖，為了區分這兩種電路，根據四個開關管在線路圖中的的排列方式，我們將前者成為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，因為具有了中點續流的能力，所以對改善輸出紋波，降低損耗都有很好的效果。

　　圖1. 三電平“1“字形電路示意圖

　　圖2. 三電平“T“字形電路示意圖

　　兩種電路的分析

　　1.芯片阻斷電壓不同

　　三電平I型電路中，4個IGBT管均承受相同的電壓，而T型Q1&Q4管承受兩倍的電壓。比如，若直流母線為600V時，I型4個IGBT管阻斷電壓為600V/650V, 而T型Q1&Q4管為1200V. 1200V的IGBT芯片比600V/650V芯片有更大的開關損耗及導通損耗，這意味著芯片的發熱更大，需要更多的硅芯片。而硅芯片的增加，成本也必然隨之增加。

　　然而在實際上，對于I型電路，當兩個開關管的電壓串聯承受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，在開關耐壓的選擇上，I型電路并沒有太大優勢。

　　2.元件數量不同

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

　　3.控制時序不同

　　三電平I型需先關斷外管Q1/Q4,再關斷內管Q2/Q3,防止母線電壓加在外管上導致損壞;而T型則無時序上的要求。另外，對于I型拓撲，在驅動設計時需要有4個獨立電源;而對于T型共發射極拓撲，只需要3個獨立電源。

　　4.不同開關頻率下效率不同

　　I型與T型損耗有所差異，在功率因數接近1時，開關頻率增大(>16KHz),三電平I型(600V)損耗更低，效率更高;而開關頻率減少時(<16KHz)，三電平T型(1200V)損耗更低，效率更高。所以在設計逆變器系統的時候，應根據不同的開關頻率去選擇一種效率高的拓撲結構。

　　5.換流路徑不同

　　在T型拓撲中，外管與內管之間的轉換路徑均為一致;而在I型拓撲中，換流路徑有所不同，分為短換流路徑與長換流路徑，所以用分立模塊做三電平I型拓撲時，必須要注意其雜散電感與電壓尖峰的問題。

　　綜上所述，三電平I型與T型互有優勢, 通過本文的分析可以看出，T型和I型三電平電路比較，耐壓方面理論上I型電路優于T型電路，然而從實際應用角度分析，二者相差不大;損耗方面，T型要優于I型;元件數量方面，T型少兩個Diode。因此，按照本文的分析，在較小損耗和減小空間方面，T型電路會比較有利;賽米控針對市場上不同的需求，同時可以給客戶提供兩種不同拓撲結構的三電平模塊。

　　賽米控相關產品系列

　　對于三電平I型模塊，賽米控推出了SEMITOP、MINISKIIP、SEMITRANS、SKIM產品系列. 該模塊將IGBT技術與較低開關和傳導損耗結合，可用于功率等級為5-80KVA的逆變器。其中SEMITOP、MINISKIIP、SKIM采用了SKIIP技術，無銅底板的功率模塊使芯片到散熱器的熱阻更低，同時具有結構緊湊、安裝方便的優勢。