ANPC型三电平逆变电路及其调制方法与流程

本发明主要涉及电子领域，尤其涉及一种anpc型三电平逆变电路及其调制方法。

背景技术：

1、相较于传统的二极管中点箝位型(neutral point clamped，npc)三电平逆变器，有源中点箝位型(active npc，anpc)拓扑使用全控性器件替代箝位二极管可产生冗余零电压状态，在换流过程中通过对这些冗余零电压状态的合理切换可调节功率器件的损耗分布，进而实现结温的平衡控制。现有技术中常用的控温方法主要为实时采集各个开关器件的温度，有针对性地选择合适的零电平输出状态，或者对开关器件的损耗建模得到与调制度和负载阻抗角或功率因数相关的分段函数，实时计算确定当前功率损耗最大的器件，再选择合适的零电平输出状态。

2、然而确定当前模组温度分布后再动态选择零电平输出状态这一做法存在技术上的不足：频繁地切换零电位对anpc型三电平逆变电路的开关时序逻辑有着严格的约束要求，处理不当会直接导致部分功率器件因电压应力过大而失效炸机。因此急需一种无需动态监测调整仍能维持anpc型三电平逆变电路温度均衡的调制方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种anpc型三电平逆变电路及其调制方法，无需动态监测调整仍能维持anpc型三电平逆变电路温度均衡。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种anpc型三电平逆变电路的调制方法，逆变电路包括三相桥臂，每一相桥臂分别包括六个开关器件，分别为第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件，第一开关器件和第五开关器件共用第一半桥模块，第四开关器件和第六开关器件共用第二半桥模块，第二开关器件和第三开关器件共用第三半桥模块，调制方法包括在总调制周期内交替实施第一调制模式和第二调制模式，第一调制模式、第二调制模式各自具有相同时长的工频调制周期，且总调制周期的时长为工频调制周期的时长的三倍；其中，第一调制模式包括控制六个开关器件中的四者在半个工频调制周期内处于高频导通关断状态；第二调制模式包括控制六个开关器件中的另外两者在一个工频调制周期内处于高频导通关断状态。

3、在本发明的一实施例中，调制方法包括在总调制周期中顺序采用第一调制模式、第二调制模式和第一调制模式。

4、在本发明的一实施例中，第一调制模式进一步包括在同一个工频调制周期内，控制第二开关器件和第三开关器件处于工频导通关断状态；并控制第一开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件在半个工频调制周期内处于高频导通关断状态、且在另外半个工频调制周期内处于工频导通关断状态。

5、在本发明的一实施例中，第一调制模式具体包括，在一个工频调制周期内：控制第二开关器件和第三开关器件处于工频导通关断状态；控制第一开关器件和第五开关器件在同一个工频调制周期中的前半个工频调制周期内处于高频导通关断状态、在后半个工频调制周期内处于工频导通关断状态；控制第四开关器件和第六开关器件在同一个工频调制周期中的后半个工频调制周期内处于高频导通关断状态、在前半个工频调制周期内处于工频导通关断状态。

6、在本发明的一实施例中，调制方法还包括：在第一开关器件和第五开关器件处于高频导通关断状态的前半个工频调制周期内，控制第二开关器件和第六开关器件处于导通状态、第三开关器件和第四开关器件处于关断状态；在第四开关器件和第六开关器件处于高频导通关断状态的后半个工频调制周期内，控制第三开关器件和第五开关器件处于导通状态、第一开关器件和第二开关器件处于关断状态。

7、在本发明的一实施例中，第二调制模式具体包括：控制第二开关器件和第三开关器件在同一个工频调制周期中处于高频导通关断状态；以及控制第一开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件在同一个工频调制周期中处于工频导通关断状态。

8、本发明还提供了一种anpc型三电平逆变电路，适用如前任一实施例的anpc型三电平逆变电路的调制方法，逆变电路包括三相桥臂，每一相桥臂分别包括六个开关器件，分别为第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件；其中，第一开关器件和第五开关器件共用第一半桥模块，第四开关器件和第六开关器件共用第二半桥模块，第二开关器件和第三开关器件共用第三半桥模块；逆变电路配置为采用调制方法，调制方法包括在总调制周期内交替实施第一调制模式和第二调制模式，且在第一调制模式中，六个开关器件中的四者在半个工频调制周期内处于高频导通关断状态，在第二调制模式中，六个开关器件中的另外两者在一个工频调制周期内处于高频导通关断状态。

9、在本发明的一实施例中，第一调制模式中开关器件的导通情况如下：同一个工频调制周期内，第二开关器件和第三开关器件处于工频导通关断状态，第一开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件在半个工频调制周期内处于高频导通关断状态、且在另外半个工频调制周期内处于工频导通关断状态。

10、在本发明的一实施例中，在同一个工频调制周期内，开关器件的导通情况如下：第二开关器件和第三开关器件处于工频导通关断状态；第一开关器件和第五开关器件在前半个工频调制周期内处于高频导通关断状态、后半个工频调制周期内处于工频导通关断状态；第四开关器件和第六开关器件在后半个工频调制周期内处于高频导通关断状态、前半个工频调制周期内处于工频导通关断状态。

11、在本发明的一实施例中，在一个工频调制周期内，开关器件的导通情况如下：在第一开关器件和第五开关器件处于高频导通关断状态的前半个工频调制周期内，第二开关器件和第六开关器件处于导通状态、第三开关器件和第四开关器件处于关断状态；在第四开关器件和第六开关器件处于高频导通关断状态的后半个工频调制周期内，第三开关器件和第五开关器件处于导通状态、第一开关器件和第二开关器件处于关断状态。

12、在本发明的一实施例中，第二调制模式中开关器件的导通情况如下：同一个工频调制周期内，第二开关器件和第三开关器件处于高频导通关断状态，第一开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件处于工频导通关断状态。

13、与现有技术相比，本发明所提供的调制方案无需实时监测部件各部分的温度、动态调整anpc型三电平逆变电路的零电平输出状态，仍能维持anpc型三电平逆变电路的温度均衡，克服了传统anpc型拓扑工作时各功率器件损耗不平衡的现象，降低了anpc型逆变器散热设计的难度，使得anpc型拓扑可以往更高功率密度变流器产品上推广应用。

技术特征：

1.一种anpc型三电平逆变电路的调制方法，所述逆变电路包括三相桥臂，每一相桥臂分别包括六个开关器件，分别为第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件，所述第一开关器件和所述第五开关器件共用第一半桥模块，所述第四开关器件和所述第六开关器件共用第二半桥模块，所述第二开关器件和所述第三开关器件共用第三半桥模块，其特征在于，所述调制方法包括在总调制周期内交替实施第一调制模式和第二调制模式，所述第一调制模式、第二调制模式各自具有相同时长的工频调制周期，且所述总调制周期的时长为所述工频调制周期的时长的三倍；其中，

2.如权利要求1所述的调制方法，其特征在于，包括在所述总调制周期中顺序采用所述第一调制模式、所述第二调制模式和所述第一调制模式。

3.如权利要求1所述的调制方法，其特征在于，所述第一调制模式进一步包括在同一个所述工频调制周期内，控制所述第二开关器件和所述第三开关器件处于工频导通关断状态；并控制所述第一开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件在半个所述工频调制周期内处于高频导通关断状态、且在另外半个所述工频调制周期内处于工频导通关断状态。

4.如权利要求3所述的调制方法，其特征在于，所述第一调制模式具体包括，在一个所述工频调制周期内：

5.如权利要求4所述的调制方法，其特征在于，还包括：

6.如权利要求3-5任一项所述的调制方法，其特征在于，所述第二调制模式具体包括：

7.一种anpc型三电平逆变电路，适用如权利要求1-6任一项所述的anpc型三电平逆变电路的调制方法，其特征在于，所述逆变电路包括三相桥臂，每一相桥臂分别包括六个开关器件，分别为第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件；其中，

8.如权利要求7所述的anpc型三电平逆变电路，其特征在于，所述第一调制模式中所述开关器件的导通情况如下：

9.如权利要求8所述的anpc型三电平逆变电路，其特征在于，在所述同一个所述工频调制周期内，所述开关器件的导通情况如下：

10.如权利要求9所述的anpc型三电平逆变电路，其特征在于，在一个所述工频调制周期内，所述开关器件的导通情况如下：

11.如权利要求8-10任一项所述的anpc型三电平逆变电路，其特征在于，所述第二调制模式中所述开关器件的导通情况如下：

技术总结
本发明提供了一种ANPC型三电平逆变电路及其调制方法。其中ANPC型三电平逆变电路包括三相桥臂，每一相桥臂分别包括六个开关器件；调制方法包括在总调制周期内交替实施第一调制模式和第二调制模式，第一调制模式、第二调制模式各自具有相同时长的工频调制周期，且总调制周期的时长为工频调制周期的时长的三倍；其中，第一调制模式包括控制六个开关器件中的其中四者在半个工频调制周期内处于高频导通关断状态；第二调制模式包括控制六个开关器件中的另外两者在一个工频调制周期内处于高频导通关断状态。本发明的ANPC型三电平逆变电路及其调制方法无需实时监测温度、动态调整零电平输出状态，仍能维持ANPC型三电平逆变电路的温度均衡，降低了散热设计的难度。

技术研发人员：张志,郑照红,赵德勇,胡期峰,邵明
受保护的技术使用者：江苏天合清特电气有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15