三电平逆变器拓扑,I型和T型电路详解-KIA MOS管

三电平逆变器原理

三电(dian)平逆变(bian)器是(shi)通过控制开(kai)关器件输出三种(zhong)电(dian)平（+Vdc/2、0、-Vdc/2）的电(dian)力电(dian)子装置，通过多电(dian)平输出减少谐(xie)波畸变(bian)并降低开(kai)关器件承受的电(dian)压(ya)应力。

三(san)电(dian)(dian)平逆(ni)变(bian)器(qi)拓扑，在两个电(dian)(dian)力电(dian)(dian)子开关器(qi)件串(chuan)联的(de)(de)基(ji)础上(shang)，中性点加一对箝(qian)位二极(ji)管的(de)(de)三(san)电(dian)(dian)平逆(ni)变(bian)器(qi)，又称(cheng)为中性点箝(qian)位型（Neutral Point Clamped，简称(cheng)NPC）。

三电平逆变I型和T型电路

如(ru)图所示的两种三(san)电平电路(lu)图，为(wei)了区分这两种电路(lu)，根据四个开关管在(zai)线路(lu)图中的的排列(lie)方式，前者称(cheng)为(wei)I字型，后者称(cheng)为(wei)T字型。

三电(dian)平电(dian)路与(yu)普通的(de)(de)半桥电(dian)路相比，因为具有(you)了中点(dian)续流的(de)(de)能力，所以对改善输(shu)出纹波，降(jiang)低损(sun)耗都有(you)很好(hao)的(de)(de)效果。

三电平“I“字形电路示意图

三(san)电平(ping)“T“字形(xing)电路示意图

两种电路分析

开关管(guan)耐压规格的(de)比较：

从波形(xing)图中可以看(kan)出，理论(lun)上(shang)I字型(xing)(xing)电路开关管的(de)最大电压为1Vbus；T字型(xing)(xing)电路Q1,Q4开关管的(de)反向电压最大2Vbus。因(yin)此，看(kan)起来，从开关管耐压角度，I字型(xing)(xing)要优于T字型(xing)(xing)。

然而在实际上，对(dui)于I字型电(dian)路(lu)，当两个开(kai)关(guan)(guan)(guan)管的电(dian)压串联承(cheng)受2倍bus电(dian)压时，由于元件本(ben)身的差(cha)异，两个开(kai)关(guan)(guan)(guan)管承(cheng)受的的电(dian)压不(bu)可(ke)能完全相同，因此，为(wei)了保证开(kai)关(guan)(guan)(guan)管的安全工作，I字型电(dian)路(lu)中开(kai)关(guan)(guan)(guan)管也应按照承(cheng)受2倍BUS电(dian)压去设(she)计。

所以，从实(shi)际角度出(chu)发(fa)，在开关(guan)耐压(ya)的选择上，I字型电路并(bing)没有太大优势。

损耗的比较

这里的(de)损(sun)耗主要是指，四个开(kai)关管(guan)，及二极管(guan)开(kai)关和导通损(sun)耗。

因为损耗与(yu)电(dian)流的(de)流通路径密切相关(guan)，所以按(an)照电(dian)流的(de)流经路径，分成(cheng)六种状态。

i.

正bus供(gong)电状态，

A, I字型电(dian)(dian)路中(zhong)，电(dian)(dian)流(liu)由(you)+BUS,经Q1,Q2供电(dian)(dian)。

其(qi)损(sun)耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On Loss_Q2_On

B, T字(zi)型电(dian)路(lu)中，电(dian)流由+BUS经Q1供(gong)电(dian)

其损(sun)耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On

比较：此状态下，通过波形图中可(ke)以(yi)看出Loss_Q1_turnon&turnoff相差(cha)不多，但I字型电路比T字型电路多一个(ge)Q2的导通损耗。

ii.

负bus供(gong)电(dian)状态

A, I字型电(dian)路中，电(dian)流方向由电(dian)感,经Q3,Q4至负bus。

其损耗(hao)包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_On

B, T字型电(dian)(dian)路中，电(dian)(dian)流方向由(you)电(dian)(dian)感,经Q4至负bus

其损耗(hao)包括(kuo)Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q4_On

比较(jiao)：此状(zhuang)态下，I字型电路比T字型电路多一个Q3的导通损(sun)耗。

iii.

正(zheng)BUS续流状(zhuang)态(tai)

A, I字型电路(lu)中，电流方向(xiang)由电感经Q1diode,Q2diode至(zhi)正(zheng)bus。

其(qi)损(sun)耗(hao)包(bao)括 Loss_Q1diode_turnon&;turnoff&on

Loss_Q2diode__turnon&turnoff&on

B, T字型(xing)电(dian)(dian)路中(zhong)，电(dian)(dian)流方(fang)向由电(dian)(dian)感经Q1diode至正bus。

其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on

比(bi)较：此状态下(xia)，I字(zi)型(xing)电(dian)路比(bi)T字(zi)型(xing)电(dian)路多(duo)一个Q2的导通损(sun)耗。

iv.

负bus续(xu)流状态

A, I字型电(dian)路(lu)中，电(dian)流(liu)方向(xiang)由(you)负bus经(jing)Q1diode,Q2diode至电(dian)感。

其损耗包(bao)括 Loss_Q3diode_turnon&turnoff&on

Loss_Q4diode__turnon&turnoff&on

B, T字型(xing)电路中，电流方(fang)向(xiang)由负bus经Q1diode至(zhi)电感(gan)。

其损(sun)耗(hao)包括(kuo) Loss_Q4diode_turnon&turnoff&on

比较(jiao)：此状态下，一字型电(dian)路比T字型电(dian)路多一个(ge)Q3的(de)导通损耗(hao)。

v.

中点续流iL>0状态

A，I字型电路中(zhong)，电流由GND，经DI，Q2至电感。

其损耗包括Loss_DI Loss_Q2

B，T字型电(dian)路中，电(dian)流由GND，经(jing)Q2，Q3diode至电(dian)感。

其损耗(hao)包(bao)括Loss_Q2 Loss_Q3diode

比较：此状(zhuang)态下(xia)，两种电路损耗接近。

vi.

中点(dian)续流iL<0状态

A，I字型电(dian)(dian)路中，电(dian)(dian)流由电(dian)(dian)感，经Q3，D2至(zhi)GND。

其(qi)损(sun)耗(hao)包(bao)括Loss_Q3 Loss_D2

B, T字型电(dian)路中，电(dian)流由电(dian)感，经Q3，Q2diode至GND。

其损(sun)耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode

比较：此状态(tai)下，两(liang)种电(dian)路损耗接近。

结论(lun)：通(tong)过(guo)以上比较可以看出(chu)，除(chu)了中点续流状(zhuang)态，其(qi)他状(zhuang)态下T型电路(lu)的损耗都优(you)于I字型电路(lu)。

从拓扑(pu)结(jie)构图中，很(hen)容(rong)易可以看出T型(xing)电路要比I字型(xing)电路少(shao)两个Diode，这对于(yu)减(jian)少(shao)空间有好处。

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