一种三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法技术

本发明专利技术公开了一种三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法，方法是采用高频调制信号驱动功率器件的PWM驱动信号；零电平续流开始时，先使用1条短续流路径强迫换流，后再额外开通1条续流路径，均衡损耗；零电平续流结束时，先关断额外开通的续流路径，迫使电流重新从短续流路径续流；输出正/负电平时，适时开通箝位管，对两串联承压开关管进行可靠的双向箝位。调制方式一方面优化了零电平续流方式及续流回路，降低了功率器件开关损耗，均衡了整流、逆变及四象限运行时各种工况下功率器件的损耗分布，另一方面可靠箝位承压功率器件实现均压的优势，具有结构简单、实现方案灵活、功率变换效率高、四象限运行损耗均衡的特点。象限运行损耗均衡的特点。象限运行损耗均衡的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，涉及ANPC功率电路拓扑的一种PWM调制技术，特别涉及一种三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法。

技术介绍

[0002]得益于电力电子技术的高速发展，多电平技术得到了越来越广泛的应用，其中二极管箝位型(NPC)三电平技术是低压(3kV以下)应用中使用最为普遍的一种电力电子功率变换技术。这种结构可以不使用变压器，结构更加紧凑、成本较低，但是这种结构存在功率器件(主要是指IGBT)损耗不均衡的问题，限制了系统容量的提升，而且考虑到成本等因素，功率器件集成化程度很高，损耗一旦不均衡就会严重影响系统的稳定性。
[0003]为了解决这个问题，有源中点箝位(ANPC)型三电平技术近些年得到了越来越多的关注和应用，这种结构可以实现功率器件损耗的均衡，有很大的优势。
[0004]目前针对ANPC三电平技术的应用，主要集中在新能源领域，其PWM调制方法仅需考虑逆变应用下的损耗均衡即可，较少考虑整流及四象限条件下的应用。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
的阐述，本专利技术提供一种三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法，本专利技术是基于三电平拓扑ANPC在四象限条件下运行时可有效均衡各功率器件损耗的PWM调制方法，有效解决在四象限运行条件下各功率器件损耗均衡的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法，包括以下步骤：/>[0008]采用高频调制信号驱动功率器件的PWM驱动信号；
[0009]零电平续流开始时，先使用一条短续流路径强迫换流，后再额外开通一条续流路径，均衡损耗；
[0010]零电平续流结束时，先关断额外开通的续流路径，迫使电流重新从短续流路径续流；
[0011]输出正/负电平时，适时开通箝位管，对两串联承压开关管进行可靠的双向箝位。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述的三电平拓扑ANPC包括六个功率器件，六个功率器件分别包括开关管G1和二极管D1、开关管G2和二极管D2，开关管G3和二极管D3、开关管G4和二极管D4，开关管G5和二极管D5、开关管G6和二极管D6。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，零电平续流开始，开关管G1/开关管G4管关断后延迟一个死区时间T1，先开通开关管G5、开关管G6，当电流流过二极管D2、二极管D1向正母线续流时迫使续流路径由二极管D2、二极管D1管变为二极管D2、开关管G5管，向中性点续流；当电流流过二极管D4、二极管D3向负母线续流时迫使续流路径由二极管D4、二极管D3管变为开关管G6、二极管D3管，向中性点续流；然后再延迟一个死区时间T2开通开关管G2、开关管G3管，额外开通二极管D5、开关管G2，开关管G3、二极管D6两个续流回路。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，零电平续流结束时，先关断开关管G2、开关管G3管，延迟一个死区时间T3后再关断开关管G5、开关管G6管，再延迟一个死区时间T4后再开通开关管G1/开关管G4管，退出零电平续流状态。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述输出正/负电平时，在开关管G1/开关管G4管导通之后延迟一个死区时间T1开通开关管G6/开关管G5管，对开关管G3、开关管G4/开关管G1、开关管G2管进行均压箝位；在开关管G1/开关管G4管关断前提前一个死区时间T4关断开关管G6/开关管G5管。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述高频调制信号频率为6kHz～20kHz。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述三电平拓扑ANPC包括两个电容和多个功率器件；两个串联的两个电容串联设置在直流侧；功率器件包括开关管及其反并联二极管；
[0018]其中，第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件和第四功率器件依次串联，第一功率器件与第一电容正极端连接，第四功率器件与第二电容负极端连接；
[0019]第五功率器件和第六功率器件并联，第五功率器件和第六功率器件的中点连接两个电容中点，第五功率器件和第六功率器件分别连接第一功率器件和第二功率器件的中点、第三功率器件和第四功率器件的中点；
[0020]第二功率器件和第三功率器件中点连接输出点AC端。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述功率器件为IGBT或MOSFET。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术的方法考虑四象限运行的工况，优化了零电平续流方式及续流回路，降低了功率器件的开关损耗，均衡了四象限运行电压电流不同相位时功率器件的损耗分布，输出正/负电平时开通箝位管，可靠地对承压串联功率器件进行双向均压，具有结构简单、实现方案灵活、功率变换效率高、四象限运行时功率器件损耗均衡的特点。
[0024]本专利技术三电平有源中点箝位(ANPC)功率电路拓扑，具备四象限运行能力的功率器件驱动PWM信号调制方法。该调制方法所有功率器件全部使用高频调制信号驱动，零电平状态下续流时，先开通开关管G5、开关管G6管，采用短续流路径，降低了功率器件的开关损耗，提高了效率；再开通开关管G2、开关管G3管，额外再开通1条零电平续流回路，不同功率器件的损耗得到了较好的均衡。输出正/负电平时，适时导通开关管G6/开关管G5管，可靠箝位开关管G3、开关管G4/开关管G1、开关管G2所承受的电压。所述调制方法相较于目前得到较多应用的其它调制方式，一方面优化了零电平续流方式及续流回路，降低了功率器件开关损耗，均衡了整流、逆变及四象限运行时各种工况下功率器件的损耗分布，另一方面保留了三电平拓扑ANPC输出正/负电平时开关管G5、开关管G6管导通，可靠箝位承压功率器件实现均压的优势，具有结构简单、实现方案灵活、功率变换效率高、四象限运行损耗均衡的特点。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是ANPC三电平功率电路拓扑示意图；
[0027]图2是零电平续流示意图；
[0028]图3是正/负电平有源箝位示意图；(a)为正电平有源箝位，(b)为负电平有源箝位；
[0029]图4是功率器件PWM调制信号示意图；
[0030]图5是调制信号死区示意图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]如图1所示，一种三电平拓扑ANPC，包括两个电容和多个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法，其特征在于，包括以下步骤：采用高频调制信号驱动功率器件的PWM驱动信号；零电平续流开始时，先使用一条短续流路径强迫换流，后再额外开通一条续流路径，均衡损耗；零电平续流结束时，先关断额外开通的续流路径，迫使电流重新从短续流路径续流；输出正/负电平时，适时开通箝位管，对两串联承压开关管进行可靠的双向箝位。2.根据权利要求1所述的三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法，其特征在于，所述的三电平拓扑ANPC包括六个功率器件，六个功率器件分别包括开关管G1和二极管D1、开关管G2和二极管D2，开关管G3和二极管D3、开关管G4和二极管D4，开关管G5和二极管D5、开关管G6和二极管D6。3.根据权利要求2所述的三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法，其特征在于，零电平续流开始，开关管G1/开关管G4管关断后延迟一个死区时间T1，先开通开关管G5、开关管G6，当电流流过二极管D2、二极管D1向正母线续流时迫使续流路径由二极管D2、二极管D1管变为二极管D2、开关管G5管，向中性点续流；当电流流过二极管D4、二极管D3向负母线续流时迫使续流路径由二极管D4、二极管D3管变为开关管G6、二极管D3管，向中性点续流；然后再延迟一个死区时间T2开通开关管G2、开关管G3管，额外开通二极管D5、开关管G2，开关管G3、二极管D6两个续流回路。4.根据权利要求2所述的三电平拓扑ANPC四象限运行调制方法，其特征在于，零电平续流结束时，先关断开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永奎，曹立航，张新涛，
申请(专利权)人：西安奇点能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：