一种异质功率器件T型五电平电压源型变换系统技术方案

本发明专利技术公开了一种异质功率器件T型五电平电压源型变换系统，涉及电力电子变换技术领域。本发明专利技术包括基础单元，包括电容组件、碳化晶体管组件和硅基晶体管组件。本发明专利技术的有益效果：本异质功率器件T型五电平电压源型变换装置采用硅基器件和碳化硅基器件混合应用实现不同材料器件扬长避短，平衡成本和效能，同时本装置包含第三电容器和第四电容器两端的电压为直流母线电压的1/2，第一电容器和第二电容器两端的电压为直流母线电压的1/4，则每个硅基绝缘栅双极晶体管和每个碳化硅基场效晶体管承受的电压均为直流母线电压的1/4，所用电容器的数量少，不需箝位二极管，结构简单、控制灵活。制灵活。制灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种异质功率器件T型五电平电压源型变换系统


[0001]本专利技术涉及电力电子变换
，特别是一种异质功率器件T型五电平电压源型变换系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着电力电子技术和控制技术的全面发展，电力电子装置已经被广泛使用，人们对电力电子装置的大功率、耐高压、低谐波扰动的要求越来越高。多电平变换装置具有功率大、开关频率低、输出谐波小、动态响应速度快、电磁兼容性好等优点，并可以使耐压值低的电力电子器件可靠应用于高压大功率领域，并有效地减少脉宽调制简称PWM控制产生的高次谐波。以碳化硅为代表之一的宽禁带半导体功率器件具有开关速度快、热导率大、击穿场强高、开关损耗小等特点，在大功率变换器中的应用具有突出优势。
[0003]但是，由于公知的二极管钳位型五电平变换装置的二极管数目较多、电容飞跨型五电平变换装置控制复杂、H桥级联型五电平变换装置需要独立的直流源等五电平变换装置都存在固有缺点，以及全碳化硅基功率器件五电平变流器的高成本等问题，抑制了碳化硅基五电平变流器的推广和应用。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术所要解决的技术问题是二极管钳位型五电平变换装置的二极管数目较多、电容飞跨型五电平变换装置控制复杂、H桥级联型五电平变换装置需要独立的直流源等五电平变换装置都存在固有缺点，以及全碳化硅基功率器件五电平变流器的高成本等问题，抑制了碳化硅基五电平变流器的推广和应用。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种异质功率器件T型五电平电压源型变换系统，其包括基础单元，包括电容组件、碳化晶体管组件和硅基晶体管组件，所述电容组件包括第一电容器、第二电熔器、第三电容器和第四电容器，所述碳化晶体管组件包括第一碳化硅基场效晶体管、第二碳化硅基场效晶体管、第三碳化硅基场效晶体管和第四碳化硅基场效晶体管，所述硅基晶体管组件包括第一硅基绝缘栅双极晶体管、第二硅基绝缘栅双极晶体管、第三硅基绝缘栅双极晶体管、第四硅基绝缘栅双极晶体管；所述第一硅基绝缘栅双极晶体管的发射极与第一碳化硅基场效晶体管的漏极连接，第四硅基绝缘栅双极晶体管的集电极与第四碳化硅基场效晶体管的源极连接，第二硅基绝缘栅双极晶体管的集电极与第三硅基绝缘栅双极晶体管的集电极连接，第二碳化硅基场效晶体管的漏极与第三碳化硅基场效晶体管的漏极连接；所述第三硅基绝缘栅双极晶体管的发射极、第二碳化硅基场效晶体管的源极以及第一硅基绝缘栅双极晶体管的发射极、第一碳化硅基场效晶体
管的漏极分别连接于第一电容器的两极；所述第三硅基绝缘栅双极晶体管的发射极、第二碳化硅基场效晶体管的源极以及第四硅基绝缘栅双极晶体管的集电极、第四碳化硅基场效晶体管的源极连接分别连接于第二电容器的两极。
[0008]作为本专利技术所述异质功率器件T型五电平电压源型变换系统的一种优选方案，其中：所述第三电容器与第一硅基绝缘栅双极晶体管的集电极与第一接线端连接；所述第三电容器、第四电容器和第二硅基绝缘栅双极晶体管的发射极与第二接线端连接。
[0009]作为本专利技术所述异质功率器件T型五电平电压源型变换系统的一种优选方案，其中：所述第四电容器与第四硅基绝缘栅双极晶体管的发射极连接与第三接线端连接。
[0010]作为本专利技术所述异质功率器件T型五电平电压源型变换系统的一种优选方案，其中：所述第一碳化硅基场效晶体管的源极、第三碳化硅基场效晶体管的源极和第四碳化硅基场效晶体管的漏极与第四接线端连接。
[0011]作为本专利技术所述异质功率器件T型五电平电压源型变换系统的一种优选方案，其中：所述基础单元能够并联在直流母线上形成一种拓扑结构，在一种拓扑结构中，所述第一接线端、第二接线端和第三接线端均为直流输入端，若干所述第四接线端为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近所在相桥臂安装。
[0012]作为本专利技术所述异质功率器件T型五电平电压源型变换系统的一种优选方案，其中：所述基础单元能够并联在直流母线上又形成一种拓扑结构，在一种拓扑结构中，所述第一接线端、第二接线端和第三接线端均为直流输入端，若干所述第四接线端为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端。
[0013]作为本专利技术所述异质功率器件T型五电平电压源型变换系统的一种优选方案，其中：所述基础单元能够并联在直流母线上又形成一种拓扑结构，在一种拓扑结构中，若干所述第四接线端为三相交流的输入端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近所在相桥臂安装。
[0014]作为本专利技术所述异质功率器件T型五电平电压源型变换系统的一种优选方案，其中：所述基础单元能够并联在直流母线上又形成一种拓扑结构，在一种拓扑结构中，若干所述第四接线端为三相交流的输入端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端。
[0015]作为本专利技术所述异质功率器件T型五电平电压源型变换系统的一种优选方案，其中：所述基础单元能够并联在直流母线上又形成一种左右对称的拓扑结构，在一种拓扑结构的一侧，若干所述第四接线端为三相交流的输入端，另一侧若干所述第四接线端为三相交流的输出端，每个桥臂中均安装有直流母线电容，每相直流母线电容靠近所在相桥臂安装。
[0016]作为本专利技术所述异质功率器件T型五电平电压源型变换系统的一种优选方案，其中：所述基础单元能够并联在直流母线上又形成一种左右对称的拓扑结构，在一种拓扑结构的一侧，若干所述第四接线端为三相交流的输入端，另一侧若干所述第四接线端为三相交流的输出端，所有桥臂共用一个直流母线电容，直流母线电容安装在直流母线的输入端。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]本异质功率器件T型五电平电压源型变换装置采用硅基器件和碳化硅基器件混合应用实现不同材料器件扬长避短，平衡成本和效能，同时本装置包含第三电容器和第四电
容器两端的电压为直流母线电压的1/2，第一电容器和第二电容器两端的电压为直流母线电压的1/4，则每个硅基绝缘栅双极晶体管和每个碳化硅基场效晶体管承受的电压均为直流母线电压的1/4，因此，所有硅基绝缘栅双极晶体管承受的耐压相同，使用时可选用同一型号硅基绝缘栅双极晶体管，所有碳化硅基场效晶体管承受的耐压也相同，使用时可选用同一型号碳化硅基场效晶体管，所用电容器的数量少，不需箝位二极管，结构简单、控制灵活。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质功率器件T型五电平电压源型变换系统，其特征在于：包括，基础单元(100)，包括电容组件(101)、碳化晶体管组件(102)和硅基晶体管组件(103)，所述电容组件(101)包括第一电容器(C11)、第二电熔器(C12)、第三电容器(C21)和第四电容器(C22)，所述碳化晶体管组件(102)包括第一碳化硅基场效晶体管(S11)、第二碳化硅基场效晶体管(S12)、第三碳化硅基场效晶体管(S13)和第四碳化硅基场效晶体管(S14)，所述硅基晶体管组件(103)包括第一硅基绝缘栅双极晶体管(S21)、第二硅基绝缘栅双极晶体管(S22)、第三硅基绝缘栅双极晶体管(S23)、第四硅基绝缘栅双极晶体管(S24)；所述第一硅基绝缘栅双极晶体管(S21)的发射极与第一碳化硅基场效晶体管(S11)的漏极连接，第四硅基绝缘栅双极晶体管(S24)的集电极与第四碳化硅基场效晶体管(S14)的源极连接，第二硅基绝缘栅双极晶体管(S22)的集电极与第三硅基绝缘栅双极晶体管(S23)的集电极连接，第二碳化硅基场效晶体管(S12)的漏极与第三碳化硅基场效晶体管(S13)的漏极连接；所述第三硅基绝缘栅双极晶体管(S23)的发射极、第二碳化硅基场效晶体管(S12)的源极以及第一硅基绝缘栅双极晶体管(S21)的发射极、第一碳化硅基场效晶体管(S11)的漏极分别连接于第一电容器(C11)的两极；所述第三硅基绝缘栅双极晶体管(S23)的发射极、第二碳化硅基场效晶体管(S12)的源极以及第四硅基绝缘栅双极晶体管(S24)的集电极、第四碳化硅基场效晶体管(S14)的源极连接分别连接于第二电容器(C12)的两极。2.如权利要求1所述的异质功率器件T型五电平电压源型变换系统，其特征在于：所述第三电容器(C21)与第一硅基绝缘栅双极晶体管(S21)的集电极与第一接线端(X1)连接；所述第三电容器(C21)、第四电容器(C22)和第二硅基绝缘栅双极晶体管(S22)的发射极与第二接线端(X2)连接。3.如权利要求2所述的异质功率器件T型五电平电压源型变换系统，其特征在于：所述第四电容器(C22)与第四硅基绝缘栅双极晶体管(S24)的发射极连接与第三接线端(X3)连接。4.如权利要求3所述的异质功率器件T型五电平电压源型变换系统，其特征在于：所述第一碳化硅基场效晶体管(S11)的源极、第三碳化硅基场效晶体管(S13)的源极和第四碳化硅基场效晶体管(S14)的漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，马志勋，牛海川，林国斌，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：