【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三电平拓扑，尤其是一种无死区三电平拓扑及其控制方法。
技术介绍
1、三电平拓扑通常用在高压大功率场合，需要避免桥臂的直通问题，需要在驱动信号中加入死区时间，当一个功率开关管的驱动信号变为低电平时，另一个功率开关管延迟一段时间再施加高电平驱动信号，死区会引入额外的低次谐波，降低电路输出电能质量。
2、目前两电平拓扑已出现了无死区拓扑结构，仅需生成输出两电平的电感回路和对应的续流通路即可，而对于三电平拓扑来说，要实现无死区，要同时生成两电平的电感回路和对应的续流通路且不增加功率开关器件的数量，对拓扑设计方法和控制策略提出了更高的挑战。
3、现有的三电平拓扑，在结构本身存在缺陷，即直流侧电源和功率开关管会直接形成回路，一旦回路中的功率开关管同时导通，直流侧电源会发生短路，引发瞬时的大电流，虽然在控制中可以通过控制回路中的功率开关管不同时导通避免直流侧电源的短路，但由于功率开关不是理想器件，在其中一个功率管导通，另一个功率管关断的瞬间，由于功率管的不可靠关断，有可能在这一瞬间两个功率开关管均导通，为了避免这一现象，需要推迟功率管导通的时间，这段时间就是死区，死区的引入会导致输出电压引入额外的死区谐波，死区谐波是额外的低次谐波，会降低电路输出电能质量。
技术实现思路
1、为解决现有的三电平拓扑在结构本身存在缺陷，本专利技术的目的在于提供一种使直流侧电源和功率开关管不直接形成回路且能够实现三电平的输出，无需再驱动信号中加入死区，避免死区会引入额外的低次谐波
2、为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种无死区三电平拓扑，包括电容c1、电容c2、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、igbt晶体管s1、igbt晶体管s2、igbt晶体管s3、igbt晶体管s4、电感l1和电感l2；所述电容c1的一端分别与直流源的正极、igbt晶体管s1的集电极相连，电容c1的另一端分别与电容c2的一端、二极管d1的阳极、二极管d2的阴极相连，电容c2的另一端接直流源的负极，二极管d2的阳极分别与igbt晶体管s3的发射极、igbt晶体管s4的集电极相连，igbt晶体管s1的集电极与二极管d3的阴极相连，二极管d3的阳极分别与电感l2的一端、igbt晶体管s3的集电极相连，igbt晶体管s1的发射极分别与二极管d1的阴极、igbt晶体管s2的集电极相连，igbt晶体管s2的发射极分别与二极管d4的阴极、电感l1的一端相连，二极管d4的阳极分别与直流源的负极、igbt晶体管s4的发射极相连，电感l1和电感l2的一端并联后接交流源；igbt晶体管s1、igbt晶体管s2、igbt晶体管s3和igbt晶体管s4的栅极均接控制信号。
3、本专利技术的另一目的在于提供一种无死区三电平拓扑的控制方法，该方法具体是指：igbt晶体管s1和igbt晶体管s3互补导通，igbt晶体管s2和igbt晶体管s4互补导通，定义二极管d3和二极管d4为纵向二极管，二极管d1和二极管d2为横向二极管；
4、状态1：输出电流极性为正，igbt晶体管s1、s2导通，此时a点电位即igbt晶体管s2的发射极电位等于直流侧正电位，桥臂输出状态为1；
5、状态2：输出电流极性为正，igbt晶体管s2、s3导通，此时a点电位等于o点电位，桥臂输出状态为0，横向二极管d1起单相电流通路作用，横向二极管d1非续流二极管；
6、状态3：输出电流极性为正，igbt晶体管s3、s4导通，此时a点电位等于直流侧负电位，桥臂输出状态为-1，该状态是igbt晶体管s1和s2关断时，电感l1的电流不能突变，需要通过纵向二极管d4续流而导致，因此纵向二极管d4为续流二极管；
7、状态4：输出电流极性为负，igbt晶体管s1、s2导通，此时b点电位即igbt晶体管s3的集电极点位等于直流侧正电位，桥臂输出状态为1，该状态是igbt晶体管s3和s4关断时，电感l2的电流不能突变，需要通过纵向二极管d3续流而导致，因此纵向二极管d3为续流二极管；
8、状态5：输出电流极性为负，igbt晶体管s2、s3导通，此时b点电位等于o点电位，桥臂输出状态为0，横向二极管d2起单相电流通路作用，横向二极管d2非续流二极管；
9、状态6：输出电流极性为负，igbt晶体管s3、s4导通，此时b点电位等于直流侧负电位，桥臂输出状态为-1；
10、状态1和状态4实现拓扑的正电平输出，此时开关矢量表示为：
11、s＝(gs1,gs2,gs3,gs4)＝(1,1,0,0) (1)
12、状态2和状态5实现拓扑的正电平输出，此时开关矢量表示为：
13、s＝(gs1,gs2,gs3,gs4)＝(0,1,1,0) (2)
14、状态3和状态6实现拓扑的正电平输出，此时开关矢量表示为：
15、s＝(gs1,gs2,gs3,gs4)＝(0,0,1,1) (3)
16、式(1)、(2)、(3)中，gs1、gs2、gs3、gs4分别表示igbt晶体管s1、s2、s3、s4栅极接收的控制信号，gs1、gs2、gs3、gs4为0代表关断，为1代表导通。
17、当桥臂输出电压为正、输出电流为负时，会出现状态4的开关模态，输出电压为负、输出电流为正时，会出现状态3的开关模态，因此这两种情况下应将输出电压强制拉到0，即采用式(2)的开关矢量，会导致二次谐波的引入，需要进行补偿，根据等效面积法，二次谐波的幅值v为：
18、
19、其中，为输出电压电流的相位差，vm为基准电压的幅值，表示为：
20、
21、其中，im为输出电流幅值，e为负载电压幅值，l为电感值，l＝l1＝l2；
22、则二次谐波的瞬时值v为：
23、
24、其中，ω0为基波角频率，将二次谐波的瞬时值v作为补偿量注入电压基准中，即消除所对应的二次谐波。
25、由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果为：第一，桥臂无直通风险，无需再驱动信号中加入死区，避免了死区会引入额外的低次谐波降低电路输出电能质量；第二，和传统的i型三电平拓扑相比并没有增加外加二极管的数量，且由于续流电流很小，容易选用高耐压、小电流的二极管，进一步减少二极管的数量；第三，通过消除电流过零点处的电流纹波，消除了电感续流的工作模式，进一步省去了纵向二极管。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种无死区三电平拓扑，其特征在于：包括电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、IGBT晶体管S1、IGBT晶体管S2、IGBT晶体管S3、IGBT晶体管S4、电感L1和电感L2；所述电容C1的一端分别与直流源的正极、IGBT晶体管S1的集电极相连，电容C1的另一端分别与电容C2的一端、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极相连，电容C2的另一端接直流源的负极，二极管D2的阳极分别与IGBT晶体管S3的发射极、IGBT晶体管S4的集电极相连，IGBT晶体管S1的集电极与二极管D3的阴极相连，二极管D3的阳极分别与电感L2的一端、IGBT晶体管S3的集电极相连，IGBT晶体管S1的发射极分别与二极管D1的阴极、IGBT晶体管S2的集电极相连，IGBT晶体管S2的发射极分别与二极管D4的阴极、电感L1的一端相连，二极管D4的阳极分别与直流源的负极、IGBT晶体管S4的发射极相连，电感L1和电感L2的一端并联后接交流源；IGBT晶体管S1、IGBT晶体管S2、IGBT晶体管S3和IGBT晶体管S4的栅极均接控制信号。
2.根据权利要求1所述的无死区
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：当桥臂输出电压为正、输出电流为负时，会出现状态4的开关模态，输出电压为负、输出电流为正时，会出现状态3的开关模态，因此这两种情况下应将输出电压强制拉到0，即采用式(2)的开关矢量，会导致二次谐波的引入，需要进行补偿，根据等效面积法，二次谐波的幅值V为：
...【技术特征摘要】
1.一种无死区三电平拓扑，其特征在于：包括电容c1、电容c2、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、igbt晶体管s1、igbt晶体管s2、igbt晶体管s3、igbt晶体管s4、电感l1和电感l2；所述电容c1的一端分别与直流源的正极、igbt晶体管s1的集电极相连，电容c1的另一端分别与电容c2的一端、二极管d1的阳极、二极管d2的阴极相连，电容c2的另一端接直流源的负极，二极管d2的阳极分别与igbt晶体管s3的发射极、igbt晶体管s4的集电极相连，igbt晶体管s1的集电极与二极管d3的阴极相连，二极管d3的阳极分别与电感l2的一端、igbt晶体管s3的集电极相连，igbt晶体管s1的发射极分别与二极管d1的阴极、igbt晶体管s2的集电极相连，igbt晶体管s2的发射极分别与二极管d4的阴极、电感l1的一端相连，二极管d4的阳极分别...
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