逆变三电平 W 字型和UT字型电路的比较分析.docx

逆变三电平 W 字型和UT"字型电路的比较分析XXXXX摘要：本文主耍是现有的三电平研究的基础上，对"l"字型和T，字型电路的波形了进行分析, 并在波形分析的基础上，对开关管的规格选取，损耗等方而进行了分析和比较，最终选取一 种适合的三电平电路一，三电平电路示意图如图1, 2所示的两种三电平电路图，为了区分这两种电路，根据四个开关管路图 中的的排列方式，我们将前者成为1字型，后者称为T字型三电平电路与普通的半桥电路相比，因为具有了中点续流的能力，所以对改善输出纹波, 降低损耗都有很好的效果图1.三电平“1 “字形电路示意图■ 0二，两种电路的波形分析为了对两种电路的损耗和规格进行比较，本文描绘了两种电路的波形，如图3、图4 所示以下是对波形图的部分说明1, 波形图假设正负bus相等，且各个元件均假设为理想元件2, 驱动信号的方式对两种电路，为分析方便本文选择相同的驱动信号波形，驱动信号的具体控制方式 来自于参考文献[1][2],如图中所示，其中Q 1,Q3 —组PWM（有死区时间），Q2,Q4 一组PWM （有死区时间），另外QI, Q4之间也含死区时间3, 波形图中假设电感电流iL相同，且涵盖了所有电流状态的儿种情况（参考下文， 图中也有标识）。

4, VL表示电感与开关管相连点的电压，波形图小可以看出，两种电路此点电压波形 是相同的5, VL的高电平值都为1倍Vbus,其他电平数值按高度比例以此为参考Q21Q3VD2I UQI DiodeQ2DiodeQ3DiodeQ4Dioden n nLJ l_l U图3， 1字型三电平电路波形分析Q3VdJL Q4Vd^ ； ■・ ・・ iVQ2Diode ；VQ3DiodeVQ1 Diode VQ4Diode 1 图4, T字型三电平电路波形三，两种电路的比较b开关管耐压规格的比较：从图3,图4两个波形图中可以看出，理论上1字型电路开关管的最大电压为lVbus； T字型电路Q1,Q4开关管的反向电压最大2Vbuso因此，看起来，从开关管耐压角度，1字型要优于T字型然而在实际上，对于I字型电路，当两个开关管的电压串联承受2倍bus电压时， 由于元件本身的差异，两个开关管承受的的电压不可能完全相同，因此，为了保证开关 管的安全工作，1字型电路中开关管也应按照承受2倍BUS电压去设计所以，从实际角度出发，在开关耐压的选择上，1字型电路并没有太大优势2,损耗的比较这里的损耗主要是指，四个开关管，及二极管开关和导通损耗。

因为损耗与电流的流通路径密切相关，所以按照迫流的流经路径，分成六种状态， 按照不同的颜色，已表示在图3、4中，请参考i. 正bus供电状态，A, 1字型电路中，电流由+BUS,经Q1,Q2供电其损耗包括 Loss_Q I _turnon&tumoff Loss_Q I _0n Loss_Q2_OnB, T字型电路中，电流由+BUS经QI供电其损耗包括 Loss_Q 1 _turnon&turnoff Loss_Ql_On 比较：此状态下，通过波形图中可以看出Loss_Q 1 _turnon&turnoff相差不多， 但1字型电路比T字型电路多一个Q2的导通损耗ii. 负bus供电状态A, 1字型电路中，电流方向由电感经Q3,Q4至负bus其损耗包括 Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_OnB, T字型电路中，电流方向由电感，经Q4至负bus其损耗包括 Loss_Q4_turnon&tumoff Loss_Q4_On 比较：此状态下，1字型电路比T字型电路多一个Q3的导通损耗iii. 正BUS续流状态A, 1字型电路中，电流方向由电感经QI diode,Q2diode至正bus。

其损耗包括 Loss_Q 1 diode_turnon&tumoff&onLoss_Q2diode_turn on&turnoff&onB, T字型电路中，电流方向由电感经QI diode至正bus 其损耗包括 Loss_Q 1 diode_turnon&tumoff&on比较：此状态下，1字型电路比T字型电路多一个Q2的导通损耗iv. 负bus续流状态A, 1字型电路中,电流方向由负bus经QI diode,Q2diode至电感其损耗包括 Loss_Q3diode_turnon&tumoff&onLoss_Q4diode—turnon&turnoff&onB, T字型电路中，电流方向由负bus经QI diode至电感其损耗包括 Loss_Q4diode_turnon&turnoff&on比较：此状态下，一字型电路比T字型电路多一个Q3的导通损耗v. 中点续流iL>0状态A, 1字型电路中，电流由GND,经DI, Q2至电感其损耗包括Loss_Dl Loss_Q2B, T字型电路中，电流由GND,经Q2, Q3diode至电感 其损耗包括 Loss_Q2 Loss_Q3diode比较：此状态下，两种电路损耗接近。

vi. 中点续流iL<0状态A, 1字型电路中，电流由电感，经Q3, D2至GND其损耗包括Loss_Q3 Loss_D2B, T字型电路中，电流由电感，经Q3, Q2diode至GND其损耗包括 Loss_Q2 Loss_Q3diode比较：此状态下，两种电路损耗接近结论：通过以上比较可以看出，除了中点续流状态，其他状态下T型电路的损耗 都优于1字型电路3,元件数量的比较从拓扑结构图中，很容易可以看出T型电路要比1字型电路少两个Diode,这对于 减少空间有好处四，结论：通过本文的分析可以看出，T字型和1字型三电平电路比较，耐压方面理论上1字型电 路优于T字型电路，然而从实际应用角度分析，二者相差不大；损耗方面，T字型耍优于1 字型；元件数量方而，T字型少两个Diode因此，按照本文的分析，在较小损耗和减小空间方面，T字型电路会比较有利参考文献：[1] 全博士，《单相三电平电路的模型与控制》[2] 林博士，《三电平逆变器研究》。