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

三电平逆变器是通过控制开关器件输出三种电平（+Vdc/2、0、-Vdc/2）的电力电子装置，通过多电平输出减少谐波畸变并降低开关器件承受的电压应力。

三电平逆变器拓扑，在两个电力电子开关器件串联的基础上，中性点加一对箝位二极管的三电平逆变器，又称为中性点箝位型（Neutral Point Clamped，简称NPC）。

三电平逆变I型和T型电路

如图所示的两种三电平电路图，为了区分这两种电路，根据四个开关管在线路图中的的排列方式，前者称为I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。

三电平“I“字形电路示意图

三电平“T“字形电路示意图

两种电路分析

开关管耐压规格的比较：

从波形图中可以看出，理论上I字型电路开关管的最大电压为1Vbus；T字型电路Q1,Q4开关管的反向电压最大2Vbus。因此，看起来，从开关管耐压角度，I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，I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，I字型电路并没有太大优势。

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，所以按照电流的流经路径，分成六种状态。

i.

正bus供电状态，

A, I字型电路中，电流由+BUS,经Q1,Q2供电。

其损耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On Loss_Q2_On

B, T字型电路中，电流由+BUS经Q1供电

其损耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On

比较：此状态下，通过波形图中可以看出Loss_Q1_turnon&turnoff相差不多，但I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, I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_On

B, 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&turnoff Loss_Q4_On

比较：此状态下，I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, I字型电路中，电流方向由电感经Q1diode,Q2diode至正bus。

其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on

Loss_Q2diode__turnon&turnoff&on

B, T字型电路中，电流方向由电感经Q1diode至正bus。

其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on

比较：此状态下，I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, I字型电路中，电流方向由负bus经Q1diode,Q2diode至电感。

其损耗包括 Loss_Q3diode_turnon&turnoff&on

Loss_Q4diode__turnon&turnoff&on

B, T字型电路中，电流方向由负bus经Q1diode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，I字型电路中，电流由GND，经DI，Q2至电感。

其损耗包括Loss_DI Loss_Q2

B，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，I字型电路中，电流由电感，经Q3，D2至GND。

其损耗包括Loss_Q3 Loss_D2

B, 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I字型电路。

从拓扑结构图中，很容易可以看出T型电路要比I字型电路少两个Diode，这对于减少空间有好处。

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