低壓MOS在多電平逆變器上的應用

ID:1114119 · 發表于 2024-5-9 14:10

一、前言

多電平逆變器，是一種新型逆變器。常規逆變器，在單橋臂上采用單個開關器件。多電平逆變器在單橋臂上包含多個串聯開關器件，能夠精細地控制輸出電壓。將逆變輸出的正弦波進行微分，微分數量越多，越接近正弦波。常見的多電平逆變器有三、五、七電平等。其功率開關元件工作在較低的頻率上，使功率元件的開關損耗減小，產生的電磁干擾較小，逆變器效率更高。缺點是需要用到更多數量的功率開關元件，對驅動調制以及測試驗證的技術要求更高。

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二、多電平逆變器工作原理

橋式電路常見于普通二電平逆變器電路的一部分。通過上下兩個橋臂組成，實際應用中根據應用場景不同，分為單相和三相。MOS管Q1和Q2位于電壓源和地線之間，通過控制Q1和Q2的通斷，由中點輸出所需電壓。（見圖1）

二電平逆變器工作波形如圖所示，輸出電壓有兩個電平，當Q1導通，Q2關斷時為U（電壓源電壓），當Q1關斷，Q2導通時為0（接地電壓）。（見圖2）

二電平逆變器的拓撲線路

二電平逆變器每個橋臂中只有一個開關器件，而多電平逆變器每個橋臂中有多個開關器件串聯而成。（見圖3）

工作周期分別為Q1和Q2導通，Q2和Q3導通，Q3和Q4導通。輸出電壓有三個電平，Q1和Q2導通時為U，Q2和Q3導通時為U/2，Q3和Q4導通時為0。（見圖4）

多電平逆變器的拓撲線路

假如以上兩個逆變器的電壓源電壓都是U時，理論上二電平逆變器的輸出電壓振幅是U，因為輸出電壓為U和0，每個器件上施加的電壓也是U。而三電平逆變器的輸出電壓振幅是U/2，因為輸出電壓為U、U/2和0，那么施加到每個器件的電壓也是U/2。因此，對于三電平逆變器，每個開關器件上施加的電壓變為二電平逆變器的一半，可使用耐壓減半的器件。

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