一种含有飞跨电容的ANPC三电平拓扑电路及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子变换器，具体为一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路及其控制方法。

背景技术：

1、有源中性点钳位（anpc）三电平拓扑由于解决了二极管中性点钳位三电平拓扑的诸多问题而被大量应用在新能源逆变器中。

2、在anpc的控制方法中，有一种采用4个工频开关和2个高频开关，如图1所示，q1-q4为工频开关，q5-q6为高频开关，行业内称为“2快4慢”控制方法。

3、这种控制方法使得q1-q4可以采用饱和压降小的开关器件，而q5-q6采用开关损耗小的开关器件，从而优化整个电路的损耗和成本。

4、但是这种控制方法有个缺点，它的正半周期回路为c1、q1、q3、q5、q6，负半周期回路为c2、q2、q4、q5、q6，回路明显大于2电平或其他3电平拓扑。

5、这将导致较大的杂散电感，使开关器件关断时产生更大的过冲电压，迫使工程师降低直流母线电压以获得足够的电压裕量或降低关断速度以减小过冲电压，但这会导致开关器件的利用率降低或开关损耗增大。

6、为了解决这个问题，提出一种带飞跨电容的anpc拓扑。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路，包括正母线vp、负母线vm及中性点vn；

3、所述正母线vp连接有正母线电容c1的第一极和低速开关器件q1的cd极；

4、所述中性点vn连接有正母线电容c1的第二极、负母线电容c2的第一极、低速开关器件q2的es极和低速开关器件q3的cd极；

5、所述负母线vm连接有负母线电容c2的第二极和低速开关器件q4的es极；

6、所述低速开关器件q1的es极与低速开关器件q2的cd极相连，并连接有飞跨电容cf的第一极和高速开关器件q5的cd极；

7、所述低速开关器件q3的es极与低速开关器件q4的cd极相连，并连接有飞跨电容cf的第二极和高速开关器件q6的es极；

8、所述高速开关器件q5的es极与高速开关器件q6的cd极相连并连接有输出vo。

9、优选的：所述低速开关器件q1、低速开关器件q2、低速开关器件q3和低速开关器件q4采用igbt或igct。

10、优选的：所述高速开关器件q5和高速开关器件q6采用si mosfet、sic mosfet或gan mosfet。

11、优选的：所述飞跨电容cf采用薄膜电容或陶瓷电容。

12、优选的：所述输出vo端连接有开关s1的第一极，所述开关s1的第二极连接有滤波电感l1的第一极，所述滤波电感l1的第二极连接有滤波电容ca的第一极和交流电源ac的l极，所述交流电源ac的n极连接于滤波电容ca的第二极和中性点vn。

13、采用上述任意一项所述的一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路的控制方法；信号vor为期望的输出vo；

14、vg1、vg2、vg3、vg4、vg5、vg6为q1、q2、q3、q4、q5、q6所对应的驱动信号；

15、t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11、t12、t13、t14、t15为所述驱动信号发生改变的时刻；

16、其中t0-t1、t2-t3、t4-t5、t6-t7、t10-t11、t12-t13、t14-t15为q5与q6之间的死区时间tdf；

17、t8-t9为q1、q3与q2、q4之间的死区时间tds。

18、优选的：

19、输出正半周期：

20、控制vg1、vg3为高电平，vg2、vg4为低电平；

21、输出正电平时vg5为高电平vg6为低电平，输出零电平时vg5为低电平vg6为高电平；

22、vg5、vg6的上升沿延迟q5与q6之间的死区时间tdf；

23、输出负半周期：

24、控制vg1、vg3为低电平，vg2、vg4为高电平；

25、输出零电平时vg5为高电平vg6为低电平，输出负电平时vg5为低电平vg6为高电平；

26、vg5、vg6的上升沿延迟q5与q6之间的死区时间tdf。

27、优选的：在输出由正半周期向负半周期切换的第一个边沿，零电平变为负电平；或由负半周期向正半周期切换的第一个边沿，零电平变为正电平时；

28、vg5、vg6保持不变，vg1、vg2、vg3、vg4翻转，并且上升沿延迟q1、q3与q2、q4之间的死区时间tds。

29、优选的：在输出由正半周期向负半周期或由负半周期向正半周期切换后，长度为tb的时间段内禁止再次切换，tb为ac电源周期的1/10。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、1、飞跨电容cf的加入大大减小了分布电感，从而减小了q5、q6关断时的电压应力，提高了可靠性。

32、2、所述的控制方法时序简单，易于实现，并且没有增加开关切换次数。

技术特征：

1.一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路，包括正母线vp、负母线vm及中性点vn，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路，其特征在于：所述低速开关器件q1、低速开关器件q2、低速开关器件q3和低速开关器件q4采用igbt或igct。

3.根据权利要求1所述的一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路，其特征在于：所述高速开关器件q5和高速开关器件q6采用si mosfet、sic mosfet或gan mosfet。

4.根据权利要求1所述的一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路，其特征在于：所述飞跨电容cf采用薄膜电容或陶瓷电容。

5.根据权利要求1所述的一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路，其特征在于：所述输出vo端连接有开关s1的第一极，所述开关s1的第二极连接有滤波电感l1的第一极，所述滤波电感l1的第二极连接有滤波电容ca的第一极和交流电源ac的l极，所述交流电源ac的n极连接于滤波电容ca的第二极和中性点vn。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路的控制方法，其特征在于：信号vor为期望的输出vo；

7.根据权利要求6所述的一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路的控制方法，其特征在于：

8.根据权利要求6所述的一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路的控制方法，其特征在于：在输出由正半周期向负半周期切换的第一个边沿，零电平变为负电平；或由负半周期向正半周期切换的第一个边沿，零电平变为正电平时；

9.根据权利要求9所述的一种含有飞跨电容的anpc三电平拓扑电路的控制方法，其特征在于：在输出由正半周期向负半周期或由负半周期向正半周期切换后，长度为tb的时间段内禁止再次切换，tb为ac电源周期的1/10。

技术总结
本发明公开了一种含有飞跨电容的ANPC三电平拓扑电路，包括正母线Vp、负母线Vm及中性点Vn；所述正母线Vp连接有正母线电容C1的第一极和低速开关器件Q1的CD极；所述中性点Vn连接有正母线电容C1的第二极、负母线电容C2的第一极、低速开关器件Q2的ES极和低速开关器件Q3的CD极；所述负母线Vm连接有负母线电容C2的第二极和低速开关器件Q4的ES极；飞跨电容Cf的加入大大减小了分布电感，从而减小了Q5、Q6关断时的电压应力，提高了可靠性；所述的控制方法时序简单，易于实现，并且没有增加开关切换次数。

技术研发人员：刘金虹,张宁
受保护的技术使用者：上海希形科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15