隨著太陽(yáng)能、UPS技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)逆變器效率的要求也越來(lái)越被制造商所重視，因此三電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便應(yīng)運(yùn)而生。眾所周知，與傳統(tǒng)兩電平結(jié)構(gòu)相比，三電平結(jié)構(gòu)除了使單個(gè)IGBT阻斷電壓減半之外，還具有諧波小、損耗低、效率高等優(yōu)勢(shì)。

      目前針對(duì)三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，最常見(jiàn)的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為三電平“I”型和三電平“T”型，接下來(lái)會(huì)對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)從不同方面進(jìn)行分析。

三電平電路示意圖

       如圖1，2所示的兩種三電平電路圖，為了區(qū)分這兩種電路，根據(jù)四個(gè)開(kāi)關(guān)管在線路圖中的的排列方式，我們將前者成為I字型，后者稱(chēng)為T(mén)字型。

       三電平電路與普通的半橋電路相比，因?yàn)榫哂辛酥悬c(diǎn)續(xù)流的能力，所以對(duì)改善輸出紋波，降低損耗都有很好的效果。

圖1. 三電平“1“字形電路示意圖

圖2. 三電平“T“字形電路示意圖

兩種電路的分析

1.芯片阻斷電壓不同

      三電平I型電路中，4個(gè)IGBT管均承受相同的電壓，而T型Q1&Q4管承受兩倍的電壓。比如，若直流母線為600V時(shí)，I型4個(gè)IGBT管阻斷電壓為600V/650V, 而T型Q1&Q4管為1200V. 1200V的IGBT芯片比600V/650V芯片有更大的開(kāi)關(guān)損耗及導(dǎo)通損耗，這意味著芯片的發(fā)熱更大，需要更多的硅芯片。而硅芯片的增加，成本也必然隨之增加。

      然而在實(shí)際上，對(duì)于I型電路，當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的電壓串聯(lián)承受2倍BUS電壓時(shí)，由于元件本身的差異，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管承受的的電壓不可能完全相同，因此，為了保證開(kāi)關(guān)管的安全工作，I型電路中開(kāi)關(guān)管也應(yīng)按照承受2倍BUS電壓去設(shè)計(jì)。

     所以，從實(shí)際角度出發(fā)，在開(kāi)關(guān)耐壓的選擇上，I型電路并沒(méi)有太大優(yōu)勢(shì)。

2.元件數(shù)量不同

      從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中，很容易可以看出T型電路要比I型電路少兩個(gè)Diode，這對(duì)于減少空間有好處。

3.控制時(shí)序不同

      三電平I型需先關(guān)斷外管Q1/Q4,再關(guān)斷內(nèi)管Q2/Q3,防止母線電壓加在外管上導(dǎo)致?lián)p壞；而T型則無(wú)時(shí)序上的要求。另外，對(duì)于I型拓?fù)?，在?qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)需要有4個(gè)獨(dú)立電源；而對(duì)于T型共發(fā)射極拓?fù)?，只需?個(gè)獨(dú)立電源。

4.不同開(kāi)關(guān)頻率下效率不同

      I型與T型損耗有所差異，在功率因數(shù)接近1時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率增大（>16KHz）,三電平I型（600V）損耗更低，效率更高；而開(kāi)關(guān)頻率減少時(shí)（<16KHz），三電平T型（1200V）損耗更低，效率更高。所以在設(shè)計(jì)逆變器系統(tǒng)的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)不同的開(kāi)關(guān)頻率去選擇一種效率高的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

5.換流路徑不同

      在T型拓?fù)渲校夤芘c內(nèi)管之間的轉(zhuǎn)換路徑均為一致；而在I型拓?fù)渲校瑩Q流路徑有所不同，分為短換流路徑與長(zhǎng)換流路徑，所以用分立模塊做三電平I型拓?fù)鋾r(shí)，必須要注意其雜散電感與電壓尖峰的問(wèn)題。

      綜上所述，三電平I型與T型互有優(yōu)勢(shì), 通過(guò)本文的分析可以看出，T型和I型三電平電路比較，耐壓方面理論上I型電路優(yōu)于T型電路，然而從實(shí)際應(yīng)用角度分析，二者相差不大；損耗方面，T型要優(yōu)于I型；元件數(shù)量方面，T型少兩個(gè)Diode。因此，按照本文的分析，在較小損耗和減小空間方面，T型電路會(huì)比較有利；賽米控針對(duì)市場(chǎng)上不同的需求，同時(shí)可以給客戶提供兩種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的三電平模塊。

賽米控相關(guān)產(chǎn)品系列

      對(duì)于三電平I型模塊，賽米控推出了SEMITOP、MINISKIIP、SEMITRANS、SKIM產(chǎn)品系列. 該模塊將IGBT技術(shù)與較低開(kāi)關(guān)和傳導(dǎo)損耗結(jié)合，可用于功率等級(jí)為5-80KVA的逆變器。其中SEMITOP、MINISKIIP、SKIM采用了SKIIP技術(shù)，無(wú)銅底板的功率模塊使芯片到散熱器的熱阻更低，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的優(yōu)勢(shì)。

圖3. 三電平I型模塊一覽

      對(duì)于三電平T型模塊，賽米控推出了基于無(wú)銅底板、燒結(jié)技術(shù)平臺(tái)的SKIM模塊，該模塊電流等級(jí)為300-600A，可用于大功率的逆變器。對(duì)于這款新面世的模塊，必將會(huì)在大功率三電平中占有一席之地。

      針對(duì)日趨擴(kuò)大的三電平應(yīng)用領(lǐng)域，賽米控也不斷投入研發(fā)，掌握最新的三電平技術(shù)；并且與多家知名企業(yè)與高校共同合作，力求緊跟市場(chǎng)，繼續(xù)爭(zhēng)當(dāng)功率半導(dǎo)體行業(yè)的引領(lǐng)者。

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