逆变三电平I型和T型电路的比较分析

    随着太阳能、UPS技术的不断发展和市场的不断扩大，对逆变器效率的要求也越来越被制造商所重视，因此三电平的拓扑结构便应运而生。众所周知，与传统两电平结构相比，三电平结构除了使单个IGBT阻断电压减半之外，还具有谐波小、损耗低、效率高等优势。

      目前针对三电平拓扑结构有很多种，最常见的两种拓扑结构为三电平“I”型和三电平“T”型，接下来会对这两种结构从不同方面进行分析。

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，根据四个开关管在线路图中的的排列方式，我们将前者成为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。

图1. 三电平“1“字形电路示意图

图2. 三电平“T“字形电路示意图

两种电路的分析

1.芯片阻断电压不同

      三电平I型电路中，4个IGBT管均承受相同的电压，而T型Q1&Q4管承受两倍的电压。比如，若直流母线为600V时，I型4个IGBT管阻断电压为600V/650V, 而T型Q1&Q4管为1200V. 1200V的IGBT芯片比600V/650V芯片有更大的开关损耗及导通损耗，这意味着芯片的发热更大，需要更多的硅芯片。而硅芯片的增加，成本也必然随之增加。

      然而在实际上，对于I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型电路并没有太大优势。

2.元件数量不同

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

3.控制时序不同

      三电平I型需先关断外管Q1/Q4,再关断内管Q2/Q3,防止母线电压加在外管上导致损坏；而T型则无时序上的要求。另外，对于I型拓扑，在驱动设计时需要有4个独立电源；而对于T型共发射极拓扑，只需要3个独立电源。

     I型与T型损耗有所差异，在功率因数接近1时，开关频率增大（>16KHz）,三电平I型（600V）损耗更低，效率更高；而开关频率减少时（<16khz），三电平t型（1200v）损耗更低，效率更高。所以在设计逆变器系统的时候，应根据不同的开关频率去选择一种效率高的拓扑结构。< p="">

5.换流路径不同

      在T型拓扑中，外管与内管之间的转换路径均为一致；而在I型拓扑中，换流路径有所不同，分为短换流路径与长换流路径，所以用分立模块做三电平I型拓扑时，必须要注意其杂散电感与电压尖峰的问题。

      综上所述，三电平I型与T型互有优势, 通过本文的分析可以看出，T型和I型三电平电路比较，耐压方面理论上I型电路优于T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型要优于 I型；元件数量方面，T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型电路会比较有利；赛米控针对市场上不同的需求，同时可以给客户提供两种不同拓扑结构的三电平模块。

赛米控相关产品系列

      对于三电平I型模块，赛米控推出了SEMITOP、MINISKIIP、SEMITRANS、SKIM产品系列. 该模块将IGBT技术与较低开关和传导损耗结合，可用于功率等级为5-80KVA的逆变器。其中SEMITOP、MINISKIIP、SKIM采用了 SKIIP技术，无铜底板的功率模块使芯片到散热器的热阻更低，同时具有结构紧凑、安装方便的优势。

      对于三电平T型模块，赛米控推出了基于无铜底板、烧结技术平台的SKIM模块，该模块电流等级为300-600A，可用于大功率的逆变器。对于这款新面世的模块，必将会在大功率三电平中占有一席之地。

      针对日趋扩大的三电平应用领域，赛米控也不断投入研发，掌握最新的三电平技术；并且与多家知名企业与高校共同合作，力求紧跟市场，继续争当功率半导体行业的引领者。