CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐芳澳孀兤鞯闹圃旆椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子變流技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型的CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐芳澳孀兤鳌?br>【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)T型三電平拓?fù)潆娐返墓逃型負(fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了其存在局限性。如圖1所示，傳統(tǒng)T型三電平拓?fù)涫怯?個(gè)IGBT(絕緣柵雙極晶體管)，即圖中SI，S2，Sic, S2c組成。
[0003]如圖2所示，分析傳統(tǒng)T型三電平拓?fù)潆娐返墓ぷ鬟^程可知，當(dāng)橋臂輸出零電平時(shí)，電流經(jīng)過兩個(gè)功率管(IGBT+ 二極管)，這里定義為長導(dǎo)通路徑；另外二極管在每個(gè)PWM周期，當(dāng)正或負(fù)電平和零電平切換時(shí)，都存在二極管反向恢復(fù)損耗。由此可知，傳統(tǒng)T型三電平拓?fù)潆娐穼?dǎo)致T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)損耗較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐芳澳孀兤?，有效減小傳統(tǒng)T型三電平逆變器損耗，提高逆變器轉(zhuǎn)換效率。
[0005]CoolMosfet是一種溝道式柵極M0SFET，是將垂直導(dǎo)電型VDM0SFET中的“T”導(dǎo)電通路縮短為兩條平行的垂直型導(dǎo)電通路，從而降低通態(tài)電阻。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐?，包括CoolMosfet Sic、CoolMosfet S2c、CoolMosfet S3、CoolMosfet S4、IGBT S1、IGBT S2 以及二極管Dl和二極管D2 ;其中:
[0008]IGBT SI和IGBT S2串聯(lián)形成回路；
[0009]CoolMosfet S3漏極和CoolMosfet S2c漏極相聯(lián)串聯(lián)后形成的支路接于IGBT SI發(fā)射極和地(零電勢點(diǎn))之間；
[0010]CoolMosfet S4源極和CoolMosfet Slc源極串聯(lián)后形成的支路接于IGBT S2集電極和地(零電勢點(diǎn))之間；
[0011]所述二極管Dl與二極管D2在電路中的連接點(diǎn)位置為如下任一種:
[0012]第一種:二極管Dl和D2分別并聯(lián)反接于IGBT SI和S2，即二極管Dl陽極連接于IGBT SI發(fā)射極，陰極連接于IGBT SI漏極，二極管D2陽極連接于IGBT S2發(fā)射極，陰極連接于IGBT S2漏極；
[0013]第二種:二極管Dl陽極連接于IGBT S2集電極，陰極連接于IGBT SI集電極，二極管D2陽極連接于IGBT S2發(fā)射極，陰極連接于IGBT SI發(fā)射極。
[0014]優(yōu)選地，所述CoolMosfetT型三電平拓?fù)潆娐返妮敵龆诉€設(shè)有防直通電感。
[0015]優(yōu)選地，在CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返恼胫芷趦?nèi)，CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返恼娖胶土汶娖睫D(zhuǎn)換；
[0016]在CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返呢?fù)半周期內(nèi)，CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返呢?fù)電平和零電平轉(zhuǎn)換。
[0017]優(yōu)選地，所述CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返恼胫芷诠ぷ鬟^程為:
[0018]當(dāng)IGBT S1、CoolMosfet S4 和 CoolMosfet S2c 開通，CoolMosfet S3^IGBT S2 和CoolMosfet Slc關(guān)斷，此時(shí)電路輸出正電平；當(dāng)電流為正方向時(shí)，流經(jīng)路徑為從IGBT SI集電極到IGBT SI發(fā)射極；當(dāng)電流為反方向時(shí)，流經(jīng)路徑為從二極管Dl陽極到二極管Dl陰極；
[0019]當(dāng)CoolMosfet Slc開通時(shí)，電路進(jìn)入第一暫態(tài)過程；
[0020]當(dāng)IGBT SI關(guān)斷時(shí)，電路進(jìn)入第二暫態(tài)過程；
[0021]當(dāng)CoolMosfet S3開通時(shí)，電路進(jìn)入零電平穩(wěn)態(tài)，此時(shí)開關(guān)狀態(tài)為CoolMosfet S3、CoolMosfet S4、CoolMosfet Slc 和 CoolMosfet S2c 開通，IGBT SI 和 IGBT S2 關(guān)斷，電流路徑為兩段CoolMosfet+CoosMosfet支路并聯(lián)；包括如下兩種情況:
[0022]如果電流大于零，則電流路徑包括如下兩路:
[0023]第一路，電流從N點(diǎn)反向經(jīng)過CoolMosfet S3溝道，正向經(jīng)過CoolMosfet S2c溝道，到達(dá)O點(diǎn)；
[0024]第二路，電流從N點(diǎn)正向流過CoolMosfet S4溝道，反向經(jīng)過CoolMosfet Slc溝道到達(dá)O點(diǎn)；
[0025]如果電流小于零，則電流路徑包括如下兩路:
[0026]第一路，電流從O點(diǎn)反向經(jīng)過CoolMosfet S2c溝道，正向經(jīng)過CoolMosfet S3溝道，到達(dá)N點(diǎn)；
[0027]第二路，電流從O點(diǎn)正向流過CoolMosfet Slc溝道，反向經(jīng)過CoolMosfet S4溝道到達(dá)N點(diǎn)；
[0028]所述兩段CoolMosfet+CoosMosfet支路的連接結(jié)構(gòu)分別為:
[0029]-CoolMosfet S3 漏極和 CoolMosfet S2c 漏極連接；
[0030]-CoolMosfet S4 源極和 CoolMosfet Slc 源極連接。
[0031]優(yōu)選地，正半周期工作過程中，所述第一暫態(tài)過程第二暫態(tài)過程均維持幾個(gè)微秒以內(nèi)，用以提供正電平和零電平之間的換流時(shí)間。
[0032]優(yōu)選地，所述CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返呢?fù)半周期工作過程為:
[0033]當(dāng)CoolMosfet S3^IGBT S2 和 CoolMosfet Slc 開通，IGBT S1、CoolMosfet S4 和CoolMosfet S2c關(guān)斷，此時(shí)電路輸出負(fù)電平，當(dāng)電流為正方向時(shí)，流經(jīng)路徑為從IGBT S2集電極到IGBT S2發(fā)射極；當(dāng)電流為反方向時(shí)，流經(jīng)路徑為從二極管D2陽極到二極管D2陰極；
[0034]當(dāng)CoolMosfet S2c開通時(shí)，電路進(jìn)入第一暫態(tài)過程；
[0035]當(dāng)IGBT S2關(guān)斷時(shí)，電路進(jìn)入第二暫態(tài)過程；
[0036]當(dāng)CoolMosfet S4開通，電路進(jìn)入零電平穩(wěn)態(tài)，此時(shí)開關(guān)狀態(tài)為CoolMosfet S3、CoolMosfet S4、CoolMosfet Slc 和 CoolMosfet S2c 開通，IGBT SI 和 IGBT S2 關(guān)斷，電流路徑為兩段CoolMosfet+CoosMosfet支路并聯(lián)；包括如下兩種情況:
[0037]如果電流大于零，則電流路徑包括如下兩路:
[0038]第一路，電流從N點(diǎn)反向經(jīng)過CoolMosfet S3溝道，正向經(jīng)過CoolMosfet S2c溝道，到達(dá)O點(diǎn)；
[0039]第二路，電流從N點(diǎn)正向流過CoolMosfet S4溝道，反向經(jīng)過CoolMosfet Slc溝道到達(dá)O點(diǎn)；
[0040]如果電流小于零，則電流路徑包括如下兩路:
[0041]第一路，電流從O點(diǎn)反向經(jīng)過CoolMosfet S2c溝道，正向經(jīng)過CoolMosfet S3溝道，到達(dá)N點(diǎn)；
[0042]第二路，電流從O點(diǎn)正向流過CoolMosfet Slc溝道，反向經(jīng)過CoolMosfet S4溝道到達(dá)N點(diǎn)；
[0043]所述兩段CoolMosfet+CoosMosfet支路的連接結(jié)構(gòu)分別為:
[0044]-CoolMosfet S3 漏極和 CoolMosfet S2c 漏極連接；
[0045]-CoolMosfet S4 源極和 CoolMosfet Slc 源極連接。
[0046]優(yōu)選地，負(fù)半周期工作過程中，所述第一暫態(tài)過程第二暫態(tài)過程均維持幾個(gè)微秒以內(nèi)，用以提供負(fù)電平和零電平之間的換流時(shí)間。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種基于CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返哪孀兤?，采用至少一種上述CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐贰?br>[0048]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0049]1、由于本發(fā)明提供的CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐罚淞汶娖诫娏鹘?jīng)過兩條CoolMosfet+CoosMosfe并聯(lián)支路，且CoolMosfet溝道電阻極低，逆變電路導(dǎo)通損耗大大降低，有效降低了電路導(dǎo)通損耗；
[0050]2、由于防直通電感的存在，PffM信號(hào)不需要加入死區(qū)(IGBT SI和CoolMosfet Slc間，IGBT S2和CoolMosfet S2c間)，實(shí)現(xiàn)了無死區(qū)控制；
[0051]3、本發(fā)明提供的CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐罚瑳]有鉗位二極管的反向恢復(fù)損耗，進(jìn)一步降低了電路導(dǎo)通損耗。
【附圖說明】
[0052]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0053]圖1為傳統(tǒng)T型三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0054]圖2為傳統(tǒng)T型三電平長導(dǎo)通路徑示意圖；
[0055]圖3為本發(fā)明CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返谝环N結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖4為本發(fā)明CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返谝环N結(jié)構(gòu)正半周工作過程分析示意圖，其中，(a)為正電平穩(wěn)態(tài)，(b)為正電平&零電平轉(zhuǎn)換第一暫態(tài)，(C)為正電平&零電平轉(zhuǎn)換第二暫態(tài)，(d)為零電平穩(wěn)態(tài)；
[0057]圖5為本發(fā)明CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返谝环N結(jié)構(gòu)負(fù)半周工作過程分析示意圖，其中，(a)為負(fù)電平穩(wěn)態(tài)，(b)為負(fù)電平&零電平轉(zhuǎn)換第一暫態(tài)，(C)為負(fù)電平&零電平轉(zhuǎn)換第二暫態(tài)，(d)為零電平穩(wěn)態(tài)；
[0058]圖6為本發(fā)明CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返诙N結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖7為本發(fā)明CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返诙N結(jié)構(gòu)正半周工作過程分析示意圖，其中，(a)為正電平穩(wěn)態(tài)，(b)為正電平&零電平轉(zhuǎn)換第一暫態(tài)，(C)為正電平&零電平轉(zhuǎn)換第二暫態(tài)，(d)為零電平穩(wěn)態(tài)；
[0060]圖8為采用單相CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返哪孀兤鹘Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖9為采用三相CoolMosfet T型三電平拓?fù)潆娐返哪孀兤鹘Y(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0062]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。