混合七电平T2C-HB 转换器的新空间矢量调制方案

基于碳化硅 (SiC) 的多电平转换器受到了很多关注，2-5由于新兴的 SiC 功率模块，它们显示出较小的功率损耗和高阻断电压。中性点钳位 (NPC) 转换器6与 H 桥转换器或 T 型转换器7级联是混合转换器，它允许减少流经设备的电压或电流量并提高输出电压。多级空间矢量调制 (SVM) 为中压应用提供了高度的灵活性，以实现电压平衡和电位优化。但是复杂的电压向量空间和高冗余使计算复杂化。相反，SVM 方案简单、高效，并减少了计算负担。在属于电压矢量空间的六个扇区中进行的计算已被简化并减少到只有一个扇区。这意味着剩余五个扇区中的向量可以转换为可以在第一个扇区中找到的向量。原始文章可以在这里找到。

T2C-HB 转换器拓扑

图1清楚地表示了三相七电平混合T 2 C-HB变换器的拓扑结构。1在此拓扑中，T 型转换器用作具有连续直流链路电压的主电源。1 T 型转换器还有一个带浮动电容器的 H 桥。1

图 2显示了 T 2 C-HB的开关状态。正方向的输出电流与负方向相同，只是输出电压在负周期为–3U dc /4，在正周期为3U dc /4。1

图 1：T 2 C-HB 转换器

图 2：混合 T 2 C HB 转换器的不同开关状态

支持向量机方案

图 3清楚地表示了七电平转换器的扇区 1。它是 120° 坐标系中的空间向量图。1图 3显示了由最近的三个顶点向量包围的调制三角形，V REF是旋转参考向量。1

除了相电压输出–3U dc /4 和3U dc /4之外，相电压输出中还存在两条冗余传导路径，以及不等的浮动电容器充电和放电效应。1每个顶点向量都有许多冗余的切换状态，为了让事情更简单更容易，图 3 中只显示了其中一个。图 4显示了参考矢量位置类型 I 和类型 II 的两种切换三角形。图 4还包括两种调制三角形的不同切换序列路径。

图 3：空间矢量图

图 4：I 型和 II 型拓扑

实验结果

SVM 方案的有效性已以三相 T 2 C 转换器原型的形式按比例缩小。图 5表示混合转换器的直流侧，它由恒定的 1,000 VDC 电源供电，三相交流侧连接到三相 RL 负载（RL = 100 Ω，LL = 7.7 mH 每相) 的功率因数为 0.9996。1其实验装置如图6所示。Wolfspeed C2M0160120D (1.2 kV, 19 A) SiC MOSFET 的每个 MOSFET 的导通电阻为 160 mΩ。9该 MOSFET 用于按比例缩小的混合转换器的原型，如图7所示。1

原型包括三相 T 型转换器和三个 H 桥。实验设置采用的调制指数为 0.7，在 FPGA 中实现了 1 μs 的死区时间。1这样做是为了避免任何短路，这种短路很容易由与 PWM 互补栅极信号附带的 MOSFET 相关的导通和关断延迟时间引起。1

图 5：测试电路

图 6：实验设置

图 7：三相 T 2 C-HB 转换器拓扑

结论

本文展示并分析了用于中压并网应用的具有级联 H 桥的三相混合 T 型转换器的计算高效 SVM 方案。与传统的多级 SVM 相比，在 SVM 中已经观察到许多优点。这些优点包括降低复杂性、不必要的查找表恢复以及数字控制器的少量内存消耗。七级空间矢量图需要对任意调制三角形进行该方案的广义开关序列和占空比计算。

最后，所提出的 SVM 方案的性能已通过按比例缩小原型的实验结果得到验证。

审核编辑：汤梓红