低导通损耗、无死区、无钳位二极管的中点钳位三电平逆变器研究

The proposal deeply investigated the neutral point clamped (NPC) three level inverter's topology from the view of efficiency and power loss, including the I type diode clamping, T type diode clamping and active neutral point clamping three level inverter. It is revealed that the main power losses of NPC three level inverter are from the high on state voltage of zero voltage level current paths’ clamping Diode + IGBT, and the clamping diode's reverse recovery power loss. Based on the above, this proposal uses CoolMosfet as neutral point clamping device to reach NPC three level inverter without clamping diode. The proposed CoolMosfet+CoolMosfet//CoolMosfet+CoolMosfet structure can soundly reduce the on state voltage of zero voltage level's current path, totally eliminate the diode reverse recovery loss and achieve the no dead time control, finally improves the three level inverter's efficiency.

申请书以中点钳位型（NPC）三电平逆变器效率为研究对象，深入分析了I型二极管中点钳位、T型二极管中点钳位、有源钳位三电平的拓扑结构和损耗特征。揭示了以上拓扑的零电平通道Diode + IGBT的高导通压降以及Diode反向恢复损耗等对于NPC型三电平效率影响最为显著的特征。基于此，申请书提出用CoolMosfet的低阻沟道反向导通电流实现中点钳位，构造无钳位二极管的NPC型三电平逆变器。新拓扑所构造的CoolMosfet+CoolMosfet//CoolMosfet+CoolMosfet零电平通道能够有效降低NPC型三电平逆变器的零电平通道导通压降，完全消除Diode反向恢复损耗，并实现无死区控制，将有效提高NPC型三电平逆变器的效率。

本课题关注中点钳位（NPC）型三电平逆变器的损耗分布和效率。研究和分析各种NPC三电平拓扑的损耗和控制策略，总结不同NPC三电平拓扑的共同损耗特征，并得出零电平通道Diode + IGBT的高导通压降以及Diode反向恢复损耗等对逆变器效率影响最为显著的结论；在此结论基础上，提出零电平低导通损耗、无死区、无钳位二极管的CoolMosfet钳位NPC（C-NPC）三电平拓扑来提升逆变器的效率。利用同步整流原理，利用CoolMosfet的低阻沟道反向导通电流实现中点钳位构造出无钳位二极管的C-NPC三电平逆变器。研究了C-NPC拓扑的拓扑构造原理，研究了C-NPC功率模块构成技术，SPWM及空间矢量控制原理，验证了不连续调制、免死区调制、共模电压最小等等多种策略，建立了DSP、FPGA数字控制平台，实现了功能样机，研究了C-NPC拓扑的建模、控制和稳定性，在光伏等场合尝试了C-NPC拓扑的应用，初步获得了产品应用的经验。.本课题发表了多篇领域内SCI期刊论文，以及申请了多项专利，并取得了初步的产品应用效果。