IGBT模块三电平逆变器“I”字型和“T”字型电路的比较分析

IGBT模块三电平逆变器“I”字型和“T”字型电路的比较分析

目前针对IGBT模块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。

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IGBT开关管在线路图中的的排列方式，我们将前者称为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“I“字形电路示意图

图2. 三电平“T“字形电路示意图

图3， I字型三电平电路波形分析

图4，T字型三电平电路波形

1，开关管耐压规格的比较：

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，1字型电路并没有太大优势。

A, I字型电路中，电流由+BUS,经Q1,Q2供电。

其损耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On Loss_Q2_On

B, T字型电路中，电流由+BUS经Q1供电

其损耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On

A, I字型电路中，电流方向由电感,经Q3,Q4至负bus。

其损耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_On

B, T字型电路中，电流方向由电感,经Q4至负bus

其损耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q4_On

A, I字型电路中，电流方向由电感经Q1diode,Q2diode至正bus。

其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on

Loss_Q2diode__turnon&turnoff&on

B, T字型电路中，电流方向由电感经Q1diode至正bus。

其损耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on

比较：此状态下，I字型电路比T字型电路多一个Q2的导通损耗。

A, I字型电路中，电流方向由负bus经Q1diode,Q2diode至电感。

其损耗包括 Loss_Q3diode_turnon&turnoff&on

Loss_Q4diode__turnon&turnoff&on

B, T字型电路中，电流方向由负bus经Q1diode至电感。

其损耗包括 Loss_Q4diode_turnon&turnoff&on

A，I字型电路中，电流由GND，经D1，Q2至电感。

其损耗包括Loss_D1 Loss_Q2

B，T字型电路中，电流由GND，经Q2，Q3diode至电感。

其损耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode

vi.中点续流IL<0状态

A，I字型电路中，电流由电感，经Q3，D2至GND。

其损耗包括Loss_Q3 Loss_D2

B, T字型电路中，电流由电感，经Q3，Q2diode至GND。

其损耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode

从拓扑结构图中，很容易可以看出T型电路要比1字型电路少两个Diode，这对于减少空间有好处。

4.控制时序不同

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。

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。

声明：本文内容来源于网络，仅作学习与交流，所有观点属于原作者，不代表对该观点表示支持或赞同，如有侵犯到您的权利，请及时联系我们删除。