基于SiC MOSFET 的单相三电平变换器设计

陈 晓，赵亚东，张 瑜

（安阳工学院机械工程学院，安阳455000）

交直交变换器可广泛应用于各种工业电力产品设计，如电能质量调节器、潮流控制器、电力电子变压器和电动汽车充电桩等[1-5]。单相交直交变换器可实现交流电能质量调节，以保护敏感负载如计算机、牵引电气设备、通信设备和充电设备等免受干扰的影响。

文献[6-8]中提出了三桥臂单相交直交变换器，整流器和逆变器共享一个公共桥臂， 相对于文献[9-11]所描述的四桥臂单相交直交变换器，可显著减少开关器件数量和提高装置功率密度，文献[8]基于H∞控制理论， 建立了系统的周期平均模型，并设计了最优H∞输出动态反馈控制器，但控制算法复杂度高，且只有仿真分析，无实验验证。 文献[12]指出，三桥臂交直交变换器中公共桥臂为负载谐波提供了一条额外的电流路径， 故可提高功率因数。同时，互异向电流在公共桥臂中相互抵消，使得电流幅值最小，从而优化导通损耗，但整流和逆变桥臂仍会产生与四桥臂变换器相同的损耗。 近年来，三电平电路拓扑得到了广泛研究，与两电平拓扑相比，其开关器件只是承担了一半的电压应力，优化了开关损耗，降低了谐波。 为此，文献[13-15]将单相三桥臂交直交变换器拓扑中整流器和逆变器桥臂升级为中点箝位型三电平电路以减少开关损耗，而文献[15]还利用冗余矢量实现了均压的一维空间矢量脉宽调制算法，但算法并未考虑损耗问题，由于桥臂电流必须流过2 个开关器件[16]，故此拓扑结构存在更高的导通损耗，且内外开关器件的损耗也存在分布不均的问题。……