低压MOS在多电平逆变器上的应用-REASUNOS瑞森半导体

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一、前言

多电平逆变器，是一种新型逆变器。常规逆变器，在单桥臂上采用单个开关器件。多电平逆变器在单桥臂上包含多个串联开关器件，能够精细地控制输出电压。将逆变输出的正弦波进行微分，微分数量越多，越接近正弦波。常见的多电平逆变器有三、五、七电平等。其功率开关元件工作在较低的频率上，使功率元件的开关损耗减小，产生的电磁干扰较小，逆变器效率更高。缺点是需要用到更多数量的功率开关元件，对驱动调制以及测试验证的技术要求更高。


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二、多电平逆变器工作原理

桥式电路常见于普通二电平逆变器电路的一部分。通过上下两个桥臂组成，实际应用中根据应用场景不同，分为单相和三相。MOS管Q1和Q2位于电压源和地线之间，通过控制Q1和Q2的通断，由中点输出所需电压。（见图1）

二电平逆变器工作波形如图所示，输出电压有两个电平，当Q1导通，Q2关断时为U（电压源电压），当Q1关断，Q2导通时为0（接地电压）。（见图2）


二电平逆变器的拓扑线路

二电平逆变器每个桥臂中只有一个开关器件，而多电平逆变器每个桥臂中有多个开关器件串联而成。（见图3）

工作周期分别为Q1和Q2导通，Q2和Q3导通，Q3和Q4导通。输出电压有三个电平，Q1和Q2导通时为U，Q2和Q3导通时为U/2，Q3和Q4导通时为0。（见图4）


多电平逆变器的拓扑线路

假如以上两个逆变器的电压源电压都是U时，理论上二电平逆变器的输出电压振幅是U，因为输出电压为U和0，每个器件上施加的电压也是U。而三电平逆变器的输出电压振幅是U/2，因为输出电压为U、U/2和0，那么施加到每个器件的电压也是U/2。因此，对于三电平逆变器，每个开关器件上施加的电压变为二电平逆变器的一半，可使用耐压减半的器件。

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