EVH 1000
新能源商用車高壓化
面臨的機遇與挑戰
隨著汽車技術不斷發展和市場規模不斷擴大，以新能源商用車電驅動技術為例，大功率電壓化需求已勢不可擋，三電平拓撲結構逆變技術便應運而生。與傳統兩電平結構相比，三電平逆變器具有功率器件電壓應力及損耗低、輸出波形質量好、效率高等優勢。
借助三電平拓撲在光伏發電并網中的廣泛應用經驗，該技術在新能源商用車這一嶄新的領域定將大顯身手。
兩電平、三電平主電路拓撲
兩電平主電路拓撲圖一所示：
圖一：兩電平主電路拓撲
三電平主電路拓撲圖二所示：
圖二：三電平主電路拓撲
通常我們所說的幾電平指的是逆變器輸出的相電壓，圖一所示的兩電平逆變器輸出的相電壓只有兩種電平：±Ud/2；圖二所示的三電平逆變器輸出的相電壓有三種電平：±Ud/2和0。
兩電平、三電平調制方法對比
常規兩電平SVPWM扇區分布如圖三所示：
圖三：兩電平SVPWM扇區分布
三電平SVPWM扇區分布如圖四所示：
圖四：三電平SVPWM扇區分布
在圖三所示兩電平SVPWM的6個扇區分布的基礎上，圖四所示的三電平SVPWM進一步將扇區細化為36個小扇區，進一步調高了SVPWM的調制效率。
三電平、三電平逆變器
輸出波形對比
兩電平逆變電路輸出的波形如圖五所示：
圖五：兩電平逆變器輸出波形
三電平逆變電路輸出的波形如圖六所示：
圖六：三電平逆變器輸出波形
三電平逆變器的基本原理是利用多個電平合成階梯波以逼近正弦輸出電壓，由于較兩電平逆變器多了一個輸出電平，其輸出的PWM波更接近于正弦波形。圖5和圖6分別為兩電平和三電平逆變器輸出的PWM波形對比，可以直觀地分辨出三電平輸出PWM波形更接近于正弦，紋波含量更少。
此外，
兩電平逆變電路紋波電流如圖七所示：
圖七：三電平逆變器紋波電流
三電平逆變電路紋波電流如圖八所示：
圖八：三電平逆變電路紋波電流
紋波電流是指疊加在逆變器有用輸出電感電流上的高頻三角波電流，屬于諧波不利成份，會降低輸出電流質量，造成電網諧波污染；逆變器輸出紋波電流大小與逆變電感上的電壓有關以及和IGBT的開關頻率大小有關。
三電平優勢
如果需要變流器承受更高的電壓，就需要選用耐壓等級更高的IGBT，或者采用IGBT串聯的方式。但IGBT的電壓等級不可能太高（通用電壓等級為600V/1200V/1700V/3300），IGBT是高速器件，串聯比較困難，另外采用兩電平電路時di/dt較高，波形不太理想。因此我們考慮采用多電平逆變電路。
多電平變流器的采用，不僅可以提高電壓等級，而且獲得了更多階的輸出電壓，這將使得輸出波形更接近于正弦波，且諧波含量少，電壓變化率小，輸出容量大。下面對常見的一種三電平拓撲電路進行分析。
三電平拓撲的一個突出優點就是每個主開關器件關斷時所承受的電壓僅為直流側電壓的一半，因此適合于高壓大容量應用場合。與此類似，還可以構成五電平等更多電平的電路。
總結
1）損耗計算：每個開關周期中，兩電平輸出為正、負電平，三電平輸出為正、負、零電平。因此兩電平拓撲損耗較高。
2）輸出諧波：輸出電平臺階越多，波形越趨近與正弦波，帶出的諧波越少。
3）器件耐壓：三電平中主開關承受電壓為直流側電壓一半，兩電平則為全部母線電壓。三電平會增加使用的器件數量，但電壓等級越高價格越高。
4）三電平可以降低開關頻率，較少開關損耗。
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