EVH 1000
新能源商用车高压化
面临的机遇与挑战
随着汽车技术不断发展和市场规模不断扩大，以新能源商用车电驱动技术为例，大功率电压化需求已势不可挡，三电平拓扑结构逆变技术便应运而生。与传统两电平结构相比，三电平逆变器具有功率器件电压应力及损耗低、输出波形质量好、效率高等优势。
借助三电平拓扑在光伏发电并网中的广泛应用经验，该技术在新能源商用车这一崭新的领域定将大显身手。
两电平、三电平主电路拓扑
两电平主电路拓扑图一所示：
图一：两电平主电路拓扑
三电平主电路拓扑图二所示：
图二：三电平主电路拓扑
通常我们所说的几电平指的是逆变器输出的相电压，图一所示的两电平逆变器输出的相电压只有两种电平：±Ud/2；图二所示的三电平逆变器输出的相电压有三种电平：±Ud/2和0。
两电平、三电平调制方法对比
常规两电平SVPWM扇区分布如图三所示：
图三：两电平SVPWM扇区分布
三电平SVPWM扇区分布如图四所示：
图四：三电平SVPWM扇区分布
在图三所示两电平SVPWM的6个扇区分布的基础上，图四所示的三电平SVPWM进一步将扇区细化为36个小扇区，进一步调高了SVPWM的调制效率。
三电平、三电平逆变器
输出波形对比
两电平逆变电路输出的波形如图五所示：
图五：两电平逆变器输出波形
三电平逆变电路输出的波形如图六所示：
图六：三电平逆变器输出波形
三电平逆变器的基本原理是利用多个电平合成阶梯波以逼近正弦输出电压，由于较两电平逆变器多了一个输出电平，其输出的PWM波更接近于正弦波形。图5和图6分别为两电平和三电平逆变器输出的PWM波形对比，可以直观地分辨出三电平输出PWM波形更接近于正弦，纹波含量更少。
此外，
两电平逆变电路纹波电流如图七所示：
图七：三电平逆变器纹波电流
三电平逆变电路纹波电流如图八所示：
图八：三电平逆变电路纹波电流
纹波电流是指叠加在逆变器有用输出电感电流上的高频三角波电流，属于谐波不利成份，会降低输出电流质量，造成电网谐波污染；逆变器输出纹波电流大小与逆变电感上的电压有关以及和IGBT的开关频率大小有关。
三电平优势
如果需要变流器承受更高的电压，就需要选用耐压等级更高的IGBT，或者采用IGBT串联的方式。但IGBT的电压等级不可能太高（通用电压等级为600V/1200V/1700V/3300），IGBT是高速器件，串联比较困难，另外采用两电平电路时di/dt较高，波形不太理想。因此我们考虑采用多电平逆变电路。
多电平变流器的采用，不仅可以提高电压等级，而且获得了更多阶的输出电压，这将使得输出波形更接近于正弦波，且谐波含量少，电压变化率小，输出容量大。下面对常见的一种三电平拓扑电路进行分析。
三电平拓扑的一个突出优点就是每个主开关器件关断时所承受的电压仅为直流侧电压的一半，因此适合于高压大容量应用场合。与此类似，还可以构成五电平等更多电平的电路。
总结
1）损耗计算：每个开关周期中，两电平输出为正、负电平，三电平输出为正、负、零电平。因此两电平拓扑损耗较高。
2）输出谐波：输出电平台阶越多，波形越趋近与正弦波，带出的谐波越少。
3）器件耐压：三电平中主开关承受电压为直流侧电压一半，两电平则为全部母线电压。三电平会增加使用的器件数量，但电压等级越高价格越高。
4）三电平可以降低开关频率，较少开关损耗。
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