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NPC-2三電平功率模塊中 逆阻型IGBT的門極驅動器應用

變換器拓撲介紹
􀁺傳統的兩電平拓撲(圖a)具有兩種開關狀態:直流母線的正電壓和負電壓狀態(DC+、DC-);為了降低輸出波形的THD,需要更多的開關狀態。
􀁺三電平NPC1(即“1”字型三電平)拓撲(圖b)可提供所需的額外的開關狀態:N點為0V的中性狀態无需存款注册秒送18元。
由于更低的電壓波形失真无需存款注册秒送18元,濾波要求可以降低,可以節省濾波器的成本。
缺點:開關器件(IGBT和二極管)的數量會增加,從而增大拓撲的復雜度并增加系統的成本。
兩電平拓撲
􀁺應用三電平NPC2(即T型三電平)拓撲(圖c) ,功率半導體的數量與NPC1拓撲相比可進一步減少无需存款注册秒送18元。
還可以使用兩個逆阻型(RB)IGBT,來替代NPC2拓撲中以共集電極方式連接的兩個IGBT和二極管无需存款注册秒送18元,這樣NPC2拓撲中可減少兩個二極管(圖d)无需存款注册秒送18元。
􀁺RB-IGBT的特點:
內部結構經過改進,可使IGBT承受相同水平的正向和反向阻斷電壓;相比之下,標準的IGBT能承受的反向阻斷電壓僅為正向阻斷電壓的幾分之一。
􀁺使用RB-IGBT的優勢:
降低導通損耗无需存款注册秒送18元、提高封裝面積利用率无需存款注册秒送18元、簡化功率模塊的輔助端子布局等。
三電平NPC2
IGBT驅動器的考慮因素:
各種拓撲對IGBT驅動器的要求各不相同。比如:
􀁺 兩電平拓撲通常要求短路保護和過壓保護即可。常用的短路保護方法又叫VCEsat或退保護監控无需存款注册秒送18元;過壓保護一般采用有源鉗位无需存款注册秒送18元。
􀁺 對于三電平NPC1拓撲,IGBT在短路時刻的關斷順序非常重要:
1、必須先關外管,再關內管,否則內管IGBT會承受整個母線電壓而損壞;
2、發生短路時,驅動器不應該自動關斷IGBT无需存款注册秒送18元,而應將故障報告給控制單元,由控制單元來確保正確的關管順序;
3无需存款注册秒送18元、只有內管IGBT采用有源鉗位的情況下,才能忽略關管順序无需存款注册秒送18元,并允許驅動器自動關斷IGBT无需存款注册秒送18元。
􀁺 而NPC2拓撲則沒有關管順序的要求无需存款注册秒送18元。

􀁺NPC1和NPC2拓撲的共同特點是无需存款注册秒送18元,在正常工作期間,相輸出端U的電壓相對于中性點N在+1/2DC和-1/2DC之間交變,即極性發生變化无需存款注册秒送18元。這一特點對于在NPC2拓撲中N點和U點之間的IGBT形成雙向開關特別有意義无需存款注册秒送18元。
NPC2拓撲
下圖所示為當外部開關(此處未顯示)分別導通和關斷時內管IGBT獲得的電壓无需存款注册秒送18元。圖a中IGBT的集電極-發射極電壓始終為正電壓或零(理想化),因此无需存款注册秒送18元无需存款注册秒送18元,對于短路和過壓保護无需存款注册秒送18元,無特殊要求;但是,如果用RB-IGBT作雙向開關无需存款注册秒送18元,情況則不同,U點存在的交變電壓要求修改經典的短路保護和過壓保護電路。否則,驅動器將會損壞,并最終損壞IGBT。
RB-IGBT作雙向開關
下圖為使用富士電機的NPC2功率模塊4MBI650VB-120R1-50進行的測試。
此例中的負載連接在U和DC-之間,上管IGBT T1導通和關斷,VDC = 800V, Iload = 650A 无需存款注册秒送18元无需存款注册秒送18元。通道2的波形(“VCE RBIGBTT3”)顯示了在IGBTT1導通和關斷時N-U之間的交變電壓:
T1導通時无需存款注册秒送18元,T3上的電壓
Vce=400V(+1/2 VDC )无需存款注册秒送18元;
T1關斷時,T3上的電壓
Vce=-400V(-1/2 VDC )
NPC2功率模塊4MBI650VB-120R1-50進行的測試
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