NC电平电路拓扑探析与测试方法.pdf

NPC 三电平电路拓扑的分析及测试方法 NPC 电平拓扑： NPC 三电平拓扑结构中,每相的功率元器件总共有6 个。4 个IGBT ：T1 ，T2 ，T3 ，T4 以及2 个钳位二极管Da ，Db。4 个IGBT 的开关状态组合可以组成不同的模态。 NPC 电平拓扑的模态分析： 将T1 ，T2 ，T3 ，T4 的状态分别用1 和0 表示，1 表示开通，0 表示关断 ，可以有以下组合 (假定电流的流向向内) ： 从上表可以看出，NPC 三电平电路的模态有5 种。其中包括稳定态C ，6 ，3 以及过渡态4 和2。 NPC 电平拓扑的模态分析： 在输出状态转化时 ，为了避免桥臂直通的风险，通常会嵌入一定的死区时间。这就意味着 状态转 时存 过渡态： NPC 电平电路的换流过程分析： 下面我们对每个模态进行逐个的分析。 1. 关于电流流向的假设 ：实际上 ，电流朝外流与电流朝内流是两种对偶的情形 ，只需要分 析其中一种电流方向即可，另一种情况是一样的。 2. 后面的分析中，我们假定电流朝内流。 C 状态，各个开关IGBT 的状态为1100 ，电流路径如右图所示。 D1 ，D2 续流 ，电流并没 有经过T1 ，T2。 C 向6 转 的过程中，有一个死区状态，我们定义为4 状态。切 状态为：C-4 IGBT 从1100 切 成0100。 在这个时刻 ，T1 关断，因为电流本来就没有经过T1 ，所以这个时刻电路内不发生任何 流行为，D1 ，D2 仍然续流。 。 开关状态从4 切 为6 的过程 ，即IGBT 的状态从0100 切 成0110。 这个时刻 ，T3 开 通，发生以下 流行为： 1. 因为T2 一直是处于开通状态，所以a 点电位总是等于AC 的电位。 2. T3 开通时，Db 也会导通，形成如右图红色所示的 流回路以及蓝色所示负载电流。 3. 此时，b 点的电位被迅速拉至0 点 ，AC 及a 的电位也会被拉至0 点 ，这意味着，D1 被 强迫关断，D1 会发生反向恢复行为。 在这个 流过程中，反向恢复电流穿过了C1 ，D1 ，T2 ，T3 ，Db 及这个回路中的杂散电感 ， 这是大 流回路。 6 状态： 所有开关IGBT 的状态保持为0110。电流路径如右图所示，D1 的反向恢复过程结束 ，电 流流过T3 及Db ，流入0 点。虽然T2 是导通的，但是不会流过电流。 开关状态从6 切 为2 的过程 ，即IGBT 的状态从0110 切 成0010。 在这个时刻 ，T2 关断，因为T2 之前已经没有流过电流了，所以不会发生 流行为，与前 一状态完全一样。电流路径如右图所示 ，电流不变 ，仍然流过T3 及Db ，流进0 点。 开关状态从2 切 为3 的过程 ，IGBT 的状态从0010 切 成0011。 在这个时刻 ， 1. T4 开通，b 点电位被拉至-1 ， 2. Db 被强迫关断，Db 会出现反向恢复行为。 3. 流的电流如右图所示 ，电流穿过C2 ，Db ，T4 以及其中的杂散电感。这是小 流回路。 3 状态： IGBT 保持为0011。 这个时刻 ，电流流过T3 ，T4。 开关状态从3 切 为2 的过程 ，IGBT 的状态从0011 切 为0010。 在这个时刻 ， 1. T4 关断， Db 续流，T4 会产生电压尖峰。 2. 流的电流如右图所示。这个电压尖峰所对应的杂散电感是C2 ，Db ，T4 构成的回路的的杂散电感。 3. 这是一个小 流回路。 开关状态从2 切 为6 的过程 ，即IGBT 的状态从0010 切 为0110。在这个时刻 ，T2 开通 ，电流不会 流过T2 ，不出现任何 流过程 ，电流路径维持不变。T2 不产生开通损耗。 开关状态从6 切 为4 的过程 ，即IGBT 的状态从0110 切 为0100。在这个时刻 ， 1. T3 关断，D1 ，D2 续流，T3 会产生电压尖峰 ， 流的电流如右图所示。 2. 这个电压尖峰所对应的杂散电感是C1 ，D1 ，D2 ，T3 ，Db 所构成的回路的的杂散电感。 3. 这是一个大 流回路。 开关状态从4 切 为C 的过程 ，即IGBT 的状态从0100 切 为1100。 在这个时刻 ，T1 开通，电流仍然通过D1 续流，所以T1 不产生开通损耗。不发生 流过程 ，电流路径维 持不变。 小结： 经过以上对三电平拓扑中每个模态切 过程的分析 ，可以得出一些有用的结论 ： 1. 回路中存 两个 流回路 ，一个大 流回路，由5 个器件