T-NPC三電平電路的雙脈沖與短路測試

上一篇我們分析了《I-NPC三電平電路的雙脈沖與短路測試方法》，對于T-NPC拓撲來說也是類似的，我們接著來看。

1、T-NPC三電平電路的換流方式與雙脈沖測試方法

由于技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的需要，T型三電平應(yīng)用越來越廣，我們開發(fā)了IGBT7 1200V 62mm共發(fā)射極模塊，最大規(guī)格電流為800A，以及PrimePACK?3+封裝的的共集電極模塊，規(guī)格為2400A/1200V，采用了IGBT7大功率芯片，單橋臂即可實現(xiàn)兆瓦級功率。而中小功率Easy封裝則單模塊集成了T型三電平的橋臂供選擇。本文從分析T-NPC三電平電路的換流入手，介紹了雙脈沖與短路測試技術(shù)，對電路設(shè)計和驗證有參考價值。

下文將采用基于62mm的T-NPC系統(tǒng)給出測試波形。

圖1 T-NPC三電平橋臂

圖2 T-NPC三電平橋臂輸出電壓電流波形

圖2所示為T-NPC橋臂在輸出功率因數(shù)為零時一個工頻周期內(nèi)輸出電壓及電流的波形，二者相位差為90度，一個周期可分為ABCD段，包含T-NPC電路工作的四種換流方式。

A時段（V>0,I>0）與C時段（V<0,I<0）為互補的逆變工況，此時電壓與電流方向相同，NPC橋臂中點輸出電平在±Vdc和0跳變，換流回路如圖3、圖4虛線所示。

圖3 T1與D3換流及DPT方法

圖4 T4與D2換流及DPT方法

對A時段進行DPT，具體設(shè)置見下表：

對C時段進行DPT，具體設(shè)置見下表：

圖5圖6所示為應(yīng)用FF600R12KE4+FF600R12KE4_E的DPT實測波形。

圖5 T4關(guān)斷，VDC=425V，Ic=600A

圖6 T4開通，D2反向恢復(fù)，VDC=425V，Ic=40A

B時段（V>0,I<0）和D時段（V<0,I>0）為互補的整流工況，此時電流與電壓方向相反，換流回路如圖7圖8虛線所示。

圖7 T3與D1換流及DPT方法

圖8 T2與D4換流及DPT方法

對B時段工況進行DPT，具體配置如下圖：

對D時段工況進行DPT，具體配置如下表：

圖9與圖10是模擬D時段工況進行測試的示例波形：

圖9 T2關(guān)斷，VDC=425V，Ic=600A

圖10 T2開通，D4反向恢復(fù)，VDC=425V，Ic=40A

值得說明的是，T-NPC橋臂橫管關(guān)斷的平臺電壓為半母線電壓，豎管在正常開關(guān)時序下關(guān)斷的平臺電壓也為半母線電壓，上述雙脈沖測試方法也是模擬半母線的工況。但在實際應(yīng)用過程中如果出現(xiàn)異常封波橫管先關(guān)斷則豎管會直接換流，豎管關(guān)斷時承受的電壓變?yōu)槿妇€電壓，在測試中也可以模擬此種極端工況進行雙脈沖測試（同兩電平電路雙脈沖測試配置）。

圖11 豎管換流DPT方法

下表展示了全母線工況下對T4進行測試的電路配置，要測試T1使用對稱的配置即可。

2、T-NPC三電平電路的短路測試

對于T-NPC三電平橋臂，通常有以下幾種短路測試方案：

?1.?AC點與直流中點短接，模擬豎管開通時短路，短路電流流過T1或T4，器件退飽和時承受半母線電壓。

圖12 NPC橋臂短路（VDC=425V,Tc=25℃，豎管短路特性非常一致）

?2.?AC點與DC+或DC-短接，模擬全母線電壓情況下，豎管T1與T4的開通短路行為。

圖13 主橋臂短路（VDC=850V,Tc=25℃，豎管短路特性非常一致）

?3.?AC點與DC+或DC-短接，模擬橫管開通短路行為，此時橫管承受半母線電壓。短路電流流過T3,D2，或者T2,D3。

圖14 T2/T3短路測試（VDC=425V,Tc=25℃，橫管短路特性非常一致）

（注：實測波形均基于FF600R12KE4+FF600R12KE4_E構(gòu)成的T-NPC橋臂）

總結(jié)

本篇分析了T-NPC三電平電路的幾種不同換流工況，基于此，通過調(diào)整電感位置及功率器件的驅(qū)動方式可以模擬實際工況進行對應(yīng)的雙脈沖測試，同時結(jié)合英飛凌62mm功率模塊實測波形也給出了T-NPC三電平橋臂的幾種短路工況評估方法供大家參考應(yīng)用。

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