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T型三电平工作过程

IGBT模块T型三电平拓扑换流过程分析及测试方法

IGBT模块T字型-三电平电路拓扑和状态表:

T字型-三电平电路拓扑

1)拓扑中共有4只IGBT,4只二极管,还有电容组C1和C2;假设正负母线电压均等,都是Vdc

 

2)将T1,T2,T3,T4的状态用1和0分别表示,1表示开通,0表示关断。

Vgel

Vge2

Vge3|

pVg門

1

1

0

0

C

0

1

0

0

4

0

1

1

0

6

0

0

1

0

2

0

0

1

1

3

0

0

1

0

2

0

1

1

0

6

0

1

0

0

4

1

1

0

0

C

T字型-三电平电路状态表

1)状态米用16进制表示;

2)稳定模态有3种:

C,6,3;

3)死区状态有2种:

4,2。

死区状态的切换用黄色部分表示。

状态循环和电流流向:

■C・4・623264

 

在该拓扑中,电流的流向分为两种情况:

朝内-蓝色箭头所示;

朝外-红色箭头所示。

由于这两种情况是对偶关系,所以在以下的分析中,我们假定电流流向朝外(红色箭头)

状态C-1100:

T1

Vdc

T2

AC

T3

\

K

ci

Vdc

T2

0

AC

T3

Vdc

0

y

Cl

Vdc

T2

0

AC

o

0

D3续流

D2

D2

D3

D3r-bH

Xz

2SD4

ZSD1

F

KI

7SD1

2&D4

状态

AC输出

AC输出

AC输出

状态

状态

T402*Vdc

电流路径:

T-T—L

状态C-1100-->状态4-0100

电流路径:

“{TJT2-DM-L

电流路径:

即一T2-D—L

状态4-0100-->状态6-0110

T10Vdc:

有关断电压尖峰

T30D3

续流

T2=llIT3=0

T10Vdc:

有关断电压尖峰

I

IT3=0

T'1=o

T'2=1I

IT3=0

T'4=Q

L

状态

Vce

|能|

T1

0

2*Vdc

T2

0

Vdct

有关断电压尖峰

-1

T3

1

0

T4

0

D4

状态6-0110-->状态2-0010

续流

电流路径:

Vdc

1

y-1

ci

状态2-0010-->状态3-0011

状态

Vce

T1

0

2*Vdc

T2

0

Vdc

T3

1

0

-1

D4续流

AC输出

T41

1

r1

Vdc

C2

电流路径:

D2

\X

T2=n

T1=0

AC

14=1

状态

Vce

AC输出

T1

0

2*Vdc

状态3-0011-->状态2-0010

T2

0

Vdc

■1

T3

0

 

Vdc

0

ci

T2

0

T3

\

X

C2

0

Z\D1

T2

0

0

Z

T4

0

2SD1

T2

AC

□2

D2

D3

2A

状态

AC输出

状态Vce

AC输出

状态VceAC

输出

状态2-0010-->状态6-0110

状态6-0110-->状态4-0100

电流路径:

PJT2-D3-L

状态4-0100-->状态C-1100:

反向恢奴电流路隆;

织色U1"-T1-D3-D2-"O":

mi色屋示稳念电流

T40D4反向恢复

&向恢复电流路径土

?

1笛0JT2—D斗〜化讥蓝色衷小稳态电流

Vdc

T30D3

反向

恢复

T40廿Vdc

T30D3

续流

T4=0

「1=0

IT3=0

小结:

经过以上对三电平拓扑中每个切换过程的分析,可以得出如下结论:

IGBT部分:

1)电流朝外流时:

T1(C-->4),T2(6-->2)在关断时会有电压尖峰。

2)电流朝内流时:

T3(6-->4),T4(3-->2)在关断时会有电压尖峰。

3)T1~T4在关断时产生的电压尖峰,都是基于半个母线电压Vdc。

但是由于T1管和T4管的阻断电压高,所以T1管和T4管的关断电压应力风险相对较低;而T2管和T3管是低压管,所以T2管和T3管的关断电压应力相对较大,这点需要特别注意。

二极管部分:

1)电流朝外流时:

D3,D4有续流。

D3(4-->C),D4(2-->6)反向恢复。

2)电流朝内流时:

D1,D2有续流。

D1(4-->6),D2(2-->3)反向恢复。

3)高阻断电压D1管和D4管在反向恢复时,是基于半个母线电压Vdc,所以产生的峰值功率也相对较小;但是D2管和D3管由于阻断电压较低,在基于半个母线电压Vdc反向恢复时,产生的峰值功率会相对较

大,这点需要特别注意。

双脉冲测试:

D2

T2

T1

D3

T3

1)经过以上分析,我们知道T字型-三电平拓扑中四只IGBT都会存在关断电压尖峰,四只二极管都存在

反向恢复行为。

2)为了确保系统中所有器件的安全性,我们需要利用双脉冲测试对各个器件进行评估。

双脉冲测试-T3&D1:

Ct

T2=0FF|

T1=OFF

D3

2/J

AC

 

1)在“1”和“AC"之间加入电感Lo

2)T1,T2,T4常关。

3)给T3管发双脉冲。

4)用示波器观测T3管的开关行为,和D1管的反向恢复行为。

5)蓝色路径表示IGBT电流。

6)绿色路径代表二极管续流电流。

双脉冲测试-T1&D3:

1)在“0”和“AC"之间加入电感Lo

2)T3,T4常关,T2常开。

3)给T1管发双脉冲。

4)用示波器观测T1管的开关行为,和D3管的反向恢复行为。

5)蓝色路径表示IGBT电流。

6)绿色路径代表二极管续流电流。

双脉冲测试-T2&D4:

1)在“AC”和“-1"之间加入电感L。

2)T1,T3,T4常关。

3)给T2管发双脉冲。

4)用示波器观测T2管的开关行为,和D4管的反向恢复行为。

5)蓝色路径表示IGBT电流。

6)绿色路径代表二极管续流电流。

双脉冲测试-T4&D2:

1)在“0”和“AC"之间加入电感Lo

2)T1和T2常关,T3常开。

3)给T4管发双脉冲。

4)用示波器观测T4管的开关行为,和D2管的反向恢复行为。

5)蓝色路径表示IGBT电流。

6)绿色路径代表二极管续流电流。

短路测试:

Vdc

F'

D2

\X

D3

VZ

T1

KT

-AC

T2

T3

Vdc

T4

2&D4kJ

 

 

短路测试的测评,按照短路电流从高电位至低电位的流向,我们把短路测试分为如下三种:

1,"1"-->"0"2,"0"-->"-1"3,"1"-->"-1"

短路测试"1"-->"0"

Capper

在"1"和"AC"之间加入“短粗”的铜排。

T1管常关,T2管常关,T4管常关,给T3管发单脉冲。

用示波器观察T3管的退饱和行为和驱动板短路保护功能。

短路测试"0"-->"-1":

Cl

Vdt

Vcfc

D2

D3r-NV

AC

lT3=0FF

TWOFF

T4-OFF

Copier

 

在"AC"和"-1"之间加入“短粗”的铜排。

T1管常关,T3管常关,T4管常关,给T2管发单脉冲。

用示波器观察T2管的退饱和行为和驱动板短路保护功能。

短路测试"1"-->"-1"

Copper

1)在"1"和"AC"之间加入“短粗”的铜排。

2)T1管常关,T2管常关,T3管常关,给T4管发单脉冲

3)用示波器观察T4管的退饱和行为和驱动板短路保护功能。

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