使用SCALE-2 IGBT驅(qū)動器控制多電平拓撲的方法

圖 1 三電平NPC拓撲

橋臂中點(MP)與中性點(0)之間的短路

在圖1的拓撲中，在橋臂中點MP與中性點0之間設(shè)置一短路路徑。圖2的測量中所采用的最大直流母線電壓Vdc為870V。

最初，所有的開關(guān)都處于關(guān)斷狀態(tài)(a)。然后導(dǎo)通IGBT S3 (b)，則半直流母線電壓435V會施加于IGBT S4 (Vce4)，此時無短路電流流過。當S4導(dǎo)通時(c)，短路電流Ic4流經(jīng)S3和S4，一直增大，直到IGBT S3先退飽和，稍后是S4退飽和。特定的關(guān)斷時序?qū)⒁�求先關(guān)斷S4，再關(guān)斷S3。但在這里S3會先關(guān)斷(d)。如果不采取保護措施，短路電流會換流到圖1中的D1和D2，從而導(dǎo)致約870V的全直流母線電壓施加到S3 (Vce3)，而這遠遠超出了IGBT最大耐壓能力。圖2清楚表明，在關(guān)斷S3的整個關(guān)斷過程中(d)，電壓Vce3被鉗在最大值500V。當短路電流完全關(guān)斷時，半直流母線電壓435V施加到IGBT S3 (e)。

圖 2 在MP與0之間出現(xiàn)短路時的“錯誤”關(guān)斷時序

橋臂中點(MP)與直流母線正端(P)之間的短路

在圖1的拓撲中，在橋臂中點MP與直流母線正端(P)之間設(shè)置短路路徑。圖3的測量中所采用的直流母線電壓Vdc為550V。最初，所有的開關(guān)都處于關(guān)斷狀態(tài)(a)。然后導(dǎo)通IGBT S3 (b)。短路電流IL開始從P流到MP、S3和D6。一半的直流母線電壓Vdc被施加到IGBT S4 (Vce4)。在約1μs后，S4導(dǎo)通(c)。短路電流快速從D6換流到S4（Ic4增大）。當IGBTS3退飽和時，它的電流會大幅減�。▓D3中未顯示），從而產(chǎn)生Vce3電壓尖峰。因為短路電流IL為電感性（短路路徑存在最小電感），其將保持相對穩(wěn)定，在整個(d)、(e)和(f)階段，流經(jīng)二極管D1和D2的電流在數(shù)值上等于IL–Ic4，也即IL-Ic4正通過D1和D2續(xù)流。因此，全直流母線電壓Vdc被施加到MP與N之間。在此期間，AAC可將電壓Vce3安全地鉗在500V左右（Vce3會在S3退飽和后立即升高，但不會超過IGBT RBSOA）。直流母線電壓Vdc與Vce3之間的差值（約等于550V-500V=50V）施加到MP、S3、S4和N之間的雜散電感上，因為S4仍處于飽和狀態(tài)，這會導(dǎo)致Ic4進一步增大，但增大速率較低(d)。

當S4退飽和時(e)，電流Ic4停止增大。特定的關(guān)斷時序會要求先關(guān)斷S4。但在這里S3會先關(guān)斷(f)。這種影響幾乎察覺不到，如圖3所示。原因非常簡單：AAC已經(jīng)限定Vce3電壓，它無法進一步升高。驅(qū)動器會嘗試降低S3的門極-發(fā)射極電壓，但AAC功能阻止了這一行為。然后，關(guān)斷IGBT S4 (g)，Ic4迅速降至零。對應(yīng)的Vce4電壓由S4的AAC進行安全限定。初始短路電流IL然后會完全通過D1和D2續(xù)流，并逐漸減小為零，部分波形如圖3所示(g)。