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。

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T-NPC三電平電路的換流方式與雙脈沖測試方法

由于技術的發展和應用的需要，T型三電平應用越來越廣，我們開發了IGBT7 1200V 62mm共發射極模塊，最大規格電流為800A，以及PrimePACK3+封裝的的共集電極模塊，規格為2400A/1200V，采用了IGBT7大功率芯片，單橋臂即可實現兆瓦級功率。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，對電路設計和驗證有參考價值。

下文將采用基于62mm的T-NPC系統給出測試波形。

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為零時一個工頻周期內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，具體設置見下表：

對C時段進行DPT，具體設置見下表：

圖5圖6所示為應用FF600R12KE4+FF600R12KE4_E的DPT實測波形。

圖5 T4關斷，VDC=425V，Ic=600A

圖6 T4開通，D2反向恢復，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關斷，VDC=425V，Ic=600A

圖10 T2開通，D4反向恢復，VDC=425V，Ic=40A

值得說明的是，T-NPC橋臂橫管關斷的平臺電壓為半母線電壓，豎管在正常開關時序下關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。但在實際應用過程中如果出現異常封波橫管先關斷則豎管會直接換流，豎管關斷時承受的電壓變為全母線電壓，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。

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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構成的T-NPC橋臂）

總結

本篇分析了T-NPC三電平電路的幾種不同換流工況，基于此，通過調整電感位置及功率器件的驅動方式可以模擬實際工況進行對應的雙脈沖測試，同時結合英飛凌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用。