npc三电平电路拓扑的分析及测试方法

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1、NPC三电平电路拓扑的分析及测试方法NPC三电平拓扑：在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三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三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

2、嵌入一定的死区时间。这就意味着在状态转换时存在过渡态：NPC三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.在后面的分析中，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。在C向6转换的过程中，有一个死区状态，我们定义为4状态。切换状态为：C->4IGBT从1100切换成0100。在这个时刻，T1关断，因

3、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换流行为，D1，D2仍然续流。。开关状态从4切换为6的过程，即IGBT的状态从0100切换成0110。在这个时刻，T3开通，发生以下换流行为：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换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。在这个换流过程中，反向恢复电流穿过了C1，D1，T2，T3，Db及

4、这个回路中的杂散电感，这是大换流回路。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切换为2的过程，即IGBT的状态从0110切换成0010。在这个时刻，T2关断，因为T2之前已经没有流过电流了，所以不会发生换流行为，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切换为3的过程，IGBT的状态从0010切换成0011。在这个时刻，1.T4开通，b点电位

5、被拉至-1，2.Db被强迫关断，Db会出现反向恢复行为。3.换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。这是小换流回路。3状态：IGBT保持为0011。在这个时刻，电流流过T3，T4。开关状态从3切换为2的过程，IGBT的状态从0011切换为0010。在这个时刻，1.T4关断，Db续流，T4会产生电压尖峰。2.换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.这是一个小换流回路。开关状态从2切换为6的过程，即IGBT的状态从0010切换为0110。在

6、这个时刻，T2开通，电流不会流过T2，不出现任何换流过程，电流路径维持不变。T2不产生开通损耗。开关状态从6切换为4的过程，即IGBT的状态从0110切换为0100。在这个时刻，1.T3关断，D1，D2续流，T3会产生电压尖峰，换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.这是一个大换流回路。开关状态从4切换为C的过程，即IGBT的状态从0100切换为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。不发生换流过程，电流路

7、径维持不变。小结：经过以上对三电平拓扑中每个模态切换过程的分析，可以得出一些有用的结论：1.回路中存在两个换流回路，一个大换流回路，由5个器件构成；一个小换流回路，由3个器件构成；2.在大换流回路中换流的器件的应力会被小换流回路中的器件的应力大，取决于回路中杂散电感的水平；3.拓扑中一共有10个半导体器件，它们的应力各不相同，需要分别分析，在应用时需要留意及测试；4.D1，D4会在大换流回路中进行反向恢复；5.Da，Db会在小换流回路中进行反向恢复；6.D2，D3不会发生反向恢复现象；7.T1，T4会在小换流回路中关

8、断；8.T2，T3会在大换流回路中关断；NPC三电平拓扑的双脉冲测试：测D1的反向恢复及T3关断行为的方法：电路如右图所示，在正母线及AC间接电感T1，T4常关；T2常开；对T3放双脉冲；测Db的反向恢复及T4关断行为的方法：如右侧电路所示，在0点和b点间接电感，T1,T2,T3常关；给T4发双脉冲，即可观察到Db的反向恢复及T4的关断行为；N