IGBT應(yīng)用于“T”字型三電平逆變器的工作原理詳解

1、T型三電平拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)狀態(tài)：圖1為T(mén)字型-三電平電路單相拓?fù)?，拓?fù)渲泄灿?個(gè)IGBT，4個(gè)二極管，還有電容組C1和C2; 假設(shè)正負(fù)母線(xiàn)電壓均等，都是Vdc。將T1，T2，T3，T4的狀態(tài)用1和0分別表示，1表示開(kāi)通，0表示關(guān)斷。

圖1 T型三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

將T1、T2、T3、T4狀態(tài)組成的二級(jí)制數(shù)用16進(jìn)制表示開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如T1、T2、T3、T4分別為1、1、0、0，則將該開(kāi)關(guān)狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)1100用十六進(jìn)制數(shù)表示為C。

穩(wěn)定模態(tài)有3種：C，6，3; 即當(dāng)T1、T2、T3、T4分別為1、1、0、0時(shí)，輸出電壓為Vdc; 即當(dāng)T1、T2、T3、T4分別為0、1、1、0時(shí)，輸出電壓為0; 即當(dāng)T1、T2、T3、T4分別為0、0、1、1時(shí)，輸出電壓為-Vdc。

考慮死區(qū)后，還存在另外兩種狀態(tài)，分別為4，2。則T型三電平逆變器輸出電壓由Vdc → 0 → - Vdc → 0→Vdc的切換過(guò)程中，T型三電平具有如下圖的切換狀態(tài)，其中死區(qū)狀態(tài)的切換用黃色部分表示，穩(wěn)態(tài)狀態(tài)用藍(lán)色表示。

圖2 T字型-三電平電路狀態(tài)表

2、T型三電平逆變器的換流過(guò)程

（1）開(kāi)關(guān)狀態(tài)為C時(shí)(T1、T2、T3、T4分別為1、1、0、0)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)，IGBT的C-E電壓與輸出電壓的關(guān)系及電流路徑如下圖所示：

（2）開(kāi)關(guān)狀態(tài)由C(1100)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)4(0100)的過(guò)程中，IGBT的C-E電壓與輸出電壓的關(guān)系及電流路徑如下圖所示：

（3）開(kāi)關(guān)狀態(tài)由4(0100)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)6(0110)的過(guò)程中，IGBT的C-E電壓與輸出電壓的關(guān)系及電流路徑如下圖所示：

（4）開(kāi)關(guān)狀態(tài)由6(0110)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)2(0010)的過(guò)程中，IGBT的C-E電壓與輸出電壓的關(guān)系及電流路徑如下圖所示：

（5）開(kāi)關(guān)狀態(tài)由2(0010)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)3(0011)的過(guò)程中，IGBT的C-E電壓與輸出電壓的關(guān)系及電流路徑如下圖所示：

（6）開(kāi)關(guān)狀態(tài)由3(0011)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)2(0010)的過(guò)程中，IGBT的C-E電壓與輸出電壓的關(guān)系及電流路徑如下圖所示：

（7）開(kāi)關(guān)狀態(tài)由2(0010)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)6(0110)的過(guò)程中，IGBT的C-E電壓與輸出電壓的關(guān)系及電流路徑如下圖所示：

（8）開(kāi)關(guān)狀態(tài)由6(0110)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)4(0100)的過(guò)程中，IGBT的C-E電壓與輸出電壓的關(guān)系及電流路徑如下圖所示：

（9）開(kāi)關(guān)狀態(tài)由4(0100)到開(kāi)關(guān)狀態(tài)C(1100)的過(guò)程中，IGBT的C-E電壓與輸出電壓的關(guān)系及電流路徑如下圖所示：

—— 小結(jié) ——

經(jīng)過(guò)以上對(duì)三電平拓?fù)渲忻總€(gè)切換過(guò)程的分析，可以得出如下結(jié)論：

IGBT部分：1)電流朝外流時(shí)：T1(C-->4)，T2(6-->2)在關(guān)斷時(shí)會(huì)有電壓尖峰。2)電流朝內(nèi)流時(shí)：T3(6-->4)，T4(3-->2)在關(guān)斷時(shí)會(huì)有電壓尖峰。3)T1~T4在關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰，都是基于半個(gè)母線(xiàn)電壓Vdc。但是由于T1管和T4管的阻斷電壓高，所以T1管和T4管的關(guān)斷電壓應(yīng)力風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低; 而T2管和T3管是低壓管，所以T2管和T3管的關(guān)斷電壓應(yīng)力相對(duì)較大，這點(diǎn)需要特別注意。

二極管部分：

1)電流朝外流時(shí)：D3，D4有續(xù)流。D3(4-->C)，D4(2-->6)反向恢復(fù)。電流朝內(nèi)流時(shí)：D1，D2有續(xù)流。D1(4-->6)，D2(2-->3)反向恢復(fù)。3)高阻斷電壓D1管和D4管在反向恢復(fù)時(shí)，是基于半個(gè)母線(xiàn)電壓Vdc，所以產(chǎn)生的峰值功率也相對(duì)較小; 但是D2管和D3管由于阻斷電壓較低，在基于半個(gè)母線(xiàn)電壓Vdc反向恢復(fù)時(shí)，產(chǎn)生的峰值功率會(huì)相對(duì)較大，這點(diǎn)需要特別注意。