一种npc三电平内管无损均压钳位电路的制作方法
【专利说明】一种NPG三电平内管无损均压钳位电路
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于电力电子三电平逆变钳位保护技术领域，尤其设计一种三电平两内管的钳位电路。
【背景技术】
[0003]现有NPC三电平电路只有两只外管Ql、Q4做了钳位保护，它是利用内外管参数比较一致的情况下两只外管先关断先承受更多的反压，而两只内管后关断，内管自然比外管承受更小的电压应力所以无须钳位保护，但在实际运行中内外管的参数总有差异、特别随着设备的运行、器件的老化，这种差异会越来越大，以至于没有做钳位保护的内管在关断时出现异常的电压尖峰，严重时这个关断的电压尖峰达到IGBT管的击穿电压，造成IGBT击穿，从而烧毁整个IGBT模块。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种NPC三电平内管无损均压钳位电路，解决了 NPC三电平电路内管无钳位保护的缺陷，增加产品的可靠性。当NPC三电平电路内外管参数有较大差异时，动态钳位两个内管，使其不超过母线电压的一半的+10%，达到无损抑制内管关断电压尖峰的目的。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
一种NPC三电平内管无损均压钳位电路，包括由IGBT、二极管、电容和电阻构成结构对称的工频上半周和工频下半周，IGBT包括第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT和第四IGBT，其中，第一 IGBT和第二 IGBT处于工频上半周，第三IGBT和第四IGBT处于工频下半周，第一IGBT和第四IGBT分别连接于母线；工频上半周和工频下半周中还包括共用两个电容的“内管关断尖峰电压吸收电路”、“能量无损回馈回路”和“初始预充电电路”;当第二 IGBT导通，第一 IGBT处于瞬间开通状态时，第三IGBT关断，第三IGBT和第四IGBT承受全部母线电压Vin ;当第二 IGBT导通，第一 IGBT处于关断状态时，工频上半周或/和工频下半周中均有一个二极管和一个IGBT导通形成零电平。
[0006]进一步的，内管关断尖峰电压吸收电路由工频上半周的二极管七D7、电容三C3与工频下半周的电容四C4和二极管九D9串联构成；二极管八D8、电容三C3、电容四C4和二极管十D10串联构成能量无损回馈回路；电阻一 R1、电容三C3、电容四C4和电阻二 R2串联构成初始预充电电路；
进一步的，工频上半周具体包括连接于母线输入端一的电容一 C1，母线输入端一还连接有第一 IGBT、二极管一D1、二极管八D8和电阻一 R1，具体的，第一 IGBT通过其集电极C与母线高电平端BUS+相连，二极管一 D1和二极管八D8均通过其负极与母线输入端一相连；电容一 C1的自由端还依次连接有二极管五D5和二极管七D7，具体的，二极管五D5和二极管七D7同向，且二极管五D5通过其正极与电容一 C1的自由端相连；第一 IGBT的发射极E和二极管一 D1的正极均连接于二极管五D5和二极管七D7之间，形成第一 IGBT、二极管一D1、二极管五D5和二极管七D7的公共端A1，二极管八D8的正极和电阻一的自由端均连接于二极管七D7的负极，形成二极管七D7、二极管八D8和电阻一 R1的公共端B1 ;公共端A1还连接有二极管二 D2和第二 IGBT，具体的，第二 IGBT通过其集电极C与第一 IGBT的发射极E相连，二极管二 D2通过其负极连接于公共端A1 ;公共端B1还连接有电容三C3，电容三C3的自由端与第二 IGBT的发射极E和二极管二 D2的正极接在一起，形成第二 IGBT、二极管二 D2和电容三C3的公共端P1 ；
工频下半周具体包括连接于母线输入端二的电容二 C2，且电容二 C2与电容一 C1连接，电容一 C1与电容二 C2之间为ZERO端；母线输入端二还连接有第四IGBT、二极管四D4、二极管十D10和电阻二 R2，具体的，第四IGBT通过其发射极E与母线输入端二相连，二极管四D4和二极管十D10均通过其正极与母线输入端二相连；电容二 C2与电容一 C1的公共端还依次连接有二极管六D6和二极管九D9，具体的，二极管六D6和二极管九D9同向，且二极管六D6通过其负极连接于电容二 C2与电容一 C1之间；第四IGBT的集电极C和二极管四D4的负极均连接于二极管六D6和二极管九D9之间，形成第四IGBT、二极管四D4、二极管六D6和二极管九D9的公共端A2，二极管十D10的负极和电阻二的另一端均连接于二极管九D9的负极，形成二极管九D9、二极管十D10和电阻二 R2的公共端B2 ;公共端A2还连接有二极管三D3和第三IGBT，具体的，第三IGBT通过其发射极E与第四IGBT的集电极C相连，二极管三D3通过其正极连接于公共端A2 ;公共端B2还连接有电容四C4，电容四C4的自由端与第三IGBT的集电极C和二极管三D3的负极接在一起，形成第三IGBT、二极管三D3和电容四C4的公共端P2 ;公共端P1和公共端P2接在一起形成输出端(0UTX)。
[0007]综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明采用对称的工频上半周和工频下半周，而工频上半周和工频下半周仅由IGBT、二极管、电容和电阻构成上述的内管关断尖峰电压吸收电路、能量无损回馈回路和初始预充电电路，能够有效地解决NPC三电平桥臂两内管钳位均压的问题，提高NPC三电平电路应用的可靠性。NPC三电平电路内外管参数有较大差异时，动态钳位两个内管，使其不超过母线电压的一半的+10%，达到无损抑制内管关断电压尖峰的目的。
【附图说明】
[0008]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1是本发明的原理图；
图2是本发明的内管钳位吸收原理图；
图3是本发明的吸收电容无损回馈原理图。
【具体实施方式】
[0009]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0010]如图1所示:本发明的一种NPC三电平内管无损均压钳位电路，本实施例中，包括连接于母线高电平端BUS+ (母线输入端一)的电容一 C1，母线高电平端BUS+还连接有第一IGBT (Q1)、二极管一 D1、二极管八D8和电阻一 R1，具体的，第一 IGBT (Q1)通过其集电极C与母线高电平端BUS+相连，二极管一 D1和二极管八D8均通过其负极与母线高电平端BUS+相连；电容一 C1的低电平端还依次连接有二极管五D5和二极管七D7，具体的，二极管五D5和二极管七D7同向，且二极管五D5通过其正极与电容一 C1的低电平端相连；第一IGBT (Q1)的发射极E和二极管一 D1的正极均连接于二极管五D5和二极管七D7之间(形成第一 IGBT、二极管一 D1、二极管五D5和二极管七D7的公共端A1 )，二极管八D8的正极和电阻一的低电平端均连接于二极管七D7的负极(形成二极管七D7、二极管八D8和电阻一R1的公共端B1)；
第一 IGBT (Q1)的发射极E (即公共端A1)还连接有二极管二 D2和另一个相同的第二IGBT (Q2)，具体的，第二 IGBT (Q2)通过其集电极C与第一 IGBT (Q1)的发射极E相连，二极管二 D2通过其负极连接于公共端A1 ;公共端B1还连接有电容三C3，电容三C3的低电平端与第二 IGBT (Q2)的发射极E和二极管二 D2的正极接在一起(形成第二 IGBT、二极管二D2和电容三C3的公共端P1)；
上述电路构成本发明的工频上半周，本发明还包括一个工频下半周，且工频下半周的结构与上半周对称。
[0011]如图1所示:工频下半周的电路结构如下所述:包括连接于母线低电平端BUS -(母线输入端二)的电容二 C2，电容二 C2的高电平端连接于电容一 C1的低电平端，电容一 C1与电容二 C2之间为ZERO端；母线高电平端BUS —还连接有第四IGBT (Q4)、二极管四D4、二极管十D10和电阻二 R2，具体的，第四IGBT (Q4)通过其发射极E与母线高电平端BUS —相连，二极管四D4和二极管十D10均通过其正极与母线高电平端BUS —相连；电容二 C2的高电平端还依次连接有二极管六D6和二极管九D9，具体的，二极管六D6和二极管九D9同向，且二极管六D6通过其负极与电容二 C2的高电平端相连；第四IGBT (Q4)的集电极C和二极管四D4的负极均连接于二极管六D6和二极管九D9之间(形成第四IGBT、二极管四D4、二极管六D6和二极管九D9的公共端A2)，二极管十D10的负极和电阻二的高电平端均连接于二极管九D9的负极(形成二极管九D9、二极管十D10和电阻二 R2的公共端B2)；
第四IGBT (Q4)的集电极(即公共端A2)还连接有二极管三D3和另一个相同的第