IGBT模块T型三电平拓扑换流过程分析及测试方法

IGBT模块T字型-三电平电路拓扑和状态表： T字型-三电平电路拓扑
1）拓扑中共有4只IGBT，4只二极管，还有电容组C1和C2；假设正负母线电压均等，都是Vdc。
2）将T1，T2，T3，T4的状态用1和0分别表示，1表示开通，0表示关断。 T字型-三电平电路状态表
1）状态采用16进制表示；
2）稳定模态有3种：C，6，3；
3）死区状态有2种：4，2。死区状态的切换用黄色部分表示。
状态循环和电流流向： 在该拓扑中，IGBT的所有开关状态的切换是循环的过程。 在该拓扑中，电流的流向分为两种情况：
朝内-蓝色箭头所示；
朝外-红色箭头所示。
由于这两种情况是对偶关系，所以在以下的分析中，我们假定电流流向朝外（红色箭头）。
状态C-1100： 状态C-1100-->状态4-0100： 状态4-0100-->状态6-0110： 状态6-0110-->状态2-0010： 状态2-0010-->状态3-0011： 状态3-0011-->状态2-0010： 状态2-0010-->状态6-0110： 状态6-0110-->状态4-0100： 状态4-0100-->状态C-1100： 小结：
经过以上对三电平拓扑中每个切换过程的分析，可以得出如下结论：
IGBT部分：
1）电流朝外流时：T1(C-->4)，T2(6-->2)在关断时会有电压尖峰。
2）电流朝内流时：T3(6-->4)，T4(3-->2)在关断时会有电压尖峰。
3）T1~T4在关断时产生的电压尖峰，都是基于半个母线电压Vdc。但是由于T1管和T4管的阻断电压高，所以T1管和T4管的关断电压应力风险相对较低；而T2管和T3管是低压管，所以T2管和T3管的关断电压应力相对较大，这点需要特别注意。 二极管部分：
1）电流朝外流时：D3，D4有续流。D3(4-->C)，D4(2-->6)反向恢复。
2）电流朝内流时：D1，D2有续流。D1(4-->6)，D2(2-->3)反向恢复。
3）高阻断电压D1管和D4管在反向恢复时，是基于半个母线电压Vdc，所以产生的峰值功率也相对较小；但是D2管和D3管由于阻断电压较低，在基于半个母线电压Vdc反向恢复时，产生的峰值功率会相对较大，这点需要特别注意。
双脉冲测试： 1）经过以上分析，我们知道T字型-三电平拓扑中四只IGBT都会存在关断电压尖峰，四只二极管都存在反向恢复行为。
2）为了确保系统中所有器件的安全性，我们需要利用双脉冲测试对各个器件进行评估。
双脉冲测试-T3&D1： 1）在“1”和“AC"之间加入电感L。
2）T1，T2，T4常关。
3）给T3管发双脉冲。
4）用示波器观测T3管的开关行为，和D1管的反向恢复行为。
5）蓝色路径表示IGBT电流。
6）绿色路径代表二极管续流电流。
双脉冲测试-T1&D3： 1）在“0”和“AC"之间加入电感L。
2）T3，T4常关，T2常开。
3）给T1管发双脉冲。
4）用示波器观测T1管的开关行为，和D3管的反向恢复行为。
5）蓝色路径表示IGBT电流。
6）绿色路径代表二极管续流电流。
双脉冲测试-T2&D4： 1）在“AC”和“-1"之间加入电感L。
2）T1，T3，T4常关。
3）给T2管发双脉冲。
4）用示波器观测T2管的开关行为，和D4管的反向恢复行为。
5）蓝色路径表示IGBT电流。
6）绿色路径代表二极管续流电流。
双脉冲测试-T4&D2： 1）在“0”和“AC"之间加入电感L。
2）T1和T2常关，T3常开。
3）给T4管发双脉冲。
4）用示波器观测T4管的开关行为，和D2管的反向恢复行为。
5）蓝色路径表示IGBT电流。
6）绿色路径代表二极管续流电流。
短路测试： 短路测试的测评，按照短路电流从高电位至低电位的流向，我们把短路测试分为如下三种：
1，"1"-->"0"
2，"0"-->"-1"
3，"1"-->"-1"
短路测试"1"-->"0"： 1）在"1"和"AC"之间加入“短粗”的铜排。
2）T1管常关，T2管常关，T4管常关，给T3管发单脉冲。
3）用示波器观察T3管的退饱和行为和驱动板短路保护功能。
短路测试"0"-->"-1"： 1）在"AC"和"-1"之间加入“短粗”的铜排。
2）T1管常关，T3管常关，T4管常关，给T2管发单脉冲。
3）用示波器观察T2管的退饱和行为和驱动板短路保护功能。
短路测试"1"-->"-1"： 1）在"1"和"AC"之间加入“短粗”的铜排。
2）T1管常关，T2管常关，T3管常关，给T4管发单脉冲。
3）用示波器观察T4管的退饱和行为和驱动板短路保护功能。