使用SCALE-2 IGBT驱动器控制多电平拓扑的方法

图 1 三电平NPC拓扑

桥臂中点(MP)与中性点(0)之间的短路

在图1的拓扑中，在桥臂中点MP与中性点0之间设置一短路路径。图2的测量中所采用的最大直流母线电压Vdc为870V。

最初，所有的开关都处于关断状态(a)。然后导通IGBT S3 (b)，则半直流母线电压435V会施加于IGBT S4 (Vce4)，此时无短路电流流过。当S4导通时(c)，短路电流Ic4流经S3和S4，一直增大，直到IGBT S3先退饱和，稍后是S4退饱和。特定的关断时序将要求先关断S4，再关断S3。但在这里S3会先关断(d)。如果不采取保护措施，短路电流会换流到图1中的D1和D2，从而导致约870V的全直流母线电压施加到S3 (Vce3)，而这远远超出了IGBT最大耐压能力。图2清楚表明，在关断S3的整个关断过程中(d)，电压Vce3被钳在最大值500V。当短路电流完全关断时，半直流母线电压435V施加到IGBT S3 (e)。

图 2 在MP与0之间出现短路时的“错误”关断时序

桥臂中点(MP)与直流母线正端(P)之间的短路

在图1的拓扑中，在桥臂中点MP与直流母线正端(P)之间设置短路路径。图3的测量中所采用的直流母线电压Vdc为550V。最初，所有的开关都处于关断状态(a)。然后导通IGBT S3 (b)。短路电流IL开始从P流到MP、S3和D6。一半的直流母线电压Vdc被施加到IGBT S4 (Vce4)。在约1μs后，S4导通(c)。短路电流快速从D6换流到S4（Ic4增大）。当IGBTS3退饱和时，它的电流会大幅减小（图3中未显示），从而产生Vce3电压尖峰。因为短路电流IL为电感性（短路路径存在最小电感），其将保持相对稳定，在整个(d)、(e)和(f)阶段，流经二极管D1和D2的电流在数值上等于IL–Ic4，也即IL-Ic4正通过D1和D2续流。因此，全直流母线电压Vdc被施加到MP与N之间。在此期间，AAC可将电压Vce3安全地钳在500V左右（Vce3会在S3退饱和后立即升高，但不会超过IGBT RBSOA）。直流母线电压Vdc与Vce3之间的差值（约等于550V-500V=50V）施加到MP、S3、S4和N之间的杂散电感上，因为S4仍处于饱和状态，这会导致Ic4进一步增大，但增大速率较低(d)。

当S4退饱和时(e)，电流Ic4停止增大。特定的关断时序会要求先关断S4。但在这里S3会先关断(f)。这种影响几乎察觉不到，如图3所示。原因非常简单：AAC已经限定Vce3电压，它无法进一步升高。驱动器会尝试降低S3的门极-发射极电压，但AAC功能阻止了这一行为。然后，关断IGBT S4 (g)，Ic4迅速降至零。对应的Vce4电压由S4的AAC进行安全限定。初始短路电流IL然后会完全通过D1和D2续流，并逐渐减小为零，部分波形如图3所示(g)。