作者@@： 何通@@，英飞凌工业半导体@@
NPC2三电平@@拓扑@@因为@@@@其效率高@@，谐波含量低@@@@，在@@光伏逆变器设计中应用非常广泛@@。由下图可以@@看到@@，NPC2由四个开关管构成@@，包含竖管@@@@T1/T4，横管@@T2/T3。
在@@市电异常或@@者@@逆变器系统故障时@@@@，逆变器是否需要特殊的@@开关逻辑@@，对@@NPC2拓扑@@中的@@横管@@进行过压保护呢@@？
我们以@@横管@@@@T2/3采用@@50A 650V H5 IGBT IKW50N65H5，竖管@@T1/4为@@40A 1200V S6 IGBT IKW40N120CS6为@@例子@@。
当@@市电异常时@@@@，逆变器启动保护机制@@，如下图@@，从波形上看@@，T1与@@T2同时@@开始关断@@@@，但@@因为@@@@@@H5芯片开关速度天然比@@@@CS6快很多@@，即使在@@关断@@电阻@@T2>T1的@@情况下@@（T2 Rg=40ohm,T1 Rg=20ohm），T1的@@Vge下降速度依然比@@@@T2的@@Vge下降速度要慢@@，T2先关断@@@@。从波形上看@@，T2的@@Vce电压@@平台维持@@在@@@@780Vdc附近@@，持续了@@50us。对@@于@@800V母线系统@@，NPC2拓扑@@，横管@@最好用@@650V器件@@，其损耗比@@@@1200V低@@，但@@780V的@@电压@@平台已经远远超过器件@@的@@最大@@CE耐压@@。虽然下面波形图的@@管子还没有损坏@@，但@@是这在@@设计中绝对@@不允许的@@@@，需要把电压@@降低@@至合理的@@水平@@。
对@@于@@这种情况@@，可能的@@原因是@@，线路上杂散电容@@Cs(或@@者@@RC吸收电路@@上的@@电容@@@@Cs)的@@电荷无法释放造成@@。
如上图@@，Cs模拟杂散电容@@(或@@者@@RC吸收电容@@)，以@@正半周为@@例@@，T2比@@T1先关断@@@@：
左图@@T1，T2开通@@T3的@@电容@@(Cs)会被充电@@，电压@@在@@@@+Bus，中图@@当@@@@T2先关断@@@@时@@@@，Cs的@@电荷的@@泄放回路被切断@@，Cs电压@@会维持@@在@@@@+Bus，右图@@当@@@@T1关断@@时@@@@，输出电感电流通过@@@@T4的@@二极管续流@@@@，AC输出的@@点会被嵌位到@@-Bus。从而@@T2 CE两端电压@@会在@@@@+Bus和@@-Bus之间@@，总电压@@会是@@2倍@@Bus，远超横管@@常用的@@@@1倍@@Bus电压@@的@@器件@@选型@@。
如果@@，改变@@T1,T2的@@关断@@时@@@@序@@，T1比@@T2先关断@@@@：
如上图@@，左图@@，T1开通@@时@@@@，Cs电压@@为@@@@+Bus。中图@@，当@@T1先关断@@@@，因为@@@@T2还在@@开通@@@@，电感在@@续流情况下@@，电流会从中点流向@@AC输出端@@，Cs电容上的@@电压@@会被释放掉至@@0。右图@@，当@@T2关断@@时@@@@，电流通过@@T4二极管续流@@，AC输出端@@被嵌位在@@@@-Bus。在@@T2CE两端的@@电压@@为@@@@@@0和@@-Bus。总电压@@是@@1倍@@Bus电压@@。与@@第一种情况相对@@@@，T2上电压@@会减少一半@@。T2没有过压的@@风险@@。
仿真验证@@：
以@@PLECS仿真软件@@，搭建上图的@@线路@@。以@@T2先于@@T1关断@@，和@@T2延后@@T1关断@@两种情况来进行仿真@@。
上图当@@@@T2比@@T1先关断@@@@，三通道@@T2 Vce=800V.
上图当@@@@T1比@@T2先关断@@@@，三通道@@T2 Vce=400V.
实验验证@@：
第二次测试@@，减小@@T1 Rg=10ohm,维持@@T2 Rg=40ohm,从下面的@@波形可以@@看出@@，T1Vge下降速度比@@@@T2Vge下降速度要快@@，T1比@@T2先关断@@@@，T2 Vce电压@@平台会维持@@在@@@@390Vdc附近@@，大约为@@@@1/2母线电压@@@@。可以@@得知此方法对@@减少@@T2过压有很好的@@效果@@。
从上述的@@分析和@@实验可知@@，当@@横管@@杂散电容较大@@(或@@有@@RC吸收电路@@)时@@，在@@市电异常或@@者@@逆变器系统故障时@@@@，逆变器需要加入横管@@的@@延时@@关断@@策略@@，以@@减少横管@@过压的@@风险发生@@。