一种NPC三电平无损软关断电路制造技术

本发明专利技术公开一种NPC三电平无损软关断电路，涉及NPC三电平电路技术领域，其中，IGBT管Q1的集电极和发射极分别连接二极管D1的阴极和阳极，IGBT管Q1的发射极还连接二极管D7的阳极和电容C5的正极，二极管D7的阴极连接电容C4的负极，电容C4的正极连接二极管D1的阴极和IGBT管Q1的集电极，电容C5的负极连接储能电感L2的一端和二极管D9的阴极，储能电感L2的另一端连接二极管D8的阳极，二极管D8的阴极连接二极管D7的阳极和电容C4的负极，二极管D9分别连接电容C1和0V中点，电容C1的另一端和IGBT管Q1的集电极连接正母线。本发明专利技术解决了现有的NPC三电平电路中的RC吸收电路无法减小IGBT的关断损耗，且采用RC吸收的NPC三电平电路不宜多管并联的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种NPC三电平无损软关断电路
本专利技术涉及NPC三电平电路
，尤其涉及一种NPC三电平无损软关断电路。
技术介绍
能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性难题。从20世纪90年代以来，以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复合器件的发展引人注目，并在此基础上产生了很多新型的高压大容量变换拓扑结构，成为国内外学者和工业界研究的重要课题，使得传统上在大功率应用领域中占主导地位的SCR、GTO及其变换器结构受到强有力的挑战。在工业发达国家，兆瓦级的高压多电平逆变器已有产品大量投入市场，并应用于电力机车牵引、船舶电力推进、轧钢、造纸、油气田、无功补偿等高性能系统中。三电平逆变器的结构较简单，其电路拓扑形式从一定意义上来说可以看成多电平逆变器结构中的一个特例，它的中点钳位及维持中点电位动态平衡技术、功率器件尖峰吸收缓冲电路、PWM算法简化及控制策略、高压功率器件的驱动及系统的工作电源等也是多电平逆变器控制需要研究解决的问题。现有的NPC三电平电路都是采用RC做吸收电路，以缓冲IGBT的关断尖峰，虽然RC吸收电路对关断尖峰有一定的抑制作用，但由于RC吸收电路的效率极低会产生较大的发热损耗(靠电阻R发热)，如果要减缓IGBT关断边沿的上升斜率，电阻R上的发热量要占到整机功率的百分之几，这是根本不能允许的，因此RC吸收基本不能减少IGBT的关断损耗，另外，仅采用RC吸收的NPC三电平电路不宜多管并联，因为RC吸收电路不能明显减缓IGBT的关断边沿，不同IGBT管间总有参数的差异，在多管并联使用时，关断较慢的IGBT承受了主要的关断损耗，当负载变大时很容易产生故障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为解决现有的NPC三电平电路中的RC吸收电路无法减小IGBT的关断损耗，且采用RC吸收的NPC三电平电路不宜多管并联的问题，本专利技术提供一种NPC三电平无损软关断电路。一种NPC三电平无损软关断电路，包括IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3和IGBT管Q4，IGBT管Q1和IGBT管Q4为外管，IGBT管Q2和IGBT管Q3为内管，IGBT管Q1的发射极连接IGBT管Q2的集电极，IGBT管Q2的发射极连接IGBT管Q3的集电极,IGBT管Q3的发射极连接IGBT管Q4的集电极；内管IGBT管Q2与外管IGBT管Q4互补，内管IGBT管Q3与外管IGBT管Q1互补。IGBT管Q1的集电极和发射极分别连接二极管D1的阴极和阳极，IGBT管Q1的发射极还连接二极管D7的阴极和电容C5的正极，二极管D7的阴极连接电容C4的负极，电容C4的正极连接二极管D1的阴极和IGBT管Q1的集电极，电容C5的负极连接储能电感L2的一端和二极管D9的阴极，储能电感L2的另一端连接二极管D8的阳极，二极管D8的阴极连接二极管D7的阳极和电容C4的负极，二极管D9分别连接电容C1和0V中点，电容C1的另一端和IGBT管Q1的集电极连接正母线。IGBT管Q4的集电极和发射极分别连接二极管D4的阴极和阳极，IGBT管Q4的集电极还连接二极管D10的阳极，二极管D10的阴极连接电容C6的正极，电容C6的负极还连接二极管D4的阳极和IGBT管Q1的发射极，二极管D11的阳极连接二极管D10的阴极和电容C6的正极，二极管D11的阴极连接储能电感L3的一端，储能电感L3的另一端连接电容C7的正极和二极管D2的阳极，电容C7的负极连接IGBT管Q4的集电极，二极管D12的阴极连接电容C2的一端和0V中点，电容C2的另一端与IGBT管Q4的集电极共同连接负母线。具体地，所述IGBT管Q2的集电极和发射极分别连接二极管D2的阴极和阳极，二极管D2还并联有RC吸收电路一；所述RC吸收电路一包括串联的电阻R2和电容C3，电阻R2的一端连接二极管D2的阳极和IGBT管Q2的发射极，所述电容C3的一端连接电阻R2，另一端连接二极管D2的阴极和IGBT管Q2的集电极；所述IGBT管Q2的发射极连接储能电感L1的一端；所述IGBT管Q2的集电极和0V中点之间连接二极管D5，二极管D5的阳极连接0V中点、阴极连接IGBT管Q2的集电极；IGBT管Q2的集电极和IGBT管Q1的发射极连接。具体地，所述IGBT管Q3的集电极和发射极分别连接二极管D3的阴极和阳极，二极管D3还并联有RC吸收电路二；所述RC吸收电路二包括串联的电阻R1和电容C8，电阻R1的一端连接二极管D3的阳极和IGBT管Q3的发射极，所述电容C8的一端连接电阻R1，另一端连接二极管D3的阴极和IGBT管Q3的集电极；所述IGBT管Q3的集电极连接储能电感L1的一端；所述IGBT管Q3的发射极和0V中点之间连接二极管D6，二极管D6的阴极连接0V中点、阳极连接IGBT管Q3的发射极；IGBT管Q3的发射极和IGBT管Q4的集电极连接。采用上述方案后，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术的具体工作工程及其原理将在具体实施中作详细阐述，总之，本专利技术的电路不仅能明显延缓三电平IGBT管的关断边沿，大幅减小IGBT的关断损耗，具体而言，不同实施例有着不同的参数，根据具体实施方式中可以看出，当IGBT关断边沿为300ns-600ns时，IGBT的关断损耗会大幅下降到原关断损耗30％-45％。而且在电路的整个工作过程中，除了二极管具有正向导通损耗外，均为无损。(2)具体而言，本专利技术电路能够明显软化NPC三电平电路高频外管Q1、Q4的关断边沿，大幅减小关断损耗，提高电路运行的效率和可靠性，特别能提高多管并联的大功率系统的可靠性，在三相不平衡治理产品中有很好的体现。(3)在多IGBT管并联的应用中，由于每个IGBT管的特性总有差异，关断时总有一个IGBT最先关断，有一个IGBT管最后关断，如果IGBT管关断边沿的上升斜率很陡，比如小于100ns，那么后关断的IGBT管会承受较大的关断损耗，使并联IGBT管间的损耗分配很不均衡，致使系统不可靠，采用本专利技术电路，在不增加电路损耗的情况下，能有效的减缓IGBT管关断边沿的上升斜率，这个上升时间从300ns到600ns不等，使得IGBT关断损耗大幅减小，同时也规避了并联IGBT管间的损耗分配很不均衡问题。附图说明图1为本专利技术的三电平无损关断吸收电路图；图2为现有的三电平关断吸收电路图；图3为当IGBT管Q1关断瞬间的电路流向示意图；图4为当关断周期后当IGBT管Q1重新开通时的电路流向示意图；图5为当电容C4的电压放到0V后的电路流向示意图；图6为当电容C5的电压充满后的电路流向示意图；图7为当IGBT管Q4处于导通的后期的电路流向示意图；图8为当关断周期后当IGBT管Q4重新开通时的电路流向示意图；图9为当电容C6的电压放到0V后的电路流向示意图；图10为当电容C7的电压充满后的电路流向示意图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术
技术介绍
中所描述的现有的NPC三电平电路如图1所示，IGBT管Q1、IGBT管Q4为外管，IG本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种NPC三电平无损软关断电路，包括IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3和IGBT管Q4，IGBT管Q1和IGBT管Q4为外管，IGBT管Q2和IGBT管Q3为内管，IGBT管Q1的发射极连接IGBT管Q2的集电极，IGBT管Q2的发射极连接IGBT管Q3的集电极,IGBT管Q3的发射极连接IGBT管Q4的集电极；内管IGBT管Q2与外管IGBT管Q4互补，内管IGBT管Q3与外管IGBT管Q1互补，其特征在于，IGBT管Q1的集电极和发射极分别连接二极管D1的阴极和阳极，IGBT管Q1的发射极还连接二极管D7的阴极和电容C5的正极，二极管D7的阴极连接电容C4的负极，电容C4的正极连接二极管D1的阴极和IGBT管Q1的集电极，电容C5的负极连接储能电感L2的一端和二极管D9的阴极，储能电感L2的另一端连接二极管D8的阳极，二极管D8的阴极连接二极管D7的阳极和电容C4的负极，二极管D9分别连接电容C1和0V中点，电容C1的另一端和IGBT管Q1的集电极连接正母线；IGBT管Q4的集电极和发射极分别连接二极管D4的阴极和阳极，IGBT管Q4的集电极还连接二极管D10的阳极，二极管D10的阴极连接电容C6的正极，电容C6的负极还连接二极管D4的阳极和IGBT管Q1的发射极，二极管D11的阳极连接二极管D10的阴极和电容C6的正极，二极管D11的阴极连接储能电感L3的一端，储能电感L3的另一端连接电容C7的正极和二极管D2的阳极，电容C7的负极连接IGBT管Q4的集电极，二极管D12的阴极连接电容C2的一端和0V中点，电容C2的另一端与IGBT管Q4的集电极共同连接负母线。...

【技术特征摘要】
1.一种NPC三电平无损软关断电路，包括IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3和IGBT管Q4，IGBT管Q1和IGBT管Q4为外管，IGBT管Q2和IGBT管Q3为内管，IGBT管Q1的发射极连接IGBT管Q2的集电极，IGBT管Q2的发射极连接IGBT管Q3的集电极,IGBT管Q3的发射极连接IGBT管Q4的集电极；内管IGBT管Q2与外管IGBT管Q4互补，内管IGBT管Q3与外管IGBT管Q1互补，其特征在于，IGBT管Q1的集电极和发射极分别连接二极管D1的阴极和阳极，IGBT管Q1的发射极还连接二极管D7的阴极和电容C5的正极，二极管D7的阴极连接电容C4的负极，电容C4的正极连接二极管D1的阴极和IGBT管Q1的集电极，电容C5的负极连接储能电感L2的一端和二极管D9的阴极，储能电感L2的另一端连接二极管D8的阳极，二极管D8的阴极连接二极管D7的阳极和电容C4的负极，二极管D9分别连接电容C1和0V中点，电容C1的另一端和IGBT管Q1的集电极连接正母线；IGBT管Q4的集电极和发射极分别连接二极管D4的阴极和阳极，IGBT管Q4的集电极还连接二极管D10的阳极，二极管D10的阴极连接电容C6的正极，电容C6的负极还连接二极管D4的阳极和IGBT管Q1的发射极，二极管D11的阳极连接二极管D10的阴极和电容C6的正极，二极管D11的阴极连接储能电感L3的一端，储能电感L3的另一端连接电容C7的正极和二极管D2的阳极，电容C7的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文长，
申请(专利权)人：成都麦隆电气有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51