一种应用RC-IGBT的NPC变流器驱动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种应用RC‑IGBT的NPC变流器驱动控制方法，结构上将原有NPC变流器的IGBT器件与反并联二极管均由RC‑IGBT器件替代来减小装置体积。相较于常规的NPC变流器，所设计变流器的工作模态由3种变换至6种，驱动控制变得较复杂。进一步提出了一种六模态驱动控制方法，根据PWM调制信号和电流方向得出功率器件的工作模态，来设置功率器件处于IGBT开通、二极管续流和RC‑IGBT关断三种模式，并相应给出+15V、‑15V和‑15V的驱动信号。同时，为了减小二极管续流模式下的反向恢复电流，在RC‑IGBT关断前引入退饱和控制方法，降低关断损耗。本发明专利技术所提拓扑结构和驱动控制方法，能够有效地减小器件开关损耗，增大变流器的功率密度。

A Driving Control Method of NPC Converter Using RC-IGBT

The invention discloses a driving control method of NPC converter using RC IGBT, in which the IGBT device and the reverse parallel diode of the original NPC converter are replaced by RC IGBT device to reduce the device volume. Compared with the conventional NPC converter, the designed converter has three modes to six, and the driving control becomes more complex. A six-mode driving control method is proposed. According to the PWM modulation signal and current direction, the working modes of power devices are obtained. The three modes of power devices are set up, i.e., IGBT on, diode continuation and RC IGBT off. The driving signals of + 15V, 15V and 15V are given accordingly. At the same time, in order to reduce the reverse recovery current in the mode of diode continuous current, desaturation control method is introduced before RC IGBT is turned off to reduce the turn-off loss. The topology structure and driving control method of the invention can effectively reduce the switching loss of the device and increase the power density of the converter.

【技术实现步骤摘要】
一种应用RC-IGBT的NPC变流器驱动控制方法
本专利技术涉及一种电力电子变换器领域，特别是一种应用RC-IGBT的NPC变流器驱动控制方法。
技术介绍
随着化石能源的不断衰竭，新能源分布式发电技术越来越受到人们的重视，太阳能发电需要通过逆变器转化为交流电才能并到公共电网中，这项应用涉及到逆变器技术。相比传统的两电平逆变器输出仅两种电平、电压变化率du/dt高、总谐波畸变率大等不足，三电平逆变器的输出电平多、谐波含量低、器件开关应力小，被广泛应用于中高压变频调速、有源电力滤波和电力系统无功补偿等领域。在现有的众多多电平逆变器中，三电平二极管钳位型逆变器(NPC)是最早提出和应用的，然而，实际应用中存在中点电压不平衡、器件损耗过大这两个问题。本专利技术主要就减小三电平NPC变流器开关损耗方面进行研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种应用RC-IGBT的NPC变流器驱动控制方法，减小原有NPC变流器的开关损耗，增大变流器的功率密度。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种应用RC-IGBT的NPC变流器驱动控制方法，所述NPC变流器的工作模态由原有NPC变流器的3种变换至6种，驱动控制较为复杂，提出一种六模态驱动控制方法，根据PWM调制信号和电流方向得出功率器件的工作模态，来设置功率器件处于IGBT开通、二极管续流和RC-IGBT关断三种模式，并相应给出+15V、-15V和-15V的驱动信号。同时，当RC-IGBT器件由二极管续流模式切换到关断模式时，通过在功率器件栅极加退饱和脉冲，减小反向恢复电流和关断损耗。对于NPC变流器的A相，所述六模态驱动控制方法包括以下步骤：1)采样变流器输出电流ia，判断其正负关系，确定电流流向，其中，ia流出桥臂中点为正方向，流入桥臂中点为负方向；2)根据电流方向和PWM调制信号SA1～SA4来确定A相桥臂自上至下的四个功率器件RC-IGBTA1～RC-IGBTA4的驱动信号并设置功率器件处于IGBT开通、二极管续流和RC-IGBT关断三种模式；其中SA1～SA4分别为RC-IGBTA1～RC-IGBTA4的调制信号，分别为RC-IGBTA1～RC-IGBTA4的驱动信号；3)根据调制信号和电流方向的不同，可以确定RC-IGBT的驱动信号和工作模态，对于NPC变流器的A相，NPC变流器的工作模态如下：模态一：当调制信号SA1、SA2为高电平且电流方向为正时，设置为+15V，RC-IGBTA1工作于IGBT开通模式；设置为+15V，RC-IGBTA2工作于IGBT开通模式；设置为-15V，RC-IGBTA3处于关断模式；设置为-15V，RC-IGBTA4处于关断模式；模态二：当调制信号SA2、SA3为高电平且电流方向为正时，设置为-15V，RC-IGBTA1处于关断模式；设置为+15V，RC-IGBTA2工作于IGBT开通模式；设置为-15V，RC-IGBTA3处于关断模式；设置为-15V，RC-IGBTA4处于关断模式；模态三：当驱动信号SA3、SA4为高电平且电流方向为正时，设置为-15V，RC-IGBTA1处于关断模式；设置为-15V，RC-IGBTA2处于关断模式；设置为-15V，RC-IGBTA3工作于二极管续流模式；设置为-15V，RC-IGBTA4工作于二极管续流模式；模态四：当驱动信号SA1、SA2为高电平且电流方向为负时，设置为-15V，RC-IGBTA1工作于二极管续流模式；设置为-15V，RC-IGBTA2工作于二极管续流模式；设置为-15V，RC-IGBTA3处于关断模式；设置为-15V，RC-IGBTA4处于关断模式；模态五：当驱动信号SA2、SA3为高电平且电流方向为负时，设置为-15V，RC-IGBTA1处于关断模式；设置为-15V，RC-IGBTA2处于关断模式；设置为+15V，RC-IGBTA3工作于IGBT开通模式；设置为-15V，RC-IGBTA4处于关断模式；模态六：当驱动信号SA3、SA4为高电平且电流方向为负时，设置为-15V，RC-IGBTA1处于关断模式；设置为-15V，RC-IGBTA2处于关断模式；设置为+15V，RC-IGBTA3工作于IGBT开通模式；设置为+15V，RC-IGBTA4工作于IGBT开通模式；4)当RC-IGBT器件由二极管续流模式切换到关断模式时，通过在功率器件栅极加退饱和脉冲，减小反向恢复电流和关断损耗。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术所提出的六模态驱动控制方法减小了原有NPC变流器的开关损耗，增大了变流器的功率密度。附图说明图1为应用RC-IGBT的NPC变流器电路拓扑图。图2为以A相为例时功率器件驱动信号波形图。图3表示当电流方向为正且调制信号SA1、SA2为高电平时，RC-IGBTA1和RC-IGBTA2工作在IGBT开通模式下。图4表示当电流方向为正且调制信号SA2、SA3为高电平时，RC-IGBTA2工作在IGBT开通模式下，RC-IGBTA3处于关断模式。图5表示当电流方向为正且调制信号SA3、SA4为高电平时，RC-IGBTA3和RC-IGBTA4工作在二极管续流模式下。图6表示当电流方向为负且调制信号SA1、SA2为高电平时，RC-IGBTA1和RC-IGBTA2工作在二极管续流模式下。图7表示当电流方向为负且调制信号SA2、SA3为高电平时，RC-IGBTA3工作在IGBT开通模式下，RC-IGBTA2处于关断模式。图8表示当电流方向为负且调制信号SA3、SA4为高电平时，RC-IGBTA3和RC-IGBTA4工作在IGBT开通模式下。具体实施方式图1为开关器件采用RC-IGBT的NPC变流器电路拓扑图，它将原有NPC变流器的IGBT器件和反并联二极管均由RC-IGBT器件取代。所述变流器直流侧由2个完全相同的分压电容C1、C2串联组成，两电容的连接点O即直流侧中点，电容上下两端为直流侧正极P和负极N，上电容C1和下电容C2各承受一半的直流电压Udc，即P点的电位为N点的电位为每相桥臂由4个RC-IGBT器件串联组成，三相桥臂均并联在直流侧正极P和负极N之间，每相桥臂中点为变流器输出端。每相桥臂还包含两个钳位二极管，两钳位二极管串联连接，以A相为例，桥臂从上至下依次为RC-IGBTA1、RC-IGBTA2、RC-IGBTA3、RC-IGBTA4，钳位二极管VDA1的阴极接在RC-IGBTA1和RC-IGBTA2之间，钳位二极管VDA2的阳极接在RC-IGBTA3和RC-IGBTA4之间，VDA1与VDA2的连接点接到直流侧中点O。相比于原有NPC变流器，所述NPC变流器的集成度高、电流耐受力和散热特性更好。图2表示以A相为例时功率器件驱动信号波形图。当功率器件由二极管续流模式切换到关断模式时，将退饱和脉冲加到功率器件门极来降低关断损耗。当退饱和结束后，另外的功率器件才会导通，否则将引起直通。t1～t2时间内，PWM调制信号SA1、SA2为高电平且电流方向为负，驱动信号为-15V，RC-IGBTA1和RC-IGBTA2工作在二极管续流模式下。t2～t5时间内，PWM调制信号SA2、SA3为高电平且电流方向为负，其中，t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用RC‑IGBT的NPC变流器驱动控制方法，其特征在于，对于NPC变流器的A相，该方法包括以下步骤：1)采样变流器输出电流ia，判断其正负关系，确定电流流向，其中，ia流出桥臂中点为正方向，流入桥臂中点为负方向；2)根据电流方向和PWM调制信号SA1～SA4来确定A相桥臂自上至下的四个功率器件RC‑IGBTA1～RC‑IGBTA4的驱动信号

【技术特征摘要】
1.一种应用RC-IGBT的NPC变流器驱动控制方法，其特征在于，对于NPC变流器的A相，该方法包括以下步骤：1)采样变流器输出电流ia，判断其正负关系，确定电流流向，其中，ia流出桥臂中点为正方向，流入桥臂中点为负方向；2)根据电流方向和PWM调制信号SA1～SA4来确定A相桥臂自上至下的四个功率器件RC-IGBTA1～RC-IGBTA4的驱动信号并设置功率器件处于IGBT开通、二极管续流和RC-IGBT关断三种模式，并相应给出栅极驱动信号Uge为+15V、-15V、-15V；其中SA1～SA4分别为RC-IGBTA1～RC-IGBTA4的调制信号，分别为RC-IGBTA1～RC-IGBTA4的驱动信号；3)当RC-IGBT器件由二极管续流模式切换到关断模式时，通过在功率器件栅极加退饱和脉冲，减小反向恢复电流和关断损耗。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于NPC变流器的A相，NPC变流器工作模态如下：模态一：当调制信号SA1、SA2为高电平且电流方向为正时，设置为+15V，RC-IGBTA1工作于IGBT开通模式；设置为+15V，RC-IGBTA2工作于IGBT开通模式；设置为-15V，RC-IGBTA3处于关断模式；设置为-15V，RC-IGBTA4处于关断模式；模态二：当调制信号SA2、SA3为高电平且电流方向为正时，设置为-15V，RC-IGBTA1处于关断模式；设置为+...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思怡，周乐明，姜捷，刘傲洋，欧阳红林，罗安，熊昊哲，王舒克，周杰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43