[發明專利]TNPC逆變器裝置及其橋臂短路檢測方法

有效

• 申請號: 201410251114.3
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN105226975B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 丁習兵;馮維一;張偉強;吳洪洋
• 申請（專利權）人: 臺達電子企業管理（上海）有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;G01R31/02
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司11438
• 代理人: 姜怡,闞梓瑄

技術領域

本申請涉及一種T型中點鉗位(TNPC)逆變器裝置，以及針對這種TNPC逆變器裝置的橋臂短路檢測方法。

背景技術

隨著大功率電力電子裝置逐步向高頻化、高功率密度，高可靠性、低成本方向發展，在諸如不間斷電源(UPS)、有源濾波器(APF)、靜止無功補償器(SVG)等裝置中廣泛應用的逆變器拓撲成為人們研究的熱點。

目前，使用較廣泛的逆變器拓撲例如是T型中點鉗位(TNPC)拓撲和二極管鉗位(DNPC)拓撲，二者在不同的應用中表現出不同的優勢。由于TNPC拓撲在中頻段損耗較小，且在無功時的換流路徑較短，所以逐漸被應用在不同的電力電子裝置中。

由于可靠性是衡量電力電子裝置品質的重要指標，大功率電力電子裝置的可靠性顯得尤其重要，所以，為了提高裝置的可靠性，針對不同的逆變器拓撲，業界也提出了不同的逆變器橋臂直通短路檢測方法。

現有的TNPC逆變器橋臂直通短路檢測方法主要是對施加在逆變器中開關管上的電壓進行退飽和檢測，例如對于絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)類型的開關管，檢測其集電極和發射極之間的電壓Vce是否退出了飽和區。圖1A是示意性說明開關管電壓Vce退飽和檢測原理的示意圖。為便于說明，這里以IGBT為例，以下同。

如圖1中所示，橫坐標是開關管集電極和發射極之間的電壓Vce，橫坐標是開關管集電極電流Ic，多條實曲線是針對不同柵極電壓(即IGBT的靜態驅動電壓)的開關管特性曲線，虛曲線的左右側分別示出了所謂的飽和區和線性區，以下同。開關管(即IGBT)正常工作時，工作電流(例如為額定電流)Inormal較小。例如，當開關管的靜態驅動電壓Vge為15V時，開 關管工作在靜態驅動電壓Vge為15V時對應的特性曲線上的位于飽和區中的P1點。此時，開關管集電極與發射極之間的電壓Vce較低，一般為2～3V。

當該開關管所在的逆變器橋臂發生直通短路時，流過開關管的短路電流Isc較大，一般為該開關管額定電流的4～7倍，即Isc＝(4～7)×Inormal，例如此時開關管工作在靜態驅動電壓Vge為15V時對應的特性曲線上的位于線性區中的P2點。此時，開關管集電極與發射極之間的電壓Vce相比正常工作時較高。該開關管的工作點從P1點到P2點的過程通常叫做該開關管集電極與發射極之間的電壓Vce退飽和，簡稱Vce退飽和，以下同。這樣，通過Vce退飽和檢測就可以判斷開關管所在的逆變器橋臂是否發生了直通短路。

圖1B是示意性說明現有技術中開關管電壓Vce退飽和檢測電路的示意圖。圖1B中所示的現有技術中開關管電壓Vce退飽和檢測電路中所包含的各元件的連接關系正如其中所示，當開關管S所在的逆變器橋臂沒有發生直通短路時，電流源Isource的微弱電流經依次串聯的電阻R、二極管Da、二極管Db和開關管S而被泄放，電容C的兩端無法積累較高的電壓，從而電容正端B點的電壓不足以觸發比較器(即運算放大器)A。這里與開關管S反向并聯的二極管D不參與檢測。

當開關管S的集電極與發射極之間的電壓Vce滿足：Vce大于7V減去二極管Da的導通電壓和二極管Db的導通電壓之后的電壓，即大于大約5.6V(因為Da或Db的導通電壓一般為0.7V，R上的壓降可以忽略)時，電容C因被電流源Isource持續充電而抬高電容正端B點的電壓，當B點的電壓大于7V時，使比較器A翻轉而由其輸出端O輸出高電平，即可由此檢測出開關管S所在的逆變器橋臂發生了直通短路。這里開關管S兩端的“+”和“-”表示此時電壓為上正下負。