NPC三电平逆变器的驱动保护电路和电力变换装置制造方法及图纸

本公开提供一种NPC三电平逆变器的驱动保护电路和电力变换装置。所述驱动保护电路被被配置为：当同时接收到所述NPC三电平逆变器的同一桥臂上同侧的一对内外管的开通控制信号，且所述一对内外管当前处于非故障状态时，使所述一对内外管中的内管先于外管开通；当同时接收到所述NPC三电平逆变器的同一桥臂上同侧的一对内外管的关断控制信号，且所述一对内外管当前处于非故障状态时，使所述一对内外管中的外管先于内管关断；当接收到内管的故障信号或者外管的故障信号时，使所述一对内外管中的外管先于内管关断。驱动保护电路有助于提升NPC三电平逆变器的安全性。三电平逆变器的安全性。三电平逆变器的安全性。

【技术实现步骤摘要】
NPC三电平逆变器的驱动保护电路和电力变换装置


[0001]本公开属于变流
，具体涉及一种NPC三电平逆变器的驱动保护电路和电力变换装置。

技术介绍

[0002]本部分旨在为权利要求书中陈述的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
[0003]轨道交通牵引变流器、中压变频器、能馈等系统对逆变器的功率级别以及效率要求越来越高。中性点箝位型(neutral point clamped，NPC)三电平逆变器拓扑方案应运而生。NPC三电平逆变器拓扑具有输出波形崎变率低、谐波含量低、功率半导体器件开关损耗小、器件的耐压要求低、电磁干扰及高频噪声低等诸多优点。NPC三电平逆变器其整体系统相对比较复杂，功率半导体器件的数量多，换流模式复杂。需要一种NPC三电平逆变器的驱动保护电路，以提高NPC三电平逆变器的安全性。

技术实现思路

[0004]本公开提供一种NPC三电平逆变器的驱动保护电路和电力变换装置。
[0005]本公开采用如下技术方案：一种NPC三电平逆变器的驱动保护电路，所述驱动保护电路被被配置为：
[0006]当同时接收到所述NPC三电平逆变器的同一桥臂上同侧的一对内外管的开通控制信号，且所述一对内外管当前处于非故障状态时，使所述一对内外管中的内管先于外管开通；
[0007]当同时接收到所述NPC三电平逆变器的同一桥臂上同侧的一对内外管的关断控制信号，且所述一对内外管当前处于非故障状态时，使所述一对内外管中的外管先于内管关断；
>[0008]当接收到内管的故障信号或者外管的故障信号时，使所述一对内外管中的外管先于内管关断。
[0009]在一些实施例中，所述驱动保护电路包括分别对应所述NPC三电平逆变器的各桥臂上各功率半导体器件的开关选择电路，每一个开关选择电路内部具有一个开通延时通路和一个关断延时通路，对于同一桥臂上同侧的一对内外管的关断延时通路，内管的关断延时通路的延时大于外管的关断延时通路的延时。
[0010]在一些实施例中，所述开通延时通路包括串联的电阻和二极管，所述关断延时通路包括串联的电阻和二极管，内管的关断延时通路的电阻阻值大于外管的关断延时通路的电阻阻值。
[0011]在一些实施例中，对于同一桥臂上同侧的一对内外管的开关选择电路，内管的开关选择电路被配置为接收到内管无故障的电平控制信号且接收到开通内管的电平控制信号时，经对应的开通延时通路输出开通内管的电平控制信号，外管的开通选择电路被配置
为接收到外管无故障的电平控制信号、接收到开通外管的电平控制信号、且接收到表征内管无故障且内管的开关选择电路已发出开通控制信号的电平控制信号时，经对应的开通延时通路输出开通外管的电平控制信号。
[0012]在一些实施例中，所述驱动保护电路包括分别驱动所述NPC三电平逆变器的各桥臂上各功率半导体器件的锁闭单元，对于同一桥臂上同侧的一对内外管的锁闭单元和开关选择电路，外管的锁闭单元被配置为接收到表征外管故障的电平控制信号时关闭外管，外管的开关选择电路被配置为接收到表征内管故障的电平控制信号时关闭外管，内管的锁闭单元被配置当接收到表征外管已因内管或外管故障而被关闭的电平控制信号后关闭内管。
[0013]在一些实施例中，所述驱动保护电路还包括与所述锁闭单元一一对应连接的锁闭输出单元，所述锁闭输出单元用于在所述锁闭单元的控制下向对应的功率半导体器件的控制极提供关断电压，锁闭输出单元输出的关断电压的绝对值先小后大。
[0014]在一些实施例中，所述锁闭输出单元的输出电阻在所述锁闭输出单元输出关断电压的过程中先大后小。
[0015]在一些实施例中，所述锁闭输出单元包括两个栅极驱动通路，其中一个栅极驱动通路的输出电压绝对值较小且输出电阻较大，另一个栅极驱动通路的输出电压的输出电压绝对值较大且输出电阻较小。
[0016]在一些实施例中，所述驱动保护电路包括分别对应所述NPC三电平逆变器的各桥臂上各功率半导体器件的开关选择电路，同一桥臂上同侧的一对内外管的开关选择电路分别向对方的开关选择电路发送自身的状态信息，并从对方的开关选择电路接收对方的状态信息。
[0017]本公开采用如下技术方案：一种电力变换装置，包括前述的驱动保护电路。
[0018]本公开的一些实施例有助于提高三电平逆变器的安全性。
附图说明
[0019]图1是本公开实施例的NPC三电平逆变器的电路图。
[0020]图2是本公开实施例的NPC三电平逆变器的驱动保护电路的电路框图。
[0021]图3是本公开实施例的NPC三电平逆变器的驱动保护电路中外管内管的驱动保护电路的局部电路图。
[0022]图4是本公开实施例的NPC三电平逆变器中功率半导体器件的最大短路时间、最大电流和栅极
‑
第一极电压关系图。
[0023]图5是本公开实施例的NPC三电平逆变器中发生故障的一对内外管的关断过程的时序图。
[0024]图6a和图6b是本公开实施例的NPC三电平逆变器中发生故障的一对内外管的的关断过程的等效电路图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图所示的实施例对本公开作进一步说明。
[0026]图1是本公开实施例的NPC三电平逆变器的电路图。
[0027]电源端N、电源端O、电源端P分别提供三种不同的直流电源电压。3个桥臂的电路结
构相同，图1中第一个桥臂包括功率半导体器件S1、S2、S3、S4、反并联二极管D1、D2、D3、D4、续流二极管D5、D6。输出端Ua、Ub、Uc输出三相交流电。电源端N和电源端O之间连接稳压电容C2。电源端O和电源端P之间连接稳压电容C1。NPC三电平逆变器例如还包括滤波电路(未示出)。
[0028]功率半导体器件S1、S2、S3、S4例如是IGBT、IGCT、SiC
‑
MOSFET等。本公开对功率半导体器件的器件类型不做限定。
[0029]本公开的实施例中，将功率半导体器件S1和S4称为外管，将功率半导体器件S2、S3称为内管。以下以功率半导体器件S1和S2为一对控制对象，并描述对这一对控制对象的处理逻辑。对功率半导体器件S3和S4的处理逻辑与此相同。
[0030]对于同一桥臂上的一对内管和外管，通过对硬件电路的设计，使得在需要内外管同时启动时，内管总要比外管先开通；在内外管需要同时关断或者内外管任何一个发生故障的情况下，内管总要比外管后关断。从而提高NPC三电平逆变器的工作的安全性。
[0031]图2是本公开实施例的NPC三电平逆变器的驱动保护电路的电路框图，以实现上述的专利技术构思。以下介绍各单元电路的功能以及输入输出信号的定义。
[0032]控制器与外管控制板(内管控制板)通过光纤进行信息交互。外管控制板(内管控制板)与外管检测板(内管检测板)进行信息交互。外管检测板用于检测NPC三电平逆变器中一个桥臂上的一个外管的状态，并直接驱动外管导通或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NPC三电平逆变器的驱动保护电路，其特征在于，所述驱动保护电路被被配置为：当同时接收到所述NPC三电平逆变器的同一桥臂上同侧的一对内外管的开通控制信号，且所述一对内外管当前处于非故障状态时，使所述一对内外管中的内管先于外管开通；当同时接收到所述NPC三电平逆变器的同一桥臂上同侧的一对内外管的关断控制信号，且所述一对内外管当前处于非故障状态时，使所述一对内外管中的外管先于内管关断；当接收到内管的故障信号或者外管的故障信号时，使所述一对内外管中的外管先于内管关断。2.根据权利要求1所述的驱动保护电路，其特征在于，所述驱动保护电路包括分别对应所述NPC三电平逆变器的各桥臂上各功率半导体器件的开关选择电路，每一个开关选择电路内部具有一个开通延时通路和一个关断延时通路，对于同一桥臂上同侧的一对内外管的关断延时通路，内管的关断延时通路的延时大于外管的关断延时通路的延时。3.根据权利要求2所述的驱动保护电路，其特征在于，所述开通延时通路包括串联的电阻和二极管，所述关断延时通路包括串联的电阻和二极管，内管的关断延时通路的电阻阻值大于外管的关断延时通路的电阻阻值。4.根据权利要求2所述的驱动保护电路，其特征在于，对于同一桥臂上同侧的一对内外管的开关选择电路，内管的开关选择电路被配置为接收到内管无故障的电平控制信号且接收到开通内管的电平控制信号时，经对应的开通延时通路输出开通内管的电平控制信号，外管的开通选择电路被配置为接收到外管无故障的电平控制信号、接收到开通外管的电平控制信号、且接收到表征内管无故障且内管的开关选择电路已发出开通控制信号的电平控制信号时，经对应的开通延时通路输出开通...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇晨晨，漆宇，杨乐乐，陈正文，丁清澍，张荣，窦泽春，陈燕平，庹还湘，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：