三电平逆变器开关管电压应力解决方案研究

杨 鸽，郑嘉龙，杨 珏，罗雨航

(四川水利职业技术学院， 四川 成都 611231)

0 引 言

电力电子开关器件现已经被广泛应用于电力电子设备中。对于三相桥式电力电子变流器的拓扑结构，电力电子开关器件在开通关断过程中的电压应力问题不予过多考虑，但是随着电力电子设备的应用更广泛，在高电压、大功率场合就需要设计更能适应这种环境的拓扑结构，比如多电平、级联等。目前主要有3种拓扑结构：级联H桥型、飞跨电容型和二极管钳位型。研究比较深入和比较常用的是三电平二极管钳位型。但若电压等级越高、串联的开关管数量和电平越多时，则其开关管的电压应力问题就越来越严重。

由于三电平二极管钳位型(neutral-point-clamped，NPC)逆变器应用比较广泛，国内外也对三电平二极管钳位型逆变器进行大量研究[1-4]。对于NPC的开关管电压应力的研究文献已有一些，如文献[5]对基于MOSFET三电平逆变器开关管电压应力产生机理进行了详细的分析研究，并且就三电平开关管的电压应力问题提出了解决方法，主要有两方面：1)选择反并联二极管恢复性能较好的MOSFET 作为外管；2)使内管开通速度减小为500 ns，而外管开通速度保持在300 ns。

下面在上述文献的研究基础上分析了三电平逆变器开关管应力问题，在遵循三电平逆变器开关管驱动原则的基础上设计了驱动保护电路，并重点分析了死区发生电路和状态切换发生器，最终，在相关实验平台上验证了所提方案的正确性。

1 三电平逆变器开关管应力分析

三电平逆变器的单相等效电路[6-8]如图1所示。……