【应用】针对EconoDUAL™封装模块 NPC I型三电平的智能驱动解决方案：2FSD0115+X即插即用驱动器
行业背景
传统轨道交通牵引变流器，地铁馈能变流器，中压（1140Vac）矿用变频器，广泛采用3300V的IHM封装模块的两电平拓扑方案，该方案在技术层面应用已经相当成熟。但是随着近年来市场不断发展，整机对于体积，成本要求越来越高，基于1700V/EconoDUAL™ 封装模块的NPC I型三电平拓扑方案开始广泛应用起来，参考示意拓扑图如下：
图1：基于EconoDUAL™ 封装模块的NPC I型三电平拓扑
该方案由三个EconoDUAL™ 封装模块构成一相NPC I型桥臂，其中模块A构成外管T1和钳位二极管D5；B模块构成内管T2和T3；C模块构成外管T4和钳位二极管D6。具有以下优势：
低成本：相比较IHM封装模块，EconoDUAL™模块价格低廉，可以大幅降低模块成本。
高频化：EconoDUAL™适合高频应用，采用NPC I型拓扑进一步提高等效开关频率。
体积小：该方案可以简化母排设计，结构更小，更紧凑；通过提高开关频率，大幅降低输出滤波器的体积。
行业痛点
NPCI型三电平拓扑方案虽然有上述优势，但是在驱动技术层面存在两大技术难点：1，内外管关断时序问题：任何情况下，外管优先于内管关断，尤其是在短路故障或者欠压故障情况下。2，内管关断电压尖峰过高：由于拓扑结构比传统两电平复杂，内管存在大换流回路，实际模组设计母排杂散电感很大，很容易导致模块过压损坏。
解决方案
针对上述应用场合以及行业痛点，Firstack（飞仕得）基于数字驱动技术，开发了专门针对EconoDUAL™封装模块 NPC I型三电平的智能驱动解决方案：基于2FSD0115+X即插即用驱动器的三电平应用方案。
该方案由2FSD0115+X17(两电平版本)驱动器和2FSD0115+X17-3L（三电平版本）驱动器组成，单桥臂使用示意图如下：
图2： 基于2FSD0115+X即插即用驱动器的三电平应用方案
外管模块A和C在实际应用中，可以优先关断，且不存在关断电压尖峰过高的问题，所以采用通用的两电平版本：2FSD0115+X17。
内管模块B在实际应用中，必须后于外管关断，且存在关断电压尖峰过高的问题，所以采用专用三电平版本：2FSD0115+X17-3L。
2FSD0115+X17-3L(三电平版本)相比较2FSD0115+X17（两电平版本）最大区别在于：1，三电平模式：检测到故障（短路或者欠压），驱动板自己不立即封锁PWM，而是将故障信息上传到控制板，让控制板协调内外管的关断时序，控制板下发关断指令，驱动接收到关断指令再封锁PWM。2，分级关断功能：主动过电压抑制技术，通过优化IGBT的关断过程，有效降低关断电压尖峰。
关键技术
在三电平模式下，驱动板检测到故障（短路或者欠压），自己不立即封锁PWM，而是将故障信息上传到控制板，让控制板协调内外管的关断时序，控制板下发关断指令，驱动接收到关断指令再封锁PWM。
分级关断
在一些大杂散电感的应用场合中，比如NPC I型三电平的大换流回路，IGBT每次关断都会面临关断尖峰过高的风险。由于TVS热容的限制，有源钳位技术并不适用于这些场合，这时分级关断技术就能起到很大的作用。通过在关断过程中使用不同的关断电阻，来优化整个关断过程，达到抑制关断尖峰的作用，示意图如图4。
如图5所示，不带分级关断的电压尖峰在1630V，带分级关断的电压尖峰在1330V，电压尖峰降低近20%。
上述方案可以有效解决EconoDUAL™ 封装模块的NPC I型三电平拓扑中的应用难点，同时具有“高可靠性”，“高性价比”等特点，使用更加方便灵活，能为客户创造更多价值。
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wqm Lv7. 资深专家 2020-11-10学习 -
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maomao Lv8. 研究员 2020-08-14学习了~~~ -
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好运常伴吾 Lv8. 研究员 2020-08-14学习了
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