2. 22 内容 两电平 / 三电平拓扑介绍及比较 三电平换流路径介绍 赛米控三电平产品线 1. SEMITOP 2. MiniSKiiP 3. SEMITRANS 4. SKiM 赛米控三电平驱动解决方案 三电平逆变器设计

3. 不同拓扑 2-level inverterMLl inverter 2016-6-133

4. 不同拓扑 T-MLI inverter 2016-6-134

5. 不同拓扑特征比较 2016-6-135

6. 两电平损耗计算 2016-6-136

7. TMLI 损耗计算 2016-6-137

8. MLI 损耗计算 2016-6-138

9. 使用 SiC 二极管替代 Si 二极管 2016-6-139

10. 简单的效率比较 2016-6-1310

11. 成本比较 滤波器 驱动 IGBT 模块 2016-6-1311

12. 芯片面积比较 2016-6-1312

13. 芯片面积比较 2016-6-1313

14. 芯片面积比较 2016-6-1314

15. 芯片面积比较 2016-6-1315

16. 芯片面积比较 2016-6-1316

17. 17 三电平开关时序 三电平 SPWM 的一种方法： 两个载波 V TRI1 和 V TRI2 ； 一个基波 v(t) 例子： 当 v(t) > V TRI2 ， T2 导通 当 v(t) > V TRI2 且 v(t) > V TRI1 ， T1 & T2 导通 T1 与 T3 为反相关系； T2 与 T4 为反 相关系 这种调制方式可用于 NPC 及 TNPC 中 V TRI1 V TRI2

18. 18 三电平开关时序

19. 19 三电平开关时序 Potentially destructive 是指有潜在失效风险，需要看另外一个半桥 T1 & T3, T2 & T4 为反向关系 T1 & T3, T2 & T4 为反向关系， T1 & T4 要互锁

20. 20 三电平开关时序  对于开通： 内管 T2/T3 先开通 ； 外管 T1/T4 后开通。  对于关断： 外管 T1/T4 先关断 ； 内管 T2/T3 后关断。 必须要严格按照此时序，否则会损坏 IGBT 。 红色为 IGBT 开通 绿色为 IGBT 关断

21. 21 NPC 驱动保护 - 时序 IGBT 驱动 i. 外管 – ACPL-3321( 带有 Vce 检测 ) ii. 内管 – ACPL-H342( 不带 Vce 检测 ) 如何管理失效 i. 通过 Vce 检测或过流保护，外管直接关断 ii. 当内管有故障时，发一个故障信号到控制器，由控制器分配关断顺序

22. 13.06.2016 22 Operating Areas There are 4 operating areas within one period of a sine output voltage and current as shown below (valid for all other topologies as well):

23. 13.06.2016 23 NPC vs. NPC2: Operating Area 1 Operating area 1 V > 0 I > 0 PWM During the shown operating area the current commutates back and forth between the two red paths with the speed of the switching frequency. operating area 3L NPC 3L NPC2 short commutation path

24. 13.06.2016 24 NPC vs. NPC2: Operating Area 2 PWM During the shown operating area the current commutates back and forth between the two red paths with the speed of the switching frequency. 3L NPC 3L NPC2 long commutation path Operating area 2 V < 0 I > 0

25. 13.06.2016 25 NPC vs. NPC2: Operating Area 3 PWM During the shown operating area the current commutates back and forth between the two red paths with the speed of the switching frequency. 3L NPC 3L NPC2 short commutation path Operating area 3 V < 0 I < 0

26. 13.06.2016 26 NPC vs. NPC2: Operating Area 4 PWM During the shown operating area the current commutates back and forth between the two red paths with the speed of the switching frequency. 3L NPC 3L NPC2 long commutation path Operating area 4 V > 0 I < 0

27. 13.06.2016 27 NPC vs. NPC2: Comparison Comparison of key issues of 3L topology:

28. 13.06.2016 28 NPC vs. NPC2: Comparison Power loss matrix for NPC and NPC2 topology: Identical losses in NPC and A-NPC for T1 - T4, D1 and D4 Losses of D2 (D3) A-NPC are the same as those of D6 (D5) NPC D2 and D3 NPC no longer exist in A-NPC Same formulas as for NPC are applicable for NPC2 (with respect to the change in nomenclature) 3L NPC 3L NPC2

29. 赛米控系列 : 三电平功率模块 13.06.2016 29 600V 20A 150A 5 40 60 80 100 150 250 600V 150A 300A 650V 75A 200A 600V / 650V / 1200V 200A 600A [kVA]

30. SEMITOP 13.06.2016 30 SEMIKRON 提供 : 三电平逆变器中的单个半桥 … 高达 150A! SEMITOP 3 520 60 80 [kVA] SEMITOP 4 仿真条件 : Cos phi = 1 m =1 Ts = 70°C Fsw = 20kHz

31. SEMITOP 13.06.2016 31 SK 50 MLI 066 SK 50 GB12T4 600V IGBT V ce,sat =1,65 V @150°C E on +E off = 3,5 mJ 1200V IGBT V ce,sat = 2,25 V @150°C E on +E off = 13,3 mJ

32. SEMITOP 13.06.2016 32 SEMITOP3 ® for 三电平逆变器 : 规格书在 SEMIKRON 官方网上可以查阅 SK 20 MLI 066 SK 30 MLI 066 SK 50 MLI 066

33. SEMITOP 13.06.2016 33 SK 75 MLI 066T SK 100 MLI 066T SK 150 MLI 066T SEMITOP4 ® for 三电平逆变器 : 规格书在 SEMIKRON 官方网上可以查阅

34. 基于 SEMITOP 三电平设计 13.06.2016 34 俯视图 仰视图 Semitop

35. MiniSKiiP 13.06.2016 35

36. MiniSKiiP 3 电平 系列 13.06.2016 36 型号 I c,nom in A 阻断电压 P out,max in kVA 封装 SKiiP 26MLI06R6V175650 V 31 MiniSKiiP ® 2 SKiiP 27MLI06R6V1100650 V 41 MiniSKiiP ® 2 SKiiP 28MLI06R6V2150650 V 62 MiniSKiiP ® 2 SKiiP 39MLI06R6V1200650 V 83 MiniSKiiP ® 3 V DC = 750V; cos φ = 1; f sw = 20kHz; T sink = 90°C; V out = 400V

37. 两电平和三电平的成本比较 模块成本比较 由于在相同的条件下，两电平模块所需的数量是三电平模块的两倍， 所以在成本方面三电平模块更有优势。 13.06.2016 37 2-level 3-level 逆变器功率 62 kW 参数条件 V DC = 750V; cos φ = 1; f sw = 20kHz; T sink = 90°C; V out = 400V; I out = 90A; f out = 60 Hz T j,max(IGBT) 139°C 模块 6 x SKiiP 39AC12T4V13 x SKiiP 28MLI06R6V1 所需器件数量 一个半桥需两个模块并联一个半桥一个模块 成本比较 100%88%

38. MiniSKiiP 三电平模块的优势 13.06.2016 38 可靠的 MiniSKiiP 封装更适合于中低功率的三电平市场 一千五百万个 MiniSKiiP ® 器件已在市场上使用 每个模块只需一个螺丝安装，节省了生产时间 降低了安装和生产成本 减少了整体逆变器的成本 降低了滤波器的成本（与两电平比较）

39. 基于 MiniSKiiP 的三电平逆变器 13.06.2016 39 输出 MiniSKiiP 电容 风扇

40. SEMITRANS 13.06.2016 40 … 高达 300A! SKM 150 MLI 066 SKM 200 MLI 066 SKM 300 MLI 066 集成了 NTC 热敏电阻 6 个主端子, 更易于安 装吸收电容和并联连接 最高结温： 175ºC 600V IGBT 芯片拥有更 低的损耗（相对于 650V IGBT ）

41. SEMITRANS 13.06.2016 41 19.5 mJ – 125 degree21 mJ - 150 degree 13.6 mJ – 125 degree

42. SEMITRANS 13.06.2016 42

43. SEMITRANS 13.06.2016 43

44. SEMITRANS 5 – 高达 300A U V W 2016-6-1344

45. 基于 SEMITRANS 三电平设计 13.06.2016 45 确保更低的杂散电 感及更好的电容均 流效果 增加吸收电容 紧凑的设计

46. SKiM 13.06.2016 46

47. SKiM4 MLI 和 TMLI 拓扑 13.06.2016 47 3L NPC (Neutral Point Clamped) 3L TNPC (T Type Neutral Point Clamped)

48. SKiM4 MLI 和 TMLI 拓扑 – 使用范围 3x IGC99 T120 T6RM 3x SKCD53 C120 I4F 2x IRGC4147 2x SKCD42 C065 I4F V DC =800V V AC =400V I AC =200A 13.06.2016 48 TNPC 在 13kHz 开关频率以下产生更低损耗

49. SKiM4 MLI 和 TMLI 拓扑 – 比较 三电平在高频应用中是最好选择 3-5kHz 以上开关频率与两电平比成本更低 低谐波 – 低滤波器成本 共模电压降低 TNPC 比 NPC 更易控制（无关断顺序要求） 母线电压 900V (1200V/650V devices) ，开关频率 3-20kHz 条件下的最好选择 1700V/1200V 器件限制了直流母线电压到 1100V NPC 开关频率高于 15kHz 更有优势 使用 1700V 器件可以应用在 2500V 母线电压 使用 1200V 器件可以应用在 1500V 母线电压。而 1500V 超出了 TNPC 配置中 1700V 器件的可承受范围 13.06.2016 49

50. 50 SKiM4 MLI – 产品范围和芯片 - - N N + + AC N N

51. 51 SKiM4 MLI – 内部布局 T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 D5 D6 T2 T1 T3 T4 D4 D2 D1 - - N N + + AC N N D5D5 D5D5 D6D6 D6D6 D3

52. 52 SKiM4 T-MLI 产品范围和芯片 - - N N + + AC N N

53. 53 SKiM4 TMLI – 内部布局 T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 T3 T1 T2 D3 D1 - - N N + + AC N N D2 T4 D4

54. 基于 SKiM 三电平逆变器设计 13.06.2016 54 高达 200kW 一个半 桥 中性点

55. 如何选择驱动 ? Q1 Q2 Q3 Q4

56. 外管 IGBT 的驱动 Q1 Q2 Q3 Q4

57. 内管 IGBT 的驱动 Q1 Q2 Q3 Q4

58. 三电平评估板 - 2 x SKYPER 32 PRO R 赛米控发布了为测试赛米控三电平模块的驱动评估板，此款评估板 可用于弹簧或线缆连接模块。 L5060701 – Board MLI SKYPER 32 PRO R  For 600V, 1200V & 1700V IGBT modules  4 output channels with 1W output  6μC output charge per channel  15A output peak current per channel Please consider: The maximum DC Link voltage is limited by SKYPER 32 PRO R at 1200V. 该评估板出厂未配备门极驱动电阻， Vce 器件和过温度关断电阻 。客户可以根据自己系统需要设置这些参数。 技术解释 “Board_MLI_SKYPER_32.pdf” 可以从网上下载。 13.06.2016 58

59. 该板可以配合赛米控三电平模块 SEMITRANS, SKiM4/5 或者 MiniSKiiP 使用。对于弹簧接触模块需要一个转接板。赛米控向客户 提供 以下产品： MLI ModuleContact board detailsAvailability Module typeArticle number SEMITRANS MLI Connection by wire MiniSKIIP MLIMini size 245103600available Mini size 345102900available SEMITOP MLISize 440462300available SKiM4 MLIMLI topology451107Tbd TMLI topology451108Tbd 应用实例： Board MLI SKYPER 32 PRO with contact board for SKiM4 TMLI 13.06.2016 59 三电平评估板 - 2 x SKYPER 32 PRO R

60. 60 500kw 逆变器设计 125kVA

61. 61 T-NPC 方案 – 每单元 125kW inverter side Power / kW 125 DC voltage / V 750 output voltage / V 315 cos phi 0.98 rated current / A 234 switching frequency / kHz 9 overload factor 1.1 duty for overlaod / s 60 ambient temperature /°C 55 cooling technology air cooling capacitor 8pcs 650uF 600V SKiM600TMLI12E4B Tiger Xie

62. 62 仿真结果 Condition1 : Full-load operation Condition2: LVRT operation Fix the heatsink temperature at 90’C Tiger Xie

63. 2016-6-13