Es gibt verschiedene Varianten, eine 3-Level-Konfiguration aufzubauen. Zwei bekannte Topologien tragen den Namen NPC1 und NPC2. Die Neuentwicklung des rückwärtssperrenden RB-IGBT (reverse blocking IGBT) besitzt gegenüber den anderen Konfigurationen wesentliche Vorteile, wie beispielsweise weniger Gesamtverluste bis zu einer Schaltfrequenz von 30 kHz.
Tiefe Streuinduktivität und weniger Komponenten
Das einphasige 3-Level-Modul von Fuji mit seinem speziellen RB-IGBT ist in einem optimierten Modulgehäuse mit den Massen 110 × 80 mm erhältlich. Das Gehäuse besitzt eine erstaunlich niedrige Streuinduktivität, die kleiner als 40 nH ist. Die beiden Hauptschalter T1 und T2 sind dabei 1200-V-IGBT-Chips – sie müssen die komplette Zwischenkreisspannung, die am Modul angelegt ist, blockieren. Der zentrale Knotenpunkt M hingegen erfährt nur die Hälfte der angelegten Spannung und ist demnach ein 600-V-Chip.
Speziell ist die zusätzliche Fähigkeit, einer negativ angelegten Spannung standzuhalten. Diese Eigenschaft ist auf den RB-IGBT zurückzuführen – dank ihr enthält das Modul auch weniger Komponenten. Konventionelle IGBT-Chips besitzen diese Eigenschaft nicht. Ein ähnlicher Aufbau ist demnach nur mit mehreren Schaltern und Dioden realisierbar.
Niedrigere Gesamtverluste
Die Grafik zeigt den jeweiligen Anteil der Einschaltverluste (von-loss), Schaltverluste (SW-loss), Filterverluste (filter-loss) sowie feste Verluste (fixed-loss) an den Gesamtverlusten. Eine 2-Level-Konfiguration dient als Referenz und besitzt aufgrund der hohen Schaltverluste bei 10 kHz sowie den Filterverlusten die höchsten Gesamtverluste.
Die NPC1-Lösung besitzt viele Schalter, welche die komplette Spannung des Zwischenkreises blockieren müssen und dadurch höhere Einschaltverluste besitzen. NPC2 hingegen besitzt zwei Schalter, die nur die halbe Spannung sperren müssen, dies führt zu niedrigeren Einschaltverlusten. Fuji’s 3-Level-NPC-Modul minimiert mit den oben genannten Eigenschaften die Gesamtverluste und ist eine vielversprechende Lösung.
Datenblatt: 18_14.53.pdf
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