CN109672149A - 一种针对npc三电平变流器过流故障的混合检测保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路及方法。本电路包括NPC三电平变流器内管（Tu ₁ 、Td ₁）的驱动保护电路Qu ₁及Qd ₁及NPC三电平变流器外管（Tu ₂ 、Td ₂）的驱动保护电路Qu ₂及Qd ₂。驱动保护电路Qu ₁及Qd ₁采用基于IGBT集射极退饱和导通电压V _ce检测的驱动保护电路，驱动保护电路Qu ₂及Qd ₂采用基于IGBT集射极饱和导通电压V _cesat检测的驱动保护电路。本发明中的NPC三电平变流器在过流故障状态下也能实现正常的关断时序，保证了NPC三电平变流器外管先关断，内管后关断的控制原则。并且通过故障保持电路实现故障状态锁存。

Description

一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路及 方法

技术领域

本发明针对电力电子设备的过流保护应用技术，具体涉及一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路及方法。本发明中NPC三电平变流器的内、外管分别采用基于IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路及基于IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路，从而使得NPC三电平变流器内、外管在过流故障状态下也能实现可靠地关断，有效地避免了NPC三电平变流器由于非正常关断时序所引发的模块过压损坏问题，保护了装置的安全运行。

背景技术

随着中、大功率变流场合对电力电子变流器需求地增加，以NPC三电平电路为代表的多电平变流器得到了广泛地应用。相比传统两电平变流器而言，NPC三电平变流器具有更高的效率、更低的波形畸变及更大的容量等优点，但NPC三电平变流器的开关时序比两电平变流器复杂。NPC三电平变流器开关管动作的核心要义是外管先于内管关断，尤其在过流故障状态下，如何确保变流器正常的关断时序，一直是影响装备可靠性的重要方面。

传统IGBT过流保护方案分为两种，一种是基于IGBT退饱和效应的过流故障检测及保护方法。当IGBT因过流故障而退出饱和区时，通过检测IGBT逐渐增加的集射极退饱和导通电压V_ce便可辨识过流故障，并分断过流IGBT管，实现过流保护。另一种利用IGBT集射极饱和区导通电压V_cesat与集电极电流近似成线性关系，通过实时监测IGBT集射极饱和导通电压V_cesat，与设置保护阈值对应饱和导通电压V_cesat值进行比较，来确定故障。若发生故障，则关断故障IGBT管。但以上两种保护均存在缺陷，第一种方法要求IGBT进入退饱和状态，通常IGBT退饱和电流为额定电流4～8倍，因此该保护机制对模块损伤较大，且关断的先后时序严重依赖IGBT管退饱和速度。实际应用中，NPC三电平变流器过流故障发生时，较难判别内、外管退饱和的先后顺序。第二种方法对IGBT模块工作温度具有强烈的依赖性，模块工作时的温度变化较为剧烈，因此会严重影响保护阈值，进而影响三电平变流器过流故障状态下的关断时序。综上所述，当前IGBT过流保护方法均不适用于NPC三电平变流器。

发明内容

本发明目的在于针对已有技术的不足，提出一种适用于NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路及方法。为达到上述目的，使得NPC三电平变流器在过流故障发生时也能可靠地关断，本发明专利设计采用如下技术方案：

一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路如图1所示，具体包括：NPC三电平变流器电路(1)、NPC三电平变流器电路(1)内管Tu₁、Td₁的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)、NPC三电平变流器电路(1)外管Tu₂、Td₂的驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)、故障保持电路(4)。本发明专利中所述NPC三电平变流器电路(1)内管Tu₁、Td₁驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)均采用如图2所示具有IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路，所述NPC三电平变流器电路(1)外管Tu₂、Td₂的驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)均采用如图3所示具有IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路，所述驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)和驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)的故障信号均与故障保持电路(4)相连，如图4所示。

所述NPC三电平变流器电路(1)的上桥臂由IGBT器件Tu₁和Tu₂串联组成，Tu₁的发射极和Tu₂集电极相连接。下桥臂由IGBT器件Td₁和Td₂串联组成，Td₁的发射极和Td₂集电极相连接。所述IGBT器件Tu₁的发射极和IGBT器件Td₁的集电极相连，构成桥臂输出端子，所述IGBT器件Tu₁和Tu₂的串联连接点与IGBT器件Td₁和Td₂串联连接点之间正向串联两个钳位二极管Du和Dd，在所述IGBT器件Tu₂集电极与两个钳位二极管Du和Dd连接点之间输入半边直流母线电压V_dc/2，在所述两个钳位二极管Du和Dd连接点与IGBT器件Td₂发射极之间输入半边直流母线电压V_dc/2。

所述NPC三电平变流器电路(1)内管Tu₁、Td₁的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)均采用如图2所示具有IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路，具体包括：基于IGBT集射极退饱和导通电压V_ce的过流故障检测电路(21)，具有保护逻辑的隔离驱动电路(22)。其特征在于：所述基于IGBT集射极退饱和导通电压V_ce的过流故障检测电路(21)由电压源V_dd、电阻R₂、电阻R₁、稳压管Z₂以及二极管Z₁依次串联组成，并接入IGBT管(11)的集电极。电阻R₂、电阻R₁的连接点与隔离比较器U₁的正端连接，隔离比较器U₁的负端与过流故障检测阈值V_ref1相连，隔离比较器U₁的输出端通过状态延时电路U₁₁将过流故障信息保持4-30μs。所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(22)将驱动信号与所述过流故障检测电路(21)生成的故障信号通过与门U_da1进行与逻辑运算后，由隔离驱动器U_di1连接IGBT管(11)的门极和发射极，控制IGBT管(11)的通断。

所述NPC三电平变流器电路(1)外管Tu₂、Td₂的驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)均采用如图3所示具有IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路，具体包括：基于IGBT集射极饱和导通电压V_cesat的过流故障检测电路(31)，具有保护逻辑的隔离驱动电路(32)。其特征在于：所述基于IGBT集射极饱和导通电压V_cesat的过流故障检测电路(31)由电流源I_a与电阻R_n、稳压管TZ₂以及二极管TZ₁依次串联组成，并接入IGBT管(12)的集电极。电流源I_a与电容C_n并联，实现延时消隐检测。电流源I_a和电阻R_n的连接点，与隔离比较器U₂的正端连接，隔离比较器U₂的负端与饱和导通电压V_cesat的检测阈值V_ref2相连，隔离比较器U₂的输出端通过状态延时电路U₂₁将过流故障信息保持4-30μs。所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(32)将驱动信号与所述过流故障检测电路(31)生成的故障信号通过与门U_da2进行与逻辑运算后，由隔离驱动器U_di2连接IGBT管(12)的门极和发射极，控制IGBT管(12)通断。

所述故障保持电路(4)，如图4所示，具体包括：故障信号简易或门电路(41)，由基本RS触发器构成的故障锁存电路(42)。其特征在于：所述NPC三电平变流器电路(1)Tu₁管及Td₁管的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)和Tu₂管及Td₂管的驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)的故障信号依次接入故障信号简易或门电路(41)的二极管D₁、D₂、D₃、D₄的阴极，二极管D₁、D₂、D₃、D₄的阳极短接，并由Rs进行上拉，接入基本RS触发器构成的故障锁存电路(42)的置位端实现故障信号锁存。

一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护方法，采用上述针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测电路，进行如下操作步骤：

步骤1：根据如图5所示厂商提供的IGBT器件伏安特性曲线图，确定所述NPC三电平变流器电路(1)中Tu₁、Td₁管过流工况下退饱和电流值，通常为模块额定工作电流的4～8倍。并确定所述退饱和时安全工作区内的退饱和导通电压V_ce保护阈值V_ref1，通常取7～15V。然后，根据保护阈值V_ref1，设计Tu₁、Td₁管驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)所采用的如图2所示的具有IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路的过流故障检测电路(21)，此时保护阈值V_ref1便是退饱和导通电压V_ce检测值V_detect1的临界保护值，由V_ref1与V_detect1相等，确定电阻R₂阻值、电阻R₁阻值及稳压管Z₂的稳压值，根据需要，调整对退饱和导通电压V_ce值的检测，如式(1)所示。

步骤2：确定所述NPC三电平变流器电路(1)中Tu₂、Td₂管的过流保护阈值，通常取IGBT模块额定工作电流的2～3倍，并根据如图5所示厂商提供的IGBT器件伏安特性曲线图选取对应的导通电压V_cesat。然后，确定Tu₂、Td₂管驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)所采用的如图3所示的具有IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路的过流故障检测电路(31)。其中保护阈值V_ref2通常取8V，保护阈值V_ref2便是饱和导通电压V_cesat检测值V_detect2的临界保护值。由图5中2～3倍额定电流所对应的V_cesat值及所确定的驱动保护电路保护阈值V_ref2，设计所述过流故障检测电路(31)中电阻R_n阻值及稳压管TZ₂的稳压值，如式(2)所示。

V_detect2＝V_cesat+V_TZ2+I_aR_n (2)

选取所述过流故障检测电路(31)中电流源I_a值，确定过流保护的延时消隐时间t_blank，由电流源I_a值及延时消隐时间t_blank计算消隐电容C_blank，如式(3)所示。

步骤3：当所述NPC三电平变流器电路(1)发生过流故障时，所述Tu₂管的驱动保护电路Qu₂或者Td₂管的驱动保护电路Qd₂将首先检测到V_detect2值大于保护阈值V_ref2。此时，过流故障IGBT管驱动保护电路的过流故障检测电路(31)中隔离比较器U₂输出低电平，由所述状态延时电路U₂₁将U₂输出低电平保持4-30μs。并通过所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(32)中的与门U_da2实现的驱动信号封锁功能，从而关断所述NPC三电平变流器电路(1)中的过流IGBT管，实现过流故障保护功能。

步骤4：步骤3执行完成后，若所述NPC三电平变流器电路(1)无过流故障，则直接执行步骤5。若所述NPC三电平变流器电路(1)的Tu₁管或Td₁管继续过流，过流IGBT管将退出饱和区，其退饱和导通电压V_ce也将随之逐渐增加。当所述过流IGBT管驱动保护电路中的过流故障检测电路(21)检测到V_detect1值大于保护阈值V_ref1时，过流IGBT管驱动保护电路中的过流故障检测电路(21)的隔离比较器U₁输出低电平，并由状态延时电路U₁₁将U₁输出低电平保持4-30μs。通过所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(22)中的与门U_da1实现驱动信号封锁功能，从而关断发生过流故障的IGBT管，减小过流IGBT管的电流，实现过流故障保护功能。

步骤5：以上操作确保了所述NPC三电平变流器电路(1)对于先关断外管、后关断内管的要求。所述各管驱动保护电路(Qu₁、Qu₂、Qd₁、Qd₂)生成的故障信号通过故障保持电路(4)中的故障信号简易或门电路(41)实现或逻辑运算，如图4所示。并传送到故障锁存电路(42)的置位端由故障锁存电路(42)锁存故障状态。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质特点和显著技术进步：本发明对NPC三电平变流器内管的驱动保护电路Qu₁及Qd₁采用基于IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路，NPC三电平变流器外管的驱动保护电路Qu₂及Qd₂采用基于IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路。当NPC三电平变流器电路发生过流故障状态时，外管的驱动保护电路Qu₂及Qd₂将首先检测到过流故障，并关断外管中相应故障IGBT管；若NPC三电平变流器电路继续发生过流故障，内管的驱动保护电路Qu₁及Qd₁将检测到过流故障，并关断内管中相应故障IGBT管。因此，本发明中的NPC三电平变流器能实现正常的关断时序，保证了NPC三电平变流器外管先关断，内管后关断的控制逻辑，且通过故障保持电路实现故障状态锁存。

附图说明

图1为具有过流保护功能的NPC三电平变流器系统结构示意图。

图2为所述NPC三电平变流器(1)中Tu₁管及Td₁管的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)所采用的具有IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路的结构示意图。

图3为所述NPC三电平变流器(1)中Tu₂管及Td₂管的驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)所采用的具有IGBT集射极饱和区导通电压V_cesat检测的驱动保护电路的结构示意图。

图4为故障保持电路(4)的结构示意图。

图5为模块厂商提供的IGBT器件伏安特性曲线图。

具体实施方式

下面以本发明的优选实施例结合附图，进一步阐明本发明。本实例仅用于解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。

实施例一：

本针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路如图1所示，包括：NPC三电平变流器电路(1)、三电平变流器电路(1)两内管Tu₁、Td₁的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)、三电平变流器电路(1)两外管Tu₂、Td₂的驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)、故障保持电路(4)。本发明专利中所述NPC三电平变流器电路(1)两内管的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)采用如图2所示的具有IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路，所述NPC三电平变流器电路(1)两外管的驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)采用如图3所示的具有IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路，所述内管的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)、外管的驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)的故障信号均与故障保持电路(4)相连，如图4所示。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述NPC三电平变流器电路(1)的上桥臂由IGBT器件Tu₁和Tu₂串联组成，Tu₁的发射极和Tu₂集电极相连接。下桥臂由IGBT器件Td₁和Td₂串联组成，Td₁的发射极和Td₂集电极相连接。所述IGBT器件Tu₁的发射极和IGBT器件Td₁的集电极相连，构成桥臂输出端子，所述IGBT器件Tu₁和Tu₂的串联连接点与IGBT器件Td₁和Td₂串联连接点之间正向串联两个钳位二极管Du和Dd，在所述IGBT器件Tu₂集电极与两个钳位二极管Du和Dd连接点之间输入直流母线电压400V，在所述两个钳位二极管Du和Dd连接点与IGBT器件Td₂发射极之间输入直流母线电压400V。

在所述NPC三电平变流器电路(1)中，内管Tu₁管及Td₁管的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)均采用如图2所示具有IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路，具体包括：基于IGBT集射极退饱和导通电压V_ce的过流故障检测电路(21)，具有保护逻辑的隔离驱动电路(22)。其中，所述基于IGBT集射极退饱和导通电压V_ce的过流故障检测电路(21)由电压源V_dd与电阻R₂、电阻R₁、稳压管Z₂以及二极管Z₁依次串联组成，并接入IGBT管(11)的集电极。电阻R₂、电阻R₁的连接点与隔离比较器U₁的正端连接，隔离比较器U₁的负端与过流故障检测阈值V_ref1相连，隔离比较器U₁的输出端通过状态延时电路U₁₁将过流故障信息保持30μs。所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(22)将驱动信号与所述过流故障检测电路(21)生成的故障信号通过与门U_da1进行与逻辑运算后，由隔离驱动器U_di1连接IGBT管(11)的门极和发射极，控制IGBT管(11)的通断。

所述NPC三电平变流器电路(1)外管Tu₂、Td₂的驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)均采用如图3所示具有IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路，具体包括：基于IGBT集射极饱和导通电压V_cesat的过流故障检测电路(31)，具有保护逻辑的隔离驱动电路(32)。所述基于IGBT集射极饱和导通电压V_cesat的过流故障检测电路(31)由电流源I_a与电阻R_n、稳压管TZ₂以及二极管TZ₁依次串联组成，并接入IGBT管(12)的集电极。电流源I_a与电容C_n并联，实现延时消隐检测。电流源I_a和电阻R_n的连接点，与隔离比较器U₂的正端连接，隔离比较器U₂的负端与饱和导通电压V_cesat的检测阈值V_ref2相连，隔离比较器U₂的输出端通过状态延时电路U₂₁将过流故障信息保持10μs。所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(32)将驱动信号与所述过流故障检测电路(31)生成的故障信号通过与门U_da2进行与逻辑运算后，由隔离驱动器U_di2连接IGBT管(12)的门极和发射极，控制IGBT管(12)通断。

将所述内管的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)及外管驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)的故障输出与所述故障保持电路(4)相连，如图4所示。所述故障保持电路(4)具体包括：故障信号简易或门电路(41)，由基本RS触发器构成的故障锁存电路(42)。所述NPC三电平变流器电路(1)的各管驱动保护电路(2)和(3)的故障信号各接入故障信号简易或门电路(41)的二极管(D₁、D₂、D₃、D₄)的阴极，二极管(D₁、D₂、D₃、D₄)的阳极短接，并由电阻Rs进行上拉，接入基本RS触发器构成的故障锁存电路(42)的置位端实现故障信号锁存。

实施例三：

本针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护方法，采用以上针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测电路，进行操作步骤如下：

步骤1：根据如图5所示厂商提供的IGBT伏安特性曲线图，确定所述NPC三电平变流器电路(1)中两内管Tu₁、Td₁的退饱和电流值，取模块额定工作电流的6倍。并确定所述退饱和时安全工作区内的退饱和导通电压V_ce保护阈值V_ref1，取7V。然后，根据保护阈值V_ref1，设计两内管的驱动保护电路Qu₁及Qd₁(2)所采用的如图2所示的具有IGBT集射极退饱和导通电压V_ce检测的驱动保护电路的过流故障检测电路(21)，此时保护阈值V_ref1便是退饱和导通电压V_ce检测值V_detect1的临界保护值。本实例中，所述过流故障检测电路(21)中电阻R₂阻值取2.4kΩ，电阻R₁阻值取0Ω，退饱和导通电压V_ce检测值V_detect1仅为退饱和导通电压V_ce与稳压管Z₂的稳压值之和。当检测值V_detect1为保护阈值V_ref1时，可由式(4)确定稳压管Z₂的稳压值。同样，调节稳压管Z₂的稳压值，也会影响退饱和导通电压V_ce的检测，当选择较大稳压值的稳压管Z₂时，可在较小的退饱和导通电压V_ce时实现IGBT的过流保护，但此时需要确认稳压管Z₂的反向击穿电压是否足够大，是否能快速建立反向击穿电压。

V_z2＝V_ref1-V_ce (4)

步骤2：确定所述NPC三电平变流器电路(1)的外管Tu₂、Td₂的过流保护阈值，通常取2倍IGBT模块的额定工作电流，并根据如图5所示厂商提供的IGBT伏安特性曲线图选取对应的导通电压V_cesat。然后，确定外管驱动保护电路Qu₂及Qd₂(3)所采用的如图3所示的具有IGBT集射极饱和导通电压V_cesat检测的驱动保护电路的过流故障检测电路(31)。其中，保护阈值V_ref2通常取8V，保护阈值V_ref2便是饱和导通电压V_cesat检测值V_detect2的临界保护值。根据图5中2倍额定电流所对应的V_cesat值及所确定的驱动保护电路保护阈值V_ref2，便可设计所述过流故障检测电路(31)中电阻R_n阻值及稳压管TZ₂的稳压值，本实例选取5V的稳压管TZ₂，因此，电阻R_n阻值可由式(5)求得。

当所述过流故障检测电路(31)的电流源I_a设置为250μA时，且延时消隐时间t_blank选取为3.2μs，根据式(3)，选取100pF的消隐电容C_blank。

步骤3：当所述NPC三电平变流器电路(1)发生过流故障时，所述外管的驱动保护电路Qu₂或者驱动保护电路Qd₂中将检测到V_detect2值大于保护阈值V_ref2。此时，过流故障IGBT管驱动保护电路的过流故障检测电路(31)中隔离比较器U₂输出低电平，由所述状态延时电路U₂₁将U₂输出低电平保持10μs。并通过所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(32)中的与门U_da2实现的驱动信号封锁功能，从而关断所述NPC三电平变流器电路(1)相应的故障外管，实现过流故障保护功能。

步骤4：步骤3执行完成后，若所述NPC三电平变流器电路(1)的内管Tu₁或Td₁继续过流，此时发生过流故障的内管将退出饱和区，从而使得退饱和导通电压V_ce逐渐增加。当过流故障内管的驱动保护电路Qu₁或Qd₁(2)中的所述过流故障检测电路(21)检测到V_detect1值大于所设定的保护阈值V_ref1时，通过隔离比较器U₁输出低电平，由状态延时电路U₁₁将U₁输出低电平保持30μs。并通过所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(22)中的与门U_da1实现的驱动信号封锁功能，从而关断所述NPC三电平变流器电路(1)中相应的故障IGBT内管，实现过流故障保护功能。

步骤5：步骤4执行完成后，便保证了所述NPC三电平变流器电路(1)对于先关断外管、后关断内管的要求。所述各管驱动保护电路(Qu₁、Qu₂、Qd₁、Qd₂)生成的故障信号通过故障保持电路(4)中的故障信号简易或门电路(41)实现或逻辑运算，如图4所示。并传送到故障锁存电路(42)的置位端由故障锁存电路(42)锁存故障状态，并输出故障信号。

Claims (6)

1.一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路，包括NPC三电平变流器电路(1)、三电平变流器电路(1)内管Tu ₁及Td ₁的驱动保护电路Qu ₁及Qd ₁(2)、三电平变流器电路(1)外管Tu ₂及Td ₂的驱动保护电路Qu ₂及Qd ₂(3)和故障保持电路(4)，其特征在于：所述NPC三电平变流器电路(1)内管Tu ₁及Td ₁的驱动保护电路Qu ₁及Qd ₁(2)采用具有IGBT集射极退饱和导通电压V _ce检测的驱动保护电路，所述NPC三电平变流器电路(1)外管Tu ₂及Td ₂的驱动保护电路Qu ₂及Qd ₂(3)采用具有IGBT集射极饱和导通电压V _cesat检测的驱动保护电路，所述驱动保护电路Qu ₁及Qd ₁(2)和驱动保护电路Qu ₂及Qd ₂(3)的故障信号均与故障保持电路(4)相连。

2.根据权利要求1所述针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路，其特征在于：所述NPC三电平变流器电路(1)中的上桥臂由IGBT器件Tu ₁和Tu ₂串联组成，Tu ₁集电极和Tu ₂发射极相连接；下桥臂由IGBT器件Td ₁和Td ₂串联组成，Td ₁发射极和Td ₂集电极相连接，所述IGBT器件Tu ₁发射极和IGBT器件Td ₁集电极相连，构成桥臂输出端子，所述IGBT器件Tu ₁和Tu ₂的串联连接点与IGBT器件Td ₁和Td ₂串联连接点之间正向串联两个钳位二极管Du和Dd，在所述IGBT器件Tu ₂集电极与两个钳位二极管Du和Dd连接点之间输入半边直流母线电压V _dc/2，在所述两个钳位二极管Du和Dd连接点与IGBT器件Td ₂发射极之间输入半边直流母线电压V _dc/2。

3.根据权利要求1所述针对NPC三电平变流器电路(1)Tu ₁管及Td ₁管的驱动保护电路Qu ₁及Qd ₁(2)，均采用具有IGBT集射极退饱和导通电压V _ce检测的驱动保护电路，包括：基于IGBT集射极退饱和导通电压V _ce的过流故障检测电路(21)，具有保护逻辑的隔离驱动电路(22)；所述基于IGBT集射极退饱和导通电压V _ce的过流故障检测电路(21)由电压源V _dd与电阻R ₂、电阻R ₁、稳压管Z ₂以及二极管Z ₁依次串联组成，并接入IGBT管(11)的集电极；电阻R ₂、电阻R ₁的连接点与隔离比较器U ₁的正端连接，隔离比较器U ₁的负端与过流故障检测阈值V _ref1相连，隔离比较器U ₁的输出端通过状态延时电路U ₁₁将过流故障信息保持4-30μs；所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(22)将驱动信号与所述过流故障检测电路(21)生成的故障信号通过与门U _da1进行与逻辑运算后，由隔离驱动器U _di1连接IGBT管(11)的门极和发射极，控制IGBT管(11)的通断。

4.根据权利要求1所述针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路，其特征在于：所述NPC三电平变流器电路(1)Tu ₂管及Td ₂管的驱动保护电路Qu ₂及Qd ₂(3)，均采用具有IGBT集射极饱和导通电压V _cesat检测的驱动保护电路，包括：基于IGBT集射极饱和导通电压V _cesat的过流故障检测电路(31)，具有保护逻辑的隔离驱动电路(32)；所述基于IGBT集射极饱和导通电压V _cesat的过流故障检测电路(31)由电流源I _a与电阻R _n、稳压管TZ ₂以及二极管TZ ₁依次串联组成，并接入IGBT管(12)的集电极；电流源I _a与电容C _n并联，实现延时消隐检测；电流源I _a和电阻R _n的连接点，与隔离比较器U ₂的正端连接，隔离比较器U ₂的负端与饱和导通电压V _cesat的检测阈值V _ref2相连，隔离比较器U ₂的输出端通过状态延时电路U ₂₁将过流故障信息保持4-30μs；所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(32)将驱动信号与所述过流故障检测电路(31)生成的故障信号通过与门U _da2进行与逻辑运算后，由隔离驱动器U _di2连接IGBT管(12)的门极和发射极，控制IGBT管(12)通断。

5.根据权利要求1所述的针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路，其特征在于：所述故障保持电路(4)包括故障信号简易或门电路(41)和由基本RS触发器构成的故障锁存电路(42)，所述NPC三电平变流器电路(1)Tu ₁管及Td ₁管的驱动保护电路Qu ₁及Qd ₁(2)和Tu ₂管及Td ₂管的驱动保护电路Qu ₂及Qd ₂(3)的故障信号依次接入所述故障信号简易或门电路(41)的二极管D ₁、D ₂、D ₃、D ₄的阴极，二极管D ₁、D ₂、D ₃、D ₄的阳极短接，并由Rs进行上拉，接入所述基本RS触发器构成的故障锁存电路(42)的置位端S̅，实现故障信号锁存。

6.一种针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护方法，采用根据权利要求1所述的针对NPC三电平变流器过流故障的混合检测保护电路进行操作，其特征在于操作步骤如下：

步骤1：根据厂商提供的IGBT伏安特性曲线图，确定所述NPC三电平变流器电路(1)中Tu ₁、Td ₁管过流工况下的退饱和电流值，模块额定工作电流的4~8倍；并确定所述退饱和时安全工作区内的退饱和导通电压V _ce保护阈值V _ref1，通常取7~15V；然后，根据保护阈值V _ref1，设计Tu ₁、Td ₁管驱动保护电路Qu ₁及Qd ₁(2)所采用的具有IGBT集射极退饱和导通电压V _ce检测的驱动保护电路的过流故障检测电路(21)，此时保护阈值V _ref1便是退饱和导通电压V _ce检测值V _detect1的临界保护值，由V _ref1与V _detect1相等，可确定电阻R ₂阻值、电阻R ₁阻值及稳压管Z ₂的稳压值，根据需要，调整对退饱和导通电压V _ce值的检测；

步骤2：确定所述NPC三电平变流器电路(1)中T _u2管、T _d2管的过流保护阈值，IGBT模块额定工作电流的2~3倍，并根据厂商提供的IGBT伏安特性曲线图选取对应的导通电压V _cesat；然后，确定Tu ₂、Td ₂管驱动保护电路Qu ₂及Qd ₂(3)所采用的具有IGBT集射极饱和导通电压V _cesat检测的驱动保护电路的过流故障检测电路(31)；其中保护阈值V _ref2通常取8V，保护阈值V _ref2便是饱和导通电压V _cesat检测值V _detect2的临界保护值；由2~3倍额定电流所对应的V _cesat值及所确定的驱动保护电路保护阈值V _ref2，设计所述过流故障检测电路(31)中电阻R _n阻值及稳压管TZ ₂的稳压值；选取所述过流故障检测电路(31)中电流源I _a值，确定过流保护的延时消隐时间t _blank，由电流源I _a值及延时消隐时间t _blank计算消隐电容C _blank；

步骤3：当所述NPC三电平变流器电路(1)发生过流故障时，所述Tu ₂管的驱动保护电路Qu ₂或者Td ₂管的驱动保护电路Qd ₂将首先检测到V _detect2值大于保护阈值V _ref2；此时，过流故障IGBT管驱动保护电路的过流故障检测电路(31)中的隔离比较器U ₂输出低电平，并由状态延时电路U ₂₁将U ₂输出的低电平保持4-30μs；并通过所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(32)中的与门U _da2实现驱动信号的封锁功能，从而关断所述NPC三电平变流器电路(1)中的过流IGBT管，减小过流IGBT管的电流，实现过流故障保护功能；

步骤4：步骤3执行完成后，若所述NPC三电平变流器电路(1)无过流故障，则直接执行步骤5；若所述NPC三电平变流器电路(1)的Tu ₁管或Td ₁管继续过流，过流IGBT管将退出饱和区，其退饱和导通电压V _ce也将随之逐渐增加；当所述过流IGBT管的驱动保护电路中的过流故障检测电路(21)检测到V _detect1值大于保护阈值V _ref1时，过流故障IGBT管驱动保护电路的过流故障检测电路(21)中隔离比较器U ₁输出低电平，并由状态延时电路U ₁₁将U ₁输出的低电平保持4-30μs；通过所述具有保护逻辑的隔离驱动电路(22)中的与门U _da1实现驱动信号的封锁功能，从而关断发生过流故障的IGBT管，减小过流IGBT管的电流，实现过流故障保护功能；

步骤5：所述各管驱动保护电路(Qu ₁、Qu ₂、Qd ₁、Qd ₂)生成的故障信号通过故障保持电路(4)中的故障信号简易或门电路(41)实现或逻辑运算；并传送到故障锁存电路(42)的置位端S̅，由故障锁存电路(42)锁存故障状态。