[发明专利]一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的均压控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的电压均分控制电路，具体来说是一种适用于高压变频器或高压直流输电系统中变流器等高压场合中的绝缘栅双极性晶体管串联电压均分控制电路，属于电气自动化设备技术领域。

背景技术

绝缘栅双极性晶体管(Insolated Gate Bipolar Transistor，以下简称IGBT)是目前在电气自动化领域内应用十分广泛的电力电子半导体器件。由于其具有速度快、输入阻抗高、驱动电流小、且驱动电路简单等优点，同时又有高耐压，大电流及小通态压降等优点，因此发展很快，在几千瓦到几兆瓦的电力电子设备中都得到了应用，例如变频调速和并网逆变等。现阶段常用的IGBT的产品中，单管器件中耐压值等级有1200V，1700V和4500V。而随着电力设备的发展需求，在更高耐压的应用场合中，需要将IGBT作串联运行从而提高整个电力电子装置的耐压能力。

仅将IGBT器件构成串联电路后，在运行时可能会出现各个IGBT之间上的电压不再相等，称之为电压失衡。这种现象将会导致某个或者数个IGBT超过其所能承担的额定电压值并导致其被过电压击穿。串联IGBT电路的电压失衡分为静态和动态两种现象，主要有如下一些原因：

1、由于各个IGBT器件在制造和装配过程中会存在有各种参数的差异，这些差异会导致各个IGBT具有不同的开关动态特性或者静态特性，从而使得这些IGBT被串联运行后发生电压失衡。

2、由于门极驱动电路的不同，可能会导致串联IGBT电路上各个IGBT驱动信号触发脉冲的上升沿及下降沿不一致。这种门极驱动信号的不一致会造成：(1)在关断过程中，先关断的IGBT先承受电压从而导致过电压；(2)在开通过程中，后开通的IGBT承受过电压，并造成电压的失衡。

因此，在设计串联IGBT电路时，需要设计相关的辅助电路以及对应的控制技术以保证在开关动态瞬间和稳态工作状态对每个IGBT上施加的电压都保持均衡。

目前已经有一些针对串联IGBT的电压均分电路的技术成果，例如：

1、Ju Won Baek，Dong-Wook Yoo and Heung_Geun Kim.High-voltage switch using series-connected IGBTs with simple auxiliary circuit[J].IEEE Transactions on Industry Applications，vol.37，No.6，pp.1832-1839，2001.

2、Wang，Y.；Palmer，P.R.and Bryant，A.T.et al.An analysis of High-power IGBT switching under cascade active voltage control[J].IEEE Transactions on Industry Applications，2009.Vol.45，issue：2，pp.861-870.

3、Chunpeng Zhang；Yingdong Wei；Qirong Jiang；Luyuan Tong；Dynamic voltage balancing of series connected IGBTs using slope regulating and voltage clamping[C].EnergyConversion Congress and Exposition(ECCE2010)，2010，Atlanta，GA，Page(s)：4336-4340

4、李勇，邵诚.IGBT串联应用中动态过压的控制[J].华南理工大学学报(自然科学版)，2006，34(1)：43-47.

上述已有技术中，有的方法着重于让IGBT在动态开关时变慢从而实现IGBT的均压，但同时IGBT的开关损耗增大；有的方法其控制电路控制复杂度较高，在实际应用中存在可靠性差异难度。因此，寻找一种新的减小损耗，并较为简单易实现的IGBT串联运行电压均衡是十分重要的。

发明内容

本发明的目的是提出一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的均压控制电路，通过结合主从控制电路和主动箝位控制电路的优点，减小损耗，简化电路，使得IGBT在串联运行时可靠性得到提高。

本发明提出的绝缘栅双极性晶体管串联运行的均压控制电路，包括：