[发明专利]基于现场可编程门阵列的IGBT串联均压控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体控制技术，特别涉及一种基于现场可编程门阵列的IGBT串联均压控制方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。由于IGBT具有高输入阻抗、易于驱动、开关速度快等优点，使其在柔性直流输电、新能源发电并网、孤岛供电等领域应用广泛。但目前商用的单个IGBT耐压值有限（约6.5kV），不能满足上述高压大功率场合的要求，最简单的解决方法是将多个IGBT串联使用，每个IGBT承受相同的电压值。IGBT直接串联的技术难点在于：由于IGBT特性参数的差异和门极驱动信号的延迟，会引起串联阀中的IGBT开断过程不一致，进而导致某些IGBT的集射极电压超过耐压值，这就需要一种方法使IGBT在开关过程时达到均压。

IGBT串联均压包括静态均压和动态均压，其中静态均压可通过在IGBT集射极两端并联电阻来解决，而动态均压问题却未能很好的解决。现有的动态均压方法主要有缓冲电路法、同步控制法、门极有源电压控制法。

缓冲电路法利用电阻R、电容C、二极管D所组成的电路，来吸收IGBT开断过程中的电压、电流尖峰，此方法结构简单，易于实现，但是所需要的RCD器件电压等级高，成本较大。

同步控制法使用一个同步变压器将各个IGBT的驱动信号耦合在一起，降低了由于门极驱动信号延迟而造成的电压不均衡，但对由于IGBT特性参数差异引起的电压不均衡没有效果。

门极有源电压控制法通过调整门极的输入电压，使IGBT的集射极电压与预设的电压参考曲线一致，此方法用闭环反馈控制来实现均压，调节精度高，但电压参考曲线的设定可复制性差，且控制算法复杂，时延大，有待改进。

发明内容

本发明是针对IGBT串联使用均压控制存在的问题，提出了一种基于现场可编程门阵列的IGBT串联均压控制方法，通过控制现场可编程门阵列FPGA的输出，达到均压目的。

本发明的技术方案为：一种基于现场可编程门阵列的IGBT串联均压控制方法，N个IGBT串联，每个IGBT的集射极两端依次连接静态均压分压电路、差分放大电路、AD转换电路，所有AD转换电路输出接基于现场可编程门阵列FPGA最小系统，FPGA最小系统采集每个IGBT的集射极电压值Vce_i，主电路电压Vs，设定电压超限裕度为，当检测到第i个IGBT的集射极电压Vce_i超过上限值时，控制信号输出高电平，直至Vce_i小于下限值，FPGA最小系统输出控制信号与原电力电子设备的开关信号相互叠加作为每个IGBT驱动电路的输入，其中

。

所述静态均压分压电路由两个串联的电阻R_i1、R_i2组成，i=1、2……N,并联在每个IGBT的集射极两端，的比值即为分压的比例，分压的比例相同，并根据IGBT串联阀承受的主电路电压Vs和AD电路的最大输入范围进行调整，满足

。

所述差分放大电路为运放差分放大电路，运放差分放大电路输出，其中为放大器的高电平端，为放大器的低电平端。

本发明的有益效果在于：本发明基于现场可编程门阵列的IGBT串联均压控制方法，引入集射极电压闭环反馈控制，软件实现均压，减少了模拟器件的使用，降低了电能损耗；控制算法简单，使控制信号能快速作用于IGBT上，在高频工作条件下仍然能实现均压，可靠性更好；均压电路拓扑结构简单，易于实现，硬件设计成本低，软件可移植性好，适用于任意有IGBT串联阀的电力电子设备。

附图说明

图1为本发明基于现场可编程门阵列的IGBT串联均压控制电路图；

图2为本发明控制方法的软件流程图；

图3为本发明实施例中未使用均压方法的三个IGBT波形对比图；

图4为本发明实施例中使用均压方法的三个IGBT波形对比图。

具体实施方式