[发明专利]一种用于串联IGBT的均压保护电路

说明书

本发明公开了一种用于串联IGBT的均压保护电路，包括电压采集模块、第i比较器、控制模块以及栅极电阻模块；其中，i为1～N的任意整数，N为自然数；所述电压采集模块的第i输出端连接第i比较器，所述第i比较器的第一输出端连接栅极电阻模块的第i输入端，第一比较器的第二输出端连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接栅极电阻模块的第N+1输入端，所述栅极电阻模块的输出端作为所述均压保护电路的输出端。本发明利用设定阈值，并根据集射极电压信号来获取方波信号，从而更改栅极电阻的大小，可以调整集射极电压的上升速率，减少了峰值电压，同时抑制了因信号传递线路杂散参数不同带来的过压影响，可以避免IGBT在串联工作当前关断阶段与整个工作周期中的过压损坏风险。

技术领域

本发明属于电力电子领域，更具体地，涉及一种用于串联IGBT的均压保护电路。

背景技术

由绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)组成的固态电力电子开关具有开关速度快，可控性强，寿命长的特点，同时为了应用于高电压领域，须将多个IGBT相互串联使用以达到较高的电压等级，该方案效果好同时成本低，故得到了广泛的关注与应用。

在IGBT串联使用时，由于各个半导体器件之间的细微差异以及线路的寄生电感等影响，会导致开关过程中各器件承压不均衡，极大的影响了开关的使用寿命和工作效率，甚至会造成器件击穿损坏。保证半导体器件在开关过程中的电压分布均衡是实现高压固态电力电子开关的关键。

对此现有技术有多种解决方法：第一种方法是在驱动端采用反馈控制实现较为精确的器件电压动态调整，使各个IGBT的集射极电压趋于一致，然而该电路的结构复杂，若其中某路控制器出现故障则该路IGBT必然损坏，随着器件串联数目增多，控制复杂度也大幅提升；第二种方法是在功率端并联动态缓冲电路、静态均压电路，来吸收线路中存在的电感能量以避免过电压，通过静态均压电路来减缓半导体器件因漏电流不同而导致的静态电压不均衡问题，该方案随着串联器件数目增多，会增加整个装置的体积；同时，由于动态缓冲电路均为无源器件，只能较为粗略的降低器件峰值电压，并且在整个工作周期中都会动作从而带来较大的损耗。

因此，当前高压固态开关领域内通过两种方案的结合解决串联半导体电压不均衡问题，如非专利文献《IEEE Transactions on Power Electronics》,2015,30(8):4165-4174中公开了一种利用反馈控制实现串联IGBT的有源电压平衡的方法。利用该方法，动态缓冲电路采用电阻-电容方案，静态均压电路采用电阻方案，驱动反馈控制采用串联瞬态箝位二极管(TVS)，由于瞬态箝位二极管会在一定电压下击穿，当IGBT关断时，通过检测瞬态箝位二极管中的电流，可以判断串联时各个IGBT升压至某设定集射极电压的时间，将该信息通过光纤传送至控制器从而在下一周期调整各路IGBT开关信号的相对延迟时间。

其一、在该方案中，相同规格的瞬态箝位二极管，其动作电压存在较大差异，另外，同一个瞬态箝位二极管，其动作电压也会随其温度变化，因此使用瞬态箝位二极管会带来极大的反馈误差，而一般高压IGBT关断时间在1us～2us左右，该误差会极大的影响控制效果甚至反而造成IGBT过压损坏；其二、为避免瞬态箝位二极管因频繁击穿而损坏，一般均设置动作电压为IGBT实际工作电压的115％～120％，那么就会存在某些IGBT的瞬态箝位二极管因电压分布不匀而并不击穿的情况，也会造成反馈误差。其三、在该方案中，使用瞬态箝位二极管来投切电容、电阻，其馈入IGBT控制端的电流较小使作用效果存在较大延时，并且也存在前述的动作电压不稳问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于串联IGBT的均压保护电路，旨在解决现有技术中IGBT在串联工作时均压与过压保护问题。

本发明提供了一种用于串联IGBT的均压保护电路，包括电压采集模块、N个比较器、控制模块以及栅极电阻模块；所述N个比较器分别为第一比较器、第二比较器、…至第N比较器，N为自然数；