[实用新型]一种I型三电平保护电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及保护电路领域，特别涉及一种I型三电平保护电路。

背景技术

随着全球能源的日渐枯竭，需要为全球能源供应创造一个新基础，可再生能源的使用是其中的一个关键问题。太阳能是目前使用较为广泛的一种可再生能源，光伏系统担负着将太阳能转换为电能的重任，而其中的光伏逆变器存在巨大的技术优化潜力。

与传统的常用于光伏逆变器的两电平拓扑结构相比，三电平逆变器以其输出电压更接近正弦波、电压和电流谐波含量少、开关器件电压应力小、开关频率低、开关损耗小等优点受到越来越广泛的关注和应用。

随着三电平技术在光伏领域的应用越来越广泛，光伏逆变器在运行过程中通常会有各种故障。当逆变器发生短路故障时，传统的两电平技术只要检测出故障，关断其中的一个开关管，切断短路回路就可以进行保护。而对于I型拓扑结构的逆变器来说，对关断时序有特定的要求，即需要遵循先关外管，后关内管的原则。现有技术的保护电路中，虽然实现了"先关外管，后关内管"，但却不能确保各个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)在短路大电流、系统杂散电感过大导致的过压情况下能够安全进行关断和得到保护。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中不能确保各个IGBT在短路大电流、系统杂散电感过大导致的过压情况下能够安全进行关断和得到保护的问题，提出一种I型三电平保护电路。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种I型三电平保护电路，包括门极保护电路、有源钳位保护电路、短路保护电路和驱动及软关断保护电路；所述短路保护电路与IGBT的集电极连接并与所述驱动及软关断电路串联，所述门极保护电路串联在所述驱动及软关断电路和IGBT的门极之间，所述有源钳位保护电路设置在IGBT的门极和集电极之间；所述门极保护电路控制IGBT的开通和关断；所述有源钳位保护电路用于抑制IGBT关断时的过电压应力；所述短路保护电路用于在IGBT发生短路时先关闭I型三电平逆变器电路中两端的 IGBT，然后再关闭中间的IGBT；所述驱动及软关断保护电路用于驱动IGBT并实现IGBT的软开通、软关断。

在一些优选的实施方式中，IGBT的门极串联有一个上拉钳位二极管，起抑制门极开通时电压过冲的作用。

在进一步优选的实施方式中，IGBT的门极与发射极之间设有一稳压管，用于在门极出现过冲时限制门极开通、关断的电压。

在更进一步优选的实施方式中，IGBT的门极与发射极之间设有一个电容，用于抑制门极开通、关断时的波形振荡。

在更加进一步优选的实施方式中，IGBT的门极与发射极之间还设有一个电阻，所述电阻与电容并联，用于为所述电容提供放电回路。

在一些优选的实施方式中，所述有源钳位保护电路还包括一个反接在负电压处的钳位二极管，用于在所述有源钳位保护电路不动作时限制有源钳位保护电路末端的电位的浮动幅度。

在一些优选的实施方式中，所述有源钳位保护电路包括第一级有源钳位保护电路和第二级有源钳位保护电路。

在一些优选的实施方式中，所述门极保护电路包括开通电阻、关断电阻、开关二极管，所述开关二极管将开通电阻和关断电阻的导通回路分开。

在一些优选的实施方式中，所述短路保护电路包括短路检测电路、参考电压调节电路和比较器，所述短路检测电路将检测到的IGBT的集电极的实时电压输送到比较器，所述参考电压调节电路用于调节IGBT的集电极的参考电压并将该参考电压输送到比较器，所述比较器将实时电压和参考电压进行比较。

在一些优选的实施方式中，所述驱动及软关断保护电路包括驱动电路、软关断电阻、支撑电容、推挽三极管和钳位二极管；所述推挽三极管和所述钳位二极管桥接，所述支撑电容设置在所述推挽三极管和所述钳位二极管的两个公共端，所述软关断电阻串联在所述驱动电路和位于负电压一端的支撑电容之间；所述驱动电路包括串联在一起的逻辑电路和限流电阻，所述驱动电路为IGBT提供驱动信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：

先通过短路保护电路和门极保护电路实现“先关外管后关内管”，然后采用软关断保护和有源钳位电路的双重保护功能，使I型三电平的各个IGBT关断时的过电压应力都不会超过IGBT的正常工作范围，从而确保各个IGBT在短路大电流、系统杂散电感过大导致的过压情况下能够安全进行关断和得到保护。

在优选的实施例中，本实用新型还具有如下有益效果：