[发明专利]一种基于双电压控制型器件的单驱动串联均压电路

说明书

本发明公开了一种基于双电压控制型器件的单驱动串联均压电路，包括：驱动电路、耦合电路和限幅缓冲电路；驱动电路用于将接收的驱动信号转换为第一电压控制型器件的驱动电压，控制第一电压控制型器件的开通与关断；耦合电路用于在驱动电路开通或关断第一电压控制型器件的过程中，通过电容放电或充电控制第二电压控制型器件的开通与关断；限幅缓冲电路用于均衡第一电压控制型器件和第二电压控制型器件在开通和关断时源极与漏极间的电压。本发明基于限幅缓冲电路，大大减轻了第一电压控制型器件和第二电压控制型器件在开通和关断过程中的串联电压不均衡，使得可靠性更强。

技术领域

本发明属于电力电子领域，更具体地，涉及一种基于双电压控制型器件的单驱动串联均压电路。

背景技术

以MOSFET、IGBT等电压控制型器件为核心的电力电子电路正朝着高压大功率的方向发展，然而却受制于单个器件的耐压水平。为此，采用电压控制型器件的串联是一种最为直接的方式，可在不增加主拓扑结构以及控制算法复杂度的情况下，很好地满足高压大功率的需求。近些年来随着宽禁带器件理论研究的深入和工艺水平的提高，使得MOSFET、IGBT由传统的Si基逐步向SiC基过渡，损耗大大减小，耐压水平亦得到了一定程度的提升，而电压控制型器件的串联依旧为一大研究热点，以更适用于高压的场合。其共性问题在于解决串联应用中的电压不均衡：包括断态时的静态电压不均衡，以及开通和关断过程中的动态电压不均衡。前者一般通过并联均压电阻的方式来解决，实现较为简单；而后者需要控制器件的开通和关断过程，实现较为复杂，亦是研究的重点所在。

为了解决串联过程中的动态电压不均衡问题，已有相关研究提供了一些解决方案，有无源缓冲方法和主动均压方法两大类。无源缓冲方法的电路结构较为简单，可靠性强，其中在各串联器件两端并联RC、RCD等缓冲电路是最为常见的一种无源缓冲方法，但同时会额外带来很大的损耗，包括使器件开关速度大大减缓造成的额外损耗，以及缓冲电路上的损耗；主动均压方法通过对器件的驱动侧做出控制来实现串联均压，灵活性强，因此研究的十分广泛，包括调节各串联器件驱动信号的延迟，调节驱动电压的波形，动态改变驱动电阻的阻值，在电压型驱动电路的基础上增加额外的受控电流源，各串联器件两端电压跟随同一参考信号等。但是上述方法均依赖于良好的控制，且电路较为复杂。

为了简化结构拓扑，有研究提出了单驱动电路，其最大的特点是仅需一个器件的标准驱动电路即可驱动整个串联支路，相比之下，该驱动电路仅由简单的无源元件构成，且元件数量大大减小。但随着主回路电流的增大，其电压不均衡程度愈发严重。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供了一种基于双电压控制型器件的单驱动串联均压电路，旨在解决双电压控制型器件串联过程中的动态电压不均衡的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于双电压控制型器件的单驱动串联均压电路，包括：驱动电路、耦合电路和限幅缓冲电路；

驱动电路的第一节点与第一电压控制型器件的栅极相连，其第二节点与第一电压控制型器件的源极连接；耦合电路的第一节点、第二节点和第三节点分别与第二电压控制型器件的漏极、栅极和源极连接，其第四节点与驱动电路的第三节点连接；其第五节点与第一电压控制型器件的源极连接；限幅缓冲电路的第一节点与负载电感连接；其第二节点与第二电压控制型器件的漏极连接；其第三节点与第一电压控制型器件的源极连接；其第四节点与母线电压中点连接；

驱动电路用于将接收的驱动信号转换为第一电压控制型器件的驱动电压，控制第一电压控制型器件的开通与关断；

耦合电路用于在驱动电路开通或关断第一电压控制型器件的过程中，通过电容放电或充电控制第二电压控制型器件的开通与关断；

限幅缓冲电路用于均衡第一电压控制型器件和第二电压控制型器件在开通和关断时源极与漏极间的电压。