一種柵極鉗位igbt串聯均壓電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種柵極鉗位IGBT串聯均壓電路。
【背景技術】
[0002] 海上風力發電近來成為國內外研宄的熱點，而輕型直流輸電技術能給風電場提供 更多的無功支撐，減小風電場無功補償設備的投資；避免風電場電壓波動對系統的可靠性 的影響，也提高了風電場對系統電壓波動的抗干擾能力；輕型直流輸電技術比交流電壓輸 電受電壓傳輸距離的影響小很多，更適合于遠距離輸電；而且輕型直流輸電技術能提高風 電場的低電壓穿越能力。因此大型海上遠距離海上輸電采用輕型直流輸電是最佳選擇。但 是IGBT換流閥的電壓均衡問題一直是輕型直流輸電技術的難點。由于IGBT容量的限制， 需要多個IGBT串聯來提高IGBT的容量，由于IGBT換流閥開關速度快，器件本身存在差異， 信號傳輸不同步等從而將引起電壓的分壓不均衡，特別是動態電壓不均衡時的電應力沖擊 更可能引起IGBT串聯閥燒壞等故障，因此需要外圍的輔助電路來調節IGBT串聯換流閥的 電壓均衡。
[0003] 目前，國內外對IGBT串聯結構的研宄很多，主要分為負載側控制和柵極控制兩大 類。負載側控制是指當IGBT負載側電壓不均衡時，直接在負載側也就是集電極-發射極進 行控制調節。柵極控制是指當出現電壓不均衡時，通過對IGBT的柵極進行調節來控制IGBT 電壓的均衡。針對IGBT串聯均壓控制，在采用負載側控制方法時，當出現過電壓較大的時 侯，由于IGBT兩端電容的吸收能量不同，將引起IGBT的兩端電壓不均衡較大，負載側控制 關斷時間較長，因而損耗較大。IGBT串聯控制的方法中，國內外針對柵極控制的研宄相對較 多，但是一般的柵極控制方法反應延遲時間較長，電路較為復雜，或者可能引起震蕩。
[0004] 現有的解決上述問題的IGBT緩沖電路見圖1，其缺陷是在進行過電壓抑制時，分 壓電阻的采樣電壓與輔助IGBT的閥值電壓比較，若采樣電壓比輔助IGBT的閥值電壓高， 就導通輔助IGBT，由于生產的每個IGBT的閥值電壓不完全一致，有一定的波動性，因此串 聯的每一組IGBT都要測量輔助IGBT的閾值，然后通過閥值來確定采樣電阻值，這樣增加了 工程量同時也不適合批量生產。而且同一個IGBT工作的溫度和電流不同，閥值電壓也不相 同，因此會導致采樣不準確。
【發明內容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術問題是，針對上述現有技術的不足，提供一種柵極鉗 位IGBT串聯均壓電路，提高電路采樣精度，使電路適合批量生產。
[0006] 為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是：一種柵極鉗位IGBT串聯 均壓電路，包括至少兩個串聯的主IGBT，每個主IGBT與一個電壓檢測電路連接；每個電壓 檢測電路包括并聯在主IGBT集電極和發射極之間的電阻均壓支路；所述電阻均壓支路中 點與電壓跟隨器/電壓比較器輸入端連接；所述電壓跟隨器/電壓比較器輸出端與電壓互 感器原邊繞組一端連接，所述電阻均壓支路一端與所述電壓互感器原邊繞組另一端連接； 所述電壓互感器副邊繞組兩端分別與電壓比較器正輸入端、輔助IGBT的發射極/MOS管的 源極連接；所述電壓跟隨器/電壓比較器輸出端與所述輔助IGBT的柵極/MOS管的柵極連 接；所述輔助IGBT的集電極/MOS管的漏極與輔助緩沖支路連接；所述輔助緩沖支路通過 所述電阻均壓支路另一端與所述主IGBT集電極連接；所述輔助IGBT的發射極/MOS管的源 極與所述主IGBT的柵極連接；所述電壓比較器的負輸入端輸入參考電壓。
[0007] 所述主IGBT數量為兩個，第一主IGBT的發射極與第二主IGBT的集電極連接。 [0008] 所述輔助緩沖支路包括緩沖電容，所述緩沖電容與二極管陰極連接，所述二極管 陽極與通過所述電阻均壓支路一端與相應的主IGBT集電極連接；所述緩沖電容與放電電 阻并聯。該輔助緩沖支路結構簡單，二極管可以防止電流反向，防止導通時緩沖電容對導通 時間的影響；放電電阻可以釋放緩沖電容的能量，讓緩沖電容為下一次參與過電壓抑制做 準備。
[0009] 與現有技術相比，本實用新型所具有的有益效果為：本實用新型結構簡單，在進行 過電壓抑制時，將分壓電阻的采用電壓與電壓比較器的負輸入電壓進行比較，若出現過電 壓，電壓比較器的正輸入端電壓將大于負輸入端電壓，輸出高電平使輔助IGBT導通，因此 無需測量每一組輔助IGBT的閾值，減少了工程量，適合批量生產，提高了采樣精確度；電壓 比較器加在電壓互感器副邊繞組，能先調節電壓互感器的原副邊繞組電壓比值再進行電壓 比較，從而更容易通過采樣電阻設定參考電壓；電壓跟隨器能防止電壓互感器副邊的負載 對原邊采樣信號的影響，增強電路的驅動能力；通過電壓比較器設定的參考電壓來確定輔 助IGBT參與導通時候的過電壓，使得輔助IGBT參與導通的過電壓更加準確。
【附圖說明】
[0010] 圖1為現有的IGBT緩沖電路原理圖；
[0011] 圖2為本實用新型實施例電路原理圖。
【具體實施方式】
[0012] 如圖2所示，本實用新型實施例1包括兩個主IGBTZjPZ2、靜態均壓電阻^和 4、電壓跟隨器QP1、電壓互感器Mx、電壓比較器啊、輔助IGBTZ12、輔助電容C11、放電 電阻A13、二極管Dx。靜態均壓電阻及J12串聯而成的電阻均壓支路以及I22串聯而 成的電阻均壓支路分別并聯在兩個主IGBT的集電極-發射極之間，并聯在電壓互感器 Mx的原邊，電壓跟隨器接在電壓互感器Mx的原邊一端毛2 -端之間，電壓互感器Mx的副 邊兩端分別與電壓比較器W、輔助輔助IGBTZ1的柵極連接，輔助電容C11和二極管U11 串聯在主IGBT的集電極與輔助IGBT忌的集電極之間，JIj3并聯在輔助電容Cja兩端，其中 Jtr -〇
[0013] 電阻I和I12串聯作為靜態均壓電阻調節靜態的電壓均衡。電阻I12作為電壓檢 測電阻，當無論何種原因引起某個主IGBT上的電壓超過主IGBT設定的承受電壓時，ifl2t 的電壓將超過電壓比較器的參考電壓，電壓比較器輸出高電壓導通輔助IGBT毛，此時輔助 電容Cli調節IGBT的電壓均衡，從而達到串聯主IGBT均壓的目的。其中電壓互感器的作用 包括如下幾個方面：使電阻均壓電路不影響主IGBT的正常關斷電壓的設定，另外還能起到 隔離電阻均壓支路和Z2柵極、發射極的作用。通過電壓比較器的采樣電壓來確定IGBT的 過電壓，精確度和可靠度將會更高。為了防止電壓互感器副邊的負載對原邊采樣信號的影 響，在電壓互感器的副邊增加一個電壓跟隨器，電壓跟隨器能起到增強驅動能力的作用。通 過電壓比較器設定的參考電壓來確定輔助IGBT參與導通時候的過電壓，使得輔助IGBT參 與導通的過電壓更加準確。為了防止導通時輔助電容對導通時間的影響，增加了二極管化 ，同時二極管D1防止電流反向。I13的作用是電容C11提供一個放電回路，電容Cji的能量應 在一個周期內通過足3消耗，讓電容^為下一次參與過電壓抑制做準備。
[0014] 電壓互感器Mp112將電阻均壓支路與電壓比較器隔離開，從而有效防止電壓跟隨 器及輔助IGBT對電阻均壓支路采樣的干擾，提高采樣精度；電壓比較器加在電壓互感器副 邊繞組，能先調節電壓互感器的原副邊繞組電壓比值再進行電壓比較，從而更容易通過電 阻設定參考電壓，使得輔助IGBT參與導通的過電壓更加準確。
【主權項】
1. 一種柵極鉗位IGBT串聯均壓電路，包括至少兩個串聯的主IGBT，每個主IGBT與一 個電壓檢測電路連接；其特征在于，每個電壓檢測電路包括并聯在主IGBT集電極和發射極 之間的電阻均壓支路；所述電阻均壓支路中點與電壓跟隨器/電壓比較器輸入端連接；所 述電壓跟隨器/電壓比較器輸出端與電壓互感器原邊繞組一端連接，所述電阻均壓支路一 端與所述電壓互感器原邊繞組另一端連接；所述電壓互感器副邊繞組兩端分別與電壓比較 器正輸入端、輔助IGBT的發射極/MOS管的源極連接；所述電壓跟隨器/電壓比較器輸出端 與所述輔助IGBT的柵極/MOS管的柵極連接；所述輔助IGBT的集電極/MOS管的漏極與輔 助緩沖支路連接；所述輔助緩沖支路通過所述電阻均壓支路另一端與所述主IGBT集電極 連接；所述輔助IGBT的發射極/MOS管的源極與所述主IGBT的柵極連接；所述電壓比較器 的負輸入端輸入參考電壓。
2. 根據權利要求1所述的柵極鉗位IGBT串聯均壓電路，其特征在于，所述主IGBT數量 為兩個，第一主IGBT的發射極與第二主IGBT的集電極連接。
3. 根據權利要求2所述的柵極鉗位IGBT串聯均壓電路，其特征在于，所述輔助緩沖支 路包括緩沖電容，所述緩沖電容與二極管陰極連接，所述二極管陽極與通過所述電阻均壓 支路一端與相應的主IGBT集電極連接；所述緩沖電容與放電電阻并聯。
【專利摘要】本實用新型公開了一種柵極鉗位IGBT串聯均壓電路，包括至少兩個串聯的主IGBT，每個主IGBT與一個電壓檢測電路連接；每個電壓檢測電路包括并聯在主IGBT集電極和發射極之間的電阻均壓支路；所述電阻均壓支路中點與電壓跟隨器輸入端連接；所述電壓跟隨器輸出端與電壓互感器原邊繞組一端連接，所述電阻均壓支路一端與所述電壓互感器原邊繞組另一端連接；所述電壓互感器副邊繞組兩端分別與電壓比較器正輸入端、輔助IGBT的發射極連接；所述電壓比較器輸出端與所述輔助IGBT的柵極連接；所述輔助IGBT的集電極與輔助緩沖支路連接；所述輔助緩沖支路通過所述電阻均壓支路另一端與所述主IGBT集電極連接。本實用新型的電路采樣精度高，響應時間短，結構簡單，可靠性高，驅動能力強。
【IPC分類】H02M1-00
【公開號】CN204316306
【申請號】CN201420780749
【發明人】陳功, 彭國榮, 李智杰, 曾智楨, 胡雋璇, 佘雙翔, 龍熹
【申請人】中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月12日