一种栅极钳位IGBT串联均压电路制造技术

技术编号:11426048 阅读:118 留言:0更新日期:2015-05-07 09:28
本实用新型专利技术公开了一种栅极钳位IGBT串联均压电路,包括至少两个串联的主IGBT,每个主IGBT与一个电压检测电路连接;每个电压检测电路包括并联在主IGBT集电极和发射极之间的电阻均压支路;所述电阻均压支路中点与电压跟随器输入端连接;所述电压跟随器输出端与电压互感器原边绕组一端连接,所述电阻均压支路一端与所述电压互感器原边绕组另一端连接;所述电压互感器副边绕组两端分别与电压比较器正输入端、辅助IGBT的发射极连接;所述电压比较器输出端与所述辅助IGBT的栅极连接;所述辅助IGBT的集电极与辅助缓冲支路连接;所述辅助缓冲支路通过所述电阻均压支路另一端与所述主IGBT集电极连接。本实用新型专利技术的电路采样精度高,响应时间短,结构简单,可靠性高,驱动能力强。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种栅极钳位IGBT串联均压电路
技术介绍
海上风力发电近来成为国内外研宄的热点,而轻型直流输电技术能给风电场提供 更多的无功支撑,减小风电场无功补偿设备的投资;避免风电场电压波动对系统的可靠性 的影响,也提高了风电场对系统电压波动的抗干扰能力;轻型直流输电技术比交流电压输 电受电压传输距离的影响小很多,更适合于远距离输电;而且轻型直流输电技术能提高风 电场的低电压穿越能力。因此大型海上远距离海上输电采用轻型直流输电是最佳选择。但 是IGBT换流阀的电压均衡问题一直是轻型直流输电技术的难点。由于IGBT容量的限制, 需要多个IGBT串联来提高IGBT的容量,由于IGBT换流阀开关速度快,器件本身存在差异, 信号传输不同步等从而将引起电压的分压不均衡,特别是动态电压不均衡时的电应力冲击 更可能引起IGBT串联阀烧坏等故障,因此需要外围的辅助电路来调节IGBT串联换流阀的 电压均衡。 目前,国内外对IGBT串联结构的研宄很多,主要分为负载侧控制和栅极控制两大 类。负载侧控制是指当IGBT负载侧电压不均衡时,直接在负载侧也就是集电极-发射极进 行控制调节。栅极控制是指当出现电压不均衡时,通过对IGBT的栅极进行调节来控制IGBT 电压的均衡。针对IGBT串联均压控制,在采用负载侧控制方法时,当出现过电压较大的时 侯,由于IGBT两端电容的吸收能量不同,将引起IGBT的两端电压不均衡较大,负载侧控制 关断时间较长,因而损耗较大。IGBT串联控制的方法中,国内外针对栅极控制的研宄相对较 多,但是一般的栅极控制方法反应延迟时间较长,电路较为复杂,或者可能引起震荡。 现有的解决上述问题的IGBT缓冲电路见图1,其缺陷是在进行过电压抑制时,分 压电阻的采样电压与辅助IGBT的阀值电压比较,若采样电压比辅助IGBT的阀值电压高, 就导通辅助IGBT,由于生产的每个IGBT的阀值电压不完全一致,有一定的波动性,因此串 联的每一组IGBT都要测量辅助IGBT的阈值,然后通过阀值来确定采样电阻值,这样增加了 工程量同时也不适合批量生产。而且同一个IGBT工作的温度和电流不同,阀值电压也不相 同,因此会导致采样不准确。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是,针对上述现有技术的不足,提供一种栅极钳 位IGBT串联均压电路,提高电路采样精度,使电路适合批量生产。 为解决上述技术问题,本技术所采用的技术方案是:一种栅极钳位IGBT串联 均压电路,包括至少两个串联的主IGBT,每个主IGBT与一个电压检测电路连接;每个电压 检测电路包括并联在主IGBT集电极和发射极之间的电阻均压支路;所述电阻均压支路中 点与电压跟随器/电压比较器输入端连接;所述电压跟随器/电压比较器输出端与电压互 感器原边绕组一端连接,所述电阻均压支路一端与所述电压互感器原边绕组另一端连接; 所述电压互感器副边绕组两端分别与电压比较器正输入端、辅助IGBT的发射极/MOS管的 源极连接;所述电压跟随器/电压比较器输出端与所述辅助IGBT的栅极/MOS管的栅极连 接;所述辅助IGBT的集电极/MOS管的漏极与辅助缓冲支路连接;所述辅助缓冲支路通过 所述电阻均压支路另一端与所述主IGBT集电极连接;所述辅助IGBT的发射极/MOS管的源 极与所述主IGBT的栅极连接;所述电压比较器的负输入端输入参考电压。 所述主IGBT数量为两个,第一主IGBT的发射极与第二主IGBT的集电极连接。 所述辅助缓冲支路包括缓冲电容,所述缓冲电容与二极管阴极连接,所述二极管 阳极与通过所述电阻均压支路一端与相应的主IGBT集电极连接;所述缓冲电容与放电电 阻并联。该辅助缓冲支路结构简单,二极管可以防止电流反向,防止导通时缓冲电容对导通 时间的影响;放电电阻可以释放缓冲电容的能量,让缓冲电容为下一次参与过电压抑制做 准备。 与现有技术相比,本技术所具有的有益效果为:本技术结构简单,在进行 过电压抑制时,将分压电阻的采用电压与电压比较器的负输入电压进行比较,若出现过电 压,电压比较器的正输入端电压将大于负输入端电压,输出高电平使辅助IGBT导通,因此 无需测量每一组辅助IGBT的阈值,减少了工程量,适合批量生产,提高了采样精确度;电压 比较器加在电压互感器副边绕组,能先调节电压互感器的原副边绕组电压比值再进行电压 比较,从而更容易通过采样电阻设定参考电压;电压跟随器能防止电压互感器副边的负载 对原边采样信号的影响,增强电路的驱动能力;通过电压比较器设定的参考电压来确定辅 助IGBT参与导通时候的过电压,使得辅助IGBT参与导通的过电压更加准确。【附图说明】 图1为现有的IGBT缓冲电路原理图; 图2为本技术实施例电路原理图。【具体实施方式】 如图2所示,本技术实施例1包括两个主IGBTZjPZ2、静态均压电阻^和 4、电压跟随器QP1、电压互感器Mx、电压比较器啊、辅助IGBTZ12、辅助电容C11、放电 电阻A13、二极管Dx。静态均压电阻及J12串联而成的电阻均压支路以及I22串联而 成的电阻均压支路分别并联在两个主IGBT的集电极-发射极之间,并联在电压互感器 Mx的原边,电压跟随器接在电压互感器Mx的原边一端毛2 -端之间,电压互感器Mx的副 边两端分别与电压比较器W、辅助辅助IGBTZ1的栅极连接,辅助电容C11和二极管U11 串联在主IGBT的集电极与辅助IGBT忌的集电极之间,JIj3并联在辅助电容Cja两端,其中 Jtr -〇 电阻I和I12串联作为静态均压电阻调节静态的电压均衡。电阻I12作为电压检 测电阻,当无论何种原因引起某个主IGBT上的电压超过主IGBT设定的承受电压时,ifl2t 的电压将超过电压比较器的参考电压,电压比较器输出高电压导通辅助IGBT毛,此时辅助 电容Cli调节IGBT的电压均衡,从而达到串联主IGBT均压的目的。其中电压互感器的作用 包括如下几个方面:使电阻均压电路不影响主IGBT的正常关断电压的设定,另外还能起到 隔离电阻均压支路和Z2栅极、发射极的作用。通过电压比较器的采样电压来确定IGBT的 过电压,精确度和可靠度将会更高。为了防止电压互感器副边的负载对原边采样信号的影 响,在电压互感器的副边增加一个电压跟随器,电压跟随器能起到增强驱动能力的作用。通 过电压比较器设定的参考电压来确定辅助IGBT参与导通时候的过电压,使得辅助IGBT参 与导通的过电压更加准确。为了防止导通时辅助电容对导通时间的影响,增加了二极管化 ,同时二极管D1防止电流反向。I13的作用是电容C11提供一个放电回路,电容Cji的能量应 在一个周期内通过足3消耗,让电容^为下一次参与过电压抑制做准备。 电压互感器Mp112将电阻均压支路与电压比较器隔离开,从而有效防止电压跟随 器及辅助IGBT对电阻均压支路采样的干扰,提高采样精度;电压比较器加在电压互感器副 边绕组,能先调节电压互感器的原副边绕组电压比值再进行电压比较,从而更容易通过电 阻设定参考电压,使得辅助IGBT参与导通的过电压更加准确。【主权项】1. 一种栅极钳位IGBT串联均压电路,包括至少两个串联的主IGBT,每个主IGBT与一 个电压本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种栅极钳位IGBT串联均压电路,包括至少两个串联的主IGBT,每个主IGBT与一个电压检测电路连接;其特征在于,每个电压检测电路包括并联在主IGBT集电极和发射极之间的电阻均压支路;所述电阻均压支路中点与电压跟随器/电压比较器输入端连接;所述电压跟随器/电压比较器输出端与电压互感器原边绕组一端连接,所述电阻均压支路一端与所述电压互感器原边绕组另一端连接;所述电压互感器副边绕组两端分别与电压比较器正输入端、辅助IGBT的发射极/MOS管的源极连接;所述电压跟随器/电压比较器输出端与所述辅助IGBT的栅极/MOS管的栅极连接;所述辅助IGBT的集电极/MOS管的漏极与辅助缓冲支路连接;所述辅助缓冲支路通过所述电阻均压支路另一端与所述主IGBT集电极连接;所述辅助IGBT的发射极/MOS管的源极与所述主IGBT的栅极连接;所述电压比较器的负输入端输入参考电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:陈功彭国荣李智杰曾智桢胡隽璇佘双翔龙熹
申请(专利权)人:中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司
类型:新型
国别省市:湖南;43

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