一种串联IGBT阀组的保护电路制造技术

本发明专利技术涉及一种串联IGBT阀组的保护电路，包括至少两个串联的IGBT阀组，在串联的每个IGBT阀组的集-射极两端并联钳位电路,所述钳位电路包括稳压管和避雷器。本发明专利技术提供的在串联IGBT阀组的集-射极两端并联钳位电路的方法，简单可靠，效果显著，可以有效地解决串联IGBT短路故障时的不均压问题，实现串联IGBT短路故障关断过程的均压，从而能够有效的避免IGBT遭受过电压击穿的现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子及电力系统应用领域，尤其涉及一种串联IGBT阀组的保护电路。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种比较理想的全控型器件，在电力电子及电力系统领域得到了广泛的应用。然而在许多高压及超高压场合，由于单个IGBT的耐压有限，导致其使用受到限制，而将低压的IGBT应用于高压场合的最有效的方法就是将多只IGBT串联。就目前水平来说，单个IGBT的最高耐压等级为6.5KV，将IGBT串联使用对于提高装置的功率等级来说有着巨大的工程实用价值。然而，串联IGBT阀组的装置及其运行环境为高压大电流环境，串联阀段的母线电压一般会远高于单个IGBT的最高耐压等级，串联IGBT发生短路故障时的情况要比单个IGBT短路故障的情况更加复杂，对串联IGBT短路故障保护电路的要求也更高，因此对串联IGBT短路故障保护电路进行研究具有深刻的工程应用意义。串联IGBT短路故障分为I类短路和II类短路，其中I类短路是直接将IGBT导通短路，短路回路的电感量很小(100nH或更小)，IGBT的短路电流会快速上升，直至超过饱和电流；当电流上升到一定数值时，IGBT就会发生退饱和现象，Vce电压迅速上升，此时必须在10us内关断IGBT。II类短路是IGBT在导通模式下发生的短路，短路回路的电感量比I类短路稍大一些(uH)，电流爬升的速度比I类短路故障稍微慢了一些，但仍然很快。门极脉冲打开时，IGBT的Vce电压已经下降至饱和压降，随着电流的进一步加大，Vce的饱和电压会轻微的抬升，当电流上升幅值达到“退饱和”点时，IGBT的Vce电压迅速上升至直流母线电压；此时IGBT的损耗急剧增加，必须在10us内关断IGBT。综上所述，两种IGBT串联短路故障的共同点是集-射极电压出现退饱和现象，现有的解决方案一般是由驱动器检测退饱和现象并对故障IGBT实行软关断。由于IGBT器件的离散性，短路故障发生时同一串联阀段中不同IGBT的退饱和时间是不可能完全一致的，那么驱动电路关断故障IGBT时有可能发生某些IGBT的关断时刻过早，承受过高电压而击穿的严重不均压情况。因此，IGBT串联短路故障保护电路最关键的是防止某个IGBT上的电压尖峰过高，保证故障IGBT的关断电压均衡。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种串联IGBT阀组的保护电路，用以解决现有串联IGBT阀组容易遭受过电压而击穿的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案包括：一种串联IGBT阀组的保护电路，包括至少两个串联的IGBT阀组，在串联的每个IGBT阀组的集-射极两端并联钳位电路,所述钳位电路包括稳压管和避雷器。进一步的，所述钳位电路还包括与稳压管并联的电阻。所述稳压管是TVS管。本专利技术提供的在串联IGBT阀组的集-射极两端并联钳位电路的方法，简单可靠，效果显著，可以有效地解决串联IGBT短路故障时的不均压问题，实现串联IGBT短路故障关断过程的均压，从而能够有效的避免IGBT遭受过电压击穿的现象。附图说明图1是串联IGBT连接原理图；图2是无保护电路时Q1和Q2管的故障关断电压波形；图3是有保护电路时Q1和Q2管的故障关断电压波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。针对串联IGBT短路故障关断时出现的关断电压不均衡情况，本专利技术提出了一种IGBT串联短路故障的保护电路，在每个IGBT的集-射极两端并联钳位电路(包括TVS管或者其他钳位器件，如避雷器)，可以对IGBT的集-射极电压进行过压保护，实现串联IGBT短路故障情况下的关断过程均压。如图1所示，是两个IGBT串联连接作为一个串联阀段时IGBT串联的连接电路原理图，其中Udc表示串联IGBT的母线电压，Q1和Q2分别表示串联阀段中的两个IGBT模块，D1和D2分别表示与Q1、Q2模块中的反并联二极管，VD1和VD2分别表示Q1和Q2管负载侧并联的钳位器件，R为IGBT的静态均压电阻，Vce1和Vce2分别表示Q1和Q2管的集-射极电压，Ic为串联IGBT的回路电流。当串联IGBT发生短路故障时，回路电流Ic迅速增加；当短路电路的幅值达到IGBT的Vce电压退饱和点时，IGBT的集-射极电压Vce迅速增加。假设Q1和Q2管的退饱和时间不同步，Q2管先于Q1管进入退饱和状态，此时Vce2的电压迅速增加。受到回路杂散电感的影响，Q2管的故障关断电压尖峰远高于过母线电压Udc，Q2管有可能因为过压击穿而失效。取VD1和VD2的钳位电压为VD，当Vce2电压为超过VD2的击穿电压时，Q2管上的电压维持VD幅值不再继续升高，直至串联阀段中的故障IGBT全部被关断。为了能够更好的理解本专利技术的技术方案，现以母线电压Udc＝1000V，TVS管的钳位电压为1500V为例进行具体说明。如图2所示的当母线电压Udc＝1000V，串联IGBT发生短路故障且无钳位保护电路时，Vce1和Vce2的故障关断波形。Q2管首先进入退饱和状态，其故障关断电压尖峰高达2456V，随后Q1管也进入退饱和状态，其故障关断电压尖峰高达1843V，动态关断电压不均衡度约为15％。图3所示的是采用了驱动钳位保护电路后，母线电压Udc＝1000V时的串联故障关断波形，选择钳位TVS管的击穿电压为1500V。Q2管仍然先进入饱和状态，但受到钳位电路的影响，Vce2电压被控制在1500V；随后Q1管退饱和状态，Vce1电压也被控制在1500V，实现了串联IGBT的均压。综上可知，采用串联的每个IGBT的集-射极两端并联钳位保护电路可以有效的解决串联IGBT短路故障时的均压问题。以上给出了本专利技术具体的实施方式，但本专利技术不局限于所描述的实施方式。在本专利技术给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本专利技术中的相应技术手段基本相同、实现的专利技术目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联IGBT阀组的保护电路，包括至少两个串联的IGBT阀组，其特征在于，在串联的每个IGBT阀组的集‑射极两端并联钳位电路,所述钳位电路包括稳压管和避雷器。

【技术特征摘要】
1.一种串联IGBT阀组的保护电路，包括至少两个串联的IGBT阀组，其特
征在于，在串联的每个IGBT阀组的集-射极两端并联钳位电路,所述钳位电路
包括稳压管和避雷器。
2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅桂芳，安昱，牛化鹏，孙强强，刘刚，辛德锋，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，国家电网公司，国网天津市电力公司，许继电气股份有限公司，西安许继电力电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41