一种IGBT串联均压电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种IGBT串联均压电路及方法，包括全局控制电路、N个本地控制电路、N个IGBT、N个二极管，全局控制电路与各本地控制电路相连接，第i个本地控制电路与第i个IGBT的门极相连接，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连接，第i个二极管的正极及负极分别与第i个IGBT的发射极及集电极相连接，2≤N，且i及N均为自然数，2≤i≤N。本发明专利技术可以实现IGBT串联的均压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，涉及一种IGBT串联均压电路及方法。
技术介绍
绝缘栅双极性晶体管(IGBT)由于结合了电力场效应管(MOSFET)和电力晶体管的优势，具有输入阻抗高，驱动功率小，开关特性好等优点，是一种理想的全控型器件，在电力电子设备中得到了广泛的应用。但是，对于高压大功率的电力电子设备，单只IGBT的电压等级无法满足设备的要求，这使得将多只IGBT串联起来作为一个基本单元成为一个有效的选择。IGBT串联应用的关键是确保在各个IGBT在开关动态和工作稳态时的电压均衡。造成IGBT串联不均压的原因主要包括IGBT自身参数的不一致以及IGBT驱动信号的延迟的不一致两方面。IGBT自身参数的不一致会导致各个串联IGBT的开关特性(例如开通、关断延时，开通、关断过程中的电压变化率dV/dt)有所差异，因而导致各串联开关管的电压不均衡。另外，驱动信号延迟时间的不同会造成后开通以及先关断的IGBT上承受更高的动态电压，从而产生IGBT串联不均压问题。因此，IGBT串联应用的核心问题是均压问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种IGBT串联均压电路及方法，该电路及方法可以实现IGBT串联的均压。为达到上述目的，本专利技术所述的IGBT串联均压电路包括全局控制电路、N个本地控制电路、N个IGBT、N个二极管，全局控制电路与各本地控制电路相连接，第i个本地控制电路与第i个IGBT的门极相连接，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连接，第i个二极管的正极及负极分别与第i个IGBT的发射极及集电极相连接，2≤N，且i及N均为自然数，1≤i≤N。所述全局控制电路与各本地控制电路之间通过高速光纤线相连接。各本地控制电路均包括驱动电路、本地控制器、可控电流源、光纤接口、以及用于采集IGBT集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息的采样电路，采样电路的输出端与本地控制器的输入端相连接，本地控制器通过光纤接口与高速光纤线相连接，可控电流源的两端与IGBT的门极及发射极相连接，本地控制器的输出端与可控电流源的控制端及驱动电路的控制端相连接，驱动电路的输出端与IGBT的门极相连接。所述驱动电路为电压型IGBT驱动器。所述本地控制器及全局控制电路均为DSP芯片、ARM芯片及FPGA芯片中的一个或几个的组合。本专利技术所述的IGBT串联均压方法包括以下步骤：1)在第M个开关周期时，全局控制电路发出N路脉冲驱动信号，本地控制器接收到所述驱动脉冲信号，2)当本地控制器接收到驱动脉冲信号的上升沿时，则控制驱动电路发出高电平信号驱动各IGBT开通；同时，本地控制器通过采样电路采集IGBT的第一电压信息，采样的持续时间大于IGBT的开通时间，然后存储IGBT的第一电压信息，其中，所述第一电压信息为IGBT开通过程中的集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息；当第M个开关周期结束后，N组本地控制器将第M个开关周期内采集的IGBT的第一电压信息发送至全局控制电路中；全局控制电路根据第M个开关周期内采集的IGBT的第一电压信息得第M+1个开关周期的最优开通时间Ton，然后将所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton转发至所有本地控制电路中；各本地控制电路获取所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton，并根据所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton得第M+1个开关周期中可控电流源输出的第一电流幅值I1，在第M+1个开关周期时，使所有IGBT按照最优开通时间Ton同时开通，实现IGBT的串联均压，其中，所述第一电流幅值I1为第M+1个开关周期中IGBT开通过程中可控电流源输出的电流幅值；3)当本地控制器接收到驱动脉冲信号的下降沿时，则控制驱动电路驱动各IGBT关断；同时，本地控制器通过采样电路采集IGBT的第二电压信息，然后存储IGBT的第二电压信息，其中，所述第二电压信息为IGBT关断过程中的集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息；当第M个开关周期结束后，N组本地控制器将第M个开关周期内采集的IGBT的第二电压信息发送至全局控制电路中；全局控制电路根据第M个开关周期内采集的IGBT的第二电压信息得第M+1个开关周期的最优关断时间Toff，然后将所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff转发至所有本地控制电路中；各本地控制电路获取所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff，并根据所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff得第M+1个开关周期中可控电流源输出的第二电流幅值I2，在第M+1个开关周期时，使所有IGBT按照最优关断时间Toff同时关断，实现IGBT的串联均压，其中，所述第二电流幅值I2为第M+1个开关周期中IGBT关断过程中可控电流源输出的电流幅值。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的IGBT串联均压电路及方法，以全局控制器和本地控制器的两级控制为核心，通过对IGBT的工作波形进行采样以获取IGBT的开关数据，通过数据比较计算得到最优关断时间及开通时间，然后根据所述最优关断时间及最优开通时间对各IGBT进行控制，从而可以实现N个串联IGBT的动态均压，并且在保证均压的同时可以对IGBT的开通关断过程进行加速，减小IGBT的开关损耗，经济性好。另外，本专利技术中无需加入缓冲电路，从而不会降低IGBT的开关频率。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中本地控制电路2的结构示意图；图3为本专利技术中可控电流源6的结构示意图。其中，1为全局控制电路、2为本地控制电路、3为高速光纤线、4为本地控制器、5为驱动电路、6为可控电流源、7为采样电路。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1，本专利技术所述的IGBT串联均压电路包括全局控制电路1、N个本地控制电路2、N个IGBT、N个二极管，全局控制电路1与各本地控制电路2相连接，第i个本地控制电路2与第i个IGBT的门极相连接，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连接，第i个二极管的正极及负极分别与第i个IGBT的发射极及集电极相连接，2≤N，且i及N均为自然数，1≤i≤N。需要说明的是，所述全局控制电路1与各本地控制电路2之间通过高速光纤线3相连接；各本地控制电路2均包括驱动电路5、本地控制器4、可控电流源6、光纤接口、以及用于采集IGBT集电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT串联均压电路，其特征在于，包括全局控制电路(1)、N个本地控制电路(2)、N个IGBT、N个二极管，全局控制电路(1)与各本地控制电路(2)相连接，第i个本地控制电路(2)与第i个IGBT的门极相连接，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连接，第i个二极管的正极及负极分别与第i个IGBT的发射极及集电极相连接，2≤N，且i及N均为自然数，1≤i≤N。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT串联均压电路，其特征在于，包括全局控制电路(1)、
N个本地控制电路(2)、N个IGBT、N个二极管，全局控制电路(1)与
各本地控制电路(2)相连接，第i个本地控制电路(2)与第i个IGBT
的门极相连接，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连接，
第i个二极管的正极及负极分别与第i个IGBT的发射极及集电极相连接，
2≤N，且i及N均为自然数，1≤i≤N。
2.根据权利要求1所述的IGBT串联均压电路，其特征在于，所述
全局控制电路(1)与各本地控制电路(2)之间通过高速光纤线(3)相
连接。
3.根据权利要求2所述的IGBT串联均压电路，其特征在于，各本
地控制电路(2)均包括驱动电路(5)、本地控制器(4)、可控电流源(6)、
光纤接口、以及用于采集IGBT集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息
的采样电路(7)，采样电路(7)的输出端与本地控制器(4)的输入端相
连接，本地控制器(4)通过光纤接口与高速光纤线(3)相连接，可控电
流源(6)的两端与IGBT的门极及发射极相连接，本地控制器(4)的输
出端与可控电流源(6)的控制端及驱动电路(5)的控制端相连接，驱动
电路(5)的输出端与IGBT的门极相连接。
4.根据权利要求3所述的IGBT串联均压电路，其特征在于，所述
驱动电路(5)为电压型IGBT驱动器。
5.根据权利要求1所述的IGBT串联均压电路，其特征在于，所述
本地控制器(4)及全局控制电路(1)均为DSP芯片、ARM芯片及FPGA
芯片中的一个或几个的组合。
6.一种IGBT串联均压方法，其特征在于，基于权利要求3所述的

\tIGBT串联均压电路，包括以下步骤：
1)在第M个开关周期时，全局控制电路(1)发出N路脉冲驱动信号，
本地控制器(4)接收所述驱动脉冲信号，
2)当本地控制器(4)接收到驱动脉冲信号的上升沿时，则控制驱动
电路(5)发出高电平信号驱动各IGBT开通；同时，本地控制器(4)通
过采样电路(7)采集IGBT的第一电压信息，采样的持续时间大于IGBT
的开通时间，然后存储IGBT的第一电压信息，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，杨旭，任宇，田莫帆，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61