一种IGBT串联均压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种IGBT串联均压控制方法，属于电力电子变换技术领域。所述的均压控制方法利用各IGBT配备的有源箝位电路，提取IGBT工作电压尖峰信号，并结合比较电路，获得电压尖峰实际持续时间值。再利用检测到的时间信息，并结合根据IGBT实际串联工作特性优化设计的调节方案，对各路IGBT驱动信号边沿进行调节，多次调节后实现各路IGBT均压。本发明专利技术提出的均压控制方法适用于部分中高压功率IGBT，调节方式针对IGBT的实际工作特性进行设计，方法简单、易实现，可以提高IGBT串联均压的快速性，同时保证较高的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT串联均压控制方法
本专利技术涉及一种功率器件IGBT在多个串联连接应用的均压控制方法。属于电力电子变换

技术介绍
在中高压功率变换领域，IGBT由于其良好的工作特性被广泛应用。但是随着工作电压的提高，单个IGBT模块无法单独工作，往往需要将多个IGBT直接串联应用。采用多个IGBT直接串联结构，存在IGBT均压问题，为解决这一问题，一般有以下三种方案：第一种方案是加入吸收电路，这是最简单的均压方法，但是效果也最差。在电压较高、频率较高、电压和电流变化率较大的场合，这种方案会产生很大的损耗。第二种方案是加入箝位电路，在IGBT合适的位置并接稳压装置，当IGBT的端电压超过预设的电压值时，稳压装置对电压进行箝位，限制电压进一步上升。这种方案的实现也比较简单，但是同样会在稳压装置上损耗很大的能量。第三种方案是直接控制各IGBT的驱动电路，通过调节IGBT的开关边沿来实现均压。这种方案实现均压的能耗代价最小，效率最高，但是对控制的要求很高，尤其是高频工作的IGBT，对均压控制的快速性和稳定性提出了很高的要求。针对上述第三种方案的均压问题，已有一些文献在驱动控制方面提出了解决方案。G.Belverde，A.Galluzzo等人在“Snubberlessvoltagesharingofseries-connectedinsulatedgatedevicesbyanovelgatecontrolstrategy”中提出了主从式的门极驱动调节方案，采样各从IGBT端电压后与主IGBT端电压进行比较，以此来调节各从IGBT驱动信号。但是该方案需要开关瞬间完成调节过程，对控制速度有极高的要求。S.Ji，T.Lu等人在“Series-ConnectedHV-IGBTsUsingActiveVoltageBalancingControlWithStatusFeedbackCircuit”中提出了具有箝位功能的驱动控制方案，IGBT端电压超过预设值时触发箝位装置，控制装置采集各IGBT的箝位装置工作时间后进行控制调节，调节各IGBT的驱动信号边沿时刻，最终使各路箝位装置工作时间一致，实现各个IGBT均压。该文献中对多个IGBT进行均压调节时采用的是积分调节器。申请人按照文献“Series-ConnectedHV-IGBTsUsingActiveVoltageBalancingControlWithStatusFeedbackCircuit”中的串联方案进行测试，在不施加均压控制进行调节时，发现两个IGBT驱动信号延时时间与两路有源箝位装置工作时间的差值存在一定的变化关系：在两个IGBT驱动信号延时时间较小时，两路有源箝位装置工作时间的差值与两个IGBT驱动信号延时时间呈现线性关系，在两个IGBT驱动信号延时时间较大时，两路有源箝位装置工作时间的差值与两个IGBT驱动信号延时时间呈现二次关系，如图1所示。因此想到，在进行IGBT均压调节时，根据两路有源箝位装置工作时间的差值大小不同，差值较小时采用比例调节器，差值较大时对差值进行平方计算后再进行比例调节，可以提高控制系统的快速性，同时保证控制系统的稳定性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术的不足，提供一种IGBT串联均压控制方法，提高均压控制的快速性和稳定性。技术方案：本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种多个IGBT串联应用工作电路，包括串联IGBT组(1)，箝位单元(2)，驱动单元(3)和控制单元(4)，所述串联IGBT组由n个IGBT(IGBT1、IGBT2、……、IGBTn)串联连接构成，n为大于等于2的自然数，其中，第一个IGBT(IGBT1)的射极E1与第二个IGBT(IGBT2)的集电极C2连接；如果n大于2，第k-1个IGBT(IGBTk-1)的射极Ek-1与第k个IGBT(IGBTk)的集电极Ck连接，3≤k≤n，所述箝位单元(2)包括n个子箝位单元(21～2n)，每个子箝位单元分别接在各个IGBT的集电极和门极之间，每个子箝位单元输出端都与控制单元(4)连接，返回表征各箝位单元工作时间的脉冲电压信号vt1～vtn，所述驱动单元包括n个子驱动单元，每个子驱动单元输出端分别接在各个IGBT门极，驱动IGBT开关动作，每个子驱动单元输入端都与控制单元(4)连接，由控制单元(4)发出各个IGBT的驱动信号vd1_m～vdn_m。所述控制单元(4)包括一个时间提取单元(40)、n-1个均压调节单元(41)、n-2个加法单元和n-1个延时单元(42)。各箝位单元的输出信号vt1～vtn都接到时间提取单元(40)输入端，由时间提取单元(40)提取各脉冲电压信号的脉宽时间数值t1～tn。其中，t1和t2与IGBT2均压调节单元(412)输入端连接，tk-1和tk与IGBTk均压调节单元(41k)输入端连接。IGBT2均压调节单元(412)的输出Δtd2接到边沿延时单元2(422)的输入端，Δtdk-1与IGBTk均压调节单元(41k)的输出Δt′dk都接到第k-2加法单元的两个输入端，第k-2加法单元的输出Δtdk与边沿延时单元k(42k)的输入端连接。IGBT2均压调节单元(412)的输出Δtd2作为IGBT2驱动信号vd2_m的延时量，即第m-1次的驱动信号边沿vd2_m-1经过延时vd2得到第m次驱动信号边沿vd2_m，m为大于1的自然数，而Δtdk作为IGBTk驱动信号vdk_m的延时量，即第m-1次的驱动信号边沿vdk_m-1经过延时vdk得到第m次驱动信号边沿vdk_m。所述均压调节单元(412)包括一个减法单元、一个条件选择单元、一个乘法单元和两个比例调节器。均压调节单元(412)的两个输入信号接于减法单元两个输入端，减法器输出接到调节选择单元输入端，根据条件不同可以选择两条调节支路，第一条支路由乘法单元、取绝对值计算单元和比例调节器1构成，条件选择单元第一输出端接到乘法单元的一个输入端，条件选择单元第一输出端通过取绝对值单元后接到乘法单元的另一个输入端，乘法单元的输出端接到比例调节器1的输入端，比例调节器1的输出作为均压调节单元(412)的输出，第二条支路只有一个比例调节器2，条件选择单元第二输出端接到比例调节器2的输入端，比例调节器2的输出作为均压调节单元(412)的输出。这两条支路的选择由条件选择单元输入量的数值大小决定，输入量较大时选择第一条调节支路，输入量较小时选择第二条调节支路。一种IGBT串联均压控制方法，其中，第一个IGBT(IGBT1)驱动信号不需要进行均压调节，其他IGBT以IGBT1的驱动信号作为基准进行边沿调节。第二个IGBT(IGBT2)驱动信号调节过程的具体实现步骤如下：步骤1，箝位单元1(21)检测IGBT1集电极C1和门极G1之间电压vCG1，当电压超过箝位单元阈值VTH时，箝位单元1(21)限制vCG1进一步上升，直到vCG1下降到阈值VTH以下，箝位单元1(21)将电压vCG1超过阈值VTH的时间以脉冲信号vt1的形式反馈回控制单元(4)，箝位单元2(22)以相同的方式将脉冲信号vt2反馈回控制单元(4)；步骤2，控制单元(4)接收到箝位单元1(21)和箝位单元2(22)的反馈的脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多个IGBT串联应用工作电路，包括串联IGBT组(1)，箝位单元(2)，驱动单元(3)和控制单元(4)，所述串联IGBT组由n个IGBT(IGBT

【技术特征摘要】
1.一种多个IGBT串联应用工作电路，包括串联IGBT组(1)，箝位单元(2)，驱动单元(3)和控制单元(4)，所述串联IGBT组由n个IGBT(IGBT1、IGBT2、……、IGBTn)串联连接构成，n为大于等于2的自然数，其中，第一个IGBT(IGBT1)的射极E1与第二个IGBT(IGBT2)的集电极C2连接；如果n大于2，第k-1个IGBT(IGBTk-1)的射极Ek-1与第k个IGBT(IGBTk)的集电极Ck连接，3≤k≤n，所述箝位单元(2)包括n个子箝位单元(21～2n)，每个子箝位单元分别接在各个IGBT的集电极和门极之间，每个子箝位单元输出端都与控制单元(4)连接，返回表征各箝位单元工作时间的脉冲电压信号vt1～vtn，所述驱动单元包括n个子驱动单元，每个子驱动单元输出端分别接在各个IGBT门极，驱动IGBT开关动作，每个子驱动单元输入端都与控制单元(4)连接，由控制单元(4)发出各个IGBT的驱动信号vd1_m～vdn_m；所述控制单元(4)包括一个时间提取单元(40)、n-1个均压调节单元(41)、n-2个加法单元和n-1个延时单元(42)，各箝位单元的输出信号vt1～vtn都接到时间提取单元(40)输入端，由时间提取单元(40)提取各脉冲电压信号的脉宽时间数值t1～tn，其中，t1和t2与IGBT2均压调节单元(412)输入端连接，tk-1和tk与IGBTk均压调节单元(41k)输入端连接，IGBT2均压调节单元(412)的输出Δtd2接到边沿延时单元2(422)的输入端，Δtdk-1与IGBTk均压调节单元(41k)的输出Δt′dk都接到第k-2加法单元的两个输入端，第k-2加法单元的输出Δtdk与边沿延时单元k(42k)的输入端连接，IGBT2均压调节单元(412)的输出Δtd2作为IGBT2驱动信号vd2_m的延时量，即第m-1次的驱动信号边沿vd2_m-1经过延时vd2得到第m次驱动信号边沿vd2_m，m为大于1的自然数，而Δtdk作为IGBTk驱动信号vdk_m的延时量，即第m-1次的驱动信号边沿vdk_m-1经过延时vdk得到第m次驱动信号边沿vdk_m；所述均压调节单元(412)包括一个减法单元、一个条件选择单元、一个乘法单元和两个比例调节器，均压调节单元(412)的两个输入信号接于减法单元两个输入端，减法器输出接到调节选择单元输入端，根据条件不同可以选择两条调节支路，第一条支路由乘法单元、取绝对值计算单元和比例调节器1构成，条件选择单元第一输出端接到乘法单元的一个输入端，条件选择单元第一输出端通过取绝对值单元后接到乘法单元的另一个输入端，乘法单元的输出端接到比例调节器1的输入端，比例调节器1的输出作为均压调节单元(412)的输出，第二条支路只有一个比例调节器2，条件选择单元第二输出端接到比例调节器2的输入端，比例调节器2的输出作为均压调节单元(412)的输出，这两条支路的选择由条件选择单元输入量的数值大小决定，输入量较大时选择第一条调节支路，输入量较小时选择第二条调节支路。2.根据权利要求1所述的IGBT串联均压控制方法，第一个IGBT(IGBT1)驱动信号不需要进行均压调节，其他IGBT以IGBT1的驱动信号作为基准进行边沿调节。3.根据权利要求1所述的IGBT串联均压控制方法，第二路IGBT(IGBT2)驱动信号调节过程的具...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁顺，邢岩，吴红飞，胡海兵，王钧，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32