基于辅助电压源的串联IGBT均压方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于辅助电压源的串联IGBT均压方法及系统，其中方法包括以下步骤：(1)检测各串联IGBT的端口动态电压；(2)对各IGBT的端口动态电压分别进行动态过电压诊断；(3)若存在动态过电压，则对该IGBT的栅极提供应急的高电平信号；(4)停止对该IGBT的栅极提供应急的高电平信号，通过辅助电压源在该IGBT的栅极提供恒定不变的电压。本发明专利技术通过辅助电压源提供恒定电压，延长故障IGBT的关断时间，与其他IGBT同步关断，实现串联IGBT均压的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于辅助电压源的串联IGBT均压方法及系统
本专利技术涉及直流输电领域，尤其涉及一种基于辅助电压源的串联IGBT均压方法及系统。
技术介绍
随着我国经济不断发展，在输配电领域，直流输电技术在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等方面得到了较多应用。然而作为直流输电技术的关键设备，电压源换流器的母线电压大，故对功率设备的绝缘和耐压提出了更高的要求。目前，IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)串联技术能有效解决单个IGBT电压等级低的缺陷，成本低，结构简单，受到广泛关注。IGBT均压技术存在的主要问题为电压分布不均匀。其原因包括：1、IGBT自身参数的不一致；2、外围电路参数的不一致；3、驱动信号的延迟。电压分布的不均匀可能造成单个IGBT产生过电压，轻则降低IGBT使用寿命，重则直接造成IGBT损坏，进而影响整个系统的安全稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单可行的抑制串联IGBT过电压的方法和系统。本专利技术提供了一种基于辅助电压源的串联IGBT均压方法，包括以下步骤：(1)检测各串联IGBT的端口动态电压；(2)对各IGBT的端口动态电压分别进行动态过电压诊断；(3)若存在动态过电压，则对该IGBT的栅极提供应急的高电平信号；(4)停止对该IGBT的栅极提供应急的高电平信号，通过辅助电压源在该IGBT的栅极提供恒定不变的电压。接上述技术方案，所述动态过电压诊断在IGBT栅极电压达到米勒平台时开始进行诊断。接上述技术方案，当某一IGBT端口动态电压超过参考电压一定比例时，诊断为动态过电压。接上述技术方案，该高电平信号的幅值由IGBT栅极驱动信号高电平幅值和IGBT米勒平台电压幅值的差值决定。接上述技术方案，该高电平信号的信号宽度由IGBT端口电压诊断结果决定，当满足判据IGBT端口动态电压小于等于参考电压时，信号停止。接上述技术方案，步骤(4)中，辅助电压源在停止对该IGBT的栅极提供高电平信号的下一个周期开始运行。接上述技术方案，确定所述辅助电压源提供的恒定不变的电压的方法为：设定趋近于0的第一检测电压值Ua，记录过电压IGBT与参考IGBT端口电压UCE达到第一检测电压值的时间，分别记为t1、t2，得到过电压反应延迟时间：Δtdoff1＝t2-t1设定第二检测电压值Ub，记录过电压IGBT与参考IGBT端口电压UCE达到第二检测电压值的时间，分别记为t3、t4。通过第一检测电压值Ua和第二检测电压值Ub预测整个电压上升时间，得到因为电压上升斜率差异产生的延迟时间：其中U总为串联IGBT端口总电压，n为串联的IGBT的个数；辅助电压源提供恒定电压幅值由公式计算得到，其中Rg为IGBT栅极电阻，Cge为IGBT栅集极极间电容，Cgc为IGBT栅射极集间电容，Uon为IGBT栅极驱动信号高电平幅值。本专利技术还提供了一种基于辅助电压源的串联IGBT均压系统，包括：检测模块，用于检测各串联IGBT的端口动态电压；诊断模块，用于对各IGBT的端口动态电压分别进行动态过电压诊断；高电平信号提供模块，用于当某一IGBT的端口存在动态过电压时，对该IGBT的栅极提供应急的高电平信号；辅助电压源，用于当某一IGBT的端口存在动态过电压时，为该IGBT的栅极提供恒定不变的电压。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过辅助电压源提供恒定电压，延长故障IGBT的关断时间，与其他IGBT同步关断，实现串联IGBT均压的目的。与现有技术相比，本专利技术具有原理简单、实现难度小、均压效果良好、稳定性高、功耗小等优点。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例基于辅助电压源的串联IGBT均压方法的流程图；图2是本专利技术实施例基于辅助电压源的串联IGBT均压系统结构示意图一；图3是本专利技术实施例基于辅助电压源的串联IGBT均压系统结构示意图二。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例基于辅助电压源的串联IGBT均压方法包括以下步骤：(1)检测串联IGBT各端口动态电压；(2)进行IGBT动态过电压诊断；(3)若存在动态过电压，则对IGBT栅极提供高电平信号；(4)在IGBT栅极提供恒定不变的电压。所述步骤(1)中，检测串联IGBT各端口动态电压的具体方法为通过分压电路将IGBT端口电压值输入控制器。本专利技术的一个较佳实施例中，步骤(2)中，动态过电压诊断的具体方法如下：(2-1)假设有n个IGBT串联在电路中，现对第i个IGBT进行过电压诊断，诊断判据为Ui＞1.1Uref，满足此判据的IGBT诊断为存在过电压。其中，Uref为参考电压，Uref前的系数可以取1到2之间的任意一个常数，取值太大了对器件不安全，太小了容易判断出错，本专利技术实施例中取值为1.1，优选范围为1.1-1.5。参考电压Uref可以为去除该IGBT之外的所有串联IGBT端口电压的平均值，也可以直接根据IGBT型号查阅生产手册选定。(2-2)要求诊断在IGBT栅极电压达到米勒平台时开始进行诊断。步骤(3)中，对IGBT栅极提供高电平信号的具体方法如下：(3-1)信号幅值UA＝Uon-Um，其中Uon为IGBT栅极驱动信号高电平幅值，Um为IGBT米勒平台电压幅值；(3-2)信号宽度由IGBT端口电压诊断结果决定，当满足判据Ui≤Uref时，信号停止。步骤(4)中，对IGBT栅极提供辅助电压源的具体方法如下：(4-1)辅助电压源在步骤(3)后的下一个周期开始运行；(4-2)设定趋近于0的检测电压值Ua，记录过电压IGBT与参考IGBT端口电压UCE达到检测电压值的时间，分别记为t1、t2。得到过电压反应延迟时间Δtdoff1＝t2-t1(4-3)设定合适的检测电压值Ub，记录过电压IGBT与参考IGBT端口电压UCE达到检测电压值的时间，分别记为t3、t4。通过Ua和Ub预测整个电压上升时间，有比例系数因此，故障IGBT电压上升时间trise1和trise2分别为trise1＝p(t3-t1)trise2＝p(t4-t2)得到因为电压上升斜率差异产生的延迟时间其中U总为串联IGBT端口总电压；(4-4)根据IGBT关断延迟时间公式其中Rg为IGBT栅极电阻，Cge为IGBT栅集极极间电容，Cgc为IGBT栅射极集间电容，gm为器件的跨导，Uge(th)为栅极阈值电压，ic为集电极电流。则IGBT关断延迟时间与辅助电压之间的关系为得到辅助电压源提供恒定电压幅值的公式通过两个检测电压得到IGBT的总关断时间差，通过辅助电压源提供的恒定电压，延长故障IGBT的关断时间，与其他IGBT同步关断，实现串联IGBT均压的目的。参照图1，本实施例的具体流程如下：步骤S1：检测串联IGBT各端口动态电压；步骤S2：进行IGBT动态过电压诊断。若不满足过电压判据，则结束。若满足过电压判据，则执行步骤S3；步骤S3：对IGBT栅极提供高电平信号；步骤S4：进行IGBT动态电压诊断，当满足正常电压判据(即Ui≤Uref)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于辅助电压源的串联IGBT均压方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)检测各串联IGBT的端口动态电压；(2)对各IGBT的端口动态电压分别进行动态过电压诊断；(3)若存在动态过电压，则对该IGBT的栅极提供应急的高电平信号；(4)停止对该IGBT的栅极提供应急的高电平信号，通过辅助电压源在该IGBT的栅极提供恒定不变的电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于辅助电压源的串联IGBT均压方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)检测各串联IGBT的端口动态电压；(2)对各IGBT的端口动态电压分别进行动态过电压诊断；(3)若存在动态过电压，则对该IGBT的栅极提供应急的高电平信号；(4)停止对该IGBT的栅极提供应急的高电平信号，通过辅助电压源在该IGBT的栅极提供恒定不变的电压。2.根据权利要求1所述的基于辅助电压源的串联IGBT均压方法，其特征在于，所述动态过电压诊断在IGBT栅极电压达到米勒平台时开始进行诊断。3.根据权利要求1所述的基于辅助电压源的串联IGBT均压方法，其特征在于，当某一IGBT端口动态电压超过参考电压一定比例时，诊断为动态过电压。4.根据权利要求1所述的基于辅助电压源的串联IGBT均压方法，其特征在于，该高电平信号的幅值由IGBT栅极驱动信号高电平幅值和IGBT米勒平台电压幅值的差值决定。5.根据权利要求1所述的基于辅助电压源的串联IGBT均压方法，其特征在于，该高电平信号的信号宽度由IGBT端口电压诊断结果决定，当满足判据IGBT端口动态电压小于等于参考电压时，信号停止。6.根据权利要求1所述的基于辅助电压源的串联IGBT均压方法，其特征在于，步骤(4)中，辅助电压源在停止对该IGBT的栅极提供高电平信号的下一个周期开始运行。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，李猎，何鎏璐，王晨苑，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42