一种IGBT串联二极管组合型逆阻器件串联均压电路制造技术

一种IGBT串联二极管组合型逆阻器件串联均压电路，包括一个IGBT静态均压电阻R

A series voltage equalizing circuit of IGBT series diode combined reverse resistance device

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT串联二极管组合型逆阻器件串联均压电路
本专利技术涉及一种IGBT串联二极管组合型逆阻器件串联均压电路。
技术介绍
目前，应用于高压直流输电领域的换流器主要有电压源型换流器和基于电网换相的电流源型换流器。电流源换流器(CurrentSourceConverter，CSC)具有体积小、无换相失败风险、能够“黑启动”等诸多优点，为高压直流输电提供新的解决方案。CSC相较于电压源型换流器，CSC的功率半导体器件需具备逆阻特性；相较于基于电网换相的电流源型换流器，CSC的功率半导体器件需具备主动关断电流能力。目前商用可主动关断逆阻型功率半导体器件电压等级较低和电流较小，因此应用于高压直流输电的电流源型换流器需采用串联组合型逆阻器件方式实现。本专利技术以IGBT串联二极管构成的组合型逆阻器件为例进行论述，IGBT串联二极管组合型逆组器件拓扑结构如图1所示。对于高压直流输电领域的电流源型换流器，当多个组合型逆阻器件串联时，功率半导体电压分布不均会导致一连串功率半导体器件损坏，因此大规模组合型逆阻器件串联均压是CSC需解决的关键问题之一。CSC中组合型逆阻器件串联均压问题不同于现有电压源换流器串联均压和基于电网换相的电流源型换流器串联均压，其均压电路需具备如下两个功能：(1)均压电路需具备开通和关断过程串联均压能力；(2)均压电路需具备承受正向电压和反向电压均压能力。中国专利CN108712058提出了一种屏蔽式均压电路，该方法实现晶闸管的串联均压，然而该方法不具备关断过程串联均压能力。CN104779780提出了一种IGBT串联均压电路及方法，然而该方法只能承受正向电压均压，不能承受反向电压均压。如果采用两套均压电路，一套实现正向均压，一套实现反向均压，该方法会导致均压电路中元器件个数过多且损耗过大。
技术实现思路
本专利技术目的是克服现有技术的缺点，提出一种IGBT串联二极管组合型逆阻器件串联均压电路，减少均压电路元器件的数量，解决高压直流输电领域电流源型换流器功率半导体器件大规模串联均压问题。本专利技术IGBT串联二极管组合型逆阻器件串联均压电路包括一个IGBT静态均压电阻R11、一个二极管静态均压电阻R12、一个二极管D1、一个电容C1、一个二极管D2和一个动态均压电阻R13。IGBT的集电极与IGBT静态均压电阻R11的一端、二极管D1的负极和电容C1的正极连接，IGBT的发射极与IGBT静态均压电阻R11的另一端、二极管D1的正极、二极管静态均压电阻R12的一端、二极管Diode的正极连接，二极管Diode的负极与二极管静态均压电阻R12的另一端、动态均压电阻R13的一端，以及二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与动态均压电阻R13的另一端及电容C1的负极连接；本专利技术可应用于高压直流输电领域电流源换流器的组合型逆阻器件串联均压。所述的均压电路各元件参数计算方法如下：(1)IGBT静态均压电阻R11和二极管静态均压电阻R12的电阻值IGBT静态均压电阻R11的阻值与桥臂中器件承受的平均电压的最大值Uav_max成正比，与器件漏电流Ileak成反比；流过IGBT静态均压电阻R11的电流值应小于器件漏电流Ileak的5倍，IGBT静态均压电阻R11和二极管静态均压电阻R12的阻值计算公式如式(1)所示：(2)均压电容C1的容值电容C1容值的大小与最大母线电流Imax成正比，与不同功率半导体器最大开关延迟时间之差Δt成正比，与此最大开关延迟时间之差Δt时间之内的电压变化值ΔUav_max成反比，均压电容C1的容值计算方法如式(2)所示：(3)动态均压电阻R13的电阻值动态均压电阻R13为均压电容C1放电提供了通路，为了保证器件在下一次开通前电容已放电完成，电容C1的容值应该满足式(3)；同时，为了避免均压电容和杂散电感引起谐振，动态均压电阻R13的阻值应满足式(4)：其中，TON为IGBT的导通时间，Lδ为线路杂散电感，C1为均压电容。附图说明图1为组合型逆阻器件结构；图2为单个组合型逆阻器件均压电路；图3为两个组合型逆阻器件串联均压电路；图4为电流源换流器两个器件串联的桥臂仿真电路；图5为正向电压下串联均压电路仿真结果；图6为反向电压下串联均压电路仿真结果。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。图1为组合型逆阻器件结构，包括IGBT和二极管Diode，IGBT的集电极与输入端子G相连，IGBT的发射集与二极管Diode的阳极连接，二极管Diode的阴极与输出端子H连接。图2为单个组合型逆阻器件均压电路，包括三个电阻：IGBT静态均压电阻R11、二极管静态均电阻R12和动态均压电阻R13，两个二极管D1和D2，以及一个电容C1。IGBT的集电极与均压电路的输出端子G、IGBT静态均压电阻R11的一端、二极管D1的负极和电容C1的正极连接，IGBT的发射极与IGBT静态均压电阻R11的另一端、二极管D1的正极、二极管静态均压电阻R12的一端、二极管Diode的正极连接，二极管Diode的负极与均压电路的输出端子H、二极管静态均压电阻R12的另一端、动态均压电阻R13的一端、二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与动态均压电阻R13的另一端，以及电容C1的负极连接。所述的均压电路各元件参数计算方法如下：(1)IGBT静态均压电阻R11和二极管静态均压电阻R12的电阻值IGBT静态均压电阻R11的阻值与桥臂中器件承受的平均电压的最大值Uav_max成正比，与器件漏电流Ileak成反比；流过IGBT静态均压电阻R11的电流值应小于器件漏电流Ileak的5倍，IGBT静态均压电阻R11和二极管静态均压电阻R12的阻值计算公式如式(1)所示：(2)均压电容C1的容值电容C1容值的大小与最大母线电流Imax成正比，与不同功率半导体器最大开关延迟时间之差Δt成正比，与此最大开关延迟时间之差Δt时间之内的电压变化值ΔUav_max成反比，均压电容C1的容值计算方法如式(2)所示：(3)动态均压电阻R13的电阻值动态均压电阻R13为均压电容C1放电提供了通路，为了保证器件在下一次开通前电容已放电完成，电容C1的容值应该满足式(3)；同时，为了避免均压电容和杂散电感引起谐振，动态均压电阻R13的阻值应满足式(4)：其中，TON为IGBT的导通时间，Lδ为线路杂散电感，C1为均压电容。图3为两个组合型逆阻器件串联均压电路，所述均压电路包括六个电阻：IGBT静态均压电阻R11、R21，二极管静态均压电阻R12、R22和动态均压电阻R13、R23，四个二极管D1、D2、D3和D4，两个电容C1和C2；其中第一自关断器件IGBT_1的集电极与均压电路的输出端子E、IGBT静态均压电阻R11的一端、二极管D1的负极、电容C1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT串联二极管组合型逆阻器件串联均压电路，其特征在于：所述均压电路包括一个IGBT静态均压电阻R

【技术特征摘要】
1.一种IGBT串联二极管组合型逆阻器件串联均压电路，其特征在于：所述均压电路包括一个IGBT静态均压电阻R11、一个二极管静态均压电阻R12、一个二极管D1、一个电容C1、一个二极管D2和一个动态均压电阻R13；IGBT的集电极与IGBT静态均压电阻R11的一端、二极管D1的负极和电容C1的正极连接，IGBT的发射极与IGBT静态均压电阻R11的另一端、二极管D1的正极、二极管静态均压电阻R12的一端、二极管Diode的正极连接，二极管Diode的负极与二极管静态均压电阻R12的另一端、动态均压电阻R13的一端、二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与动态均压电阻R13的另一端、电容C1的负极连接。


2.一种IGBT串联二极管组合型逆阻器件串联均压电路；其特征在于：所述均压电路由两个组合型逆阻器件串联均压电路组成，包括六个电阻：IGBT静态均压电阻R11、R21，二极管静态均压电阻R12、R22和动态均压电阻R13、R23，四个二极管D1、D2、D3和D4，两个电容C1和C2；其中第一自关断器件IGBT_1的集电极与均压电路的输出端子E、IGBT静态均压电阻R11的一端、二极管D1的负极、电容C1的正极连接，第一自关断器件IGBT_1的发射极与IGBT静态均压电阻R11的另一端、二极管D1的正极、二极管静态均压电阻R12的一端、第一二极管Diode_1的正极连接，二极管D2的正极与动态均压电阻R13的另一端、电容C1的负极连接，第一二极管Diode_1的负极与二极管静态均压电阻R12的另一端、动态均压电阻R13的一端、二极管D2的负极、第二自关断器件IGBT_2的集电极、IGBT静态均压电阻R21的一端、二极管D3的负极、电容C2的正极连接；第二自关断器件IG...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞，罗进华，李子欣，高范强，赵聪，王平，李耀华，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11