一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统技术方案

本发明专利技术属于IGBT技术领域，公开了一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统，通过减小后开通和关断的IGBT的栅极电阻来实现并联均流，因此不会因减缓了IGBT在瞬态的电流变化而降低开关频率，而且这种调节开关的方式适用于数字控制系统，此外，与调节驱动信号延时的方法相比，改变栅极电阻的方式更为简单方便；通过调节栅极电阻的方式来改变IGBT的电流在瞬态的变化率，从而实现并联均流的目的；将栅极电阻分为两部分，其中一部分并联一个开关，控制开关的通断来改变栅极电阻大小；以电流幅值和变化率为依据来判断IGBT的开通和关断时间是超前还是滞后，进而决定开关是导通还是关断。断。断。

【技术实现步骤摘要】
一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统


[0001]本专利技术属于IGBT
，具体涉及一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统。

技术介绍

[0002]受制于单个IGBT的电流容量，在很多大功率场景中并联IGBT的方案得到了越来越广泛的应用。由于IGBT自身和外部参数的不一致以及电路布局的不对称，不同IGBT的电流可能会存在差异。这会导致部分IGBT因承受过高的电流而损坏，降低系统的稳定性和可靠性，甚至引发连锁反应，导致整个系统崩溃。因此必须对其进行并联均流。
[0003]栅极电阻控制法是IGBT并联均流的其中一种方法，其原理是通过调节IGBT的栅极电阻大小来改变IGBT的电流在瞬态的变化。IGBT的开通和关断过程可以等效为栅射极电容的充电和放电过程。当栅极电阻增大时，充放电的时间常数也变大，IGBT的栅射极电压变化更缓慢。根据IGBT的转移特性，IGBT的电流随栅射极电压的增大而增大，所以IGBT的电流在瞬态变化得也更慢，即IGBT开通和关断的过程减慢。反之，当栅极电阻减小时，IGBT的电流变化更快。因此，当并联IGBT的电流出现不均衡情况时，可以减小后开通和关断的IGBT的栅极电阻，从而使它的电流变化更快；或者增大先开通和关断的IGBT的栅极电阻，使它的电流变化更慢，最终使得并联IGBT的电流差缩小。
[0004]有学者提出了一种动态栅极电阻控制实现并联IGBT电流平衡的方法，通过动态改变栅极电阻，无需高频数字逻辑或复杂的延时电路，即可实现并联IGBT的电流平衡。这种方法被证明比直接控制栅极延时更简单，并且可以在不限制栅极驱动电流的情况下实现C
GC
的充放电。但是很难确定开通和关断延时时间具体是多少，而且增大先开通和关断的IGBT的栅极电阻会导致IGBT的电流变化率下降，从而降低开关频率。还有学者提出了一种具有可编程输出电阻的栅极驱动芯片，能够实现并联IGBT的电流平衡。通过动态调整栅极驱动电阻来减小并联IGBT之间的开/关延时差异，可以补偿各开关周期内的电流不平衡。可编程栅极驱动电阻采用分段输出级技术实现，工艺简单，不需要额外的芯片面积，易于集成和数字化控制系统管理。然而，这种方法在开通状态缺少放电机制。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统，以克服现有方法中控制策略复杂，开关频率降低，以及成本和损耗较高等缺陷。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统，包括：
[0007]多组并联的IGBT(Q1，
…
，Q
k
，
…
，Q
n
)；
[0008]以及与所述IGBT(Q1，
…
，Q
k
，
…
，Q
n
)连接的栅极电阻；
[0009]以及与所述栅极电阻连接的控制策略单元；
[0010]以及与所述控制策略单元连接的电流(I1，
…
，I
k
，
…
，I
n
)；
[0011]所述栅极电阻包括R
ga
和R
gb
，所述R
ga
和R
gb
串联在一起，并且所述R
ga
上并联有开关(S)。
[0012]进一步的，所述控制策略单元与所述开关(S)相连接。
[0013]进一步的，所述R
gb
与所述多组并联的IGBT(Q1，
…
，Q
k
，
…
，Q
n
)的栅极相连接。
[0014]进一步的，所述控制策略单元中包括如下：
[0015]当电流I1，
…
，I
k
，
…
，I
n
满足两个条件中的一个时，输出高电平使开关(S)导通，否则输出低电平使开关(S)关断。
[0016]进一步的，所述两个条件包括：
[0017]a、I
k
小于平均电流并且I
k
斜率为正；
[0018]B、I
k
大于平均电流并且I1，
…
，I
k
，
…
，I
n
中至少有一个斜率为负。
[0019]进一步的，当I
k
不满足控制策略时为正常情况，说明Q
k
的开通和关断时间超前于平均值，输出低电平使开关S关断，此时等效栅极电阻为R
ga
与R
gb
之和。
[0020]进一步的，当I
k
满足控制策略时，说明Q
k
的开通和关断时间滞后于平均值，输出高电平使开关(S)导通，此时等效栅极电阻减小为R
gb
，从而I
k
的变化加快，最终使得其与平均电流之差减小。
[0021]本专利技术的技术效果和优点：本专利技术提出的一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统，与现有技术相比，具有以下优点：
[0022]1、本专利技术中主要由多组并联的IGBT、栅极电阻、控制策略单元、开关等部件构成，通过减小后开通和关断的IGBT的栅极电阻来实现并联均流，因此不会因减缓了IGBT在瞬态的电流变化而降低开关频率，而且这种调节开关的方式适用于数字控制系统。此外，与调节驱动信号延时的方法相比，改变栅极电阻的方式更为简单方便，能够实现多个并联IGBT的动态均流，保证IGBT安全稳定运行，降低IGBT在瞬态的电流不均衡度，同时不需要复杂的延时电路和控制算法；
[0023]2、通过调节栅极电阻的方式来改变IGBT的电流在瞬态的变化率，从而实现并联均流的目的；
[0024]3、将栅极电阻分为两部分，其中一部分并联一个开关，控制开关的通断来改变栅极电阻大小；
[0025]4、以电流幅值和变化率为依据来判断IGBT的开通和关断时间是超前还是滞后，进而决定开关是导通还是关断。
附图说明
[0026]图1为本专利技术基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统的原理图；
[0027]图2为本专利技术实施例中基于BUCK电路的测试电路原理图；
[0028]图3为本专利技术实施例中无均流时开通瞬态的电流波形图；
[0029]图4为本专利技术实施例中应用所提出的方法后开通瞬态的电流波形以及开关S的驱动电压波形图；
[0030]图5为本专利技术实施例中无均流时关断瞬态的电流波形图；
[0031]图6为本专利技术实施例中应用所提出的方法后关断瞬态的电流波形以及开关S的驱动电压波形图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统，其特征在于，包括：多组并联的IGBT(Q1，
…
，Q
k
，
…
，Q
n
)；以及与所述IGBT(Q1，
…
，Q
k
，
…
，Q
n
)连接的栅极电阻；以及与所述栅极电阻连接的控制策略单元；以及与所述控制策略单元连接的电流(I1，
…
，I
k
，
…
，I
n
)；所述栅极电阻包括R
ga
和R
gb
，所述R
ga
和R
gb
串联在一起，并且所述R
ga
上并联有开关(S)。2.根据权利要求1所述的一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统，其特征在于：所述控制策略单元与所述开关(S)相连接。3.根据权利要求1所述的一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统，其特征在于：所述R
gb
与所述多组并联的IGBT(Q1，
…
，Q
k
，
…
，Q
n
)的栅极相连接。4.根据权利要求1所述的一种基于栅极电阻控制的并联IGBT动态均流系统，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹润民，王嘉智，汪运，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：