一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的均压控制电路制造技术

本发明专利技术涉及一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的电压均分控制电路，属于电气自动化设备技术领域。本控制电路设置了主从控制电路和主动箝位控制电路。主从控制电路由绝缘栅双极性晶体管器件电压的隔离采样模块、差值比较模块和可控的门极信号补偿器实现绝缘栅双极性晶体管的均压控制；主动箝位控制电路由第一级箝位稳压管、第一级箝位稳压管、充放电电容、第一限流电阻和第一放电电阻组成，箝位状态是以直流母线向绝缘栅双极性晶体管门极注入电流来实现的。这两个部分的电路可以同时对绝缘栅双极性晶体管串联的动态均压进行均压调节，其控制效果良好，减小了绝缘栅双极性晶体管均压时的损耗，确保了电压的安全箝位，并具有较高的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的电压均分控制电路，具体来说是一种适用于高压变频器或高压直流输电系统中变流器等高压场合中的绝缘栅双极性晶体管串联电压均分控制电路，属于电气自动化设备

技术介绍
绝缘栅双极性晶体管Gnsolated Gate Bipolar Transistor,以下简称IGBT)是目前在电气自动化领域内应用十分广泛的电力电子半导体器件。由于其具有速度快、输入阻抗高、驱动电流小、且驱动电路简单等优点，同时又有高耐压，大电流及小通态压降等优点，因此发展很快，在几千瓦到几兆瓦的电力电子设备中都得到了应用，例如变频调速和并网逆变等。现阶段常用的IGBT的产品中，单管器件中耐压值等级有1200V，1700V和4500V。 而随着电力设备的发展需求，在更高耐压的应用场合中，需要将IGBT作串联运行从而提高整个电力电子装置的耐压能力。仅将IGBT器件构成串联电路后，在运行时可能会出现各个IGBT之间上的电压不再相等，称之为电压失衡。这种现象将会导致某个或者数个IGBT超过其所能承担的额定电压值并导致其被过电压击穿。串联IGBT电路的电压失衡分为静态和动态两种现象，主要有如下一些原因1、由于各个IGBT器件在制造和装配过程中会存在有各种参数的差异，这些差异会导致各个IGBT具有不同的开关动态特性或者静态特性，从而使得这些IGBT被串联运行后发生电压失衡。2、由于门极驱动电路的不同，可能会导致串联IGBT电路上各个IGBT驱动信号触发脉冲的上升沿及下降沿不一致。这种门极驱动信号的不一致会造成(1)在关断过程中， 先关断的IGBT先承受电压从而导致过电压；(2)在开通过程中，后开通的IGBT承受过电压，并造成电压的失衡。因此，在设计串联IGBT电路时，需要设计相关的辅助电路以及对应的控制技术以保证在开关动态瞬间和稳态工作状态对每个IGBT上施加的电压都保持均衡。目前已经有一些针对串联IGBT的电压均分电路的技术成果，例如1、Ju Won Baek, Dong-Wook Yoo and Heung_Geun Kim. High-voltage switch using series-connected IGBTs with simple auxiliary circuit. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 37, No. 6,pp.1832-1839, 2001.2、Wang, Y. ；Palmer, P. R. and Bryant, A. T. et al. An analysis of High-power IGBT switching under cascade active voltage control. IEEE Transactions on Industry Applications, 2009. Vol. 45, issue :2, pp. 861-870.3、Chunpeng Zhang ；Yingdong Wei ；Qirong Jiang ；Luyuan Tong ；Dynamic voltage balancing of series connected IGBTs using slope regulating and voltage clamping. EnergyConversion Congress and Exposition(ECCE2010),2010, Atlanta,GA,Page(s) :4336-43404、李勇，邵诚.IGBT串联应用中动态过压的控制.华南理工大学学报(自然科学版)，2006，34(1) :43-47.上述已有技术中，有的方法着重于让IGBT在动态开关时变慢从而实现IGBT的均压，但同时IGBT的开关损耗增大；有的方法其控制电路控制复杂度较高，在实际应用中存在可靠性差异难度。因此，寻找一种新的减小损耗，并较为简单易实现的IGBT串联运行电压均衡是十分重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的均压控制电路，通过结合主从控制电路和主动箝位控制电路的优点，减小损耗，简化电路，使得IGBT在串联运行时可靠性得到提高。本专利技术提出的绝缘栅双极性晶体管串联运行的均压控制电路，包括第一光隔离及功率放大器和第二光隔离及功率放大器，分别用于对来自控制绝缘栅双极性晶体管开关通断的门极处理器的门极信号进行隔离和功率放大，得到放大的门极控制信号；第一驱动信号产生模块和第二驱动信号产生模块，分别用于对上述放大的门极控制信号进行功率调制处理，产生主绝缘栅双极性晶体管的第一驱动信号和从绝缘栅双极性晶体管的第二驱动信号；还包括主从控制电路和主动箝位控制电路，其中的主从控制电路包括采样隔离模块，用于对来自主绝缘栅双极性晶体管的电压信号和从绝缘栅双极性晶体管的电压信号进行隔离采样处理后得到主绝缘栅双极性晶体管的隔离电压信号和从绝缘栅双极性晶体管的隔离电压信号；采样隔离模块由第一稳态均压电阻、第二稳态均压电阻、第一隔离器、第三稳态均压电阻、第四稳态均压电阻和第二隔离器组成；第一稳态均压电阻与第二稳态均压电阻相互串联，两端并联在主绝缘栅双极性晶体管的集电极和发射极，第一隔离器与第二稳态均压电阻并联；第三稳态均压电阻与第四稳态均压电阻相互串联，两端并联在从绝缘栅双极性晶体管的集电极和发射极，第二隔离器与第四稳态均压电阻并联；求差电路，用于接收采样隔离模块的两个隔离电压信号，对两个隔离电压信号进行信号调制和求差处理，得到主绝缘栅双极性晶体管和从绝缘栅双极性晶体管的电压差值信号，求差电路的输入端分别与第一隔离器和第二隔离器相连；门极补偿器，用于接收来自求差电路的电压差值信号，对电压差值信号进行调制处理，并根据调制后的信号对从绝缘栅双极性晶体管的门极信号进行补偿处理，使从绝缘栅双极性晶体管的电压与主绝缘栅双极性晶体管的电压相等，门极补偿器的输入端与求差电路的输出端相连接，门极补偿器的输出端与从绝缘栅双极性晶体管的门极相连接；其中的箝位控制电路，用于接收主绝缘栅双极性晶体管的电压信号，将该电压信号与第一箝位稳压管和第二箝位稳压管的箝位电压值进行比较，产生一个箝位控制信号， 发送至主绝缘栅双极性晶体管的门极；并用于接收从绝缘栅双极性晶体管的电压信号，将该电压信号与第三箝位稳压管和第四箝位稳压管的箝位电压值进行比较，产生一个箝位控制信号，发送至从绝缘栅双极性晶体管的门极；箝位控制电路由主绝缘栅双极性晶体管箝位电电路和从绝缘栅双极性晶体管的箝位电电路组成，所述的主绝缘栅双极性晶体管箝位电路由第一二极管、第一箝位稳压管、第二箝位稳压管、第一充放电电容、第一限流电阻和第一放电电阻组成，第一二极管的一端与主绝缘栅双极性晶体管的集电极相连，第一二极管的另一端与第一限流电阻的一端串联，第二箝位稳压管、第一充放电电容和第一放电电阻相互并联后，与第一限流电阻的另一端和第一箝位稳压管的一端相互串联，第一箝位稳压管的另一端与主绝缘栅双极性晶体管的门极相连；所述的从绝缘栅双极性晶体管箝位电路由第二二极管、第三箝位稳压管、第四箝位稳压管、第二充放电电容、第二限流电阻和第二放电电阻组成，第二二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的均压控制电路，包括：第一光隔离及功率放大器和第二光隔离及功率放大器，分别用于对来自控制绝缘栅双极性晶体管开关通断的门极处理器的门极信号进行隔离和功率放大，得到放大的门极控制信号；第一驱动信号产生模块和第二驱动信号产生模块，分别用于对上述放大的门极控制信号进行功率调制处理，产生主绝缘栅双极性晶体管的第一驱动信号和从绝缘栅双极性晶体管的第二驱动信号；其特征在于还包括：主从控制电路和主动箝位控制电路，其中的主从控制电路包括：采样隔离模块，用于对来自主绝缘栅双极性晶体管的电压信号和从绝缘栅双极性晶体管的电压信号进行隔离采样处理后得到主绝缘栅双极性晶体管的隔离电压信号和从绝缘栅双极性晶体管的隔离电压信号；采样隔离模块由第一稳态均压电阻、第二稳态均压电阻、第一隔离器、第三稳态均压电阻、第四稳态均压电阻和第二隔离器组成；第一稳态均压电阻与第二稳态均压电阻相互串联，两端并联在主绝缘栅双极性晶体管的集电极和发射极，第一隔离器与第二稳态均压电阻并联；第三稳态均压电阻与第四稳态均压电阻相互串联，两端并联在从绝缘栅双极性晶体管的集电极和发射极，第二隔离器与第四稳态均压电阻并联；求差电路，用于接收采样隔离模块的两个隔离电压信号，对两个隔离电压信号进行信号调制和求差处理，得到主绝缘栅双极性晶体管和从绝缘栅双极性晶体管的电压差值信号，求差电路的输入端分别与第一隔离器和第二隔离器相连；门极补偿器，用于接收来自求差电路的电压差值信号，对电压差值信号进行调制处理，并根据调制后的信号对从绝缘栅双极性晶体管的门极信号进行补偿处理，使从绝缘栅双极性晶体管的电压与主绝缘栅双极性晶体管的电压相等，门极补偿器的输入端与求差电路的输出端相连接，门极补偿器的输出端与从绝缘栅双极性晶体管的门极相连接；其中的箝位控制电路，用于接收主绝缘栅双极性晶体管的电压信号，将该电压信号与第一箝位稳压管和第二箝位稳压管的箝位电压值进行比较，产生一个箝位控制信号，发送至主绝缘栅双极性晶体管的门极；并用于接收从绝缘栅双极性晶体管的电压信号，将该电压信号与第三箝位稳压管和第四箝位稳压管的箝位电压值进行比较，产生一个箝位控制信号，发送至从绝缘栅双极性晶体管的门极；箝位控制电路由主绝缘栅双极性晶体管箝位电电路和从绝缘栅双极性晶体管的箝位电电路组成，所述的主绝缘栅双极性晶体管箝位电路由第一二极管、第一箝位稳压管、第二箝位稳压管、第一充放电电容、第一限流电阻和第一放电电阻组成，第一二极管的一端与主绝缘栅双极性晶体管的集电极相连，第一二极管的另一端与第一限流电阻的一端串联，第二箝位稳压管、第一充放电电容和第一放电电阻相互并联后，与第一限流电阻的另一端和第一箝位稳压管的一端相互串联，第一箝位稳压管的另一端与主绝缘栅双极性晶体管的门极相连；所述的从绝缘栅双极性晶体管箝位电路由第二二极管、第三箝位稳压管、第四箝位稳压管、第二充放电电容、第二限流电阻和第二放电电阻组成，第二二极管的一端与从绝缘栅双极性晶体管的集电极相连，第二二极管的另一端与第二限流电阻的一端串联，第四箝位稳压管、第二充放电电容和第二放电电阻相互并联后，与第二限流电阻的另一端和第三箝位稳压管的一端相互串联，第三箝位稳压管的另一端与从绝缘栅双极性晶体管的门极相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨耕，韩立博，耿华，王春风，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11