专利名称：绝缘栅双极型晶体管均流输出电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)技术，特别涉及IGBT并联均流电路。
背景技术：
IGBT是一种高压大功率器件，常作为开关器件用于大功率电力电子设备中。为了扩大电力电子装置的输出容量，当单个主开关器件的容量不满足功率要求的时候，将IGBT并联使用，可以提高设备允许通过的最大电流。在IGBT模块并联使用时，只有当各个单个功率模块既在静态(正向导通运行)，又在动态(如开关过程)均达到理想的对称状态，才能最大程度的利用并联后的IGBT模块。然而，IGBT器件电学特性不均衡、驱动信号不同步、电路寄生参数不均衡等因素都会造成并联的IGBT模块间电流的不均衡，极大地降低了 IGBT模块的可靠性。因此，IGBT的并联均流技术一直是业界研究的热点。目前IGBT并联均流技术主要是解决驱动信号的不同步问题，然而，对于IGBT的并联技术而言，IGBT器件自身的电学特性不一致所导致的不均流是不容忽视的。现在主要的IGBT并联均流技术有:均流电感均流、栅极电阻均流、脉冲变压器均流和有源栅驱动均流的方法。但是，均流电感均流、栅极电阻均流和脉冲变压器均流都只是解决驱动信号不同步的问题，并且，均流电感均流和栅极电阻均流还会显著减慢IGBT的开关速度，脉冲变压器均流所需的变压器体积大。虽然有源栅驱动均流方法涉及到了对IGBT器件自身电学特性不一致所导致的不均流进行调整。但是有源栅驱动均流方法电路结构复杂，需要先采样，再经数字逻辑电路芯片计算处理，所需的数字逻辑电路芯片(如DSP、FPGA、MCU等)会导致成本升高，并且对不均流的调整滞后。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种绝缘栅双极型晶体管均流输出电路，解决由于IGBT自身电学特性，特别是饱和压降参数不一致导致的不均流问题。本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，绝缘栅双极型晶体管均流输出电路，其特征在于，由N个模块并联组成，N为整数，N ^ 2 ;其中每个模块包括:电流变化采样单元、电流还原单元、不均流运算单元、驱动信号补偿单元、驱动单元和IGBT ；所述电流变化采样单元的输入端接本模块IGBT的发射极，输出端接电流还原单元的输入端，所述电流变化采样单元检测本模块IGBT电流的变化，并以电压的形式输出；所述电流还原单元的输入端接电流变化采样单元的输出端，输出端接不均流运算单元，所述电流还原单元用于对本模块电流变化采样单元的输出电压进行积分处理；所述不均流运算单元输入端分别接N个模块的电流还原单元的输出，输出端接驱动信号补偿单元，所述不均流运算单元用于评估各个模块IGBT发射极电流值相差的程度；所述驱动信号补偿单元输入端接不均流运算单元，输出端接驱动单元；所述驱动单元的输入端接驱动信号补偿单元，输出接IGBT栅极电阻。优选的，所述电流变化采样单元包括2只钳位二极管、互感线圈和负载电阻；2只钳位二极管反向并联并与互感线圈的初级线圈并联，电流变化采样单元的输入端接IGBT的发射极，互感线圈初级的同名端接输入端，异名端接地，互感线圈次级的异名端接地，同名端为输出端，负载电阻Rll与互感线圈次级线圈并联。具体的，所述电流还原单元、不均流运算单元和驱动信号补偿单元采用运算放大器及其外围电路构成。具体的，所述驱动单元采用推挽输出电路构成。本发明的有益效果是，可以对具有不同电学特性的IGBT并联进行动态均流和静态均流，特别适合电学特性差别较大的IGBT进行并联均流，具有普适性；调整速度快，可以时刻检测到每个IGBT的电流值，得到每个IGBT的不均流状况，实现实时调整，不滞后；电路结构简单，可靠，不需要大规模数字逻辑芯片，成本低；所需元件体积小，易于便携，可以集成，适用于B⑶工艺和BiCMOS工艺，与IGBT制造工艺兼容。
图1是实施例1结构示意图；图2是电流变化采样单元的电路图；图3是电流还原单元电路图；图4是不均流运算单元电路图；图5是驱动信号补偿单元电路图；图6是驱动单元电路图；图7是实施例2结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案更加清楚，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明。实施例1本例电路结构如图1所示，由模块P1、P2并联组成，对应于N=2的情况。电源VCC通过负载Load与模块P1、P2连接，其中每个模块具体包括:电流变化采样单元、电流还原单元、不均流运算单元、驱动信号补偿单元、驱动单元和一个IGBT器件。其中，IGBT1、IGBT2是电学特性不一致的两个IGBT器件。当驱动信号到来，各IGBT的自身电学特性不一致，将导致IGBT的开启不均流，微弱的不均流会被本模块的电流变化采样单元检测到，并以电压的形式传输到本模块的电流还原单元，通过本模块的电流还原单元的积分处理，得出一个与电流值成比例的电压值。电流还原单元的输出通过不均流运算单元的运算，评估出IGBT的不均流状况，再输入到本模块的驱动信号补偿单元，实现驱动信号补偿，补偿后的驱动信号输入到本模块的驱动单元，调整本模块IGBT的栅极驱动电压，使补偿后的各IGBT栅极驱动电压抵消了各IGBT自身电学特性的不一致性，实现均流输出。图2是本例电流变化采样单元的原理图。该电流变化采样单元由钳位二极管D11、钳位二极管D12、互感线圈Tll和负载电阻Rll组成。电流变化采样单元的输入端接IGBT的发射极；其中，钳位二极管Dll与钳位二极管D12反相并联在互感线圈Tll初级的同名端和地之间，互感线圈Tll初级的同名端接输入端,异名端接地。互感线圈Tll次级异名端接地，同名端为输出端。负载电阻Rll并联在互感线圈Tll初级。电流变化采样单元用互
感线圈检测本模块IGBT电流的变化，并以电压的形式反映出来。根据电感特性:
权利要求
1.绝缘栅双极型晶体管均流输出电路，其特征在于，由N个模块并联组成，N为整数，N ^ 2 ;其中每个模块包括:电流变化采样单元、电流还原单元、不均流运算单元、驱动信号补偿单元、驱动单元和IGBT ； 所述电流变化采样单元的输入端接本模块IGBT的发射极，输出端接电流还原单元的输入端，所述电流变化采样单元检测本模块IGBT电流的变化，并以电压的形式输出； 所述电流还原单元的输入端接电流变化采样单元的输出端，输出端接不均流运算单元，所述电流还原单元用于对本模块电流变化采样单元的输出电压进行积分处理； 所述不均流运算单元输入端分别接N个模块的电流还原单元的输出，输出端接驱动信号补偿单元，所述不均流运算单元用于评估各个模块IGBT发射极电流值相差的程度；所述驱动信号补偿单元输入端接不均流运算单元，输出端接驱动单元； 所述驱动单元的输入端接驱动信号补偿单元，输出接IGBT栅极电阻。
2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管均流输出电路，其特征在于，所述电流变化采样单元包括2只钳位二极管、互感线圈和负载电阻；2只钳位二极管反向并联并与互感线圈的初级线圈并联，电流变化采样单元的输入端接IGBT的发射极，互感线圈初级的同名端接输入端，异名端接地，互感线圈次级的异名端接地，同名端为输出端，负载电阻Rll与互感线圈次级线圈并联。
3.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管均流输出电路，其特征在于，所述电流还原单元、不均流运算单元和驱动信号补偿单元采用运算放大器及其外围电路构成。
4.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管均流输出电路，其特征在于，所述驱动单元采用推挽输出电 路构成。
全文摘要
本发明涉及IGBT并联均流电路。本发明公开了一种绝缘栅双极型晶体管均流输出电路，解决由于IGBT自身电学特性，特别是饱和压降参数不一致导致的不均流问题。本发明的技术方案是，绝缘栅双极型晶体管均流输出电路，由N个模块并联组成，N为整数，N≥2；其中每个模块包括电流变化采样单元、电流还原单元、不均流运算单元、驱动信号补偿单元、驱动单元和IGBT。本发明的绝缘栅双极型晶体管均流输出电路，可以对具有不同电学特性的IGBT并联进行动态均流和静态均流，特别适合电学特性差别较大的IGBT进行并联均流，具有普适性。
文档编号H02M1/088GK103199679SQ20131013604
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者李泽宏, 吴明进, 刘广涛, 蒋汇, 曾智 申请人:电子科技大学