一种电力电子设备的并联IGBT驱动方法与流程

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种电力电子设备的并联igbt驱动方法。

背景技术：

电力电子设备是一种基于全控性功率半导体器件进行电能转换的电气设备，它采用多个子单元模块化串并联而组成，同时受控制装置的监测和控制，是构建柔性直流换流阀、直流断路器、静止同步补偿器等大功率电力电子设备的核心元件。

基于功率器件阀组和控制装置打造的电力电子设备已经广泛应用于各电压等级的输电、配电电网，各类工矿企业，风电、光伏电站，直流输电换流站等多种场景；为了确保功率器件阀组在应用中的有效性、稳定性、可靠性、安全性，需要对其电力电子器件的驱动方法进行设计，保障其在各种工况下的运行性能。

随着电流等级的不断提高，电力电子设备需要多个功率器件阀组并联组成，对电力电子器件的驱动技术提出了很高的要求。现有的多路igbt驱动方案普遍采用一个中控板通过光纤控制多个驱动板的架构，也有采用集成光耦隔离器件的单个驱动板的方案。由于光隔离器件参数的差异性，传输时间抖动较大，在同步性要求高的场合并不适用。此外，现有的单路igbt驱动技术普遍适用于频繁开通与关断igbt的工况，而对于偶尔开通或关断大电流工况时并不适用，需要对igbt关断能力进行提升与优化。

本发明的一种电力电子设备的igbt驱动方法正是为了解决以上问题而提出。

技术实现要素：

本发明的目的，在于提供一种电力电子设备的并联igbt驱动技术，在大电流导通或开断应用场合下，能够安全可靠地驱动多路igbt器件，保证电力电子设备及其内部器件的正常运行。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电力电子设备的并联igbt驱动方法，包括如下步骤：

步骤1：配置并联igbt的并联数和驱动输出数量；

步骤2：选择并联igbt的驱动连接方式，驱动内部直接电气连接；

步骤3：设置igbt门极电压和驱动电阻，将正向门极电压调节至范围15v至25v，增大驱动电阻延长开关过程；

步骤4：igbt采用分级关断方式，确定分级关断过程中的电平设置。

进一步的，所述步骤1中根据设备导通或关断的电流值，以及单个igbt导通或关断电流最大值，确定igbt并联数和驱动输出数量。

进一步的，所述步骤2中并联igbt的驱动连接方式的选择具体包括采用直接栅极驱动或非直接栅极驱动方式。

进一步的，所述步骤4中在关断过程中门极电压至少引入两个不同的电平。

采用上述方案后，本发明的有益效果在于：

(1)igbt并联驱动方案可以根据导通或关断电流目标值，灵活配置igbt并联数，具备多路igbt同步驱动能力；

(2)igbt并联驱动方案无需光耦或光纤隔离，保证并联igbt器件的无延时同步驱动，抑制静态与动态不均流；

(3)igbt驱动通过门极电压增强、驱动电阻设置和分级关断控制方法，大大提升单个igbt的导通和关断能力，降低igbt关断过程的di/dt和过电压；

(4)igbt驱动方案方案简单，控制灵活，动作迅速，保证igbt的可靠运行，适用于不同电压等级的大电流导通或关断阀组场合。

附图说明

图1是本发明提出的一种电力电子设备的并联igbt驱动方法；

图2为本发明适用的一种电力电子设备拓扑。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

随着电流等级的不断提高，电力电子设备需要多个igbt直接并联，通过并联方式增大设备导通或关断电流能力。图2为本发明一种电力电子设备的并联igbt驱动方法所针对的阀组拓扑。图中阀组包括至少两个并联igbt，igbt并联数量与设备电流参数密切相关。为了更好的控制并联igbt器件，需要配置专门的驱动板卡作为igbt的控制接口。

图1所示为针对上述电力电子设备拓扑的igbt驱动方法，包括如下步骤：

步骤1：配置并联igbt的并联数和驱动输出数量。

根据电力电子设备导通或关断的电流值，以及单个igbt导通或关断电流最大值，确定igbt并联数和驱动输出数量。以直流断路器为例，假设最大开断电流要求不小于25ka，而目前商用压接式igbt额定电流最大为3ka，单个igbt器件无法满足电气要求。因此需要多个igbt器件并联和驱动，实现开断电流25ka目标值。

步骤2：选择并联igbt的驱动连接方式，驱动内部直接电气连接。

选择igbt并联驱动的连接方式，驱动内部直接电气连接，无光器件隔离。igbt并联驱动方案可以采用直接栅极驱动或非直接栅极驱动方式，驱动内部无需光耦或光纤隔离，保证多路igbt驱动输出的无延时与同步性，抑制驱动不同步带来的静态与动态不均流。

步骤3：设置igbt门极电压和驱动电阻，将正向门极电压调节至范围15v至25v，增大驱动电阻延长开关过程。

设置igbt门极电压和驱动电阻，通过正向门极电压增强和驱动电阻设置，提高单个igbt器件的通流与关断能力。常规电力电子设备中，igbt驱动的正向门极电压通常设置成15v，驱动电阻适当以保证开关速度与损耗间的折中。本发明通过适当增大igbt的正向门极电压和驱动电阻，可以有效提高单个igbt器件的退饱和能力，延缓关断时间和降低关断di/dt，igbt的导通与关断能力提升至额定电流的4～5倍。

步骤4：igbt采用分级关断方式，确定分级关断过程中的电平设置。

确定igbt分级关断方式，在关断过程中向门极提供至少两个电平的不同阶段。常规电力电子设备中，关断过程中igbt驱动的门极电压直接从正向电压切换至负向电压。分级关断方式，要求在关断过程中门极电压至少引入两个不同的电平，从而延长关断过程时间，降低关断过程的电流di/dt。这种关断方式适用于大电流导通与关断工况。

通过上述的igbt驱动方法，可以将单个额定电流3ka的igbt器件，最大导通与关断电流至少提升至15ka，再通过无延时并联驱动方案只需要2个igbt并联既可以实现至少25ka电流的导通与关断能力。

采用本发明的驱动方案，无需光器件隔离，保证并联igbt器件的无延时同步驱动，抑制静态与动态不均流；单个igbt驱动通过门极电压增强、驱动电阻设置和分级关断控制等，大大提升单个igbt的关断能力，降低igbt关断过程的di/dt和过电压，保证igbt的可靠运行。所述发明驱动简单，控制灵活，动作迅速，可根据关断电流目标值灵活配置igbt并联数，单个igbt能力利用率高，适用于不同电压等级的大电流关断阀组场合。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。