一种栅极钳位igbt串联均压电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种栅极钳位IGBT串联均压电路。
【背景技术】
[0002] 海上风力发电近来成为国内外研宄的热点，而轻型直流输电技术能给风电场提供 更多的无功支撑，减小风电场无功补偿设备的投资；避免风电场电压波动对系统的可靠性 的影响，也提高了风电场对系统电压波动的抗干扰能力；轻型直流输电技术比交流电压输 电受电压传输距离的影响小很多，更适合于远距离输电；而且轻型直流输电技术能提高风 电场的低电压穿越能力。因此大型海上远距离海上输电采用轻型直流输电是最佳选择。但 是IGBT换流阀的电压均衡问题一直是轻型直流输电技术的难点。由于IGBT容量的限制， 需要多个IGBT串联来提高IGBT的容量，由于IGBT换流阀开关速度快，器件本身存在差异， 信号传输不同步等从而将引起电压的分压不均衡，特别是动态电压不均衡时的电应力冲击 更可能引起IGBT串联阀烧坏等故障，因此需要外围的辅助电路来调节IGBT串联换流阀的 电压均衡。
[0003] 目前，国内外对IGBT串联结构的研宄很多，主要分为负载侧控制和栅极控制两大 类。负载侧控制是指当IGBT负载侧电压不均衡时，直接在负载侧也就是集电极-发射极进 行控制调节。栅极控制是指当出现电压不均衡时，通过对IGBT的栅极进行调节来控制IGBT 电压的均衡。针对IGBT串联均压控制，在采用负载侧控制方法时，当出现过电压较大的时 侯，由于IGBT两端电容的吸收能量不同，将引起IGBT的两端电压不均衡较大，负载侧控制 关断时间较长，因而损耗较大。IGBT串联控制的方法中，国内外针对栅极控制的研宄相对较 多，但是一般的栅极控制方法反应延迟时间较长，电路较为复杂，或者可能引起震荡。
[0004] 现有的解决上述问题的IGBT缓冲电路见图1，其缺陷是在进行过电压抑制时，分 压电阻的采样电压与辅助IGBT的阀值电压比较，若采样电压比辅助IGBT的阀值电压高， 就导通辅助IGBT，由于生产的每个IGBT的阀值电压不完全一致，有一定的波动性，因此串 联的每一组IGBT都要测量辅助IGBT的阈值，然后通过阀值来确定采样电阻值，这样增加了 工程量同时也不适合批量生产。而且同一个IGBT工作的温度和电流不同，阀值电压也不相 同，因此会导致采样不准确。
【发明内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种栅极钳 位IGBT串联均压电路，提高电路采样精度，使电路适合批量生产。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种栅极钳位IGBT串联 均压电路，包括至少两个串联的主IGBT，每个主IGBT与一个电压检测电路连接；每个电压 检测电路包括并联在主IGBT集电极和发射极之间的电阻均压支路；所述电阻均压支路中 点与电压跟随器/电压比较器输入端连接；所述电压跟随器/电压比较器输出端与电压互 感器原边绕组一端连接，所述电阻均压支路一端与所述电压互感器原边绕组另一端连接； 所述电压互感器副边绕组两端分别与电压比较器正输入端、辅助IGBT的发射极/MOS管的 源极连接；所述电压跟随器/电压比较器输出端与所述辅助IGBT的栅极/MOS管的栅极连 接；所述辅助IGBT的集电极/MOS管的漏极与辅助缓冲支路连接；所述辅助缓冲支路通过 所述电阻均压支路另一端与所述主IGBT集电极连接；所述辅助IGBT的发射极/MOS管的源 极与所述主IGBT的栅极连接；所述电压比较器的负输入端输入参考电压。
[0007] 所述主IGBT数量为两个，第一主IGBT的发射极与第二主IGBT的集电极连接。 [0008] 所述辅助缓冲支路包括缓冲电容，所述缓冲电容与二极管阴极连接，所述二极管 阳极与通过所述电阻均压支路一端与相应的主IGBT集电极连接；所述缓冲电容与放电电 阻并联。该辅助缓冲支路结构简单，二极管可以防止电流反向，防止导通时缓冲电容对导通 时间的影响；放电电阻可以释放缓冲电容的能量，让缓冲电容为下一次参与过电压抑制做 准备。
[0009] 与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型结构简单，在进行 过电压抑制时，将分压电阻的采用电压与电压比较器的负输入电压进行比较，若出现过电 压，电压比较器的正输入端电压将大于负输入端电压，输出高电平使辅助IGBT导通，因此 无需测量每一组辅助IGBT的阈值，减少了工程量，适合批量生产，提高了采样精确度；电压 比较器加在电压互感器副边绕组，能先调节电压互感器的原副边绕组电压比值再进行电压 比较，从而更容易通过采样电阻设定参考电压；电压跟随器能防止电压互感器副边的负载 对原边采样信号的影响，增强电路的驱动能力；通过电压比较器设定的参考电压来确定辅 助IGBT参与导通时候的过电压，使得辅助IGBT参与导通的过电压更加准确。
【附图说明】
[0010] 图1为现有的IGBT缓冲电路原理图；
[0011] 图2为本实用新型实施例电路原理图。
【具体实施方式】
[0012] 如图2所示，本实用新型实施例1包括两个主IGBTZjPZ2、静态均压电阻^和 4、电压跟随器QP1、电压互感器Mx、电压比较器啊、辅助IGBTZ12、辅助电容C11、放电 电阻A13、二极管Dx。静态均压电阻及J12串联而成的电阻均压支路以及I22串联而 成的电阻均压支路分别并联在两个主IGBT的集电极-发射极之间，并联在电压互感器 Mx的原边，电压跟随器接在电压互感器Mx的原边一端毛2 -端之间，电压互感器Mx的副 边两端分别与电压比较器W、辅助辅助IGBTZ1的栅极连接，辅助电容C11和二极管U11 串联在主IGBT的集电极与辅助IGBT忌的集电极之间，JIj3并联在辅助电容Cja两端，其中 Jtr -〇
[0013] 电阻I和I12串联作为静态均压电阻调节静态的电压均衡。电阻I12作为电压检 测电阻，当无论何种原因引起某个主IGBT上的电压超过主IGBT设定的承受电压时，ifl2t 的电压将超过电压比较器的参考电压，电压比较器输出高电压导通辅助IGBT毛，此时辅助 电容Cli调节IGBT的电压均衡，从而达到串联主IGBT均压的目的。其中电压互感器的作用 包括如下几个方面：使电阻均压电路不影响主IGBT的正常关断电压的设定，另外还能起到 隔离电阻均压支路和Z2栅极、发射极的作用。通过电压比较器的采样电压来确定IGBT的 过电压，精确度和可靠度将会更高。为了防止电压互感器副边的负载对原边采样信号的影 响，在电压互感器的副边增加一个电压跟随器，电压跟随器能起到增强驱动能力的作用。通 过电压比较器设定的参考电压来确定辅助IGBT参与导通时候的过电压，使得辅助IGBT参 与导通的过电压更加准确。为了防止导通时辅助电容对导通时间的影响，增加了二极管化 ，同时二极管D1防止电流反向。I13的作用是电容C11提供一个放电回路，电容Cji的能量应 在一个周期内通过足3消耗，让电容^为下一次参与过电压抑制做准备。
[0014] 电压互感器Mp112将电阻均压支路与电压比较器隔离开，从而有效防止电压跟随 器及辅助IGBT对电阻均压支路采样的干扰，提高采样精度；电压比较器加在电压互感器副 边绕组，能先调节电压互感器的原副边绕组电压比值再进行电压比较，从而更容易通过电 阻设定参考电压，使得辅助IGBT参与导通的过电压更加准确。
【主权项】
1. 一种栅极钳位IGBT串联均压电路，包括至少两个串联的主IGBT，每个主IGBT与一 个电压检测电路连接；其特征在于，每个电压检测电路包括并联在主IGBT集电极和发射极 之间的电阻均压支路；所述电阻均压支路中点与电压跟随器/电压比较器输入端连接；所 述电压跟随器/电压比较器输出端与电压互感器原边绕组一端连接，所述电阻均压支路一 端与所述电压互感器原边绕组另一端连接；所述电压互感器副边绕组两端分别与电压比较 器正输入端、辅助IGBT的发射极/MOS管的源极连接；所述电压跟随器/电压比较器输出端 与所述辅助IGBT的栅极/MOS管的栅极连接；所述辅助IGBT的集电极/MOS管的漏极与辅 助缓冲支路连接；所述辅助缓冲支路通过所述电阻均压支路另一端与所述主IGBT集电极 连接；所述辅助IGBT的发射极/MOS管的源极与所述主IGBT的栅极连接；所述电压比较器 的负输入端输入参考电压。
2. 根据权利要求1所述的栅极钳位IGBT串联均压电路，其特征在于，所述主IGBT数量 为两个，第一主IGBT的发射极与第二主IGBT的集电极连接。
3. 根据权利要求2所述的栅极钳位IGBT串联均压电路，其特征在于，所述辅助缓冲支 路包括缓冲电容，所述缓冲电容与二极管阴极连接，所述二极管阳极与通过所述电阻均压 支路一端与相应的主IGBT集电极连接；所述缓冲电容与放电电阻并联。
【专利摘要】本实用新型公开了一种栅极钳位IGBT串联均压电路，包括至少两个串联的主IGBT，每个主IGBT与一个电压检测电路连接；每个电压检测电路包括并联在主IGBT集电极和发射极之间的电阻均压支路；所述电阻均压支路中点与电压跟随器输入端连接；所述电压跟随器输出端与电压互感器原边绕组一端连接，所述电阻均压支路一端与所述电压互感器原边绕组另一端连接；所述电压互感器副边绕组两端分别与电压比较器正输入端、辅助IGBT的发射极连接；所述电压比较器输出端与所述辅助IGBT的栅极连接；所述辅助IGBT的集电极与辅助缓冲支路连接；所述辅助缓冲支路通过所述电阻均压支路另一端与所述主IGBT集电极连接。本实用新型的电路采样精度高，响应时间短，结构简单，可靠性高，驱动能力强。
【IPC分类】H02M1-00
【公开号】CN204316306
【申请号】CN201420780749
【发明人】陈功, 彭国荣, 李智杰, 曾智桢, 胡隽璇, 佘双翔, 龙熹
【申请人】中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月12日