一种igbt串联均压电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种IGBT串联均压电路，包括至少两个串联的主IGBT，每个主IGBT与一个缓冲均压单元连接；所述缓冲均压单元包括并联在所述主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、辅助IGBT发射极连接；所述电压互感器副边绕组两端与电压跟随器/电压比较器输入端、所述辅助IGBT的发射极连接；所有缓冲均压单元的辅助IGBT集电极均与辅助缓冲支路连接；所述辅助缓冲支路与所述电阻均压支路另一端连接。本发明能避免电压跟随器、辅助IGBT对电阻采样的影响，从而提高采样精度；能保证电路的电压均衡；提高IGBT的开关速度。
【专利说明】-种IGBT串联均压电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种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究的热点，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] 由于RCD缓冲电路特点是电路简单，可靠性好，现在轻型直流输电等应用中常采 用RCD缓冲电路作为IGBT串联均压电路。但是RCD缓冲电路吸收的能量直接消耗在电阻 上，因而损耗比较大，而且缓冲电容的体积比较大，成本较高。缓冲电容的大小和关断时间 是一对矛盾的参数，缓冲电容越大，均压效果会更好，但是关断时间会延长，因而相应损耗 会增加。但是缓冲电容较小时，虽然关断时间较短，但是IGBT集电极-发射极两端承受的 过电压尖峰可能较大，从而均压效果可能会不是很理想。正常情况下，IGBT栅极不同步在 20ns以内，因而正常情况下栅极延时引起的电压不均衡较小，因而在IGBT的集电极-发射 极并联一个较小的缓冲电容即可满足均压需求。但是当出现特殊情况的栅极信号不同步时 间较长或其他原因引起电压不均衡比较大时，为了确保IGBT串联换流阀能正常工作，需要 较大的缓冲电容才能抑制过电压尖峰，实现较好的均压效果。在实际的工程应用中，必须从 系统的稳定可靠性考虑，因此IGBT串联换流阀是针对最极端情况来选择缓冲电容的大小， 导致IGBT串联阀的关段时间较长，关断损耗较大。
[0004] 现有的解决上述问题的IGBT串联均压电路见图1，其缺陷是采样电压的电阻和电 压比较器之间没有隔离措施，导致辅助IGBT等辅助结构对电压采样影响较大，采样精度不 高，且该电路包括多个独立的辅助缓冲支路，每个辅助缓冲支路中包括一个电容，电容数量 较多，当多个主IGBT上出现过电压时，无法实现电压均衡；RCD缓冲支路的存在，导致IGBT 开关速度降低。
【发明内容】
[0005] 本发明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IGBT串联均 压电路。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种IGBT串联均压电路，包 括至少两个串联的主IGBT，每个主IGBT与一个缓冲均压单元连接；所述缓冲均压单元包括 并联在所述主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 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、辅 助IGBT发射极连接；所述电压互感器副边绕组两端与电压跟随器/电压比较器输入端、所 述辅助IGBT的发射极连接；所述电压跟随器/电压比较器输出端与所述辅助IGBT的栅极 连接；所有缓冲均压单元的辅助IGBT集电极均与辅助缓冲支路连接；所述辅助缓冲支路与 所述电阻均压支路另一端连接。
[0007] 本发明中，主IGBT、缓冲均压单元数量均为两个；述辅助缓冲支路包括缓冲电容； 两个缓冲均压单元的两个辅助IGBT集电极均与缓冲电容一端连接，所述缓冲电容另一端 并联接入两个二极管阴极之间，所述两个二极管阳极分别通过两个电阻均压支路一端与两 个主IGBT的集电极连接；所述缓冲电容与放电电阻并联。该辅助缓冲支路结构简单，实现 方便。
[0008] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明结构简单，电压互感器能有 效隔离电阻均压支路中的采样电阻和电压跟随器，避免电压跟随器、辅助IGBT对电阻采样 的影响，从而提高采样精度；且电压跟随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；而且本 发明将多个支路公用一个辅助缓冲电容，这样不仅节省了缓冲电容，而且当多个串联IGBT 支路出现过电压时，将电容并联在各支路上强制使各个支路上的电压均衡；本发明省去了 RCD缓冲支路，提高了 IGBT的开关速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为现有的IGBT缓冲电路原理图； 图2为本发明实施例1电路原理图； 图3为本发明实施例2电路原理图。
【具体实施方式】
[0010] 如图2所示，本发明实施例1包括第一主IGBT忑和第二主IGBT 第一主IGBT 冬和第二主IGBT 串联，两个主IGBT分别与由化、^ 串联而成的两个电阻 均压支路并联；电压互感器A、M2原边绕组一端分别与两个电阻均压支路的中点连接，电压 互感器A、M2原边绕组另一端分别与?"、-端连接（即A、分别与电压互感器Ml、M 2 原边绕组并联）；电压互感器MpM2副边绕组一端分别与电压跟随器输入端连接，电 压互感器Mp M2副边绕组另一端分别与辅助IGBT 、Zjpj的发射极连接；辅助IGBT 、 右2的发射极分别与為3、及23 -端连接；辅助IGBT &|、2^2的集电极均与缓冲电各q -端 连接；缓冲电容G另一端并联接入二极管&阴极之间，二极管阳极分别与 -端连接；缓冲电容Q与放电电阻&并联。
[0011] 如图3所示，本发明实施例2包括第一主IGBT鬲和第二主IGBT Z2,第一主IGBT ;和第二主IGBT Z2串联，两个主IGBT分别与由;及23、及2*串联而成的两个电阻 均压支路并联；电压互感器A、M2原边绕组一端分别与两个电阻均压支路的中点连接，电压 互感器札為原边绕组另一端分别与、i! 3 -端连接（即&、分别与电压互感器MpM2 原边绕组并联);电压互感器MpM2副边绕组一端分别与电压比较器的正输入端 连接，电压比较器的负输入端输入阀值电压；电压互感器A、M2副边绕组另一 端分别与辅助IGBT 2jpi、*2^3的发射极连接；辅助IGBT 的发射极分别与為j、Ijj 一端连接；辅助IGBT 的集电极均与缓冲电容-端连接；缓冲电容q另一端并 联接入二极管塥、?》=阴极之间，二极管塥、屯阳极分别与為2、知一端连接；缓冲电容 C〇与放电电阻&并联。
[0012] 若串联的主IGBT均压效果比较理想，主IGBT集电极-发射极出现的过电压比较 小时，R xl和Rx2 (1=12)作为静态均压电阻，4和^^检测的电压低于ZFx的阀值电压， 从而的栅极-发射极电压将低于阀值电压，因此辅助缓冲支路不起作用。正常情况下 IGBT换流阀器件栅极信号同步较为理想因而IGBT电压不均衡较小，只需要较小的电容即 可满足IGBT串联阀的电压不均衡抑制要求，因此该发明能有效地减小正常工作状态下的 关断时间，从而减小了关断损耗。若IGBT均压效果不是很理想，即某个主IGBT上出现较 大的电压时(此时另一个主IGBT上分压较小），当為或者Z3的集电极发射极电压达到设 定的过电压参考值，上的分压超过^的阀值电压，从而使对应的辅助IGBT 导通， 作为缓冲单元参与过电压的抑制，由于C"较大(大于5/，），因而对产生的过 电压具有很好的抑制效果。电压跟随器/电压比较器一方面使检测的电压不受右侧辅助电 路的干扰；另一方面能增加驱动能力，从而当需要％导通来抑制过电压时快速导通 二极管\防止电流的倒流，&的作用是作为辅助缓冲电路电容的放电电阻。
[0013] 电压互感器札、M2将电阻均压支路与电压跟随器隔离开，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；电压跟随器/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。
[0014] 本发明多个主IGBT串联时共用一个辅助缓冲支路，即共用一个缓冲电容，两个主 IGBT串联，若电压分配不均，该缓冲电容抑制过电压较大的主IGBT上的过电压。但是当多 个IGBT串联时，可能存在多个主IGBT上出现过电压的情况，此时出现过电压的主IGBT对 应的辅助IGBT会处于导通状态，从而使缓冲电容并联在多个主IGBT上，使出现过电压的主 IGBT的电压强行与电容电压相等，达到电压均衡的目的。
【权利要求】
1. 一种IGBT串联均压电路，包括至少两个串联的主IGBT，其特征在于，每个主IGBT与 一个缓冲均压单元连接；所述缓冲均压单元包括并联在所述主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、辅助IGBT发射极连接；所述电压互感器副边 绕组两端与电压跟随器/电压比较器输入端、所述辅助IGBT的发射极连接；所述电压跟随 器/电压比较器输出端与所述辅助IGBT的栅极连接；所有缓冲均压单元的辅助IGBT集电 极均与辅助缓冲支路连接；所述辅助缓冲支路与所述电阻均压支路另一端连接。
2. 根据权利要求1所述的IGBT串联均压电路，其特征在于，所述主IGBT、缓冲均压单 元数量均为两个。
3. 根据权利要求2所述的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；两个缓冲均压单元的两个辅助IGBT集电极均与缓冲电容一端连接，所述缓冲电容 另一端并联接入两个二极管阴极之间，所述两个二极管阳极分别通过两个电阻均压支路一 端与两个主IGBT的集电极连接；所述缓冲电容与放电电阻并联；所述缓冲电容容值大于5 MF0
【文档编号】H02M1/06GK104377943SQ201410759918
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】陈功, 刘小松, 刘国频, 颜彪, 谢跃飞, 李图强, 彭国荣 申请人:中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司