一种风电大功率变频有源自适应驱动系统的制作方法

本发明涉及风电变流器的，特别是涉及一种风电大功率变频有源自适应驱动系统。

背景技术：

1、风电变流器多采用大功率(≥450a 1700v)的绝缘栅双极晶体管(igbt)以串并联方式构成三相全桥电路,作为风力发电电能输出的通路。当前风电机的变频器在应用方面主要存在以下问题：

2、1、通常在驱动电路设计方面采用分离式器件如：信号隔离光耦、推挽放大三极管、igbt门极吸收快恢复二极管等器件构成igbt驱动信号放大电路，在实际使用过程中，器件受本身发热、环境温度及谐波干扰等影响，容易出现老化、失效问题，导致驱动电路工作不正常

3、2、当多只igbt串并联时，由于其自身在开关特性方面的差异，容易造成串并联电路中igbt的开通关断存在不同的延时，进而导致同相的igbt出现电流不均情况，当延迟时间超过igbt换相允许的最大死区时间，可能导致igbt损坏。

4、3、驱动信号电路在布局方面的非对称性，造成电路分布电容ccs差异较大，导致igbt串联电路中不同开关管间电压上升及下降变化率不一致、开通关断不同步，导致动态及静态均压差异明显，严重时将导致igbt过压烧毁。

5、现有技术方案：

6、针对大功率igbt串并联均压问题，目前在驱动技术方面已提出多种解决方法，在实际应用过程中取得了一定的成果。这些解决方案及研究成果可归结为：无源缓冲电路和有源钳位电路等，但是这两种方案解决问题比较单一，使用局限性较大，因此需要对现有的设备进行改善。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种改善igbt动态均压性能、减少离散器件性能变化导致的驱动波形失真、畸变等问题，提高驱动可靠性和减少igbt过压烧毁问题的一种风电大功率变频有源自适应驱动系统。

2、本发明的一种风电大功率变频有源自适应驱动系统，包括fpga控制单元、变阻栅极驱动电路、igbt集成输出回路和状态反馈电路，fpga控制单元与变阻栅极驱动电路相连接，变阻栅极驱动电路与igbt集成输出回路相连接，igbt集成输出回路与状态反馈电路相连接，状态反馈电路与fpga控制单元相连接所述fpga控制单元：向变阻栅极驱动电路送出信号；

3、所述变阻栅极驱动电路：向igbt集成输出回路输出信号；

4、所述igbt集成输出回路：输出igbt驱动信号触发igbt；

5、所述状态反馈电路：采样igbt g极和c-e极的电流电压及开通信号，并且状态反馈电路将经对比运算后的电平值，输入到fpga控制单元中；

6、系统上电后，fpga控制单元送出预试脉冲信号到变阻栅极驱动电路中，变阻栅极驱动电路再输出脉冲调制信号到igbt集成输出回路中，igbt集成输出回路输出igbt驱动信号触发igbt，状态反馈电路采样igbt g极和c-e极的电流电压及开通信号，之后状态反馈电路将经对比运算后的电平值，输入到fpga控制单元中，fpga控制单元按照预先设定好的补偿算法，输出经补偿后的驱动信号到变阻栅极驱动电路中，变阻栅极驱动电路按照补偿信号经变阻调制后输出到igbt集成输出回路中，完成对igbt的补偿驱动，确保igbt各串并联模块的驱动一致，降低igbt损耗和抑制igbt间的不均衡电流的产生形成闭环驱动，从而提高系统的实用性，减少驱动电路不正常工作的情况出现，减少igbt的损坏和过压烧毁。

7、优选的，还包括驱动电源，驱动电源与fpga控制单元和状态反馈电路相连接；通过驱动电源为fpga控制单元、变阻栅极驱动电路、igbt集成输出回路和状态反馈电路提供电能，使系统正常运行，从而提高系统的实用性。

8、优选的，所述fpga控制单元的默认采集频率为100m。

9、优选的，所述fpga控制单元和状态反馈电路上均设置有out1-out4端口；方便状态反馈电路将经对比运算后的电平值传输到fpga控制单元中，从而提高系统的实用性。

10、与现有技术相比本发明的有益效果为：

11、1、基于fpga的有源门极控制方法，通过fpga检测反馈电压开通及关断时刻，并根据自适应补偿模式对各个门极驱动信号触发时间进行补偿，从而改善igbt动态均压性能；

12、2、采用集成化驱动核bdt3fpga控制单元1作为驱动信号放大、检波、调制的核心，取消传统光耦、推挽放大电路等离散器件，减少离散器件性能变化导致的驱动波形失真、畸变等问题，提高了驱动可靠性；

13、3、针对电路igbt驱动电路中分布电容ccs对igbt均压性能的影响进行了驱动板件线路设计方面的优化，采用驱动信号首先传输至共用驱动核，再通过共用驱动核按照串并联igbt上下桥臂的工作阶段，输出同步分频驱动信号，在信号-igbt门极电路方面，采用对称线路设计，实现电路分布电容一致。解决原来脉冲输送电路因线路长短不一致导致的电路分布电容影响或igbt器件特性差异导致igbt电压上升及下降变化率不一致、开通关断不同步，进而导致igbt过压烧毁的问题。

技术特征：

1.一种风电大功率变频有源自适应驱动系统，其特征在于，包括fpga控制单元（1）、变阻栅极驱动电路（2）、igbt集成输出回路（3）和状态反馈电路（4），fpga控制单元（1）与变阻栅极驱动电路（2）相连接，变阻栅极驱动电路（2）与igbt集成输出回路（3）相连接，igbt集成输出回路（3）与状态反馈电路（4）相连接，状态反馈电路（4）与fpga控制单元（1）相连接；

2.如权利要求1所述的一种风电大功率变频有源自适应驱动系统，其特征在于，还包括驱动电源（5），驱动电源（5）与fpga控制单元（1）和状态反馈电路（4）相连接。

3.如权利要求1所述的一种风电大功率变频有源自适应驱动系统，其特征在于，所述fpga控制单元（1）的默认采集频率为100m。

4.如权利要求1所述的一种风电大功率变频有源自适应驱动系统，其特征在于，所述fpga控制单元（1）和状态反馈电路（4）上均设置有out1-out4端口。

技术总结
本发明涉及风电变流器的技术领域，特别是涉及一种风电大功率变频有源自适应驱动系统，其系统上电后，FPGA控制单元送出预试脉冲信号到变阻栅极驱动电路中，变阻栅极驱动电路再输出脉冲调制信号到IGBT集成输出回路中，IGBT集成输出回路输出IGBT驱动信号触发IGBT，状态反馈电路采样IGBT G极和C‑E极的电流电压及开通信号，状态反馈电路将经对比运算后的电平值，输入到FPGA控制单元中，FPGA控制单元按照预先设定好的补偿算法，输出经补偿后的驱动信号到变阻栅极驱动电路中，变阻栅极驱动电路按照补偿信号经变阻调制后输出到IGBT集成输出回路中，完成对IGBT的补偿驱动，确保IGBT各串并联模块的驱动一致，降低IGBT损耗和抑制IGBT间的不均衡电流的产生形成闭环驱动。

技术研发人员：张军,李顺民,罗骏,邹玉红
受保护的技术使用者：华能威海发电有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12