一种基于栅极电阻控制的串联IGBT动态均压系统及方法

本申请涉及绝缘栅双极型晶体管均压，具体公开了一种基于栅极电阻控制的串联igbt动态均压系统及方法。

背景技术：

1、随着高压直流输电、储能系统等大功率应用场景的普及，igbt(绝缘栅双极型晶体管)的使用也越发广泛，而单个igbt的使用无法满足电路电压要求，需要将多个igbt串联使用，同时，将多个igbt串联使用可以提供更好的功率处理能力，实现更低的开关损耗和更高的系统效率。

2、由于igbt的静态参数差异、动态特性差异以及外部电路不匹配等，每个igbt承受的电压可能会存在差异。igbt串联不均压可能会导致过压的igbt管受损，导致开关性能降低，降低系统的稳定性和可靠性，甚至对整体电路造成不可逆的损害，严重影响电路安全。因此，应采取合适的均压方法来实现igbt的串联均压。

3、栅极电阻控制法是igbt串联均压方法中的一种，其原理是通过调节igbt的栅极电阻大小来实现igbt瞬态电压的变化。通过减小导通和关断时igbt的栅极电阻，可以加快栅射极电压变化，从而减小串联igbt的电压差异。相反地，增大igbt的栅极电阻时，减缓igbt的电压变化。因此，通过调节串联igbt的栅极电阻，可以减小串联电压差异，使其趋于均衡。

4、现有技术中，有针对串联sic mosfet器件的电压平衡问题，提供了一种基于有源栅极驱动的电压变化率控制方法，通过改变栅极电阻的大小，来主动调节电压变化率从而使mosfet达到串联均压的目的。该方法的核心是对于需要降低门极电压的mosfet，延迟其门极驱动信号，从而使门极驱动电阻维持较高阻值，同样的，该方法也是适用于igbt串联均压。但是该方法很难确定导通和关断延时时间具体是多少，怎么取值能达到一个较好的均压效果，而且维持较高门极电阻会增加电路功率损耗。

5、因此，发明人有鉴于此，提供了一种基于栅极电阻控制的串联igbt动态均压系统及方法，以便解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决传统的igbt串联均压方法，难以确定导通和关断延时时间，均压效果不好的问题。

2、为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种基于栅极电阻控制的串联igbt动态均压系统，包括igbt、栅极电阻、并联支路；

3、所述igbt依次串联，且igbt均连接有一个栅极电阻，所述栅极电阻均并联有一个并联支路；

4、所述并联支路均由若干阻值不同的电阻并联组成，且每个电阻均分别串联有一个开关。

5、进一步，所述并联支路均由三个阻值不同的电阻并联组成，且每个电阻均分别串联有一个开关。

6、本发明的基础方案还提供一种基于栅极电阻控制的串联igbt动态均压方法，包括如下步骤：

7、步骤s001：进行第一个周期的电压输入控制，收集所有igbt的电压并计算得出平均电压值；

8、步骤s002：在计算得出平均电压值后，将每个igbt的通、断电压值均与平均电压值进行比较，得到该igbt为单项滞后晶体管、双项滞后晶体管或均不滞后晶体管；

9、步骤s003：针对单项滞后晶体管和双项滞后晶体管，在下一个周期进行前，根据第一个周期的通、断电压值与平均电压值的偏离度选取不同的开关导通，即可完成均压。

10、进一步，在进行步骤s001时，对第一个周期的电压输入控制通过开关控制。

11、进一步，在进行步骤s002时，单项滞后晶体管、双项滞后晶体管和均不滞后晶体管的判断准则如下：

12、当在第一个周期的关断时间点，所选取的igbt的电压小于平均电压，并在第一个周期的导通时间点，所选取的igbt的电压大于平均电压，则表示该igbt的导通和关断时间滞后于平均值，为双项滞后晶体管；

13、当所选取的igbt管仅在关断时间点的电压值小于平均电压，或仅在导通时间点的电压值大于平均电压，则表示该igbt为单项滞后晶体管；

14、当所选取的igbt仅在关断时间点的电压值不小于平均电压，或仅在导通时间点的电压值不大于平均电压，则表示该igbt为均不滞后晶体管。

15、本方案的原理及效果在于：

16、与现有技术相比，本发明设有设置的igbt串联电路，可实现对各个igbt之间的动态均压，确保igbt的安全稳定运行，降低瞬态时的电压不均衡度，保护串联igbt免受过电压等不良影响，解决了传统的igbt串联均压方法，难以确定导通和关断延时时间，均压效果不好的问题。

技术特征：

1.一种基于栅极电阻控制的串联igbt动态均压系统，其特征在于：包括igbt、栅极电阻、并联支路；

2.根据权利要求1所述的一种基于栅极电阻控制的串联igbt动态均压系统，其特征在于，所述并联支路均由三个阻值不同的电阻并联组成，且每个电阻均分别串联有一个开关。

3.根据权利要求2所述的一种基于栅极电阻控制的串联igbt动态均压方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于栅极电阻控制的串联igbt动态均压方法，其特征在于，在进行步骤s001时，对第一个周期的电压输入控制通过开关控制。

5.根据权利要求3所述的一种基于栅极电阻控制的串联igbt动态均压方法，其特征在于，在进行步骤s002时，单项滞后晶体管、双项滞后晶体管和均不滞后晶体管的判断准则如下：

技术总结
本发明涉及绝缘栅双极型晶体管均压技术领域，具体公开了一种基于栅极电阻控制的串联IGBT动态均压系统及方法，包括IGBT、栅极电阻、并联支路，所述IGBT依次串联，且IGBT均连接有一个栅极电阻，所述栅极电阻均并联有一个并联支路，所述并联支路均由若干阻值不同的电阻并联组成，且每个电阻均分别串联有一个开关，解决了传统的IGBT串联均压方法，难以确定导通和关断延时时间，均压效果不好的问题。

技术研发人员：邹润民,吕靖宇
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15