一种负载侧控制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负载侧控制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负载侧控制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上出现过电压且过电压不均衡较大时无法实现电压均 衡。
【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，提供一种负载侧 控制IGBT串联均压电路。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种负载侧控制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RCD缓冲支路；所述RCD缓冲支 路与电阻均压支路并联；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] 本实用新型中，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，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型结构简单，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/电压比较器，避免电压跟随器 /电压比较器、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/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；而且本实用新型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。
【附图说明】
[0009] 图1为现有的IGBT缓冲电路原理图；
[0010] 图2为本实用新型实施例1电路原理图；
[0011] 图3为本实用新型实施例2电路原理图。
【具体实施方式】
[0012] 如图2所示，本实用新型实施例包括第一主IGBT 舄和第二主IGBT冬，第一主IGBT為和第二主IGBT Z2串联，两个主IGBT分别与第一 RCD缓冲支路、第二RCD缓冲支路并联；第一 RCD缓冲支路、第二RCD缓冲支路分别与由 、屯；及H、心串联而成的两个电阻均压支路并联；电压互感器Ml、M2原边绕组一端分别与 两个电阻均压支路的中点连接，电压互感器乂1 2原边绕组另一端分别与、^^一端连接 (即分别与电压互感器Ml、M2原边绕组并联）；电压互感器M p M2副边绕组一端分别 与电压跟随器％、％输入端连接，电压互感器MpM2副边绕组另一端分别与辅助IGBT & 、2^2的发射极连接；辅助IGBT 的发射极分别与一端连接；辅助IGBT 的集电极均与缓冲电容一端连接；缓冲电容A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。
[0013] 图3为本实用新型的另一种实施例，其中运算放大器AEP；、A￡F2用作电压比较 器，电压比较器的负输入端输入参考电压。
[0014] 若串联的IGBT均压效果比较理想，IGBT集电极-发射极出现的过电压比较小时， 為X和作为静态均压电阻（jc=12 )，久1-Cj*作为动态均压电路。电阻式s检测的 电压低于电压比较器负输入端设定的阀值电压VKEF, &不导通，因此组成的RCD 缓冲单元不起作用，辅助电路的工作同于仅有Rxl-Dxl_Cxl辅助缓冲单元参与的工作的情况。 因为电容C xl取值较小(小于值的1/5)，从而IGBT换流阀的关断时间和功率损耗也较小， 正常情况下IGBT换流阀器件栅极信号同步较为理想因而电压不均衡较小，只需要较小的 电容即可满足要求，因此本实用新型能有效地减小的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IGBT上分压较小，因此不需要缓冲电容参与工作)。任意一个IGBT集电极-发射极电 压还没有达到设定的过电压检测电路参考值以前，仍然只有R xl-Dxl-Cxl辅助缓冲单元工作。 Rcrb-Q组成的RCD缓冲单元不起作用。当奚或者Z 2的集电极发射极电压达到设定的过电 压参考值，尤3上的分压超过&的阀值电压，从而使对应的辅助IGBT 导通，Rxl-Dxl-Cxl 和RcrDu-Q都作为缓冲单元参与过电压的抑制，由于q较大(大于5 /逆），因而对产生的 过电压具有很好的抑制效果。
[0015] 电压互感器札為将电阻均压支路与电压跟随器/电压比较器隔离开，从而有效防 止电压跟随器/电压比较器及辅助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。
[0016] 本实用新型多个主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。
【主权项】
1. 一种负载侧控制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RCD缓冲支路；所述RCD缓冲支路与电阻均压支路并联；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所述的负载侧控制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所述的负载侧控制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 μ F。
4. 根据权利要求3所述的负载侧控制IGBT串联均压电路，其特征在于，所述RCD缓冲 支路中的电容容值小于所述缓冲电容容值的1/5。
【专利摘要】本实用新型公开了一种负载侧控制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RCD缓冲支路；所述RCD缓冲支路与电阻均压支路并联；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。本实用新型能避免电压跟随器/电压比较器、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。
【IPC分类】H02M1-34, H02M1-06
【公开号】CN204271892
【申请号】CN201420780651
【发明人】陈功, 陈敏, 刘小松, 彭国荣, 谢跃飞, 李图强, 刘启根
【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4月15日
【申请日】2014年12月12日