CN104779780A - 一种igbt串联均压电路及方法 - Google Patents

一种igbt串联均压电路及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104779780A
CN104779780A CN201510197753.0A CN201510197753A CN104779780A CN 104779780 A CN104779780 A CN 104779780A CN 201510197753 A CN201510197753 A CN 201510197753A CN 104779780 A CN104779780 A CN 104779780A
Authority
CN
China
Prior art keywords
igbt
voltage
switch periods
information
control circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510197753.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104779780B (zh
Inventor
张帆
杨旭
任宇
田莫帆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201510197753.0A priority Critical patent/CN104779780B/zh
Publication of CN104779780A publication Critical patent/CN104779780A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104779780B publication Critical patent/CN104779780B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H02M1/092—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices the control signals being transmitted optically

Abstract

本发明公开了一种IGBT串联均压电路及方法，包括全局控制电路、N个本地控制电路、N个IGBT、N个二极管，全局控制电路与各本地控制电路相连接，第i个本地控制电路与第i个IGBT的门极相连接，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连接，第i个二极管的正极及负极分别与第i个IGBT的发射极及集电极相连接，2≤N，且i及N均为自然数，2≤i≤N。本发明可以实现IGBT串联的均压。

Description

一种IGBT串联均压电路及方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及一种IGBT串联均压电路及方法。
背景技术
绝缘栅双极性晶体管(IGBT)由于结合了电力场效应管(MOSFET)和电力晶体管的优势，具有输入阻抗高，驱动功率小，开关特性好等优点，是一种理想的全控型器件，在电力电子设备中得到了广泛的应用。但是，对于高压大功率的电力电子设备，单只IGBT的电压等级无法满足设备的要求，这使得将多只IGBT串联起来作为一个基本单元成为一个有效的选择。
IGBT串联应用的关键是确保在各个IGBT在开关动态和工作稳态时的电压均衡。造成IGBT串联不均压的原因主要包括IGBT自身参数的不一致以及IGBT驱动信号的延迟的不一致两方面。IGBT自身参数的不一致会导致各个串联IGBT的开关特性(例如开通、关断延时，开通、关断过程中的电压变化率dV/dt)有所差异，因而导致各串联开关管的电压不均衡。另外，驱动信号延迟时间的不同会造成后开通以及先关断的IGBT上承受更高的动态电压，从而产生IGBT串联不均压问题。因此，IGBT串联应用的核心问题是均压问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种IGBT串联均压电路及方法，该电路及方法可以实现IGBT串联的均压。
为达到上述目的，本发明所述的IGBT串联均压电路包括全局控制电路、N个本地控制电路、N个IGBT、N个二极管，全局控制电路与各本地控制电路相连接，第i个本地控制电路与第i个IGBT的门极相连接，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连接，第i个二极管的正极及负极分别与第i个IGBT的发射极及集电极相连接，2≤N，且i及N均为自然数，1≤i≤N。
所述全局控制电路与各本地控制电路之间通过高速光纤线相连接。
各本地控制电路均包括驱动电路、本地控制器、可控电流源、光纤接口、以及用于采集IGBT集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息的采样电路，采样电路的输出端与本地控制器的输入端相连接，本地控制器通过光纤接口与高速光纤线相连接，可控电流源的两端与IGBT的门极及发射极相连接，本地控制器的输出端与可控电流源的控制端及驱动电路的控制端相连接，驱动电路的输出端与IGBT的门极相连接。
所述驱动电路为电压型IGBT驱动器。
所述本地控制器及全局控制电路均为DSP芯片、ARM芯片及FPGA芯片中的一个或几个的组合。
本发明所述的IGBT串联均压方法包括以下步骤：
1)在第M个开关周期时，全局控制电路发出N路脉冲驱动信号，本地控制器接收到所述驱动脉冲信号，
2)当本地控制器接收到驱动脉冲信号的上升沿时，则控制驱动电路发出高电平信号驱动各IGBT开通；同时，本地控制器通过采样电路采集IGBT的第一电压信息，采样的持续时间大于IGBT的开通时间，然后存储IGBT的第一电压信息，其中，所述第一电压信息为IGBT开通过程中的集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息；
当第M个开关周期结束后，N组本地控制器将第M个开关周期内采集的IGBT的第一电压信息发送至全局控制电路中；
全局控制电路根据第M个开关周期内采集的IGBT的第一电压信息得第M+1个开关周期的最优开通时间Ton，然后将所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton转发至所有本地控制电路中；
各本地控制电路获取所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton，并根据所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton得第M+1个开关周期中可控电流源输出的第一电流幅值I1，在第M+1个开关周期时，使所有IGBT按照最优开通时间Ton同时开通，实现IGBT的串联均压，其中，所述第一电流幅值I1为第M+1个开关周期中IGBT开通过程中可控电流源输出的电流幅值；
3)当本地控制器接收到驱动脉冲信号的下降沿时，则控制驱动电路驱动各IGBT关断；同时，本地控制器通过采样电路采集IGBT的第二电压信息，然后存储IGBT的第二电压信息，其中，所述第二电压信息为IGBT关断过程中的集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息；
当第M个开关周期结束后，N组本地控制器将第M个开关周期内采集的IGBT的第二电压信息发送至全局控制电路中；
全局控制电路根据第M个开关周期内采集的IGBT的第二电压信息得第M+1个开关周期的最优关断时间Toff，然后将所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff转发至所有本地控制电路中；
各本地控制电路获取所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff，并根据所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff得第M+1个开关周期中可控电流源输出的第二电流幅值I2，在第M+1个开关周期时，使所有IGBT按照最优关断时间Toff同时关断，实现IGBT的串联均压，其中，所述第二电流幅值I2为第M+1个开关周期中IGBT关断过程中可控电流源输出的电流幅值。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的IGBT串联均压电路及方法，以全局控制器和本地控制器的两级控制为核心，通过对IGBT的工作波形进行采样以获取IGBT的开关数据，通过数据比较计算得到最优关断时间及开通时间，然后根据所述最优关断时间及最优开通时间对各IGBT进行控制，从而可以实现N个串联IGBT的动态均压，并且在保证均压的同时可以对IGBT的开通关断过程进行加速，减小IGBT的开关损耗，经济性好。另外，本发明中无需加入缓冲电路，从而不会降低IGBT的开关频率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中本地控制电路2的结构示意图；
图3为本发明中可控电流源6的结构示意图。
其中，1为全局控制电路、2为本地控制电路、3为高速光纤线、4为本地控制器、5为驱动电路、6为可控电流源、7为采样电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的IGBT串联均压电路包括全局控制电路1、N个本地控制电路2、N个IGBT、N个二极管，全局控制电路1与各本地控制电路2相连接，第i个本地控制电路2与第i个IGBT的门极相连接，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连接，第i个二极管的正极及负极分别与第i个IGBT的发射极及集电极相连接，2≤N，且i及N均为自然数，1≤i≤N。
需要说明的是，所述全局控制电路1与各本地控制电路2之间通过高速光纤线3相连接；各本地控制电路2均包括驱动电路5、本地控制器4、可控电流源6、光纤接口、以及用于采集IGBT集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息的采样电路7，采样电路7的输出端与本地控制器4的输入端相连接，本地控制器4通过光纤接口与高速光纤线3相连接，可控电流源6的两端与IGBT的门极及发射极相连接，本地控制器4的输出端与可控电流源6的控制端及驱动电路5的控制端相连接，驱动电路5的输出端与IGBT的门极相连接；驱动电路5为电压型IGBT驱动器；本地控制器4及全局控制电路1均为DSP芯片、ARM芯片及FPGA芯片中的一个或几个的组合。
本发明所述的IGBT串联均压方法包括以下步骤：
1)在第M个开关周期时，全局控制电路1发出N路脉冲驱动信号，本地控制器4及接收到所述驱动脉冲信号；
2)当本地控制器4接收到驱动脉冲信号的上升沿时，则控制驱动电路5发出高电平信号驱动各IGBT开通；同时，本地控制器4通过采样电路7采集IGBT的第一电压信息，采样的持续时间大于IGBT的开通时间，然后存储IGBT的第一电压信息，所述第一电压信息为IGBT开通过程中的集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息；
当第M个开关周期结束后，N组本地控制器4将第M个开关周期内采集的IGBT的第一电压信息发送至全局控制电路1中；
全局控制电路1根据第M个开关周期内采集的IGBT的第一电压信息得第M+1个开关周期的最优开通时间Ton，然后将所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton转发至所有本地控制电路2中；
各本地控制电路2获取所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton，并根据所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton得第M+1个开关周期中可控电流源6输出的第一电流幅值I1，在第M+1个开关周期时，使所有IGBT按照最优开通时间Ton同时开通，实现IGBT开通过程中的串联均压，所述第一电流幅值I1为第M+1个开关周期中IGBT开通过程中可控电流源6输出的电流幅值；
3)当本地控制器4接收到驱动脉冲信号的下降沿时，则控制驱动电路5发出低电平信号驱动各IGBT关断；同时，本地控制器4通过采样电路7采集IGBT的第二电压信息，然后存储IGBT的第二电压信息，所述第二电压信息为IGBT关断过程中的集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息；
当第M个开关周期结束后，N组本地控制器4将第M个开关周期内采集的IGBT的第二电压信息发送至全局控制电路1中；
全局控制电路1根据第M个开关周期内采集的IGBT的第二电压信息得第M+1个开关周期的最优关断时间Toff，然后将所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff转发至所有本地控制电路2中；
各本地控制电路2获取所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff，并根据所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff得第M+1个开关周期中可控电流源6输出的第二电流幅值I2，在第M+1个开关周期时，使所有IGBT按照最优关断时间Toff同时关断，实现IGBT的关断过程中的串联均压，所述第二电流幅值I2为第M+1个开关周期中IGBT关断过程中可控电流源6输出的电流幅值。
需要说明的是，可控电流源6在IGBT开通过程中向IGBT门极注入电流以加速IGBT的开通，在IGBT关断过程中从IGBT的门极抽出电流以加速IGBT的关断，最优开通时间Ton小于第M个开关周期内所有IGBT的开通时间，最优关断时间Toff小于第M个开关周期内所有IGBT的关断时间，一般情况下，最优开通时间Ton为第M个开关周期中各IGBT在本开关周期内开通时间的最小值的70％～80％；最优关断时间Toff为第M个开关周期中各IGBT在本开关周期内关断时间的最小值的70％～80％。
在开通过程中，本地控制器4根据驱动电路5驱动下第M个开关周期IGBT的Vge波形和驱动电阻Rg，对开通过程中的Vge/Rg的波形积分，得到IGBT开通过程中驱动电路5输入的电荷总量Qgon，由Qgon和最优开通时间Ton得可控电流源6在第M+1个开关周期输出的第一电流幅值I1；在关断过程中，本地控制器4根据驱动电路5单独驱动下第M个开关周期IGBT的Vge波形和驱动电阻Rg，对关断过程中的Vge/Rg的波形积分，得到IGBT关断过程中驱动电路5抽出的电荷总量Qgoff。由Qgoff和最优关断时间Toff得可控电流源6在第M+1个开关周期输出的第二电流幅值I2。

Claims (6)

1.一种IGBT串联均压电路，其特征在于，包括全局控制电路(1)、N个本地控制电路(2)、N个IGBT、N个二极管，全局控制电路(1)与各本地控制电路(2)相连接，第i个本地控制电路(2)与第i个IGBT的门极相连接，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连接，第i个二极管的正极及负极分别与第i个IGBT的发射极及集电极相连接，2≤N，且i及N均为自然数，1≤i≤N。
2.根据权利要求1所述的IGBT串联均压电路，其特征在于，所述全局控制电路(1)与各本地控制电路(2)之间通过高速光纤线(3)相连接。
3.根据权利要求2所述的IGBT串联均压电路，其特征在于，各本地控制电路(2)均包括驱动电路(5)、本地控制器(4)、可控电流源(6)、光纤接口、以及用于采集IGBT集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息的采样电路(7)，采样电路(7)的输出端与本地控制器(4)的输入端相连接，本地控制器(4)通过光纤接口与高速光纤线(3)相连接，可控电流源(6)的两端与IGBT的门极及发射极相连接，本地控制器(4)的输出端与可控电流源(6)的控制端及驱动电路(5)的控制端相连接，驱动电路(5)的输出端与IGBT的门极相连接。
4.根据权利要求3所述的IGBT串联均压电路，其特征在于，所述驱动电路(5)为电压型IGBT驱动器。
5.根据权利要求1所述的IGBT串联均压电路，其特征在于，所述本地控制器(4)及全局控制电路(1)均为DSP芯片、ARM芯片及FPGA芯片中的一个或几个的组合。
6.一种IGBT串联均压方法，其特征在于，基于权利要求3所述的IGBT串联均压电路，包括以下步骤：
1)在第M个开关周期时，全局控制电路(1)发出N路脉冲驱动信号，本地控制器(4)接收所述驱动脉冲信号，
2)当本地控制器(4)接收到驱动脉冲信号的上升沿时，则控制驱动电路(5)发出高电平信号驱动各IGBT开通；同时，本地控制器(4)通过采样电路(7)采集IGBT的第一电压信息，采样的持续时间大于IGBT的开通时间，然后存储IGBT的第一电压信息，其中，所述第一电压信息为IGBT开通过程中的集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息；
当第M个开关周期结束后，N组本地控制器(4)将第M个开关周期内采集的IGBT的第一电压信息发送至全局控制电路(1)中；
全局控制电路(1)根据第M个开关周期内采集的IGBT的第一电压信息得第M+1个开关周期的最优开通时间Ton，然后将所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton转发至所有本地控制电路(2)中；
各本地控制电路(2)获取所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton，并根据所述第M+1个开关周期的最优开通时间Ton得第M+1个开关周期中可控电流源(6)输出的第一电流幅值I1，在第M+1个开关周期时，使所有IGBT按照最优开通时间Ton同时开通，实现IGBT的串联均压，其中，所述第一电流幅值I1为第M+1个开关周期中IGBT开通过程中可控电流源(6)输出的电流幅值；
3)当本地控制器(4)接收到驱动脉冲信号的下降沿时，则控制驱动电路(5)发出低电平信号驱动各IGBT关断；同时，本地控制器(4)通过采样电路(7)采集IGBT的第二电压信息，然后存储IGBT的第二电压信息，其中，所述第二电压信息为IGBT关断过程中的集电极电压Vce信息及门极电压Vge信息；
当第M个开关周期结束后，N组本地控制器(4)将第M个开关周期内采集的IGBT的第二电压信息发送至全局控制电路(1)中；
全局控制电路(1)根据第M个开关周期内采集的IGBT的第二电压信息得第M+1个开关周期的最优关断时间Toff，然后将所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff转发至所有本地控制电路(2)中；
各本地控制电路(2)获取所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff，并根据所述第M+1个开关周期的最优关断时间Toff得第M+1个开关周期中可控电流源(6)输出的第二电流幅值I2，在第M+1个开关周期时，使所有IGBT按照最优关断时间Toff同时关断，实现IGBT的串联均压，其中，所述第二电流幅值为第M+1个开关周期中IGBT关断过程中可控电流源(6)输出的电流幅值。
CN201510197753.0A 2015-04-23 2015-04-23 一种igbt串联均压电路及方法 Active CN104779780B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510197753.0A CN104779780B (zh) 2015-04-23 2015-04-23 一种igbt串联均压电路及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510197753.0A CN104779780B (zh) 2015-04-23 2015-04-23 一种igbt串联均压电路及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104779780A true CN104779780A (zh) 2015-07-15
CN104779780B CN104779780B (zh) 2018-01-05

Family

ID=53621072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510197753.0A Active CN104779780B (zh) 2015-04-23 2015-04-23 一种igbt串联均压电路及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104779780B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105811903A (zh) * 2016-04-05 2016-07-27 全球能源互联网研究院 一种全模拟功率放大驱动电路
CN106208636A (zh) * 2016-08-16 2016-12-07 上海理工大学 串联igbt动态均压控制系统
CN108092493A (zh) * 2017-12-26 2018-05-29 南京工程学院 一种SiC MOSFET串联电路
CN109728577A (zh) * 2017-10-27 2019-05-07 致茂电子(苏州)有限公司 电源供应系统与电源供应系统的控制方法
CN109728577B (zh) * 2017-10-27 2024-05-14 致茂电子(苏州)有限公司 电源供应系统与电源供应系统的控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101888229A (zh) * 2010-05-25 2010-11-17 中国电力科学研究院 一种新的igbt高压串联阀控制与监测系统
CN102290969A (zh) * 2011-07-29 2011-12-21 清华大学 一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的均压控制电路
US20120230076A1 (en) * 2011-03-07 2012-09-13 Amantys Ltd. Voltage balancing
JP2012253488A (ja) * 2011-06-01 2012-12-20 Meidensha Corp 半導体スイッチング素子のゲート制御回路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101888229A (zh) * 2010-05-25 2010-11-17 中国电力科学研究院 一种新的igbt高压串联阀控制与监测系统
US20120230076A1 (en) * 2011-03-07 2012-09-13 Amantys Ltd. Voltage balancing
JP2012253488A (ja) * 2011-06-01 2012-12-20 Meidensha Corp 半導体スイッチング素子のゲート制御回路
CN102290969A (zh) * 2011-07-29 2011-12-21 清华大学 一种绝缘栅双极性晶体管串联运行的均压控制电路

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105811903A (zh) * 2016-04-05 2016-07-27 全球能源互联网研究院 一种全模拟功率放大驱动电路
CN106208636A (zh) * 2016-08-16 2016-12-07 上海理工大学 串联igbt动态均压控制系统
CN109728577A (zh) * 2017-10-27 2019-05-07 致茂电子(苏州)有限公司 电源供应系统与电源供应系统的控制方法
CN109728577B (zh) * 2017-10-27 2024-05-14 致茂电子(苏州)有限公司 电源供应系统与电源供应系统的控制方法
CN108092493A (zh) * 2017-12-26 2018-05-29 南京工程学院 一种SiC MOSFET串联电路
CN108092493B (zh) * 2017-12-26 2020-12-25 南京工程学院 一种SiC MOSFET串联电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN104779780B (zh) 2018-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103166435B (zh) 一种基于igbt串联损耗优化电压自适应控制方法
CN105429441B (zh) Igbt闭环主动驱动电路及其驱动方法
CN105356727A (zh) 用于开关电源的开关管驱动控制方法以及控制电路
CN107026638A (zh) 一种igbt驱动装置及驱动方法
CN108258887B (zh) 电能变换电路、igbt电路及其关断电路及关断控制方法
CN105743329A (zh) 一种igbt并联动态均流电路及控制方法
CN109980905A (zh) 碳化硅场效应管的串扰抑制电路、驱动电路及桥式变换器
CN109698612A (zh) 一种适用于高频应用的谐振门极驱动电路
CN216564923U (zh) 一种功率器件驱动电路
CN104779780A (zh) 一种igbt串联均压电路及方法
CN103825436A (zh) 一种高速大电流的功率场效应管驱动电路
CN101677240A (zh) 一种绝缘栅双极型晶体管驱动电路
CN101373965B (zh) 电源开关切换电路
CN107656567A (zh) 一种平滑igbt结温变化的驱动电压调节装置及方法
CN105207510A (zh) 一种三电平模块并联结构及并联方法
CN109698608A (zh) 一种开关器件及其采用的控制方法
CN112910240B (zh) 一种可变栅极电压开通控制电路、功率模块及电力变换器
CN103078617B (zh) Igbt的驱动电路
CN216774743U (zh) 一种igbt驱动电路
CN114337201B (zh) 一种抑制SiC MOSFET尖峰及串扰的驱动电路
CN104779939B (zh) 一种用于igbt串联均压的延时匹配电路及方法
CN204408298U (zh) 具有软开启特性的电子开关
CN105519270B (zh) 一种脉宽信号放大电路
CN102497183B (zh) 一种驱动电路
CN206349915U (zh) 一种高频高倍高速场效应管驱动电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant