CN115765405A - 一种并联功率开关器件的动态均流控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种并联功率开关器件的动态均流控制方法，所述方法包括：在并联的功率开关器件支路上均加装电流传感器，以在功率开关器件导通时，获取功率开关器件支路上流过的电流幅值信息；根据功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息，获取功率开关器件支路间的电流大小关系；根据电流大小关系，调整功率开关器件的驱动电压，以实现功率开关器件的动态均流。本发明有效地实现了并联功率开关器件的电流均衡。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种并联功率开关器件的动态均流控制方法及系统。
背景技术
绝缘栅双极性晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)具有输入阻抗高，驱动功率小，开关特性高的优点，同时，优秀的耐压水平和开断水平使得IGBT广泛地应用在电力电子设备中。但随着电力系统的输送容量提升，在高压大功率的电力电子设备中，单个IGBT的容量已经不能满足需求。除了提高IGBT的性能之外，通过多个IGBT并联提高容量是目前最常用的方法。
但是由于结构上的差异和IGBT器件之间的特性差异，并联的IGBT之间的均流程度会受到影响，严重时会使IGBT器件失效甚至损坏设备。这使得在很多情况下需要降额使用IGBT，降低了效率，升高了成本。造成IGBT并联不均流的原因主要有以下几点：(1)不同的并联IGBT所在回路的电阻分量和杂散电感的差异；(2)IGBT模块的开通阈值电压Vth的差异，Vth越高，IGBT开通时刻越晚，不同模块会有差异；(3)栅极电压Vge的差异。因此，并联IGBT的电流均衡低是亟待解决的问题。
因此，需要设计一种并联功率开关器件的动态均流控制方法及系统，以解决上述技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种并联功率开关器件的动态均流控制方法，所述方法包括：
在并联的功率开关器件支路上均加装电流传感器，以在功率开关器件导通时，获取功率开关器件支路上流过的电流幅值信息；
根据功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息，获取功率开关器件支路间的电流大小关系；
根据电流大小关系，调整功率开关器件的驱动电压，以实现功率开关器件的动态均流。
进一步地，获取功率开关器件支路间的电流大小关系，包括：
对功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息进行比对，以得到功率开关器件支路间的电流大小关系。
进一步地，调整功率开关器件的驱动电压，包括：
在功率开关器件的栅极电压Vge的基础上，对功率开关器件的驱动电压进行调整。
进一步地，对功率开关器件的驱动电压进行调整的方式包括：
在Vge的基础上，增加小电流功率开关器件驱动电压。
进一步地，对功率开关器件的驱动电压进行调整的调整公式如下：
其中，ΔVi表示第i条支路驱动电压增加幅值，Ii表示第i条支路的电流，n表示功率开关器件支路的数量，Imax表示电流最大的支路的电流幅值，Vge表示功率开关器件的栅极电压。
功率开关器件，所述电流传感器为罗氏线圈。
另一方面，本发明还提供一种并联功率开关器件的动态均流控制系统，所述控制系统包括：
获取模块，获取功率开关器件支路上流过的电流幅值信息，其中，获取的条件为：
功率开关器件导通时，并联的功率开关器件支路上已加装电流传感器；
处理模块，用于根据功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息，获取功率开关器件支路间的电流大小关系；
调整模块，用于根据电流大小关系，调整功率开关器件的驱动电压，以实现功率开关器件的动态均流。
进一步地，获取功率开关器件支路间的电流大小关系，包括：
对功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息进行比对，以得到功率开关器件支路间的电流大小关系。
进一步地，调整功率开关器件的驱动电压，包括：
在功率开关器件的栅极电压Vge的基础上，对功率开关器件的驱动电压进行调整。
进一步地，对功率开关器件的驱动电压进行调整的方式包括：
在Vge的基础上，增加小电流功率开关器件驱动电压。
本发明提供了一种并联功率开关器件的动态均流控制方法及系统，提高了并联IGBT动态均流，从而实现了并联IGBT的电流均衡。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的一种电力电子设备的电路拓扑图。
图2示出了根据本发明实施例的一种并联功率开关器件的动态均流控制方法的流程图。
图3示出了根据本发明实施例的一种并联功率开关器件的动态均流控制系统结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中，一种并联功率开关器件的动态均流控制方法能应用于一种电力电子设备，如图1所示的，为该一种电力电子设备的电路拓扑，该拓扑中，多个(即n个)功率开关器件支路并联，其中，在本实施例中，功率开关器件为IGBT、IEGT(Injection EnhancedGate Transistor，注入增强门极晶体管)等全控电力电子开关。
示例性的，在本实施例中，功率开关器件为IGBT，因此，图1中功率开关器件支路可为IGBT支路，且n个IGBT支路并联，每个IGBT支路均包括IGBT，因此，多个IGBT支路中的IGBT从图1中的左边至右边依次为IGBT1、IGBT2…IGBTn(在本发明的实施例中，图1中的从左至右只是为了方便说明，并不代表IGBT1、IGBT2…IGBTn一定要从左至右依次设置)，IGBT1、IGBT2…IGBTn的栅极电压(栅极和集电极之间的电压)从图1中的左边至右边依次为Vge1、Vge2…Vgen，电力电力设备的系统电流为Iall,n个IGBT支路上流过的电流从图1中的左边至右边依次可以为I1、I2…In。
对于如图1中电流的流向，具体的：
系统电流为Iall从图1中的上方向下流入(在本发明的实施例中，图1中的上方只是为了方便说明，并不代表系统电流为Iall就一定从上向下流入)，然后被分为n份，具体的：
第1份电流I1流入IGBT1所在的IGBT支路中且流向IGBT1的阳极、第2份电流I2流入IGBT2所在的IGBT支路中且流向IGBT2的阳极…第n份电流In流入IGBTn所在的IGBT支路中且流向IGBTn的阳极。
示例性的，在IGBT1、IGBT2…IGBTn上均反并联有二极管，即每个IGBT上均反并联有二极管，二极管的阳极连接在IGBT的阴极，二极管的阴极连接在IGBT的阳极，且在图1中，所有的IGBT的阳极均连接在一起，即IGBT1、IGBT2…IGBTn的阳极均连接在一起，所有的IGBT的阴极均连接在一起，即IGBT1、IGBT2…IGBTn的阴极均连接在一起。
当IGBT并联导通时，由于IGBT所在支路不相同或者IGBT器件特性不一致，IGBT导通的电流也不一致。而IGBT的栅极电压Vge可以影响IGBT的通态电阻Rdson，所以可以通过实时调节栅极电压的方式来提高并联IGBT的电流均衡度。
因此，如图2所示的，本发明提供了一种并联功率开关器件的动态均流控制方法，所述方法包括：
在并联的功率开关器件支路上均加装电流传感器，以在功率开关器件导通时，获取功率开关器件支路上流过的电流幅值信息。
根据功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息，获取功率开关器件支路间的电流大小关系；
根据电流大小关系，调整功率开关器件的驱动电压，以实现功率开关器件的动态均流。
下面进行一个详细地描述。
在本发明的一个实施例中，所述电流传感器为罗氏线圈，因此，当IGBT导通时，有电流流过罗氏线圈，则电流幅值信息就可以被罗氏线圈采集，上传到控制系统。
在本发明的一个实施例中，在并联的功率开关器件支路上均加装电流传感器，包括：
在每个功率开关器件支路上均安装电流传感器，即IGBT1、IGBT2…IGBTn的阳极分别有安装罗氏线圈CT1、CT2…CTn。安装方式为：
在本发明的一个实施例中，每个IGBT的控制极均连接有电阻。
在本发明的一个实施例中，在IGBT导通时，由于没有并联电流的电流幅值信息，此时可以将所有IGBT的驱动电压Vge设置为相同的电压，示例性的，例如均设置为15V。当IGBT导通后，并联的IGBT之间的电流会因为回路不同或IGBT器件特性而产生差异，为了方便理解，假设I1>I2>…>In。此时，罗氏线圈会实时地将并联IGBT之间的电流幅值信息上传到控制系统。
在本发明的一个实施例中，获取功率开关器件支路间的电流大小关系，包括：
对功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息进行比对，以得到功率开关器件支路间的电流大小关系。即当控制系统接受到罗氏线圈反馈的电流信息后，将这些信息进行比对，从而得到并联IGBT之间的电流大小关系。
在本发明的一个实施例中，调整功率开关器件的驱动电压，包括：
在功率开关器件的栅极电压Vge的基础上，对功率开关器件的驱动电压进行调整。即控制系统能根据上述的电流大小关系，调整IGBT的驱动电压为Vge1＜Vge2＜…＜Vgen。
在本发明的一个实施例中，对功率开关器件的驱动电压进行调整的方式包括：
在Vge的基础上，增加小电流(由于多个IGBT支路并联，因此，有很多个IGBT支路电流，最大电流指多条IGBT支路中，电流最大的那个支路上的电流，而比最大电流小的，均为小电流)功率开关器件驱动电压。即每个IGBT的驱动电压幅值在Vge上进行调整，且采用增加小电流IGBT驱动电压的方式。
在本发明的一个实施例中，对功率开关器件的驱动电压进行调整的调整公式如下：
其中，ΔVi表示第i条支路驱动电压增加幅值，Ii表示第i条支路的电流，n表示功率开关器件支路的数量，Imax表示电流最大的支路的电流幅值，Vge表示功率开关器件的初始栅极电压。
在本实施例中，这里要求每个IGBT的驱动电压最大不超过最高驱动电压Vmax。
另一方面，本发明还提供一种并联功率开关器件的动态均流控制系统，该系统为上述提到的控制系统，且所述控制系统包括：
获取模块，获取功率开关器件支路上流过的电流幅值信息，其中，获取的条件为：
功率开关器件导通时，并联的功率开关器件支路上已加装电流传感器；
处理模块，用于根据功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息，获取功率开关器件支路间的电流大小关系；
调整模块，用于根据电流大小关系，调整功率开关器件的驱动电压，以实现功率开关器件的动态均流。
在本实施例中，一种并联功率开关器件的动态均流控制系统中各部分模块的功能以及实现方式与一种并联功率开关器件的动态均流控制方法各个步骤实现的功能以及实现方式对应一致，因此，此处不再赘述。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种并联功率开关器件的动态均流控制方法，所述方法包括：
在并联的功率开关器件支路上均加装电流传感器，以在功率开关器件导通时，获取功率开关器件支路上流过的电流幅值信息；
根据功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息，获取功率开关器件支路间的电流大小关系；
根据电流大小关系，调整功率开关器件的驱动电压，以实现功率开关器件的动态均流。
2.根据权利要求1所述的一种并联功率开关器件的动态均流控制方法，其中，获取功率开关器件支路间的电流大小关系，包括：
对功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息进行比对，以得到功率开关器件支路间的电流大小关系。
3.根据权利要求2所述的一种并联功率开关器件的动态均流控制方法，其中，调整功率开关器件的驱动电压，包括：
在功率开关器件的栅极电压Vge的基础上，对功率开关器件的驱动电压进行调整。
4.根据权利要求3所述的一种并联功率开关器件的动态均流控制方法，其中，对功率开关器件的驱动电压进行调整的方式包括：
在Vge的基础上，增加小电流功率开关器件驱动电压。
5.根据权利要求3或4所述的一种并联功率开关器件的动态均流控制方法，其中，对功率开关器件的驱动电压进行调整的调整公式如下：
其中，ΔVi表示第i条支路驱动电压增加幅值，Ii表示第i条支路的电流，n表示功率开关器件支路的数量，Imax表示电流最大的支路的电流幅值，Vge表示功率开关器件的栅极电压。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种并联功率开关器件的动态均流控制方法，其中，所述电流传感器为罗氏线圈。
7.一种并联功率开关器件的动态均流控制系统，所述控制系统包括：
获取模块，获取功率开关器件支路上流过的电流幅值信息，其中，获取的条件为：
功率开关器件导通时，并联的功率开关器件支路上已加装电流传感器；
处理模块，用于根据功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息，获取功率开关器件支路间的电流大小关系；
调整模块，用于根据电流大小关系，调整功率开关器件的驱动电压，以实现功率开关器件的动态均流。
8.根据权利要求7所述的一种并联功率开关器件的动态均流控制系统，其中，获取功率开关器件支路间的电流大小关系，包括：
对功率开关器件支路的上流过的电流幅值信息进行比对，以得到功率开关器件支路间的电流大小关系。
9.根据权利要求8所述的一种并联功率开关器件的动态均流控制系统，其中，调整功率开关器件的驱动电压，包括：
在功率开关器件的栅极电压Vge的基础上，对功率开关器件的驱动电压进行调整。
10.根据权利要求9所述的一种并联功率开关器件的动态均流控制系统，其中，对功率开关器件的驱动电压进行调整的方式包括：
在Vge的基础上，增加小电流功率开关器件驱动电压。
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