CN117134602A - 一种兼顾过电压抑制和均流性能的igbt模块并联电路及控制方法 - Google Patents

一种兼顾过电压抑制和均流性能的igbt模块并联电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路及控制方法，包括并联支路第一电感L1、第二电感L2、第一IGBT模块T1及第二IGBT模块T2；T1由IGBT1和第一缓冲保护电路SC1并联构成，第一缓冲保护电路SC1由第一电阻R1、第一电容C1串联后与第一避雷器mov1并联构成；T2由IGBT2和第二缓冲保护电路SC2并联构成，第二缓冲保护电路SC2由第二电阻R2、第二电容C2串联后与第二避雷器mov2并联构成。本发明设计科学合理，该并联电路在T1和T2关断不同步时，L1+L2可自动抑制电流从先关断器件T1转移至后关断器件T2，达到动态电流自动均衡效果；由于SC与相应IGBT功率器件就近安装，能够有效抑制IGBT的关断过电压，相比现有技术，该并联电路能够兼顾过电压抑制效果和自动均流性能。

Description

一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路及控制 方法
技术领域
本发明属于电力设备技术领域，具体涉及一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路及控制方法。
背景技术
随着电力电子技术的快速发展和应用，采用绝缘栅双极性晶闸管(insulatedgate bipolar transistor,IGBT)的大功率电力电子设备广泛应用于柔性直流传输、交直流变换和高压直流断路器等场合，面向直流断路器10kA及以上的开断电流要求，由于单个IGBT器件的最大额定电流仅有数百安，常通过将器件或模块串并联来满足高电压、大电流等应用场景要求。
由于极间电容和阈值电压等自身参数以及驱动信号和寄生电感等外部参数不一致等因素的影响，在大电流应用场合，并联IGBTs工作时很难实现同时关断，即存在电流分配不均，导致系统稳定性降低的问题。
目前针对并联IGBTs的相关研究主要集中在单个模块内部的IGBT并联问题以及换流器内部模块并联问题，并对其均流问题提出解决措施，如有源栅极驱动、共用驱动板、改进缓冲电路等，但是混合式直流断路器内部单个IGBT功率模块开断电流可达数千安，其内部的缓冲支路与换流器内部的缓冲支路有较大差异，因此提出的均流措施不适用于混合式直流断路器内部并联IGBTs的均流问题；且在之前的研究中，通常仅考虑功率回路寄生电感或驱动回路杂散电感，对于并联支路寄生电感考虑较少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路及控制方法。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路，其特征在于：包括并联支路第一电感L1、第二电感L2、第一IGBT模块T1及第二IGBT模块T2，所述并联支路第一电感L1、第二电感L2用于增强并联IGBT模块的均流性能；所述第一IGBT模块T1及第二IGBT模块T2用于抑制IGBT关断过电压；
所述第一IGBT模块T1由IGBT1和第一缓冲保护电路SC1并联构成，所述第一缓冲保护电路SC1由第一电阻R1、第一电容C1串联后与第一避雷器mov1并联构成；
所述第二IGBT模块T2由IGBT2和第二缓冲保护电路SC2并联构成，所述第二缓冲保护电路SC2由第二电阻R2、第二电容C2串联后与第二避雷器mov2并联构成。
而且，所述并联支路第一电感L1与第二电感L2的流经电流相同。
而且，所述并联支路第一电感L1与第二电感L2的取值依据为
其中：umov为避雷器残余电压；
L为L1+L2的取值；
ΔT为T1和T2关断时间差；
ΔI为允许T1和T2间电流转移的最大值；
当T1和T2关断不同步时，L1+L2抑制电流从先关断器件转移至后关断器件，。
而且，所述IGBT1和第一缓冲保护电路SC1及IGBT2和第二缓冲保护电路SC2在满足安装位置的前提下并排连接。
一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路的控制方法，其特征在于：当T1和T2关断不同步时，
电流由IGBT1和IGBT2导通；当T1先关断、T2后关断时，电流由IGBT1转移至第一缓冲保护电路SC1；T2未关断，电流由第一缓冲保护电路SC1转移至T2中的IGBT2，T1和T2间不均流，并联支路第一电感L1与第二电感L2抑制该转移过程；T2后关断，电流由IGBT2转移至第一缓冲保护电路SC2。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明的兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路及控制方法，并联支路第一电感L1、第二电感L2可增强并联IGBT模块的均流性能；第一IGBT模块T1及第二IGBT模块T2可抑制IGBT关断过电压.
2、本发明的兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路及控制方法，通过将IGBT功率器件与缓冲保护电路SC就近安装，可以抑制IGBT的关断过电压。
3、本发明的兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路及控制方法，当由于IGBT模块关断不同步导致电流由先关断模块转移至后关断模块时，可以通过L1+L2自动实现动态电流均衡。
附图说明
图1为本发明的的电路图；
图2为本发明实施例的电路结构示意图；
图3a)为本发明实施例的电压波形图，图3b)为本发明实施例的电流波形图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1、2所示，将本发明兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路对接入如图2中，该电路接入模拟实验用的预充电电容Uc、开关K、电感L。
一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路，其创新之处在于：包括并联支路第一电感L1、第二电感L2、第一IGBT模块T1及第二IGBT模块T2，所述并联支路第一电感L1、第二电感L2用于增强并联IGBT模块的均流性能；所述第一IGBT模块T1及第二IGBT模块T2用于抑制IGBT关断过电压；
所述第一IGBT模块T1由IGBT1和第一缓冲保护电路SC1并联构成，所述第一缓冲保护电路SC1由第一电阻R1、第一电容C1串联后与第一避雷器mov1并联构成；
所述第二IGBT模块T2由IGBT2和第二缓冲保护电路SC2并联构成，所述第二缓冲保护电路SC2由第二电阻R2、第二电容C2串联后与第二避雷器mov2并联构成。
本实施例中，并联支路第一电感L1与第二电感L2的流经电流相同，实现静态电流均衡。
本实施例中，并联支路第一电感L1与第二电感L2的取值依据为
其中：umov为避雷器残余电压；
L为L1+L2的取值；
ΔT为T1和T2关断时间差；
ΔI为允许T1和T2间电流转移的最大值；
当T1和T2关断不同步时，L1+L2抑制电流从先关断器件转移至后关断器件，实现动态电流自动均衡。
本实施例中，IGBT1和第一缓冲保护电路SC1及IGBT2和第二缓冲保护电路SC2在满足安装位置的前提下并排连接。
一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路的控制方法，其特征在于：当T1和T2关断不同步时，
电流由IGBT1和IGBT2导通；当T1先关断、T2后关断时，电流由IGBT1转移至第一缓冲保护电路SC1；T2未关断，电流由第一缓冲保护电路SC1转移至T2中的IGBT2，T1和T2间不均流，并联支路第一电感L1与第二电感L2抑制该转移过程；T2后关断，电流由IGBT2转移至第一缓冲保护电路SC2。
对本发明的IGBT模块并联电路进行仿真模拟，其仿真参数设置为：预充电电容电压Uc为600V，电感L为1mH，电阻R1＝R2＝0.25Ω，电容C1＝C2＝5μF，避雷器残余电压值为1.7kV，并联支路电感L1＝L2＝120μH，T1比T2早关断4.5μs。
图3示出本发明提供的兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路在具体实施例中的电压电流波形，可知，IGBT关断过电压被有效抑制，且在ΔT＝4.5μs时，T1和T2间的电流转移仅为ΔI＝0.062kA，达到动态电流自动均衡效果。
本发明的兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路，通过将IGBT功率器件与缓冲保护电路SC就近安装，可以抑制IGBT的关断过电压。
本发明的兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路，当由于IGBT模块关断不同步导致电流由先关断模块转移至后关断模块时，可以通过L1+L2自动实现动态电流均衡。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路，其特征在于：包括并联支路第一电感L1、第二电感L2、第一IGBT模块T1及第二IGBT模块T2，所述并联支路第一电感L1、第二电感L2用于增强并联IGBT模块的均流性能；所述第一IGBT模块T1及第二IGBT模块T2用于抑制IGBT关断过电压；
所述第一IGBT模块T1由IGBT1和第一缓冲保护电路SC1并联构成，所述第一缓冲保护电路SC1由第一电阻R1、第一电容C1串联后与第一避雷器mov1并联构成；
所述第二IGBT模块T2由IGBT2和第二缓冲保护电路SC2并联构成，所述第二缓冲保护电路SC2由第二电阻R2、第二电容C2串联后与第二避雷器mov2并联构成。
2.根据权利要求1所述的兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路，其特征在于：所述并联支路第一电感L1与第二电感L2的流经电流相同。
3.根据权利要求1所述的兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路，其特征在于：所述并联支路第一电感L1与第二电感L2的取值依据为
其中：umov为避雷器残余电压；
L为L1+L2的取值；
ΔT为T1和T2关断时间差；
ΔI为允许T1和T2间电流转移的最大值；
当T1和T2关断不同步时，L1+L2抑制电流从先关断器件转移至后关断器件，。
4.根据权利要求1所述的兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路，其特征在于：所述IGBT1和第一缓冲保护电路SC1及IGBT2和第二缓冲保护电路SC2在满足安装位置的前提下并排连接。
5.一种兼顾过电压抑制和均流性能的IGBT模块并联电路的控制方法，其特征在于：当T1和T2关断不同步时，
电流由IGBT1和IGBT2导通；当T1先关断、T2后关断时，电流由IGBT1转移至第一缓冲保护电路SC1；T2未关断，电流由第一缓冲保护电路SC1转移至T2中的IGBT2，T1和T2间不均流，并联支路第一电感L1与第二电感L2抑制该转移过程；T2后关断，电流由IGBT2转移至第一缓冲保护电路SC2。
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