CN203039559U - 一种栅极嵌位的串联igbt均压电路 - Google Patents

一种栅极嵌位的串联igbt均压电路 Download PDF

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CN203039559U CN 201320016705 CN201320016705U CN203039559U CN 203039559 U CN203039559 U CN 203039559U CN 201320016705 CN201320016705 CN 201320016705 CN 201320016705 U CN201320016705 U CN 201320016705U CN 203039559 U CN203039559 U CN 203039559U
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沈征
陈功
帅智康
尹新
唐开毅
黄昊
熊正斌
蒋梦轩
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Abstract

本实用新型公开了一种栅极嵌位的串联IGBT均压电路，将静态均压电阻同时作为采样电阻，将电压互感器与辅助IGBT的栅极、发射极相连，当出现过电压时，通过导通辅助IGBT，使辅助电容并联在IGBT的集电极和栅极之间，从而实现较好的均压效果。相较于现有技术，本实用新型将静态均压电阻作为采样电阻，通过辅助IGBT的导通与否来确定辅助电容是否参与电压的调节，只需要极少的元器件即可实现串联IGBT理想均压。

Description

一种栅极嵌位的串联IGBT均压电路
技术领域
本实用新型涉及一种IGBT的过电压抑制电路,特别是一种栅极嵌位的串联IGBT均压电路。 
背景技术
随着IGBT耐压和通流能力逐渐提高，IGBT作为大功率全控型器件在电力系统中的应用越来越广，例如轻型直流输电，风力发电的并网运行等。现有的IGBT串联方法很多，有直接串联，三电平，多电平，级联技术等。但是多电平，级联技术控制电路复杂，使用的器件数目增多。而两电平或三电平器件数目小，驱动电路简单，因此高压输电实际工程应用中还是以IGBT直接串联技术为主。但是采用直接IGBT串联技术常需要数十个甚至上百个IGBT进行串联，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。 
目前，国内外对IGBT串联方法的研究很多，负载侧控制和栅极控制两大类。负载侧控制是指当IGBT负载侧电压不均衡时，直接在负载侧也就是集电极发射极进行控制调节。栅极控制是指当出现电压不均衡时，通过对IGBT的栅极进行调节来控制IGBT电压的均衡。针对IGBT串联均压控制，对于采用负载侧进行控制时，当出现过电压较大的时侯，负载端控制的方法由于IGBT两端电容的吸收能量不同，将引起IGBT的两端电压不均衡较大，负载侧控制关断时间较长，因而损耗较大。IGBT串联控制的方法中，国内外针对栅极控制的研究相对较多，但是一般的栅极控制方法反应延迟时间较长，电路较为复杂，或者可能引起震荡。 
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种结构简单、反应时间快的栅极嵌位的串联IGBT均压电路，实现串联IGBT的静态和动态电压均衡。 
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种栅极嵌位的串联IGBT均压电路，包括两个以上串联的主IGBT，所述每个主IGBT均连接有一个均压单元，所述均压单元包括运算放大器、电压互感器、辅助IGBT或MOS管、由两个均压电阻串联组成的均压支路，所述均压支路并联在所述主IGBT集电极和发射极之间；所述电压互感器原边一个输入端并联接入所述两个均压电阻之间，所述电压互感器原边另一个输入端与所述均压支路、主IGBT发射极连接；所述电压互感器副边一个输入端与所述运算放大器正输入端连接，所述运算放大器输出端与所述辅助IGBT栅极或MOS管栅极连接，所述辅助IGBT发射极或MOS管源极接入所述主IGBT栅极；所述电压互感器副边另一个输出端并联接入所述辅助IGBT发射极或MOS管源极与所述主IGBT栅极之间；所述均压支路另一端通过一个电容电阻并联支路接入所述辅助IGBT集电极或MOS管漏极；所述运算放大器输出端与所述运算放大器负输入端连接。 
所述均压支路与所述电阻电容并联支路之间接有一个二极管。 
与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型电路反应时间快，结构简单，实现了串联IGBT的静态和动态电压均衡。 
附图说明
图1为本实用新型一实施例两个主IGBT串联的电路原理图。 
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一实施例包括两个主IGBT 
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE004
、静态均压电阻
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE008
、脉冲变压器、运算放大器（本实施例中用作电压跟随器）、电压互感器、辅助IGBT
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE014
、辅助电容
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE016
、放电电阻
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE018
（辅助电容
Figure DEST_PATH_499783DEST_PATH_IMAGE016
、放电电阻
Figure DEST_PATH_479240DEST_PATH_IMAGE018
并联组成电阻电容并联支路）、二极管
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE020
构成。静态均压电阻
Figure DEST_PATH_258977DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_716503DEST_PATH_IMAGE008
并联在主IGBT的集电极-发射极作为电压检测电阻， 
Figure DEST_PATH_530876DEST_PATH_IMAGE008
并联在电压互感器
Figure DEST_PATH_353338DEST_PATH_IMAGE012
的原边，辅助IGBT的栅极和集电极并联在
Figure DEST_PATH_881588DEST_PATH_IMAGE012
的副边，辅助电容
Figure DEST_PATH_612784DEST_PATH_IMAGE016
和二极管
Figure DEST_PATH_606148DEST_PATH_IMAGE020
串联在主IGBT的集电极与辅助IGBT
Figure DEST_PATH_360477DEST_PATH_IMAGE014
的集电极之间，
Figure DEST_PATH_156876DEST_PATH_IMAGE018
并联在辅助电容
Figure DEST_PATH_680262DEST_PATH_IMAGE016
两端，其中“x”表示“1”或“2”。 
电阻
Figure DEST_PATH_110106DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_414048DEST_PATH_IMAGE008
串联作为静态均压电阻调节静态的电压均衡。电阻
Figure DEST_PATH_689172DEST_PATH_IMAGE008
作为电压检测电阻，当无论何种原因引起某个主IGBT上的电压超过主IGBT设定的承受电压时，
Figure DEST_PATH_332643DEST_PATH_IMAGE008
上的电压将超过辅助IGBT的阀值电压，采集的过电压信号经过电压跟随器加强后通过电压互感器作用在辅助IGBT
Figure DEST_PATH_730126DEST_PATH_IMAGE014
的栅极-发射极，从而使辅助IGBT
Figure DEST_PATH_459048DEST_PATH_IMAGE014
导通，此时辅助电容
Figure DEST_PATH_537862DEST_PATH_IMAGE016
调节IGBT的电压均衡，从而达到串联主IGBT均压的目的。其中电压互感器的作用包括如下几个方面：首先当出现过电压时使
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE022
管导通从而使电容
Figure DEST_PATH_98156DEST_PATH_IMAGE016
并联在IGBT集电极-发射极两端；另一方面，使均压电路不影响主IGBT的正常关断电压的设定，另外还能起到隔离静态均压支路和栅极发射极的作用。为了防止电压互感器副边的负载对原边采样信号的影响，在电压互感器的副边增加一个电压跟随器，同时电压跟随器也能起到增强驱动能力的作用。为了防止导通时辅助电容对导通时间的影响，增加了二极管
Figure DEST_PATH_RE-DEST_PATH_IMAGE024
。
Figure DEST_PATH_882759DEST_PATH_IMAGE018
的作用是电容
Figure DEST_PATH_765264DEST_PATH_IMAGE016
提供一个放电回路，电容
Figure DEST_PATH_117748DEST_PATH_IMAGE016
的能量应在一个周期内通过
Figure DEST_PATH_60296DEST_PATH_IMAGE018
消耗，让电容为下一次参过电压抑制做准备。 
辅助的IGBT可以采用MOS管代替，即MOS管的漏极等效IGBT的集电极，MOS的源极等效IGBT的发射极。 

Claims (2)

1.一种栅极嵌位的串联IGBT均压电路，包括两个以上串联的主IGBT，其特征在于，所述每个主IGBT均连接有一个均压单元，所述均压单元包括运算放大器、电压互感器、辅助IGBT或MOS管、由两个均压电阻串联组成的均压支路，所述均压支路并联在所述主IGBT集电极和发射极之间；所述电压互感器原边一个输入端并联接入所述两个均压电阻之间，所述电压互感器原边另一个输入端与所述均压支路、主IGBT发射极连接；所述电压互感器副边一个输入端与所述运算放大器正输入端连接，所述运算放大器输出端与所述辅助IGBT栅极或MOS管栅极连接，所述辅助IGBT发射极或MOS管源极接入所述主IGBT栅极；所述电压互感器副边另一个输出端并联接入所述辅助IGBT发射极或MOS管源极与所述主IGBT栅极之间；所述均压支路另一端通过一个电容电阻并联支路接入所述辅助IGBT集电极或MOS管漏极；所述运算放大器输出端与所述运算放大器负输入端连接。
2.根据权利要求1所述的栅极嵌位的串联IGBT均压电路，其特征在于，所述均压支路与所述电阻电容并联支路之间接有一个二极管。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362840A (zh) * 2014-12-12 2015-02-18 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 一种负载侧控制串联igbt均压电路
CN104377941A (zh) * 2014-12-12 2015-02-25 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 一种负载侧控制igbt串联均压电路
CN104377942A (zh) * 2014-12-12 2015-02-25 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 一种高压igbt串联换流均压电路
CN104377943A (zh) * 2014-12-12 2015-02-25 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 一种igbt串联均压电路

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