[发明专利]适用于多电平变流器的IGBT驱动电源及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，尤其涉及一种提高多电平变流器的整体稳定性的适用于多电平变流器的IGBT驱动电源及其驱动方法。

背景技术

由于多电平变流器具有功率容量大、开关频率低、输出谐波小、响应速度快和电磁兼容性好等特点，使得多电平变流器在大功率场合得到越来越广泛的应用，如兆瓦级别的风力变流器、轨道交通。与双电平变流器不同，在多电平变流器中，正常的半导体器件间的换流需要保证了在外部IGBT（绝缘栅双极型晶体管）开通时，内部的IGBT不会被关断，这样才能避免全部的直流母线电压完全加在单个半导体器件上。由于工作模式的不一样，传统的双电平IGBT驱动电路已经不能适用于三电平工作模式下。

当IGBT发生短路故障时，流过IGBT的短路电流随着门极电压的升高而升高，而IGBT能承受短路故障的时间则随着门极电压的升高而降低。工作于三电平模式的IGBT，当其发生短路故障时，驱动电路不能立即关断IGBT，而是需要将故障信号返回到上位机，由上位机统一安排关断时序，因此，与两电平工作模式相比，三电平工作模式时，IGBT需要承受更长的短路故障时间，这就意味着，IGBT因短路故障损坏的风险大大增大。

发明内容

本发明主要解决多电平变流器中，IGBT需要承受更长的短路故障时间，IGBT因短路故障损坏的风险大大增大，影响多电平变流器的整体稳定性的技术问题；提供一种适用于多电平变流器的IGBT驱动电源及其驱动方法，其对IGBT的门极电压进行合理的分段控制，既保证了正常工作时的高效率，又在IGBT发生短路故障时，通过适当降低门极电压，从而降低IGBT短路时的电流以及IGBT关断时的电压尖峰，提高了多电平变流器的整体稳定性和可靠性。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的适用于多电平变流器的IGBT驱动电源，包括驱动控制单元、放大电路、门极电压调整电路和故障检测电路，所述的驱动控制单元的输入端和上位机的驱动指令输出端相连，驱动控制单元的控制信号输出端和所述的放大电路的输入端相连，放大电路的输出端和IGBT的门极相连，驱动控制单元的门极电压调整信号输出端经所述的门极电压调整电路和IGBT的门极相连，故障检测电路的输出端和驱动控制单元的故障信号输入端相连，驱动控制单元的故障反馈信号输出端和所述的上位机相连。上位机发出驱动指令给驱动控制单元，驱动控制单元发出控制信号给放大电路，再由放大电路驱动IGBT。故障检测电路的故障源有来自于IGBT的，如短路、过流和过温，也有来自于驱动电源本身的，如驱动电源供电欠压、过压等。故障检测电路检测IGBT是否发生故障，测得的故障信号输送给驱动控制单元，再由驱动控制单元发出故障反馈信号给上位机。驱动控制单元发出的门极电压调整信号控制门极电压调整电路开始工作或停止工作，通过门极电压调整电路控制IGBT的门极电压，从而实现对IGBT的门极电压进行合理的分段控制，既保证了正常工作时的高效率，又在IGBT发生短路故障时，通过适当降低门极电压，从而降低IGBT短路时的电流以及IGBT关断时的电压尖峰，提高了多电平变流器的整体稳定性和可靠性。

作为优选，所述的门极电压调整电路包括齐纳二极管D和电子开关S，电子开关S的一端和IGBT的发射极相连，电子开关S的另一端和齐纳二极管D的正极相连，齐纳二极管D的负极和IGBT的门极相连，电子开关S的控制端和所述的驱动控制单元的门极电压调整信号输出端相连。电子开关S的断开或闭合由所述的驱动控制单元发出的门极电压调整信号控制，电子开关S断开则门极电压调整电路不工作，电子开关S闭合则门极电压调整电路开始工作。可以是一级调节，也可以是多级调节。

作为优选，所述的放大电路包括放大器U和电阻R，所述的驱动控制单元的控制信号输出端和所述的放大器U的输入端相连，放大器U的输出端经电阻R和IGBT的门极相连。

本发明的适用于多电平变流器的IGBT驱动电源的驱动方法为：当IGBT正常工作时，所述的驱动控制单元发出的门极电压调整信号使所述的门极电压调整电路不工作，在上位机及驱动控制单元的控制下，IGBT的门极电压保持正常的幅值；

当IGBT发生短路故障时：

1）所述的故障检测电路将测得的故障信号输送给所述的驱动控制单元，再由驱动控制单元将故障反馈信号输送给所述的上位机，同时驱动控制单元输出的控制信号维持IGBT处于导通状态；