[发明专利]一种IGBT串联均压控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子器件控制领域，特别涉及一种IGBT串联均压控制系统及方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)结合了电力场效应晶体管(MOSFET)和电力晶体管通、关断机制的优点，具有输入阻抗高，驱动功率小，工作频率高，开关特性好等优点，是一种比较理想的全控型器件，广泛应用于电力电子与电力传动领域。然而，在许多高压或超高压场合中如：高压直流输电、静态可变补偿器、高压逆变器、机车牵引等，由于单管的耐压等级比较低，不能满足电路工作的需求，导致其使用受到限制。一方面如何提高IGBT的单管耐压成了高压应用的一个需求，另一方面如何在现有的条件下提高耐压也是一个研究的方向。其中IGBT的串联使用是一种较为有效的提高耐压的方法。然而，在IGBT的串联应用中,由于单个IGBT器件自身的参数及其寄生参数和驱动信号都会存在大大小小的差异，导致串联器件开通和关断的不一致，进而导致串联器件在开关过程中出现动态、静态的耐压不均。存在这种电压分配不均匀现象会对电路的正常使用带来影响，可能会导致个别器件因受压过高而被击穿。因此，IGBT串联研究的核心是动态均压问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种IGBT串联均压控制系统及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种IGBT串联均压控制系统，包括N个串联的IGBT管，其特征在于，还包括与IGBT管相同数量的IGBT端电压采样电路、基准电压源Vref、比较模块、驱动信号采样电路、DSP处理电路、与IGBT管相同数量的驱动器及辅助驱动器；

所述IGBT端电压采样电路跨接在IGBT管的源极和漏极上，实时采集IGBT的端电压，所述IGBT端电压采样电路的输出端与比较模块的输入端连接，所述基准电压源Vref与比较模块的输入端连接，所述比较模块的输出端与DSP处理电路的输入端连接，所述DSP处理电路的输出端分别与N个辅助驱动器的输入端连接，所述辅助驱动器的输出端与IGBT管的基极连接，所述N个驱动器的输入端分别与驱动信号连接，所述驱动器的输出端与IGBT管的基极连接，所述驱动信号采样电路的输出端分别与DSP处理电路和比较模块连接，所述N为大于等于2的自然数。

一种IGBT串联均压的控制方法，包括如下步骤：

S1系统初始化，N个IGBT端电压采样电路分别采集所对应单个IGBT管的电压信号，驱动信号采样电路采集驱动信号电压，同时初始化基准电压源Vref然后输入到比较模块电路；

S2比较模块判断出单管IGBT最大端电压和最小端电压，设第x个IGBT管的两端电压为最大端电压，记为Vx，设第y个IGBT管的两端电压为最小端电压，记为Vy，然后将这两个电压的差值即Vx-Vy与基准电压Vref比较，如果差值大于Vref则第x个IGBT管出现了过压的情况；

同时比较模块判断驱动信号的采样电压，当驱动信号的采样电压值为正时，将第x个IGBT管比较模块输出相应位即第x位置一，当驱动信号的采样电压值为负时将第y个IGBT管比较模块输出相应位即第y位置一，触发DSP的中断处理；

S3DSP收到中断请求之后，判断驱动信号的采样电压，当驱动信号的采样电压为正时，得知此时第x个IGBT管处于导通状态，此时第x个IGBT管相应DSP处理电路中断位置一，则输出信号给第x个IGBT管相对应的辅助驱动器，加大栅极驱动电压，加速第x个IGBT管的导通；

当驱动信号的采样电压为负时，得知此时第x个IGBT管处于关断状态，此时第y个IGBT管相应DSP处理电路输入中断位置一，则输出信号给第y个IGBT管相对应的辅助驱动器，增大第y个IGBT管栅极的反向电压，从而加速第y个IGBT管的关断，所述2≤x,y≤N。

采用IGBT端电压采样信号闭环反馈控制方式实现IGBT的动态串联均压；分开控制各个IGBT的导通和关断，更加容易实现模块化。

本发明具有如下有益效果：

实现N个串联IGBT的动态均压；同时对驱动信号进行采样，防止开关管的误导通和误关断，使得电路工作更加安全和可靠；系统还设立了基准电源Vref可以灵活控制IGBT的过压程度。

附图说明

图1是本发明一种IGBT串联均压控制系统的结构示意图；

图2是本发明中比较模块的工作流程图；

图3是本发明中DSP处理电路的工作流程图。

具体实施方式