[发明专利]一种用于IGBT串联均压的驱动电路

说明书

本发明提供一种用于IGBT串联均压的驱动电路，属于电力电子技术领域。该驱动电路既可以实现串联IGBT的驱动控制，又可以在IGBT串联运行时实现均压控制。驱动电路仅使用一个驱动器和若干电阻、电容、稳压二极管，使其具有驱动任意数量串联的IGBT的能力，避免复杂的供电问题，完全消除了串联IGBT驱动信号不同步的问题，克服了平衡电容尺寸的限制，减缓了低频振荡，为IGBT提供更好的关断特性。同时采用了有源钳位电路，能够有效地降低IGBT在关断时的电压尖峰，具有良好的均压效果。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种用于IGBT串联均压的驱动电路。

背景技术

随着社会的发展，对能源的需求越来越大，但矿石能源的日益匮乏以及环境污染等问题，制约着社会的进步以及世界的可持续发展，因此近几年新能源逐渐成为国内外研究的热点。我国是风能光能储备大国，风能光能开发利用的潜力非常之大。所以，可再生能源对智能电网的大规模接入，是目前最热门的课题之一。世界各国智能电网示范工程和示范城市的建设已经大范围地全面展开，现代电力电子技术作为电能变换的主要手段，已经成为智能电网核心技术之一。

电力电子的发展对电力电子器件的额定电压范围提出了更高的要求。IGBT以其良好的开关性能应用前景非常广阔。然而，现有IGBT的最大额定电压只有6.5kV。IGBT的串联在应用中不仅可以获得更高的额定工作电压，最重要的一点，也可以获得相同电压级别下更好的开关性能。但是由于外部种种原因，IGBT的串联电压不均衡导致局部过电压，从而会致使单管烧毁，这是目前IGBT串联亟需解决的问题。

针对IGBT直接串联均压技术，国内外各学者提出了大量优秀的思路各异的方式，总地来说，可以分为两类：负载侧控制和栅极控制。负载侧控制即为无源缓冲技术，是在IGBT管两端并联一组RC或者RCD，通过增大IGBT集电极-发射极电容值来降低IGBT端电压的dV/dt，从而降低IGBT在开通或关断时刻的尖峰电压。但由于高压器件的开关延迟和拖尾时间较长，外加串联IGBT时多级驱动信号的分散性较大，动态控制效果不明显，控制时间较长，损耗较大，控制效果并不理想。

栅极控制技术是通过控制栅极的信号来源和信号的作用方式来间接地控制V_CE。从控制栅极信号来源来讲，主要的控制方法是通过设置一个参考电压V_REF，比较单个IGBT的V_CE和V_REF的差异，将信号反馈到控制电路，来达到对栅极的控制。其中最典型的是P.R.Palmer等提出的一种非栅极电流注入方式的有源控制方法，称为有源电压控制，通过比较V_CE和给定的V_REF的差异产生控制信号，来达到对栅极信号的控制。这种设计对串联IGBT的动态均压非常有利，每个开关管在动态过程中V_CE都跟随同一个基准信号，均压效果较好，但由于加入了独立的参考电压、数字和模拟混合控制电路，电路较为庞大复杂，在高压大功率IGBT串联的应用环境下，可靠性不高。还有一种是Agostino Galluzzo等人于2001年提出的主从控制方式，以其中一个IGBT的电压作为参考电压，通过比较来选择性地注入或者引出栅极电流，从而控制开关瞬态的电压变化率，进而达到均衡。该电路包括IGBT端电压的分压采样电路、运放比较电路和脉冲控制电流的产生电路，以及主驱动电路。由于参考电压选取其中一个IGBT的电压，并未引入单独的参考电压，电路复杂度降低，但同样由于控制电路过于复杂，使得电路的可靠性降低。

现有的均压方法具有以下几项普遍的缺点：(1)电路设计与控制复杂；(2)辅助元器件数量过多导致可靠性降低；(3)需要使用高速、高灵敏度元器件；(4)需要使用缓冲电容或电压钳位电路来防止IGBT在尾部电流阶段出现电压不均；(5)对温度与负载电流的变化过于敏感；(6)电磁干扰情况严重。