[发明专利]功率开关管串联运行门极电压幅值补偿均压方法和电路

权利要求书

1.一种功率开关管串联运行门极电压幅值补偿均压方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将串联运行的N个功率开关管开关动态过程中的电压转化为与各个功率开关管并联的RC缓冲电路的电流，N为大于等于2的自然数；

2)采样获得所有RC缓冲电路的电流值，通过将任一功率开关管对应的RC缓冲电路的电流与其余RC缓冲电路的电流平均值作差，获得正比于该功率开关管的不均衡电压差变化率的电流信号；

3)将正比于功率开关管的不均衡电压差变化率的电流信号进行转换、隔离，添加到对应功率开关管门极电压中，实时补偿不均衡电压。

2.一种功率开关管串联运行门极电压幅值补偿均压电路，其特征在于包括：

串联运行的N个功率开关管、N个不均衡电压差采样单元、N个门极电压幅值补偿单元、N个门极驱动回路，N为大于等于2的自然数；所述每个功率开关管均并联一个电阻-电容缓冲电路，即RC缓冲电路；每个功率开关管对应一个不均衡电压差采样单元、一个门极电压幅值补偿单元和一个门极驱动回路；每个不均衡电压差采样单元均采样所有RC缓冲电路的电流值，门极电压幅值补偿单元与其所对应的不均衡电压差采样单元相连获取采样信号，得到正比于其所对应功率开关管的不均衡电压差的电流信号；并输出给其对应的门极驱动回路，门极驱动回路将补偿电压添加到门极电压中，门极驱动回路输出门极电压给其所对应的功率开关管。

3.根据权利要求2所述的功率开关管串联运行门极电压幅值补偿均压电路，其特征在于：所述的门极驱动回路包括驱动电压源、两个串联的门极驱动电阻R_g1和R_g2，R_g2两端并联由门极电压幅值补偿单元引入的电流信号，将正比于不均衡电压差的驱动补偿电压添加到了功率开关管门极电压中。

4.根据权利要求2所述的功率开关管串联运行门极电压幅值补偿均压电路，其特征在于：所述不均衡电压差采样单元包括绕制在同一个磁环上的N个采样电感；第一采样电感采样该不均衡电压差采样单元对应的功率开关管RC缓冲电路的电流值；其余采样电感分别采样其余功率开关管RC缓冲电路的电流值；第一采样电感与其余采样电感绕制方向相反；第一采样电感匝数为其余采样电感匝数的N-1倍，N为大于等于2的自然数。

5.根据权利要求4所述的功率开关管串联运行门极电压幅值补偿均压电路，其特征在于：所述门极电压幅值补偿单元包括绕制在同一个磁环上的驱动电压补偿电感，所述驱动电压补偿电感的绕制方向与第一采样电感相同；驱动电压补偿电感、第一采样电感与其余采样电感因绕制在同一个磁环上构成一个耦合变压器；所述驱动电压补偿电感并联到门极驱动回路的门极驱动电阻两端。

6.根据权利要求2所述的功率开关管串联运行门极电压幅值补偿均压电路，其特征在于：所述功率开关管采用IGBT模块或SiC MOSFET模块；当所述功率开关管采用IGBT模块时，第k-1个IGBT(IGBT_k-1)的发射极E_k-1与第k个IGBT(IGBT_k)的集电极C_k连接，2≤k≤N；当所述功率开关管采用SiC MOSFET模块时，第k-1个SiC MOSFET(MOS_k-1)的源极S_k-1与第k个SiCMOSFET(MOS_k)的漏极D_k连接，2≤k≤N。

7.根据权利要求2所述的功率开关管串联运行门极电压幅值补偿均压电路，其特征在于：每两个相邻的RC缓冲电路重叠布局，使流过相邻两管缓冲电容的电流方向相反。