一種用于串聯(lián)igbt動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路，包括從與IGBT并聯(lián)的RCD緩沖電路中電容上取能的RCD緩沖電路取能電路，以及從與IGBT并聯(lián)的靜態(tài)電阻中取能的靜態(tài)電阻取能電路，RCD緩沖電路取能電路和靜態(tài)電阻取能電路分別經(jīng)過輸出二極管匯集輸出。將IGBT的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)化為各種控制系統(tǒng)所必需的電能。本電路不僅能提供穩(wěn)定的直流電源，降低了控制電路的復(fù)雜程度和成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；同時(shí)，減小了過電壓、大電流對(duì)器件的沖擊，減少了器件的開關(guān)損耗，提高了串聯(lián)IGBT緩沖電路的緩沖效果；并減少了器件的開關(guān)損耗與溫升，提高了系統(tǒng)效率。
【專利說明】—種用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，特別涉及一種用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路。

【背景技術(shù)】
[0002]在大量應(yīng)用電力電子技術(shù)系統(tǒng)的高電壓裝置中，單個(gè)IGBT無法滿足要求，必須用多個(gè)IGBT串聯(lián)組成。例如大容量柔性直流輸電系統(tǒng)，其電壓往往達(dá)到幾百千伏，其中換流閥就是由大功率的IGBT串聯(lián)組成，其閥段器件串聯(lián)數(shù)量根據(jù)輸送電壓由不同容量的IGBT串聯(lián)而成。大容量逆變器，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償電路也經(jīng)常會(huì)使用IGBT串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0003]但是IGBT串聯(lián)時(shí)，由于器件在半導(dǎo)體工藝上造成的靜態(tài)參數(shù)不同，電路拓?fù)渖显斐傻膭?dòng)態(tài)參數(shù)不同，以及柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不同步，均造成了串聯(lián)器件的電壓不平衡。尤其在動(dòng)態(tài)時(shí)問題會(huì)更加嚴(yán)重，有時(shí)甚至造成器件因過電壓而損壞。因此必須對(duì)動(dòng)態(tài)電壓進(jìn)行控制，這就是動(dòng)態(tài)均壓技術(shù)。
[0004]動(dòng)態(tài)均壓控制電路中有運(yùn)算放大器芯片、FPGA芯片以及其它器件。每一個(gè)IGBT需要一個(gè)控制電路，也需要一個(gè)以IGBT的E端為公共段的固定電源。如果采用專用電源，由于IGBT本身的高電壓，直流電源會(huì)出現(xiàn)電氣隔離、位置、線路等一系列問題，增加了控制系統(tǒng)的成本、復(fù)雜程度和不穩(wěn)定性。
[0005]綜上，大功率的IGBT的串并需要?jiǎng)討B(tài)均壓的控制系統(tǒng)來確保電路拓?fù)涞姆€(wěn)定、和器件的安全。這一系統(tǒng)的各個(gè)IGBT的動(dòng)態(tài)均壓控制都需要一個(gè)穩(wěn)定的低壓直流電源。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是針對(duì)串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)電壓不平衡的動(dòng)態(tài)均壓控制問題，提出了一種用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路，利用緩沖電路中的電容，將IGBT中的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)均壓控制所需要的低壓直流電源，同時(shí)降低了 IGBT的開關(guān)損耗，改善了 IGBT開關(guān)過程中的電壓電流沖擊，提高系統(tǒng)效率。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路，包括從與IGBT并聯(lián)的RCD緩沖電路中電容上取能的RCD緩沖電路取能電路，以及從與IGBT并聯(lián)的靜態(tài)電阻中取能的靜態(tài)電阻取能電路，RCD緩沖電路取能電路和靜態(tài)電阻取能電路分別經(jīng)過輸出二極管匯集輸出。
[0008]所述RCD緩沖電路取能電路構(gòu)成:
第一電容、輔助開關(guān)器件、續(xù)流二極管串聯(lián)后并聯(lián)在IGBT的RCD緩沖電路中的電容兩端，其中輔助開關(guān)器件和續(xù)流二極管反向串聯(lián)，第一隔離變壓器一次側(cè)并聯(lián)在續(xù)流二極管兩端，第一隔離變壓器二次側(cè)輸出經(jīng)過整流橋整流后，經(jīng)過并聯(lián)的濾波電容和儲(chǔ)能電容，最后再經(jīng)過輸出二極管輸出。
[0009]所述輔助開關(guān)器件的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)和IGBT柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率、占空比相同，同時(shí)開通或關(guān)斷。
[0010]所述靜態(tài)電阻取能電路構(gòu)成:
第三電容并聯(lián)在在靜態(tài)均壓電阻兩端，兩個(gè)二極管分別與兩個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)后并聯(lián)在第三電容兩端，其中一個(gè)二極管的陰極接第二變壓器一次側(cè)一端，另一個(gè)二極管的陽極接第二變壓器的一次側(cè)另一端；第二變壓器的二次側(cè)兩端分別經(jīng)過另兩個(gè)二極管陽極連接，它們的陰極都接電感一端，電感另一端接靜態(tài)電阻取能電路輸出二極管，第二變壓器的二次側(cè)一端與電感另一端輸出端之間接第四電容。。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路，將IGBT的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)化為各種控制系統(tǒng)所必需的電能。本電路不僅能提供穩(wěn)定的直流電源，降低了控制電路的復(fù)雜程度和成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；同時(shí)，減小了過電壓、大電流對(duì)器件的沖擊，減少了器件的開關(guān)損耗，提高了串聯(lián)IGBT緩沖電路的緩沖效果；并減少了器件的開關(guān)損耗與溫升，提高了系統(tǒng)效率?？梢詮V泛的應(yīng)用于為高壓直流輸電、高壓變流器中串聯(lián)IGBT的有源電壓控制系統(tǒng)提供所需的電能，同時(shí)也可以將電能儲(chǔ)存起來供給監(jiān)測、傳感器等使用，提高了免維護(hù)性、可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明從IGBT開關(guān)損耗中取能并實(shí)現(xiàn)高效緩沖的電路圖；
圖2為本發(fā)明RCD緩沖電路取能電路圖；
圖3為本發(fā)明安裝RCD緩沖電路取能電路前后的器件開關(guān)損耗對(duì)比圖；
圖4為本發(fā)明靜態(tài)均壓電阻取能電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所不從IGBT開關(guān)損耗中取能并實(shí)現(xiàn)聞效緩沖的電路圖,本取能電路包含從與IGBT并聯(lián)的RCD緩沖電路中的電容，以及與IGBT并聯(lián)的靜態(tài)電阻中取得電能，靜態(tài)電阻取能電路取能端并聯(lián)在靜態(tài)均壓電阻Rs2兩端，靜態(tài)電阻取能電路輸出端經(jīng)二極管D2輸出；RCD緩沖電路取能電路取能端并聯(lián)在RCD緩沖電路中的電容上，RCD緩沖電路取能電路輸出端經(jīng)二極管D3輸出，兩部分輸出匯集后一起作為整個(gè)取能電路輸出。
[0014]如圖2所示RCD緩沖電路取能電路圖，電容Cl、輔助開關(guān)器件Q、續(xù)流二極管D4串聯(lián)后并聯(lián)在IGBT的RCD緩沖電路中的電容C兩端，其中輔助開關(guān)器件Q和續(xù)流二極管D4反向串聯(lián)，隔離變壓器Tl 一次側(cè)并聯(lián)在二極管D4兩端，隔離變壓器Tl 二次側(cè)輸出經(jīng)過整流橋D5整流后，經(jīng)過并聯(lián)的濾波電容C2和儲(chǔ)能電容Cout，再經(jīng)過輸出二極管D3輸出。IGBT柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)與輔助開關(guān)器件Q的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率、占空比相同，同時(shí)開通或關(guān)斷。
[0015]RCD緩沖電路取能電路工作原理為，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，緩沖電容C被充電，電容C儲(chǔ)能。當(dāng)IGBT觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，輔助開關(guān)器件Q亦被觸發(fā)導(dǎo)通。這時(shí)，緩沖電容C和Cl與變壓器一次側(cè)電感形成CL諧振電路，電能通過變壓器耦合到二次側(cè)，整流電路將IGBT開關(guān)時(shí)的損耗吸收并轉(zhuǎn)化為電能。由于CL諧振電路有較小的交流阻抗，緩沖電容C中的電能主要通過CL諧振電路向變壓器轉(zhuǎn)換，緩沖電容C中的電流基本不通過IGBT放電，降低了 IGBT開通時(shí)的電流沖擊和開關(guān)損耗，理論上可以實(shí)現(xiàn)零電流開通。RCD緩沖電路取能電路在開關(guān)過程中取能。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 IGBT過整流、直流電壓轉(zhuǎn)換，將電能儲(chǔ)存起來。取能電路同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)IGBT上大電流、過電壓的緩沖能力，減低了串聯(lián)IGBT的開關(guān)損耗。如圖3為安裝RCD緩沖電路取能電路前后的器件開關(guān)損耗對(duì)比圖。
[0016]如圖4所示靜態(tài)均壓電阻取能電路圖，電容C3并聯(lián)在在靜態(tài)均壓電阻Rs2兩端，二極管D6、D7同向分別與開關(guān)器件SW1、SW2串聯(lián)后并聯(lián)在電容C3兩端，二極管D6陽極、D7的陰極分別接變壓器T2的一次側(cè)，變壓器T2的二次側(cè)兩輸出端分別與二極管D8、D9陽極連接，它們的陰極接電感LI 一端，電感LI另一端輸出端接靜態(tài)電阻取能電路輸出二極管D2，變壓器T2的二次側(cè)一端與電感LI另一端輸出端之間接電容C4。
[0017]靜態(tài)均壓電阻取能電路工作原理為，在靜態(tài)情況下，靜態(tài)電阻中取能電路從靜態(tài)電阻上取得電能，其工作原理與隔離型直流變換電路相同。當(dāng)開關(guān)器件還未工作時(shí)，RCD緩沖電路取能電路是無法取能的。在IGBT—直關(guān)斷時(shí)，靜態(tài)均壓電阻取能，也就是在啟動(dòng)狀態(tài)下控制電路所需電能有靜態(tài)電阻中取能電路提供。
[0018]RCD緩沖電路取能電路和靜態(tài)取能電路分別通過各自的輸出二極管D2，D3并聯(lián)。有控制電路控制停止靜態(tài)取能電路工作，以提高系統(tǒng)效率。
[0019]本發(fā)明將IGBT的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)換可利用的電能，并能顯著地降低其工作過程中的開關(guān)損耗，減輕開關(guān)過程中過大的電流和電壓上升率，提高變流裝置的效率。本取能電路取得的電能，可以為各種控制系統(tǒng)和其他設(shè)備直接提供電能，簡化了額外的電源及其隔離電路。特別是可以為直流輸電閥段中串聯(lián)的大容量IGBT的動(dòng)態(tài)均壓控制電路提供電倉泛。
[0020]本發(fā)明可以廣泛的應(yīng)用于為高壓直流輸電、高壓變流器中串聯(lián)IGBT的有源電壓控制系統(tǒng)提供所需的電能，同時(shí)也可以將電能儲(chǔ)存起來供給監(jiān)測、傳感器等使用，提高了免維護(hù)性、可靠性。因此本發(fā)明有廣泛的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路，其特征在于，包括從與IGBT并聯(lián)的RCD緩沖電路中電容上取能的RCD緩沖電路取能電路，以及從與IGBT并聯(lián)的靜態(tài)電阻中取能的靜態(tài)電阻取能電路，RCD緩沖電路取能電路和靜態(tài)電阻取能電路分別經(jīng)過輸出二極管匯集輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路，其特征在于，所述RCD緩沖電路取能電路構(gòu)成: 第一電容、輔助開關(guān)器件、續(xù)流二極管串聯(lián)后并聯(lián)在IGBT的RCD緩沖電路中的電容兩端，其中輔助開關(guān)器件和續(xù)流二極管反向串聯(lián)，第一隔離變壓器一次側(cè)并聯(lián)在續(xù)流二極管兩端，第一隔離變壓器二次側(cè)輸出經(jīng)過整流橋整流后，經(jīng)過并聯(lián)的濾波電容和儲(chǔ)能電容，最后再經(jīng)過輸出二極管輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路，其特征在于，所述輔助開關(guān)器件的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)和IGBT柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率、占空比相同，同時(shí)開通或關(guān)斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于串聯(lián)IGBT動(dòng)態(tài)均壓控制的取能電路，其特征在于，所述靜態(tài)電阻取能電路構(gòu)成: 第三電容并聯(lián)在在靜態(tài)均壓電阻兩端，兩個(gè)二極管分別與兩個(gè)開關(guān)器件串聯(lián)后并聯(lián)在第三電容兩端，其中一個(gè)二極管的陰極接第二變壓器一次側(cè)一端，另一個(gè)二極管的陽極接第二變壓器的一次側(cè)另一端；第二變壓器的二次側(cè)兩端分別經(jīng)過另兩個(gè)二極管陽極連接，它們的陰極都接電感一端，電感另一端接靜態(tài)電阻取能電路輸出二極管，第二變壓器的二次側(cè)一端與電感另一端輸出端之間接第四電容。
【文檔編號(hào)】H02M1/088GK104135141SQ201410401656
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】楊迪瑞, 楊文煥, 王朝立 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)