一種負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)igbt均壓電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)IGBT均壓電路，包括至少兩個(gè)串聯(lián)的主IGBT，每個(gè)主IGBT與一個(gè)緩沖均壓?jiǎn)卧B接；緩沖均壓?jiǎn)卧ú⒙?lián)在主IGBT集電極和發(fā)射極之間的RCD緩沖支路；RCD緩沖支路與電阻均壓支路并聯(lián)；電阻均壓支路中點(diǎn)與電壓跟隨器/電壓比較器輸入端連接；電壓跟隨器/電壓比較器輸出端、電阻均壓支路一端分別與電壓互感器原邊繞組第一輸入端、第二輸入端連接；電壓互感器次邊繞組兩端分別與輔助IGBT的柵極、發(fā)射極連接；輔助IGBT的發(fā)射極與電壓互感器原邊繞組第二輸入端連接；所有緩沖均壓?jiǎn)卧妮o助IGBT集電極均與輔助緩沖支路連接；所述輔助緩沖支路與所述電阻均壓支路另一端連接。本發(fā)明能避免輔助IGBT對(duì)電阻采樣的影響，從而提高采樣精度；保證電路的電壓均衡。
【專利說(shuō)明】-種負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)IGBT均壓電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)IGBT均壓電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 海上風(fēng)力發(fā)電近來(lái)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，而輕型直流輸電技術(shù)能給風(fēng)電場(chǎng)提供 更多的無(wú)功支撐，減小風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投資；避免風(fēng)電場(chǎng)電壓波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的可靠性 的影響，也提高了風(fēng)電場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)電壓波動(dòng)的抗干擾能力；輕型直流輸電技術(shù)比交流電壓輸 電受電壓傳輸距離的影響小很多，更適合于遠(yuǎn)距離輸電；而且輕型直流輸電技術(shù)能提高風(fēng) 電場(chǎng)的低電壓穿越能力。因此大型海上遠(yuǎn)距離海上輸電采用輕型直流輸電是最佳選擇。但 是IGBT換流閥的電壓均衡問(wèn)題一直是輕型直流輸電技術(shù)的難點(diǎn)。由于IGBT容量的限制， 需要多個(gè)IGBT串聯(lián)來(lái)提高IGBT的容量，由于IGBT換流閥開(kāi)關(guān)速度快，器件本身存在差異， 信號(hào)傳輸不同步等從而將引起電壓的分壓不均衡，特別是動(dòng)態(tài)電壓不均衡時(shí)的電應(yīng)力沖擊 更可能引起IGBT串聯(lián)閥燒壞等故障，因此需要外圍的輔助電路來(lái)調(diào)節(jié)IGBT串聯(lián)換流閥的 電壓均衡。
[0003] 由于RCD緩沖電路特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，可靠性好，現(xiàn)在輕型直流輸電等應(yīng)用中常采 用RCD緩沖電路作為IGBT串聯(lián)均壓電路。但是RCD緩沖電路吸收的能量直接消耗在電阻 上，因而損耗比較大，而且緩沖電容的體積比較大，成本較高。緩沖電容的大小和關(guān)斷時(shí)間 是一對(duì)矛盾的參數(shù)，緩沖電容越大，均壓效果會(huì)更好，但是關(guān)斷時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，因而相應(yīng)損耗 會(huì)增加。但是緩沖電容較小時(shí)，雖然關(guān)斷時(shí)間較短，但是IGBT集電極-發(fā)射極兩端承受的 過(guò)電壓尖峰可能較大，從而均壓效果可能會(huì)不是很理想。正常情況下，IGBT柵極不同步在 20ns W內(nèi)，因而正常情況下柵極延時(shí)引起的電壓不均衡較小，因而在IGBT的集電極-發(fā)射 極并聯(lián)一個(gè)較小的緩沖電容即可滿足均壓需求。但是當(dāng)出現(xiàn)特殊情況的柵極信號(hào)不同步時(shí) 間較長(zhǎng)或其他原因引起電壓不均衡比較大時(shí)，為了確保IGBT串聯(lián)換流閥能正常工作，需要 較大的緩沖電容才能抑制過(guò)電壓尖峰，實(shí)現(xiàn)較好的均壓效果。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，必須從 系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性考慮，因此IGBT串聯(lián)換流閥是針對(duì)最極端情況來(lái)選擇緩沖電容的大小， 導(dǎo)致IGBT串聯(lián)閥的關(guān)段時(shí)間較長(zhǎng)，關(guān)斷損耗較大。
[0004] 現(xiàn)有的解決上述問(wèn)題的負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)IGBT均壓電路見(jiàn)圖1，其缺陷是采樣電壓 的電阻和電壓比較器之間沒(méi)有隔離措施，導(dǎo)致輔助IGBT等輔助結(jié)構(gòu)對(duì)電壓采樣影響較大， 采樣不精確；該電路包括多個(gè)獨(dú)立的輔助緩沖支路，每個(gè)輔助緩沖支路中包括一個(gè)電容，電 容數(shù)量較多，當(dāng)多個(gè)主IGBT上出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電壓均衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種負(fù)載側(cè)控制 串聯(lián)IGBT均壓電路。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是；一種負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)IGBT均 壓電路，包括至少兩個(gè)串聯(lián)的主IGBT，每個(gè)主IGBT與一個(gè)緩沖均壓?jiǎn)卧B接；所述緩沖均 壓?jiǎn)卧ú⒙?lián)在所述主IGBT集電極和發(fā)射極之間的RCD緩沖支路；所述RCD緩沖支路與 電阻均壓支路并聯(lián)；所述電阻均壓支路中點(diǎn)與電壓跟隨器/電壓比較器輸入端連接；所述 電壓跟隨器/電壓比較器輸出端、電阻均壓支路一端分別與電壓互感器原邊繞組第一輸入 端、第二輸入端連接；所述電壓互感器次邊繞組兩端分別與輔助IGBT的柵極、發(fā)射極連接； 所述輔助IGBT的發(fā)射極與電壓互感器原邊繞組第二輸入端連接；所有緩沖均壓?jiǎn)卧妮o 助IGBT集電極均與輔助緩沖支路連接；所述輔助緩沖支路與所述電阻均壓支路另一端連 接。
[0007] 所述主IGBT、緩沖均壓?jiǎn)卧獢?shù)量均為兩個(gè)；所述輔助緩沖支路包括緩沖電容；兩 個(gè)緩沖均壓?jiǎn)卧膬蓚€(gè)輔助IGBT集電極均與緩沖電容一端連接，所述緩沖電容另一端并 聯(lián)接入兩個(gè)二極管陰極之間，所述兩個(gè)二極管陽(yáng)極分別通過(guò)兩個(gè)電阻均壓支路一端與兩個(gè) 主IGBT的集電極連接；所述緩沖電容與放電電阻并聯(lián)。該輔助緩沖支路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方 便。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電壓互感器能有 效隔離電阻均壓支路中的采樣電阻和輔助IGBT，避免輔助IGBT對(duì)電阻采樣的影響，從而提 高采樣精度；且電壓跟隨器/電壓比較器加在電壓互感器原邊，通過(guò)電阻與電壓比較器的 配合來(lái)設(shè)定參考電壓，然后通過(guò)高電平輸出，對(duì)電壓互感器的精度要求較低；本發(fā)明的輔助 緩沖支路公用一個(gè)電容，當(dāng)過(guò)電壓較大或者多個(gè)輔助IGBT均出現(xiàn)較大過(guò)電壓時(shí)，輔助的緩 沖電容能強(qiáng)制使串聯(lián)IGBT的電壓均衡。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為現(xiàn)有的IGBT緩沖電路原理圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例電路原理圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例1包括第一主IGBT Zi和第二主IGBT之3，第一主IGBT 為和第二主IGBT Zj串聯(lián)，兩個(gè)主IGBT分別與第一 RCD緩沖支路、第二RCD緩沖支路并 聯(lián)；第一 RCD緩沖支路、第二RCD緩沖支路分別與由、Au ; ifn、串聯(lián)而成的兩個(gè)電阻 均壓支路并聯(lián)；電壓跟隨器巧％、巧*2輸入端分別接入馬2、As之間、、As之間；電壓跟 隨器巧^輸出端、^?^一端分別與電壓互感器11原邊繞組兩端連接；電壓跟隨器《^輸出端、 ^*3-端分別與電壓互感器12原邊繞組兩端連接，電壓互感器11副邊繞組兩端分別與第一 輔助IGBT之"柵極和發(fā)射極連接，電壓互感器M2副邊繞組兩端分別與第二輔助IGBT毎2柵 極和發(fā)射極連接；第一輔助IGBT毎》、第二輔助IGBT 的發(fā)射極分別與*Ib、**b-端連 接；第一輔助IGBT Zj、第二輔助IGBT與2的集電極均與緩沖電容爲(wèi)一端連接；緩沖電容 €；>另一端并聯(lián)接入二極管巧3、巧5陰極之間，二極管巧2、巧S陽(yáng)極分別與-端連 接；緩沖電容Co與放電電阻R。并聯(lián)。
[0011]圖3為本發(fā)明的另一種實(shí)施例，其中運(yùn)算放大器用作電壓比較器，電 壓比較器的負(fù)輸入端輸入?yún)⒖茧妷海ㄩy值電壓)。
[001引 電阻馬2、馬3、電壓跟隨器/電壓比較器Wr分別組成電壓檢測(cè)電路，若串聯(lián)的IGBT 均壓效果比較理想，IGBT集電極-發(fā)射極出現(xiàn)的過(guò)電壓比較小時(shí)，Rx2和Rx3作為靜態(tài)均壓 電阻（x=l、2)，電阻檢測(cè)的電壓低于電壓比較器負(fù)輸入端設(shè)定的閥值電壓Vcw,從而Zflr 的柵極-發(fā)射極電壓將低于閥值電壓，因此與-VD。組成的RCD緩沖單元不起作化即輔助 緩沖單元的工作同于僅有Cd-Rd-Dd輔助緩沖單元參與的工作的情況。因?yàn)殡娙軨d取值較 ?。ㄐ∮诰渲档?/5)，從而IGBT換流閥的關(guān)斷時(shí)間和功率損耗也較小，正常情況下IGBT換 流閥器件柵極信號(hào)同步較為理想因而電壓不均衡較小，只需要較小的電容即可滿足要求， 因此本發(fā)明能有效地減小的正常工作狀態(tài)下的關(guān)斷時(shí)間，從而減小了關(guān)斷損耗。若IGBT均 壓效果不是很理想，即某個(gè)主IGBT上出現(xiàn)較大的電壓時(shí)(此時(shí)另一個(gè)IGBT上分壓較小，因 此不需要緩沖電容參與工作)。任意一個(gè)IGBT集電極-發(fā)射極電壓還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定的過(guò)電 壓檢測(cè)電路參考值W前，仍然只有Cd-Rd-Dd輔助緩沖單元工作。0)-咕-0,2組成的RCD緩 沖單元不起作用。當(dāng)為或者是的集電極發(fā)射極電壓達(dá)到設(shè)定的過(guò)電壓參考值，辛3上的分 壓超過(guò)Za的閥值電壓，從而使對(duì)應(yīng)的輔助IGBT Zft導(dǎo)通，Cd-R,i-D,2和0)-咕-0,2都作為緩 沖單元參與過(guò)電壓的抑制，由于較大（大于5 /If )，因而對(duì)產(chǎn)生的過(guò)電壓具有很好的抑 制效果。二極管0,2防止電流倒流，R。的作用是作為輔助緩沖電路電容的放電電阻。
[0013] 電壓互感器Mi、M2將電阻均壓支路與輔助IGBT隔離開(kāi)，從而有效防止輔助IGBT對(duì) 電阻均壓支路采樣的干擾，提高采樣精度；電壓比較器加在電壓互感器原邊，通過(guò)電阻與電 壓比較器的配合來(lái)設(shè)定參考電壓，然后通過(guò)高電平輸出，對(duì)電壓互感器的精度要求較低。
[0014] 本發(fā)明多個(gè)主IGBT串聯(lián)時(shí)共用一個(gè)輔助緩沖支路，即共用一個(gè)緩沖電容，兩個(gè)主 IGBT串聯(lián)，若電壓分配不均，該緩沖電容抑制過(guò)電壓較大的主IGBT上的過(guò)電壓。但是當(dāng)多 個(gè)IGBT串聯(lián)時(shí)，可能存在多個(gè)主IGBT上出現(xiàn)過(guò)電壓的情況，此時(shí)出現(xiàn)過(guò)電壓的主IGBT對(duì) 應(yīng)的輔助IGBT會(huì)處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而使緩沖電容并聯(lián)在多個(gè)主IGBT上，使出現(xiàn)過(guò)電壓的主 IGBT的電壓強(qiáng)行與電容電壓相等，達(dá)到電壓均衡的目的。
【權(quán)利要求】
1. 一種負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)IGBT均壓電路，包括至少兩個(gè)串聯(lián)的主IGBT，其特征在于，每 個(gè)主IGBT與一個(gè)緩沖均壓?jiǎn)卧B接；所述緩沖均壓?jiǎn)卧ú⒙?lián)在所述主IGBT集電極和 發(fā)射極之間的RCD緩沖支路；所述RCD緩沖支路與電阻均壓支路并聯(lián)；所述電阻均壓支路 中點(diǎn)與電壓跟隨器/電壓比較器輸入端連接；所述電壓跟隨器/電壓比較器輸出端、電阻均 壓支路一端分別與電壓互感器原邊繞組第一輸入端、第二輸入端連接；所述電壓互感器次 邊繞組兩端分別與輔助IGBT的柵極、發(fā)射極連接；所述輔助IGBT的發(fā)射極與電壓互感器原 邊繞組第二輸入端連接；所有緩沖均壓?jiǎn)卧妮o助IGBT集電極均與輔助緩沖支路連接；所 述輔助緩沖支路與所述電阻均壓支路另一端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)IGBT均壓電路，其特征在于，所述主IGBT、 緩沖均壓?jiǎn)卧獢?shù)量均為兩個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)IGBT均壓電路，其特征在于，所述輔助緩沖 支路包括緩沖電容；兩個(gè)緩沖均壓?jiǎn)卧膬蓚€(gè)輔助IGBT集電極均與緩沖電容一端連接，所 述緩沖電容另一端并聯(lián)接入兩個(gè)二極管陰極之間，所述兩個(gè)二極管陽(yáng)極分別通過(guò)兩個(gè)電阻 均壓支路一端與兩個(gè)主IGBT的集電極連接；所述緩沖電容與放電電阻并聯(lián)；所述緩沖電容 容值大于5 #。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的負(fù)載側(cè)控制串聯(lián)IGBT均壓電路，其特征在于，所述RCD緩沖 支路中的電容容值小于所述緩沖電容容值的1/5。
【文檔編號(hào)】H02M1/088GK104362840SQ201410759908
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】陳功, 陳敏, 劉小松, 劉國(guó)頻, 謝躍飛, 顏彪, 劉啟根 申請(qǐng)人:中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司