基于门极放电补偿的串联IGBT有源驱动电路

针对串联IGBT关断期间存在的分压不均问题,该文提出一种旨在补偿关断瞬态各IGBT输入电容放电偏差的有源驱动电路以实现电压平衡控制.该驱动电路由产生补偿电量的电流吸收电路、基于实时承压实现闭环控制的控制采样电路及将高速高带宽模拟器件与相对低速控制算法相结合的触发电路三部分构成.与其他应用于IGBT串联的有源驱动电路相比,该电路仅使用原驱动IC输出信号的下降沿作为触发信号,且不引入额外的电源与信号隔离单元,易于与现有驱动电路相结合.控制采样周期与IGBT开关周期一致,避免了昂贵的高频控制芯片及模数/数模转换器的使用.该文在分析串联IGBT关断过程中门极放电偏差产生原因的同时对该驱动电路各部分原理予以说明,并给出其参数选取与设计原则.最后,通过实验验证了该驱动方案在串联IGBT均压控制上的有效性与适用性.     

基于多级钳位与门信号调节相结合的IGBT串联均压电路研究

串联绝缘栅双极型晶体管(insulate gate bipolar transistor,IGBT)关断期间的电压均衡是保证其安全稳定工作的关键。该文在多级钳位均压方式的基础上,提出一种同时作用于负载侧与门极侧的IGBT串联均压电路,该均压电路通过对先关断的IGBT电压上升斜率的抑制来实现保护与均压的功能。同时,利用静态均压电路与状态反馈电路相结合的方式,依据关断瞬态各IGBT承压实时调整驱动信号发出时刻,从控制级削弱不均压因素的影响。该文在给出均压电路拓扑的同时,分析其工作原理及设计方法,实验结果证明,依据该方法设计的均压电路能在不影响关断速度的前提下有效提高串联IGBT间电压的一致性。     

IGBT串联技术动态均压电路的研究

IGBT串联技术的关键在于保持每个IGBT开通或关断同步,至少应该保证任何时刻,尤其在IGBT开通或关断过程中,使每个IGBT的电压不能超过其额定值。为了达到这个目的,在研究多种IGBT串联的控制方法后,采用了一种结构简单、控制容易的均压辅助电路并对其工作机理进行了详尽的说明。实验结果表明,所采用的辅助分压电路在IGBT串联运行时能够很好地抑制IGBT开通和关断不同步造成的过电压,能够使开关不同步造成的过电压≤10%,确保IGBT串联顺利运行。对工程实际具有一定的参考意义。     

脉冲电场灭菌用固态高压开关的研制

针对脉冲电场灭菌技术对开关性能的特殊要求,提出了利用IGBT串联构成高压、大容量固态开关的技术。设计并实际制造出了可供高压脉冲电场灭菌用额定电压10 k V的固态高压开关。该开关采用8个1 700 V、400 A的IGBT串联,以栅极动态RCD为基本均压方式,以FPGA为主控单元,产生8路相对独立的基准控制脉冲,其脉宽、周期、延时均可调节,且以25 ns为步进调节。通过调节各路驱动信号的相对延时,使各单元分压均匀,消除过压影响,从而在负载端得到较为理想的方波脉冲。采用光纤隔离,使隔离电压不受限制。实验结果表明,该装置性能良好,可以满足脉冲电场灭菌的实际需求。     

串联压接型IGBT阀体高电位自取能静态均压的试验研究

目前,主流可关断器件IGBT分为模块型IGBT和压接型IGBT,与之对应电力电子装置分为基于模块型IGBT多电平主电路拓扑和基于压接型IGBT串联型两电平拓扑。由于基于压接型IGBT的串联型电压源换流器具有诸多优点,因此,压接型IGBT将成为未来电网柔性直流输电、灵活交流输电、定制电力和新能源并网等领域的核心器件。压接型IGBT应用的最核心技术是驱动保护技术,而实现驱动保护技术的前提条件是驱动电路如何获取供电能量。因为压接型IGBT串联应用的主要优势领域为高压柔性直流输电,所以只有高位自取能方式是可行的。由于压接型IGBT端电压波动非常大,而门级驱动保护单元对供电要求非常高,因此高电位自取能技术是驱动保护功能实现的前提条件。首先提出在各串联压接型IGBT上独立实现高电位自取能功能方案,其次在不同的参数及工况下进行充分的实验,并依据典型的实验波形进行相应的理论分析,最后通过实验与理论分析得出DC-DC取能电源的启动电压、启动时间与取能电容的容值是串联IGBT阀端电压不均衡的影响因素,并为串联IGBT驱动保护电路如何实现稳定的供电提供理论基础。     

基于驱动信号同步的串联IGBT动态均压方法

为解决由驱动信号不同步引起的多个IGBT串联动态电压不均衡问题,以实现串联IGBT在大功率高电压场合的应用。在研究国内外多种IGBT动态串联均压技术的基础上,采用同步变压器和端电压钳位电路相结合以实现动态电压均衡,并对其工作原理进行了说明。然后运用Saber仿真软件,建立串联IGBT的动态均压仿真电路。仿真结果表明,动态均压电路在IGBT串联运行时不仅能够很好地抑制IGBT驱动信号不同步造成的动态电压不均衡,而且能够使开关瞬态的过电压≤10%,确保了串联IGBT的安全运行。     

一种车用IGBT开关过电压保护电路设计

对车用IGBT的驱动电路与关断保护电路的原理进行分析,提出一种新的开关过电压保护电路,通过驱动电路与保护电路进行配合达到对动态的电压上升的控制,最终稳定地驱动IGBT并保护IGBT不会因过压而损坏。通过在PSpice中建立仿真原理图并进行仿真,由仿真结果证实了该电路可以有效抑制IGBT关断过程中产生过电压,保护IGBT关断,从而提高电路的稳定性。     

适用于IGBT串联的有源钳位动态电压均衡电路研究

为解决由栅极驱动信号不同步引起的多个IGBT串联电压不均衡问题,以实现串联IGBT在大功率高电压场合中的应用,笔者采用基于栅极端电压均衡技术的有源钳位动态电压均衡电路实现动态电压均衡,该电路具有响应速度快、损耗小、可靠性高等优点。通过建立IGBT串联仿真和实验电路,对该均压辅助电路进行仿真分析和实验验证。结果表明,该均压辅助电路在IGBT串联运行时不仅能够很好地抑制IGBT栅极驱动信号不同步造成的电压不均衡,而且能够有效防止过电压的发生,确保了IGBT串联的安全运行。     

一种馈能式IGBT串联动态均压电路

在分析绝缘栅双极晶体管（IGBT）动态电压分布机理的基础上,针对IGBT集-射极电压斜率不同引起电压不均衡问题,提出一种集-射极电压斜率变化的馈能式动态均压电路.该电路具有快速性好、损耗小、可靠性高等优点.通过建立IGBT串联仿真电路,对该动态均压电路进行仿真验证.结果表明,该动态均压电路在IGBT串联运行时不仅能够很好地抑制因IGBT集-射极电压斜率不同步造成的电压不均衡,而且能够有效防止过电压的发生,确保了IGBT串联的安全运行.     

串联IGBT的一种复合均压方法

针对IGBT串联应用时的集射极电压均衡问题,提出并研究了一种门极平衡核与无源RCD缓冲电路相结合的复合均压方案。分析了门极平衡核的均压原理,借助门极驱动等效电路模型,导出了门极平衡核的参数设计方法。在IGBT门极与发射极之间引入瞬态电压抑制器,有效减缓了平衡核变压器的漏感与IGBT输入电容引发的门极信号振荡幅度,同时有效保护了IGBT门极过电压。建立了复合均压方案的仿真与实验系统,实验结果表明,复合均压方案对由于IGBT特性参数差异和门极驱动信号不同步而引起的IGBT集射极电压不均问题具有显著的平衡效果。