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。     

大功率IGBT串联电压失衡机理及均压方法

由于IGBT串联器件参数差异、栅极信号延时以及分布电感不一致等,导致IGBT串联器件在开关过程中存在电压分配不均的现象。IGBT电压分配不均匀会导致个别器件因电压过高而被击穿,进而导致整个串联系统故障。主要从集一栅极电容Ccg不同、栅极电阻Rg不同和驱动电路信号延时这三个方面研究了IGBT串联电压不均的机理,通过仿真对比了RCD缓冲电路、栅极驱动端均压电路和有源钳位均压电路的串联均压效果,为研究IGBT串联电压不均的方法提供了理论基础。     

大功率IGBT模块串联动态均压的研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的串联使用是一种较为有效的提高耐压的方法。作为电感储能型脉冲功率系统中的主断路开关,IGBT串联组合会在开关的动作瞬间在各串联模块两端出现动态不均压的现象。工程应用中,各串联IGBT栅极驱动信号的不同步是导致动态不均压的主要原因。文中分别从负载侧被动均压和栅极侧主动均压对驱动信号的同步性补偿作用进行了理论分析和实验验证,结果表明均可以达到很好的动态均压效果。在此基础上提出利用阻容二极管有源均压法实现多个IGBT模块的串联应用,仿真验证了该方法在3个IGBT串联应用中的可行性。对工程实际应用具有一定的参考意义。     

采用电压箝位控制实现串联IGBT的动态均压

IGBT串联应用时面临的最大难题是动态均压。本文研究了电压箝位控制方法,它将IGBT的集?射电压变化快速反馈至门极,改变门极驱动电压的大小,从而将集?射电压实时箝位于控制阈值之内,实现串联IGBT的动态均压。本文通过2个和8个IGBT串联的实验,验证了该方法的有效性。     

IGBT串联均压电路的仿真研究

分析了高电压电路中IGBT串联运行时导致端电压静态和动态不均衡的各种原因.设计了一种有源缓冲均压电路,并通过MATLAB/SIMULINK进行了仿真研究,仿真结果验证了所设计电路的可行性.     

基于PVI的IGBT串联驱动及均压措施研究

提出了一种高压IGBT串联用隔离驱动及其均压方法.简要介绍了光压隔离器(Photo Voltaic Insulator,简称PVI)的工作原理及参数,给出了采用PVI的串联IGBT隔离驱动电路及工作原理,详细阐述了采用PMOSFET的高压IGBT串联均压方法.最后,给出了上述PVI隔离驱动电路和PMOSFET均压方法在以双IGBT串联为调整管的高压恒流源中的均压效果,经实际测试其均压误差小于2%.     

IGBT串联的均压问题：均压问题一般考虑动态均压、静态均压和RC电路等方法

现在生产的IGBT的耐压等级达不到生产实践运用的等级，由于技术受限，因为1GBT的最高电压要作为一个变流器输出交流，首先要把它变成有效值，同时还要给IGBT留一定容量，而冗余度就是防止IGBT在工作中会产生毛刺。     

基于IGBT串联运行的动态均压研究

绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)串联运行易于实现IGBT的扩容,但同时也带来了不均压的问题。设计了以L,R为感性负载的实验电路,采用仿真软件PSpiee仿真分析出IGBT串联运行时动态不均压原因是吸收电路参数不一致、门极驱动信号延时不同、门极驱动电路参数不一致引起的。并提出了IGBT串联运行动态均压措施(选同型号IGBT、吸收电路参数与结构一致、门极驱动信号同步、门极电路参数一致)。     

IGBT杂散参数对串联动态均压影响的仿真分析

分析了影响IGBT电气特性的关键参数组成,罗列了IGBT关键参数提取方法,并对影响IGBT串联均压效果的关键因素进行研究.基于Saber仿真软件,分析了IGBT关键参数对串联均压的影响,并与试验结果进行对比,论证了研究成果的准确性.     

高压IGBT串联均压控制电路阈值电压设计方法

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件具有耐压高、开关速度快、易驱动等优点,在电力电子变换器中应用广泛。然而目前单个IGBT器件的电压等级与容量不能满足大容量变换器的需求。应用高压IGBT串联技术是提升电力电子变换器电压等级与容量的一种有效方法。高压IGBT串联技术的关键问题是保证瞬态过程中的电压均衡。门极均压控制电路可以有效抑制串联IGBT的瞬态电压不均衡。该文介绍了一种门极均压控制电路的工作原理,综合考虑开关瞬态过程中换流回路杂散参数与续流二极管正向恢复特性的影响,提出了该电路的关键参数阈值电压的设计方法,可应用于多电平、多管串联的电力电子变换器系统中,并通过实验对该设计方法的实用性进行了验证。     

电压源换流器中IGBT串联动态均压新方法

由动态电压不均衡引起的器件击穿致使串联失败是串联的关键问题。传统无源缓冲电路是以牺牲绝缘栅双极晶体管(IGBT)快速性换取电压均衡,IGBT损耗大。建立功率端与驱动端反馈的新型剩余电流动作保护器(RCD)动态均压电路替代传统无源缓冲电路,对电路的均压效果和串联IGBT开关损耗进行仿真分析。试验验证了该动态均压电路在IGBT串联运行时能很好地抑制其驱动信号不同步造成的动态电压不均衡,确保了电压源换流器的安全运行。     

基于增强密勒效应的IGBT串联有源均压新方法

为解决由器件驱动信号不一致引起的多个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,笔者结合功率侧和栅极侧IGBT串联均压辅助电路的优点,提出一种基于增强密勒效应的IGBT串联有源均压辅助电路,并对其工作原理进行了论述。然后,建立IGBT串联仿真电路,对不带和带该均压辅助电路两种情况进行仿真。仿真结果表明,该均压辅助电路在IGBT串联运行时不仅能够很好地抑制IGBT驱动信号不一致造成的电压不均衡,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。     

基于IGBT串联技术的高压优性能开关

IGBT串联组合应用可以迅速满足硬开关应用场合中的电压等级要求,一个简易可靠的辅助电路可以有效解决串联IGBT正常运行中的电压不均衡问题。应用OrCAD／PSpice仿真软件,对比分析了单管CM600HA-24H（600A／1200V）和两个CM600HA-12H（600A／600V）的串联组合的开关表现。仿真结果表明,和单管IGBT相比较,IGBT串联组合在能量损耗、集电极过电压以及开关频率等方面有着明显的优势,从理论上证明了IGBT串联组合可以有着更好的开关表现,对实践有一定的指导意义。     

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。     

IGBT串联均压方法综述

绝缘栅双极性晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)在高电压场合应用时需串联使用满足电压需求。由于器件内部的性能差异和外围电路参数不一致等,引起IGBT模块之间电压不均衡问题,威胁其运行安全。综述了国内外IGBT串联均压方法的发展及其研究现状。根据均压方法机理的不同,将IGBT串联均压方法分为被动均压方法和主动均压方法两种,进一步将主动均压方法归纳为无源控制方法和有源控制方法两类。根据各类方法的基本电路拓扑分析了均压原理,梳理了不同方法在电路拓扑、参数选择和控制策略等方面的优化和最新进展。通过均压效果、附加损耗和可靠性等多方面对不同均压方法进行对比,被动均压方法拓扑简单不需外加控制电路更适合在低频应用场合,在高频应用场合中,准有源栅极控制法以单驱动与无源器件相结合的方式,具有良好的发展前景。最后对IGBT串联均压方法进行了展望。     

1 700 V IGBT模块直接串联驱动设计

绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)在高压大功率场合的应用越来越广泛,但是高压IGBT的器件价格昂贵,低压IGBT由于耐压的限制,在高压大功率电能变换场合还不能满足需求。直接串联使用是一种较好的解决方案。结合IGBT的直接串联驱动需求,从安全隔离、可靠门级钳位、有源电压控制和过流保护等方面进行研究,设计出相应的门极驱动保护单元(gate drive and protection unit,GDU)并将其运用在3 kV/200 A三相逆变系统,结果验证了驱动的可靠性。     

基于有源电压控制法和无源缓冲法的IGBT串联均压技术

单个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)由于耐压的限制,在节能和改善电网电能质量、柔性直流输电、高压变频器、静止同步补偿器,以及有源电力滤波器等高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案,但IGBT的串联使用需要解决一系列综合问题。文中结合有源电压控制(AVC)和无源电阻电容二极管(RCD)均压技术,从栅极驱动模块、参考电压波形、过流保护模块、无源缓冲电路参数计算等方面系统地描述了串联IGBT均压的综合解决方案。在此基础上研制了由4只IGBT模块串联组成的阀臂,并进行了脉冲试验,脉冲放电过程中阀臂中的每只IGBT均压稳定,电压过冲小于5%。在此基础上研制了一套3kV,600kVA的三相电压源换流器(VSC)样机,稳定地进行了额定功率的整流与逆变运行,验证了该IGBT模块直接串联技术的有效性与实用性。     

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.     

基于门极阻容补偿网络的IGBT串联均压方法

针对IGBT串联应用中关断过程均压问题,对IGBT的关断过程进行了详细分析,总结出影响IGBT关断过程的核心等效电路和计算公式。在此基础上提出一种基于门极补偿阻容网络的IGBT串联均压方法,推导出增加门极阻容补偿网络后串联IGBT动态电压不均衡度和关断时间影响的计算公式,并提出门极阻容网络参数的选取原则。建立基于Lumped Charge方法的IGBT半物理数值模型,对IGBT门极阻容补偿网络进行仿真验证。给出了实际测试工况下的补偿网络参数,建立IGBT串联均压实验系统,进行多种电压、电流工况下的实验验证。仿真和实验表明:该方法可以有效控制串联IGBT的延迟时间和动态电压上升速率的差异,在母线电压为2 000V和关断峰值电流为1 500A时,采用该控制方法可将串联IGBT的动态尖峰电压不均衡度由14.4%降至6.3%。