一種負載側(cè)控制igbt串聯(lián)均壓電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種負載側(cè)控制IGBT串聯(lián)均壓電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 海上風力發(fā)電近來成為國內(nèi)外研究的熱點，而輕型直流輸電技術(shù)能給風電場提供 更多的無功支撐，減小風電場無功補償設備的投資；避免風電場電壓波動對系統(tǒng)的可靠性 的影響，也提高了風電場對系統(tǒng)電壓波動的抗干擾能力；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，更適合于遠距離輸電；而且輕型直流輸電技術(shù)能提高風 電場的低電壓穿越能力。因此大型海上遠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題一直是輕型直流輸電技術(shù)的難點。由于IGBT容量的限制， 需要多個IGBT串聯(lián)來提高IGBT的容量，由于IGBT換流閥開關(guān)速度快，器件本身存在差異， 信號傳輸不同步等從而將引起電壓的分壓不均衡，特別是動態(tài)電壓不均衡時的電應力沖擊 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緩沖電路特點是電路簡單，可靠性好，現(xiàn)在輕型直流輸電等應用中常采 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)斷時間 是一對矛盾的參數(shù)，緩沖電容越大，均壓效果會更好，但是關(guān)斷時間會延長，因而相應損耗 會增加。但是緩沖電容較小時，雖然關(guān)斷時間較短，但是IGBT集電極-發(fā)射極兩端承受的 過電壓尖峰可能較大，從而均壓效果可能會不是很理想。正常情況下，IGBT柵極不同步在 20ns以內(nèi)，因而正常情況下柵極延時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)一個較小的緩沖電容即可滿足均壓需求。但是當出現(xiàn)特殊情況的柵極信號不同步時 間較長或其他原因引起電壓不均衡比較大時，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電壓尖峰，實現(xiàn)較好的均壓效果。在實際的工程應用中，必須從 系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性考慮，因此IGBT串聯(lián)換流閥是針對最極端情況來選擇緩沖電容的大小， 導致IGBT串聯(lián)閥的關(guān)段時間較長，關(guān)斷損耗較大。
[0004] 現(xiàn)有的解決上述問題的負載側(cè)控制IGBT串聯(lián)均壓電路見圖1，其缺陷是采樣電 壓的電阻和電壓比較器之間沒有隔離措施，導致輔助IGBT等輔助結(jié)構(gòu)對電壓采樣影響較 大，采樣精度不高，且該電路包括多個獨立的輔助緩沖支路，每個輔助緩沖支路中包括一個 電容，電容數(shù)量較多，當多個主IGBT上出現(xiàn)過電壓且過電壓不均衡較大時無法實現(xiàn)電壓均 衡。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種負載側(cè) 控制IGBT串聯(lián)均壓電路。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種負載側(cè)控制IGBT串 聯(lián)均壓電路，包括至少兩個串聯(lián)的主IGBT，每個主IGBT與一個緩沖均壓單元連接；所述緩 沖均壓單元包括并聯(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與電壓互感器原邊繞組一端連接，所述電 阻均壓支路一端與所述電壓互感器原邊繞組另一端、輔助IGBT發(fā)射極連接；所述電壓互感 器副邊繞組兩端與電壓跟隨器/電壓比較器輸入端、所述輔助IGBT的發(fā)射極連接；所述電 壓跟隨器/電壓比較器輸出端與所述輔助IGBT柵極連接；所有緩沖均壓單元的輔助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] 本實用新型中，主IGBT、緩沖均壓單元數(shù)量均為兩個；述輔助緩沖支路包括緩沖 電容；兩個緩沖均壓單元的兩個輔助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)接入兩個二極管陰極之間，所述兩個二極管陽極分別通過兩個電阻均壓支路一端 與兩個主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)簡單， 實現(xiàn)方便。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所具有的有益效果為：本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，電壓互 感器能有效隔離電阻均壓支路中的采樣電阻和電壓跟隨器/電壓比較器，避免電壓跟隨器 /電壓比較器、輔助IGBT對電阻采樣的影響，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副邊繞組，能先調(diào)節(jié)電壓互感器的原副邊繞組電壓比值再進行電壓比 較，從而更容易通過采樣電阻設定參考電壓；而且本實用新型將多個支路公用一個輔助緩 沖電容，這樣不僅節(jié)省了緩沖電容，而且當多個串聯(lián)IGBT支路出現(xiàn)過電壓時，將電容并聯(lián) 在各支路上強制使各個支路上的電壓均衡。
【附圖說明】
[0009] 圖1為現(xiàn)有的IGBT緩沖電路原理圖；
[0010] 圖2為本實用新型實施例1電路原理圖；
[0011] 圖3為本實用新型實施例2電路原理圖。
【具體實施方式】
[0012] 如圖2所示，本實用新型實施例包括第一主IGBT 舄和第二主IGBT冬，第一主IGBT為和第二主IGBT Z2串聯(lián)，兩個主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 、屯；及H、心串聯(lián)而成的兩個電阻均壓支路并聯(lián)；電壓互感器Ml、M2原邊繞組一端分別與 兩個電阻均壓支路的中點連接，電壓互感器乂1 2原邊繞組另一端分別與、^^一端連接 (即分別與電壓互感器Ml、M2原邊繞組并聯(lián)）；電壓互感器M p M2副邊繞組一端分別 與電壓跟隨器％、％輸入端連接，電壓互感器MpM2副邊繞組另一端分別與輔助IGBT & 、2^2的發(fā)射極連接；輔助IGBT 的發(fā)射極分別與一端連接；輔助IGBT 的集電極均與緩沖電容一端連接；緩沖電容A另一端并聯(lián)接入二極管&、&陰 極之間，二極管&、&陽極分別與-端連接；緩沖電容q與放電電阻&并聯(lián)。
[0013] 圖3為本實用新型的另一種實施例，其中運算放大器AEP；、A￡F2用作電壓比較 器，電壓比較器的負輸入端輸入?yún)⒖茧妷骸?br>[0014] 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)的過電壓比較小時， 為X和作為靜態(tài)均壓電阻（jc=12 )，久1-Cj*作為動態(tài)均壓電路。電阻式s檢測的 電壓低于電壓比較器負輸入端設定的閥值電壓VKEF, &不導通，因此組成的RCD 緩沖單元不起作用，輔助電路的工作同于僅有Rxl-Dxl_Cxl輔助緩沖單元參與的工作的情況。 因為電容C xl取值較小(小于值的1/5)，從而IGBT換流閥的關(guān)斷時間和功率損耗也較小， 正常情況下IGBT換流閥器件柵極信號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，因此本實用新型能有效地減小的正常工作狀態(tài)下的關(guān)斷時間，從而減 小了關(guān)斷損耗。若IGBT均壓效果不是很理想，即某個主IGBT上出現(xiàn)較大的電壓時(此時另 一個IGBT上分壓較小，因此不需要緩沖電容參與工作)。任意一個IGBT集電極-發(fā)射極電 壓還沒有達到設定的過電壓檢測電路參考值以前，仍然只有R xl-Dxl-Cxl輔助緩沖單元工作。 Rcrb-Q組成的RCD緩沖單元不起作用。當奚或者Z 2的集電極發(fā)射極電壓達到設定的過電 壓參考值，尤3上的分壓超過&的閥值電壓，從而使對應的輔助IGBT 導通，Rxl-Dxl-Cxl 和RcrDu-Q都作為緩沖單元參與過電壓的抑制，由于q較大(大于5 /逆），因而對產(chǎn)生的 過電壓具有很好的抑制效果。
[0015] 電壓互感器札為將電阻均壓支路與電壓跟隨器/電壓比較器隔離開，從而有效防 止電壓跟隨器/電壓比較器及輔助IGBT對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副邊繞組，能先調(diào)節(jié)電壓互感器的原副邊繞組電壓比值再進行電壓 比較，從而更容易通過電阻設定參考電壓。
[0016] 本實用新型多個主IGBT串聯(lián)時共用一個輔助緩沖支路，即共用一個緩沖電容，兩 個主IGBT串聯(lián)，若電壓分配不均，該緩沖電容抑制過電壓較大的主IGBT上的過電壓。但是 當多個IGBT串聯(lián)時，可能存在多個主IGBT上出現(xiàn)過電壓的情況，此時出現(xiàn)過電壓的主IGBT 對應的輔助IGBT會處于導通狀態(tài)，從而使緩沖電容并聯(lián)在多個主IGBT上，使出現(xiàn)過電壓的 主IGBT的電壓強行與電容電壓相等，達到電壓均衡的目的。
【主權(quán)項】
1. 一種負載側(cè)控制IGBT串聯(lián)均壓電路，包括至少兩個串聯(lián)的主IGBT，其特征在于，每 個主IGBT與一個緩沖均壓單元連接；所述緩沖均壓單元包括并聯(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 中點與電壓互感器原邊繞組一端連接，所述電阻均壓支路一端與所述電壓互感器原邊繞組 另一端、輔助IGBT發(fā)射極連接；所述電壓互感器副邊繞組兩端與電壓跟隨器/電壓比較 器輸入端、所述輔助IGBT的發(fā)射極連接；所述電壓跟隨器/電壓比較器輸出端與所述輔助 IGBT柵極連接；所有緩沖均壓單元的輔助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所述的負載側(cè)控制IGBT串聯(lián)均壓電路，其特征在于，所述主IGBT、 緩沖均壓單元數(shù)量均為兩個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的負載側(cè)控制IGBT串聯(lián)均壓電路，其特征在于，所述輔助緩沖 支路包括緩沖電容；兩個緩沖均壓單元的兩個輔助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)接入兩個二極管陰極之間，所述兩個二極管陽極分別通過兩個電阻 均壓支路一端與兩個主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 μ F。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的負載側(cè)控制IGBT串聯(lián)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。
【專利摘要】本實用新型公開了一種負載側(cè)控制IGBT串聯(lián)均壓電路，包括至少兩個串聯(lián)的主IGBT，每個主IGBT與一個緩沖均壓單元連接；所述緩沖均壓單元包括并聯(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與電壓互感器原邊繞組一端連接，所述電阻均壓支路一端與所述電壓互感器原邊繞組另一端、輔助IGBT發(fā)射極連接；所述電壓互感器副邊繞組兩端與電壓跟隨器/電壓比較器輸入端、所述輔助IGBT的發(fā)射極連接；所有緩沖均壓單元的輔助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。本實用新型能避免電壓跟隨器/電壓比較器、輔助IGBT對電阻采樣的影響，從而提高采樣精度；能保證電路的電壓均衡。
【IPC分類】H02M1-34, H02M1-06
【公開號】CN204271892
【申請?zhí)枴緾N201420780651
【發(fā)明人】陳功, 陳敏, 劉小松, 彭國榮, 謝躍飛, 李圖強, 劉啟根
【申請人】中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司
【公開日】2015年4月15日
【申請日】2014年12月12日