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igbt串联均压技术的研究

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接着从静态和动态两个方面详细分析了功率端均压技术，给出了均压电路参数设计的原则。 然后在 Buck 电路中，采用两个 IGBT 串联作为主功率开关管，仿真并实验验证了所设计电路的 均压效果。
最后研究了栅极驱动端均压技术，给出了三种改善 IGBT 串联运行时集-射极电压不均衡的 具体解决措施：阻容二极管有源均压、变压器耦合均压和有源钳位均压。通过仿真和实验研究 发现，均压电路的参数会同时影响电路的均压效果和开关损耗，因此设计参数时需要在二者之 间进行折中考虑。
关键词： IGBT，串联 IGBT，功率端均压，栅极驱动端均压
I
IGBT 串联均压技术的研究
Abstract
The Isolated Gate Bipolar Transistor(IGBT) is a sort of more ideal full-controlled electronic device. It is widely used in the field of power electronics and motor drives. However it can’t accommodate engineering requirement in some high voltage or ultrahigh voltage cases for the lower withstand voltage of a single device. The serial use of IGBT provides a shortcut method to improve withstand voltage capability. So researching the voltage balancing techniques of series-connected IGBTs has very important significance.
Keywords: IGBT, series connected IGBTs, load side balancing method, gate side voltage balancing method
IIΒιβλιοθήκη IGBT 串联均压技术的研究
图表目录
图 1.1 输入串联组合变换器 ...........................................................................................................2 图 1.2 IGBT 串联均压技术分类......................................................................................................3 图 1.3 IGBT 直接串联高压桥臂......................................................................................................4 图 1.4 能自动均压的串联功率开关桥臂 .......................................................................................5 图 1.5 功率开关的有源串联均压控制电路 ...................................................................................5 图 1.6 复位 RCD 钳位电路.............................................................................................................5 图 1.7 参考电压法...........................................................................................................................6 图 1.8 主从控制电路.......................................................................................................................7 图 1.9 增强密勒效应均压控制图 ...................................................................................................7 图 1.10 有源电压钳位电路图 .........................................................................................................8 图 1.11 阻、容、二极管有源控制电路图 .....................................................................................8 图 1.12 齐纳二极管钳位均压电路 .................................................................................................8 图 1.13 齐纳二极管、电容钳位电路 .............................................................................................9 图 1.14 多级钳位电路.....................................................................................................................9 图 1.15 动态均压控制原理图 .......................................................................................................10 图 1.16 静态均压控制原理图 .......................................................................................................10 图 1.17 驱动耦合均压电路 ...........................................................................................................10 图 1.18 对称均压控制电路 ...........................................................................................................11 图 1.19 功率器件串联移相控制 ...................................................................................................11 图 2.1 IGBT 的结构剖面图............................................................................................................13 图 2.2 IGBT 的等效电路与 N-IGBT 图形符号 ............................................................................14 图 2.3 IGBT 的静态特性曲线........................................................................................................15 图 2.4 IGBT 的开关过程波形........................................................................................................16 图 2.5 IGBT 的安全工作区............................................................................................................18 图 2.6 M57962L 内部结构图 .........................................................................................................20 图 3.1 仿真电路原理图.................................................................................................................21 图 3.2 IGBT 等效模型....................................................................................................................22 图 3.3 串联 IGBT 不均压仿真电路..............................................................................................22 图 3.4 Cge 不同时串联 IGBT 的驱动电流电压波形 .....................................................................23

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IGBT串联技术探析

IGBT串联技术探析

额 定 电压 、 电流 要求较 高 ，成本 高 引 出漏 极 ， 器 Ｎ １ ＩＢ 的结 构图 ＧＴ 栅 极和 源 极 则 完 全相 同 。为 表 示 ＩＢ输 出 级具 有 ＧＲ 特性 ，一 般把 ＩＢ 的 漏 、源 极 称 为集 电极和 发 射 ＧＴ Ｔ的 ＧＴ
２Ｉ １ ＧＢ － 本特性 帕基
２ １静 态特 性 。ＩＢ 的静 态特 性包 括伏 安特 性 、转移 特性 、通 态特 性 ． ＧＴ 以及 断态特 性 。 ＩＢ 的伏 安特 性 是指 以栅极 电压ＶＥ ＧＴ Ｇ 为参 变量 时 ，集 电极 电流 和集 射 电 的关 系 曲线 。 输 出集 电极 电流 受栅 极 电压 ＶＥ Ｇ 的控 制 ，Ｖ Ｅ 高 ， Ｉ越 Ｇ越 ｃ 大 。与Ｇ Ｒ Ｔ 的伏 安特 性相 似 ，也可分 为饱 和 区、放 大区和 击 穿区二 部分 。阻
茎Ａ Ｖ
－ Ｉ Ｔ串联 技术 探 析 ＧＢ
杨 素
甘肃 兰州 ７０ ２ ） ３ １ ４ （ 西北民族大学 Ｏ级 电气工程学院 ８
摘
要 ： Ｉ Ｂ 因其具有 高额 定电压 、电流 ，开关速度 快 ，易 于驱动等 优点 ，成 为低高 功率变 换应用 中的最佳选 择 。随 着 电力 电子技术 的发展 ，电压越来 越 ＧＴ
馈 回控制 电路 ，与给 定 的参考 信 号 比较 。控 制 电路 根据 比较 结 果输 出相应
ＩＢ 的转 移 特 性 是 指 输 出 集 电 极 电流 Ｉ与 栅 射 控 制 电 压Ｖ Ｅ ＧＴ Ｃ Ｇ 间的 关 系 曲线 。 它 与 Ｍ Ｓ Ｅ 的 转 移 特 性 相 同 ， 当 栅 射 电 压 Ｖ Ｅ ￣ 开 启 电 压 ＯＦＴ Ｇ ｄ十
Ｖ Ｅ （ ｈ 时 ， Ｉ Ｂ 处 十 关 断 状 态 。在 Ｉ Ｂ 导 通 后 的 漏 极 电流 范 围 内， Ｇ ｔ） ＧＴ ＧＴ
一种新颖的IGBT串联电路

一种新颖的IGBT串联电路


Ｏｃ ｔ ．２ ０１ ３
一
种 新颖 的 Ｉ ＧＢ Ｔ 串联 电路
李镇 福 ， 林 维明 ， 葛 良安 ， 姚 晓莉
（ １ ．福 州 大学 电 气工程 与 自动 化 学 院 ， 福建 福州 ３ ５ ０ １ ０ ８ ；
２ ．英 飞特 电子 （ 杭 州） 股份 有 限公 司 ，浙 江 杭 州 ３ １ ０ ０ ５ ３ ）
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ３ — １ ４ 基 金 项 目 ：福 建 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ２ ０ １ １ Ｊ ０ １ ２ ９ ４ ）
ｔ 。 之前 ： Ｑ 、 Ｑ ： 均 处 于关 断 状态 ，Ｑ 、 Ｑ 集一 射 极
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ ４ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３ — ３ ０ ７ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ０ ５ ５ － ０ ４
１ 引 言
在 电力 有源 滤 波 器 、 高 压 微 型 电 网 系统 和 高 压 变 频器 等应 用场 合 中 ， 电压应 力 很 高 ， 现有单个 Ｉ Ｇ ．
第３ ２卷 第 ４期
２ ０ １ ３年 １ ０月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｅｎｅ ｒ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ２ ．Ｎｏ ． ４
路， 其辅 助 电路 中 的 电容减 慢 了 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的开关 速 度 ， 同时 电 阻 则 增 加 了 损 耗 。 变 压 器 耦 合 驱 动 均 压
法。 。 ’ 能有效 抑 制 由于 驱 动信 号 不 同 步 而引 起 的 电
共模电压技术

共模电压技术

一、专利核心技术1、IGBT直接串联技术高速功率可关断器件，特别是IGBT直接串联，有效解决了动静态均压、均流、同步开关断的问题，使真正无输入、输出变压器的高压变频器成为现实。

这不仅减少了变频器的体积和重量，更大大提高了变频器的性能和效率。

目前，世界其它变频器厂家均未生产出IGBT直接串联的高压变频器。

原因在于许多业内人士认为：IGBT是不能串联的，因为IGBT的开关时间极短，很难保证所有串联的管子能同时开关，这就会使系统电压全部加在晚开的管子上导致管子烧掉。

这一世界性的难题已经被我们率先解决。

IGBT直接串联技术不仅是高压变频领域革命性的突破，而且对柔性输电系统、无功补偿、有源滤波、电网稳压、潮流控制、直流输电等整个电力电子领域，都具有划时代的伟大意义。

2、直接速度控制技术以直接速度控制（DSC）为核心电机控制技术，是继V/F、转差频率补偿、矢量控制、DTC之后的全新技术。

DSC技术以电机定子磁通和转速为主机控制变量，无需在电动机转轴上安装脉冲编码器来反馈转子位置信号，就能实现精确的速度和转矩的控制。

利用DSC技术，可使电机在零速时产生满载转矩，动态响应速度高，鲁棒性超过以往任何一种电机控制技术。

3、抗共模电压技术在高压变频领域，共模电压是必须解决的关键问题之一，它影响电机的绝缘，对外产生干扰，特别是对长输线设备。

抗共模电压技术根据共模电压产生的机理，采取“堵和疏”的办法，将共模电压消灭在变频器内部。

抗共模电压技术使高压变频器彻底去掉变压器得以最终实现，并对电机无特殊的绝缘要求。

4、正弦波技术高压电机对变频器的输出电压波形有严格的要求，是业内人士都知道的常识。

正弦波技术一是从优化PWM波形入手，二是利用自己研制的特种滤波器，在波形发生、滤波材料等方面进行创新设计，使输出电压的谐波失真小于3%。

利用正弦波技术，可使变频器适用于任何交流电机，而无距离限制的要求。

同时还能提高功率因数，降低对电网的干扰。

igbt串联均压技术的研究

igbt串联均压技术的研究

接着从静态和动态两个方面详细分析了功率端均压技术，给出了均压电路参数设计的原则。 然后在 Buck 电路中，采用两个 IGBT 串联作为主功率开关管，仿真并实验验证了所设计电路的 均压效果。
最后研究了栅极驱动端均压技术，给出了三种改善 IGBT 串联运行时集-射极电压不均衡的 具体解决措施：阻容二极管有源均压、变压器耦合均压和有源钳位均压。通过仿真和实验研究 发现，均压电路的参数会同时影响电路的均压效果和开关损耗，因此设计参数时需要在二者之 间进行折中考虑。
南京航空航天大学 硕士学位论文
IGBT串联均压技术的研究 姓名：刘磊
申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动
指导教师：龚春英 20090101
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种比较理想的全控型器件，在电力电子与电力传动领域得到 了广泛的应用。然而，在许多高压或超高压场合中，由于单个器件的耐压等级较低，导致其使 用受到限制。IGBT 串联使用是一种较为有效的提高耐压的方法。因此，研究 IGBT 串联均压技 术，具有十分重要的意义。
关键词： IGBT，串联 IGBT，功率端均压，栅极驱动端均压
I
IGBT 串联均压技术的研究
Abstract
The Isolated Gate Bipolar Transistor(IGBT) is a sort of more ideal full-controlled electronic device. It is widely used in the field of power electronics and motor drives. However it can’t accommodate engineering requirement in some high voltage or ultrahigh voltage cases for the lower withstand voltage of a single device. The serial use of IGBT provides a shortcut method to improve withstand voltage capability. So researching the voltage balancing techniques of series-connected IGBTs has very important significance.