igbt串联用的有源电压控制技术

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1、IGBT串联用的有源电压控制技术ActiveVoltageControlTechnologiesforIGBTSeriesConnection和巍巍1，张学强1，PatrickR.Palmer1，汪之涵21.英国剑桥大学工程系；2.深圳青铜剑电力电子科技有限公司HeWeiwei1,ZhangXueqiang1,PatrickR.Palmer1,WangZhihan21EngineeringDepartment,CambridgeUniversity2ShenzhenBronzeTechnologiesLtd.摘要：I

2、GBT有源电压控制技术（ActiveVoltageControl，简称AVC），是在IGBT控制过程中引入多重闭环反馈，使IGBT开通和关断过程中集电极-发射极电压VCE的轨迹始终跟随预先设定的参考信号，实现高压应用时IGBT器件直接串联的同步工作和有效均压。本文介绍了有源电压控制技术的基本概念，串联IGBT的实验波形和相应的损耗计算。关键词：IGBT串联驱动均压有源电压控制ActiveVoltageControlAbstract:Theso-calledIGBTAVCtechnologyissomethingtha

3、tduringtheIGBTcontrolprocess,variouslayersofclosedloopreactionisintroducedtoensurethatthepathwayofcollector-emittervoltageVCEduringtheprocessofOn-OffoftheIGBTfollowsthepredefinedreferentialsignal,torealizesynchronousfunctionandeffectivevoltage-sharingwhenIGBTco

4、mponentsareconnectedinserieswiththehigh-voltageapplication.ThearticleintroducesbasicconceptsofAVC,experimentalwaveofIGBTconnectedinseriesandrelatedlosscalculation.Keywords:IGBT,Connectioninseries,Drive,Voltagesharing,Activevoltagecontrol［中图分类号］TN389［文献标识码］A文章编号

5、：1561-0349（2012）02-1引言绝缘栅双极晶体管IGBT自上世纪80年代问世以来，由于其输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的性能，在电力电子领域中得到了广泛的应用。然而，由于半导体器件本身的材料和结构原因，IGBT目前的电压等级最高是6.5kV，无法达到电力系统中很多场合的电压等级（如10kV、35kV的电压等级），限制了IGBT在高压领域的应用。采用IGBT器件直接串联进而实现电压等级的提升具有巨大的吸引力。然而，IGBT串联技术有两个难点必须要克服：第一是要保证控制信号的同步，

6、并且必须在关断后，各个信号之间的延迟在一个可以接受的范围内；第二是要保证在开通和关断过程中，电压被平均的分配在各个器件上，各个器件上的电压差别必须在一个合理的范围之内，否则会造成某些器件被击穿或者过早老化。图1列举了几种具有代表性的IGBT串联方案，并根据其采用的方法进行了分类。无源缓冲电路，一般是在IGBT器件的C、E两端并联缓冲电路[1,2]。缓冲电路包括RC型、RCD型等。无源缓冲电路可以实现IGBT串联的均压，但是会降低IGBT的开关速度并且增大开关损耗，而且无源缓冲电路需要较多器件，参数较难设置，会降低系统

7、的可靠性。栅极控制的方法，可以分为同步控制和有源控制两类。同步控制包括通过控制关断点来实现电压均衡的关断点选择法，以及通过同步控制实现均压的电压均衡法[3,4]。但是，由于IGBT的负温度系数特性，同步控制法有一定的局限性，因而在实际应用中并不多见。有源控制法，通过对栅极进行注入电流或加减栅极控制电压等方法来实现均压，但是同时会带来额外的功率损耗。本文介绍的有源电压控制技术（ActiveVoltageControl，简称AVC），是通过引入集电极反馈来控制IGBT栅极电压以实现串联均压。图1IGBT串联技术分类图中符

8、号改为斜体，文字不用斜体2有源电压控制技术IGBT有源电压控制技术，由英国剑桥大学PatrickPalmer博士提出[5]。此技术通过在IGBT控制过程中引入多重闭环反馈，使IGBT开通和关断过程中，集电极-发射极电压VCE的轨迹始终跟随预先设定的参考信号，从而实现高压应用中IGBT器件直接串联的同步工作和有效均压。如图2所示，IGBT的集电极