功率器件IGBT串联的移相控制技术.pdf

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1、2003年2月重庆大学学报Feb.2003第26卷第2期JOurnaiOfChOnggingUniversityVOi.26NO.2文章编号：1000-582X（2003）02-0113-04功率器件IGBT串联的移相控制技术!付志红，苏向丰，周雒维（重庆大学教育部高电压与电工新技术重点实验室，重庆400044）摘要：IGBT器件在电力装置中得到广泛应用，用IGBT串联提高装置对超单管耐压电源的控制是切实可行的，关键问题要解决IGBT串联的静态均压和动态过压问题。提出用并联电阻的办法解决静态均压问题；用移相控制技术，通过对

2、主电源分级，对各级电源移相控制，实现主电源的分级接入和撤离，解决主控电路中IGBT的动态过压问题。文中讨论了IGBT串联电路的耐压、移相角度等参数的确定办法，分析了该技术对开关极限频率、输出波形的影响以及存在的问题。该技术已在大功率激电发送机产品中得到成功应用。关键词：IGBT；串联；动态过压；移相控制；耐压能力中图分类号：TM862文献标识码：A绝缘栅双极晶体管IGBT（InsuiatedGateBipOiarTran-件BUP30（4耐压1200V，电流60A），耐压能力远达不sistOr）综合了GTR和MOSFET的

3、优点，具有大电流、低饱到设计要求，希望用IGBT串联构成组合开关的办法提和电压、高输入阻抗、驱动简单（电压驱动）、速度较快的高发送机的输出电压，因而开展了IGBT串联技术的研优点，在高压中、低频电力设备和自动控制装置中得到究工作。广泛应用。功率器件必须在其额定的电流和电压下工通过对IGBT的并联可扩展其电流容量，但需考虑作，才能保证器件不被损坏，但在一些应用领域，需要对均流问题，并联技术在实际中已经得到成功应用［2］。特大电流、特高电压进行控制，对功率器件的电流容量通过IGBT的串联提升组合开关的耐压能力，因存在难和耐压能

4、力要求较高，但可能没有满足这种要求的器以解决的动态过压问题，实现难度要大得多。解决件，即或有价格也非常昂贵，因而对功率器件电流容量IGBT串联电路的动态过压问题，较常用的办法是在和耐压能力的扩展技术研究就显得很有必要。IGBT集电极发射极间加电压缓冲器（用电容器），但容在应用地球物理的电法勘探方法中，激电发送机易产生震荡，存在较大的损耗，开关速度也会变慢，或是重要的供电设备。发送机输出连接在地表两点间建立栅极动态电压平衡电路。文献［3］提到应采用型（两点距离一般上百米，甚至数千米），要输出低频（周号一致、特性一致的IGBT

5、器件，吸收和驱动电路的结期4s~64s）高电压正负脉冲信号，通过接收设备检测构与参数严格一致，选择适当的设计工艺等，这种方法地表的电场分布发现异常，根据电场异常分析地下地质实际上难以办到。现在国外对IGBT串联的研究焦点构造和矿物存在。发送机输出电流越大，接收信号就越在栅极驱动信号电路的研究上，文献［4］提出了一种组强，信噪比就越高，反映地下地质体的效果越好。较先［1］合开关电压嵌位和栅极信号延迟技术，文献［5］提出了进的发送机输出电压可达800V、电流近10A。随着物探工作的深入，研究更深部和高阻区的地质体已成为一种新颖

6、的栅极控制电路，文献［6］提出了一种闭环控国家的需要，提供高电压的发送机是这项工作的基本条制的栅极信号电路，都可用于平衡功率器件间承受的件，据此，开展了5kW激电发送机的研究工作。仪器指电压。基于对大功率激电发送机的研究，提出了一种标要求输出电压1500V，空载电压达2400V。选用IG-IGBT功率器件串联电路的移相控制技术，用于在低频BT作为功率器件，但在当时只能购买到耐压较高的器情况下对超额定电压电源的控制。!收稿日期：2002-10-11作者简介：付志红（1966-），男，重庆潼南县人，副教授、硕士，主要从事决策支

7、持与企业信息化、电路、计算机辅助分析等方向研究。114重庆大学学报2003年仿真K1的Vce结果见图2。可见，在开关导通和1IGBT串联电路中均压问题截止的瞬间，K1承受电压都存在尖峰，尖峰值超过了先分析由3个IGBT串联的电路（图1）。假定IG-额定耐压。因此IGBT的简单串联不能解决动态过压BT器件耐压为Vcr，用3个指标完全一样的IGBT串联问题。形成一个组合开关，用来控制电压V（V=3Vcr），控制电压远高于单管耐压。1.1静态均压问题在IGBT器件都关断的情况下，各IGBT的关断电阻可能不一致，因而会造成分压不均

8、，可以在各IGBT集电极和发射极之间并联阻值相等的电阻（R1=R2=R3，R1远小于IGBT的关断电阻）解决该问题。1.2动态过压问题尽管组合开关中各IGBT指标、栅极控制信号电路图2IGBT组合开关中K1承受电压波形仿真完全相同，但由于各IGBT的性能、开关速度的差异，栅2IGBT的串联的移相控制技术