基于同步电源技术的串联IGBT同步控制装置

摘要

本发明公开了基于同步电源技术的串联IGBT同步控制装置，包括IGBT驱动模块和IGBT同步控制模块，所述IGBT同步控制模块与IGBT驱动模块之间通过线圈对高频电流耦合进行信号的传递；所述IGBT驱动模块用于驱动IGBT导通工作；所述IGBT同步控制模块用于产生高频电流信号控制IGBT驱动模块。本发明通过同步电源技术解决了串联的IGBT的同步启动问题，串联的多个IGBT同时接收同一个IGBT同步控制模块发出的高频电流信号，能够实现多个IGBT的同步启动，避免由于控制信号的不同步造成设备的损伤。

说明书

技术领域

本发明涉及电路控制领域，具体涉及基于同步电源技术的串联IGBT同步控制装置。

背景技术

IGBT串联使用作为一种较为有效的提高IGBT耐压的方法，是一项电力电子在高压电气设备中应用的重要技术。在IGBT串联过程中，由于结构的特殊性以及触发装置的误差，实际应用中串联器件之间会产生动态电压不均的问题，这将导致过电压而大大影响器件的使用寿命和电路的工作效率，严重时造成设备的损坏。

为了确保IGBT串联可靠工作，每个IGBT要实现静态与动态均压；而动态均压难度最大，即怎样保证每个IGBT在开通和关断瞬间保持一致。目前工程应用研究采用IGBT串联辅助电路和驱动信号控制补偿电路两个方面实现IGBT串联动态均压。采用IGBT串联辅助电路是指跟随IGBT两端的电压变化去改变栅极控制电压，这是一种被动式栅极驱动电压控制方式，通过改变开关动作，抑制IGBT串联的过电压。补偿式电路(如脉冲变压器法)，通过对栅极驱动电压的补偿，达到同步关断。但这两种方法在实际的运行中，当串联的IGBT个数很多时，也会引起由于控制信号的不同步造成设备的损伤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是IGBT控制信号不同步，目的在于提供基于同步电源技术的串联IGBT同步控制装置，采用高频电流信号使IGBT控制信号同步，避免由于控制信号的不同步造成设备的损伤。

本发明通过下述技术方案实现：

基于同步电源技术的串联IGBT同步控制装置，包括IGBT驱动模块和IGBT同步控制模块，所述IGBT同步控制模块与IGBT驱动模块之间通过线圈对高频电流耦合进行信号的传递；所述IGBT驱动模块用于驱动IGBT导通工作；所述IGBT同步控制模块用于产生高频电流信号控制IGBT驱动模块。

本发明通过同步电源技术解决了串联的IGBT的同步启动问题，串联的多个IGBT同时接收同一个IGBT同步控制模块发出的高频电流信号，能够实现多个IGBT的同步启动，避免由于控制信号的不同步造成设备的损伤。

进一步地，IGBT驱动模块至少设置一个。本发明不仅适用于少量串联的IGBT同步控制，还适用于多个串联的IGBT同步控制的问题。

进一步地，IGBT驱动模块包括IGBT管Q11、电容C23、电阻R5、整流桥V3、变压器次级绕组T6，所述变压器次级绕组T6接收IGBT同步控制模块的高频电流信号，所述变压器次级绕组T6的两端连接在整流桥V3的两个输入端；IGBT管Q11的基极和发射极分别连接在整流桥V3的两个输出端，IGBT管Q11的发射极接地，IGBT管Q11的集电极为高压直流输出端；所述电阻R5并联在整流桥V3的两个输出端之间，电容C23并联在电阻R5两端。本发明通过并联的电容C23和电阻R5解决了IGBT在导通和关断控制过程中IGBT的b和e之间电容C_be电容不均导致驱动不同步的问题。

进一步地，基于同步电源技术的串联IGBT同步控制装置，还包括IGBT均压模块，所述IGBT均压模块包括电阻R1和电容C1，所述电容C1并联在IGBT管Q11两端，所述电阻R1并联在电容C1两端。

进一步地，IGBT同步控制模块包括MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、MOSFET管Q4、电解电容C33、电容C34、电感T4、变压器T5、电容C35、电阻R10、电阻R11和开关S1，所述MOSFET管Q1的漏极连接直流电源，MOSFET管Q1的源极连接电容C34，电容C34另一端连接电感T4，电感T4的另一端与变压器T5的一级绕组的一端连接；变压器T5的另一端与电解电容C33的负极连接，电解电容C33的正极与直流电源连接；所述MOSFET管Q2的漏极连接在MOSFET管Q1与电容C34连接的线路上，MOSFET管Q2的源极连接在变压器T5与电解电容C33连接的线路上；在变压器T5的初级绕组两端还连接有一个发射高频电流信号的初级绕组，所述MOSFET管Q3和MOSFET管Q4串联后连接在发射高频电流信号的初级绕组与变压器T5连接的线路上，其中，MOSFET管Q4的源极与MOSFET管Q3的源极连接，MOSFET管Q4的漏极与发射高频电流信号的初级绕组连接，MOSFET管Q3的漏极连接在变压器T5与MOSFET管Q2连接的线路上；所述MOSFET管Q4的栅极与MOSFET管Q3的栅极连接；

变压器T5的二次绕组的两端分别连接在整流桥V2的两个输入端，整流桥V2的两个输出端连接有开关S1，所述电容C35并联在开关S1两端，所述电阻R10并联在电容C35两端；所述电阻R11串联在电阻R10与开关S1连接的一条线路上，所述MOSFET管Q4的栅极与MOSFET管Q3的栅极连接后形成的节点连接在电阻R11与开关S1连接的线路上。设置两个MOSFET管，即Q3和Q4，是为了在关断状态下实现对交流高频电流的阻断。

进一步地，开关S1采用光耦。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过同步电源技术解决了串联的IGBT的同步启动问题，串联的多个IGBT同时接收同一个IGBT同步控制模块发出的高频电流信号，能够实现多个IGBT的同步启动，避免由于控制信号的不同步造成设备的损伤；

2、本发明在IGBT驱动模块中，通过并联的电容和电阻解决了IGBT在导通和关断控制过程中IGBT的b和e之间电容C_be电容不均导致驱动不同步的问题；

3、本发明在IGBT的c和e两端并联电容和电阻，解决了IGBT在导通和关断控制过程中IGBT的c和e之间电压不均的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例2结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，基于同步电源技术的串联IGBT同步控制装置，包括IGBT驱动模块和IGBT同步控制模块，所述IGBT同步控制模块与IGBT驱动模块之间通过线圈对高频电流耦合进行信号的传递；所述IGBT驱动模块用于驱动IGBT导通工作；所述IGBT同步控制模块用于产生高频电流信号控制IGBT驱动模块。IGBT驱动模块至少设置一个。当IGBT驱动模块为多个时，多个IGBT驱动模块串联，每个IGBT驱动模块同时接收IGBT同步控制模块发出的高频电流信号。

实施例2

如图2所示，IGBT同步控制模块包括MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、MOSFET管Q4、电解电容C33、电容C34、电感T4、变压器T5、电容C35、电阻R10、电阻R11和开关S1，所述MOSFET管Q1的漏极连接直流电源，MOSFET管Q1的源极连接电容C34，电容C34另一端连接电感T4，电感T4的另一端与变压器T5的一级绕组的一端连接；变压器T5的另一端与电解电容C33的负极连接，电解电容C33的正极与直流电源连接；所述MOSFET管Q2的漏极连接在MOSFET管Q1与电容C34连接的线路上，MOSFET管Q2的源极连接在变压器T5与电解电容C33连接的线路上；在变压器T5的初级绕组两端还连接有一个发射高频电流信号的初级绕组，所述MOSFET管Q3和MOSFET管Q4串联后连接在发射高频电流信号的初级绕组与变压器T5连接的线路上，其中，MOSFET管Q4的源极与MOSFET管Q3的源极连接，MOSFET管Q4的漏极与发射高频电流信号的初级绕组连接，MOSFET管Q3的漏极连接在变压器T5与MOSFET管Q2连接的线路上；所述MOSFET管Q4的栅极与MOSFET管Q3的栅极连接；变压器T5的二次绕组的两端分别连接在整流桥V2的两个输入端，整流桥V2的两个输出端连接有开关S1，所述电容C35并联在开关S1两端，所述电阻R10并联在电容C35两端；所述电阻R11串联在电阻R10与开关S1连接的一条线路上，所述MOSFET管Q4的栅极与MOSFET管Q3的栅极连接后形成的节点连接在电阻R11与开关S1连接的线路上。开关S1采用光耦。

将变压器T5形成的直流电压信号施加于Q3和Q4，使MOSFET管Q3和Q4导通，此时高频电流信号流过IGBT驱动电路的耦合线圈，使串联的IGBT导通。反之，当光耦S1控制信号关断，则光耦另一侧关断，将变压器T5形成的直流电压信号不能施加于Q3和Q4，使MOSFET管Q3和Q4关断，此时无高频电流信号流过IGBT驱动电路的耦合线圈，使串联的IGBT关断。

IGBT驱动模块包括IGBT管Q11、电容C23、电阻R5、整流桥V3、变压器次级绕组T6，所述变压器次级绕组T6接收IGBT同步控制模块的高频电流信号，所述变压器次级绕组T6的两端连接在整流桥V3的两个输入端；IGBT管Q11的基极和发射极分别连接在整流桥V3的两个输出端，IGBT管Q11的发射极接地，IGBT管Q11的集电极为高压直流输出端；所述电阻R5并联在整流桥V3的两个输出端之间，电容C23并联在电阻R5两端。

在发射高频电流信号的初级绕组与MOSFET管Q3连接的线路上还设置有MOSFET管Q4，所述MOSFET管Q4的栅极与MOSFET管Q3的栅极连接，MOSFET管Q4的漏极与MOSFET管Q3的源极连接，MOSFET管Q4的源极与发射高频电流信号的初级绕组连接。

首先通过控制MOSFET管Q1和MOSFET管Q2的导通和关断，在变压器T5两端形成高频信号，当MOSFET管Q1导通、MOSFET管Q2关断时，直流电源释放的电流依次通过MOSFET管Q1、电容C34、电感T4、变压器T5的一级绕组回到电解电容C33的负极，其中，电感T4在此时储存电能；当MOSFET管Q1关断、MOSFET管Q2导通时，电感T4此时作为电源释放电能，电感T4连接电容C34的一端为正极，释放电流，电流依次经过电容C34、MOSFET管Q2、变压器T5回到电感T4的负极；这样，变压器T5的二级绕组得到的就是交流电；交流电通过整流桥V2形成直流电压信号，当光耦S1中的发光二极管导通，光敏三极管接收到光信号导通，则整流桥V2的输出端作为电源输入，将MOSFET管Q3和MOSFET管Q4导通，则发射高频电流信号的初级绕组导通，初级绕组上流过高频电流信号，变压器次级绕组T6感应高频电流信号。

变压器次级绕组T6感应高频电流信号后形成交流电压，利用整流桥V3将交流电压整流成直流电压信号，通过并联电阻R5和电容C23施加于IGBT管Q11，当电压高于IGBT驱动电压时，IGBT管导通，反之截止。由于IGBT的C_be电容不均，在相同电压作用下会导致各级串联的IGBT驱动不同步，为了使IGBT在控制信号的作用下同时导通，在IGBT的b和e之间并联一个电容C23，使各级IGBT的b和e之间电容量基本相等，从而消除IGBT的b和e之间电容C_be电容对串联IGBT同步控制的影响。

基于同步电源技术的串联IGBT同步控制装置，还包括IGBT均压模块，所述IGBT均压模块包括电阻R1和电容C1，所述电容C1并联在IGBT管Q11两端，所述电阻R1并联在电容C1两端。在IGBT均压模块中采用并联电容和电阻的方法实现IGBT在静态和动态状态下电压均匀。整个均压电路由并联的电阻R1和电容C1组成，电容C1用于动态均压，选择过程中使C1电容量大于IGBT的C_ce电容，消除IGBT分布电容对动态均压过程的影响。电阻R1用于静态均压，其阻值在选择的时候要遵循R＜1/(ωC)，其中ω代表的是开关动作频率，C代表电容C1的值，使动态状态下以电容进行均压。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。