一種串聯(lián)igbt閥組的保護(hù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子及電力系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種串聯(lián)IGBT閥組的保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是一種比較理想的全控型器件，在電力電子及電力系統(tǒng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而在許多高壓及超高壓場合，由于單個(gè)IGBT的耐壓有限，導(dǎo)致其使用受到限制，而將低壓的IGBT應(yīng)用于高壓場合的最有效的方法就是將多只IGBT串聯(lián)。
[0003]就目前水平來說，單個(gè)IGBT的最高耐壓等級(jí)為6.5KV，將IGBT串聯(lián)使用對于提高裝置的功率等級(jí)來說有著巨大的工程實(shí)用價(jià)值。然而，串聯(lián)IGBT閥組的裝置及其運(yùn)行環(huán)境為高壓大電流環(huán)境，串聯(lián)閥段的母線電壓一般會(huì)遠(yuǎn)高于單個(gè)IGBT的最高耐壓等級(jí)，串聯(lián)IGBT發(fā)生短路故障時(shí)的情況要比單個(gè)IGBT短路故障的情況更加復(fù)雜，對串聯(lián)IGBT短路故障保護(hù)電路的要求也更高，因此對串聯(lián)IGBT短路故障保護(hù)電路進(jìn)行研究具有深刻的工程應(yīng)用意義。
[0004]串聯(lián)IGBT短路故障分為I類短路和II類短路，其中I類短路是直接將IGBT導(dǎo)通短路，短路回路的電感量很小(10nH或更小)，IGBT的短路電流會(huì)快速上升，直至超過飽和電流；當(dāng)電流上升到一定數(shù)值時(shí)，IGBT就會(huì)發(fā)生退飽和現(xiàn)象，Vce電壓迅速上升，此時(shí)必須在1us內(nèi)關(guān)斷IGBTt3II類短路是IGBT在導(dǎo)通模式下發(fā)生的短路，短路回路的電感量比I類短路稍大一些(uH)，電流爬升的速度比I類短路故障稍微慢了一些，但仍然很快。門極脈沖打開時(shí)，IGBT的Vce電壓已經(jīng)下降至飽和壓降，隨著電流的進(jìn)一步加大，Vce的飽和電壓會(huì)輕微的抬升，當(dāng)電流上升幅值達(dá)到“退飽和”點(diǎn)時(shí)，IGBT的Vce電壓迅速上升至直流母線電壓;此時(shí)IGBT的損耗急劇增加，必須在1us內(nèi)關(guān)斷IGBT。
[0005]綜上所述，兩種IGBT串聯(lián)短路故障的共同點(diǎn)是集-射極電壓出現(xiàn)退飽和現(xiàn)象，現(xiàn)有的解決方案一般是由驅(qū)動(dòng)器檢測退飽和現(xiàn)象并對故障IGBT實(shí)行軟關(guān)斷。由于IGBT器件的離散性，短路故障發(fā)生時(shí)同一串聯(lián)閥段中不同IGBT的退飽和時(shí)間是不可能完全一致的，那么驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷故障IGBT時(shí)有可能發(fā)生某些IGBT的關(guān)斷時(shí)刻過早，承受過高電壓而擊穿的嚴(yán)重不均壓情況。
[0006]因此，IGBT串聯(lián)短路故障保護(hù)電路最關(guān)鍵的是防止某個(gè)IGBT上的電壓尖峰過高，保證故障IGBT的關(guān)斷電壓均衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種串聯(lián)IGBT閥組的保護(hù)電路，用以解決現(xiàn)有串聯(lián)IGBT閥組容易遭受過電壓而擊穿的問題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:
[0009]一種串聯(lián)IGBT閥組的保護(hù)電路，包括至少兩個(gè)串聯(lián)的IGBT閥組，在串聯(lián)的每個(gè)IGBT閥組的集-射極兩端并聯(lián)鉗位電路，所述鉗位電路包括穩(wěn)壓管和避雷器。
[0010]進(jìn)一步的，所述鉗位電路還包括與穩(wěn)壓管并聯(lián)的電阻。所述穩(wěn)壓管是TVS管。
[0011]本發(fā)明提供的在串聯(lián)IGBT閥組的集-射極兩端并聯(lián)鉗位電路的方法，簡單可靠，效果顯著，可以有效地解決串聯(lián)IGBT短路故障時(shí)的不均壓問題，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)IGBT短路故障關(guān)斷過程的均壓，從而能夠有效的避免IGBT遭受過電壓擊穿的現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0012]圖1是串聯(lián)IGBT連接原理圖；
[0013]圖2是無保護(hù)電路時(shí)Ql和Q2管的故障關(guān)斷電壓波形；
[0014]圖3是有保護(hù)電路時(shí)Ql和Q2管的故障關(guān)斷電壓波形。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0016]針對串聯(lián)IGBT短路故障關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)的關(guān)斷電壓不均衡情況，本發(fā)明提出了一種IGBT串聯(lián)短路故障的保護(hù)電路，在每個(gè)IGBT的集-射極兩端并聯(lián)鉗位電路(包括TVS管或者其他鉗位器件，如避雷器)，可以對IGBT的集-射極電壓進(jìn)行過壓保護(hù)，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)IGBT短路故障情況下的關(guān)斷過程均壓。
[0017]如圖1所示，是兩個(gè)IGBT串聯(lián)連接作為一個(gè)串聯(lián)閥段時(shí)IGBT串聯(lián)的連接電路原理圖，其中Udc表示串聯(lián)IGBT的母線電壓，QI和Q2分別表示串聯(lián)閥段中的兩個(gè)IGBT模塊，DI和D2分別表示與Ql、Q2模塊中的反并聯(lián)二極管，VDl和VD2分別表示Ql和Q2管負(fù)載側(cè)并聯(lián)的鉗位器件，R為IGBT的靜態(tài)均壓電阻，Vcel和Vce2分別表示Ql和Q2管的集-射極電壓，Ic為串聯(lián)IGBT的回路電流。
[0018]當(dāng)串聯(lián)IGBT發(fā)生短路故障時(shí)，回路電流Ic迅速增加；當(dāng)短路電路的幅值達(dá)到IGBT的Vce電壓退飽和點(diǎn)時(shí)，IGBT的集-射極電壓Vce迅速增加。假設(shè)Ql和Q2管的退飽和時(shí)間不同步，Q2管先于Ql管進(jìn)入退飽和狀態(tài)，此時(shí)Vce2的電壓迅速增加。受到回路雜散電感的影響，Q2管的故障關(guān)斷電壓尖峰遠(yuǎn)高于過母線電壓Udc，Q2管有可能因?yàn)檫^壓擊穿而失效。取VDl和VD2的鉗位電壓為VD，當(dāng)Vce2電壓為超過VD2的擊穿電壓時(shí)，Q2管上的電壓維持VD幅值不再繼續(xù)升高，直至串聯(lián)閥段中的故障IGBT全部被關(guān)斷。
[0019]為了能夠更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，現(xiàn)以母線電壓Udc= 1000V，TVS管的鉗位電壓為1500V為例進(jìn)行具體說明。
[0020]如圖2所示的當(dāng)母線電壓Udc= 1000V，串聯(lián)IGBT發(fā)生短路故障且無鉗位保護(hù)電路時(shí)，Vcel和Vce2的故障關(guān)斷波形。Q2管首先進(jìn)入退飽和狀態(tài)，其故障關(guān)斷電壓尖峰高達(dá)2456V，隨后Ql管也進(jìn)入退飽和狀態(tài)，其故障關(guān)斷電壓尖峰高達(dá)1843V，動(dòng)態(tài)關(guān)斷電壓不均衡度約為15%。
[0021]圖3所示的是采用了驅(qū)動(dòng)鉗位保護(hù)電路后，母線電壓Udc= 1000V時(shí)的串聯(lián)故障關(guān)斷波形，選擇鉗位TVS管的擊穿電壓為1500V42管仍然先進(jìn)入飽和狀態(tài)，但受到鉗位電路的影響，Vce2電壓被控制在1500V;隨后Ql管退飽和狀態(tài)，Vcel電壓也被控制在1500V，實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)IGBT的均壓。
[0022]綜上可知，采用串聯(lián)的每個(gè)IGBT的集-射極兩端并聯(lián)鉗位保護(hù)電路可以有效的解決串聯(lián)IGBT短路故障時(shí)的均壓問題。
[0023]以上給出了本發(fā)明具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對上述實(shí)施例中的技術(shù)手段進(jìn)行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實(shí)現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對上述實(shí)施例進(jìn)行微調(diào)形成的，這種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種串聯(lián)IGBT閥組的保護(hù)電路，包括至少兩個(gè)串聯(lián)的IGBT閥組，其特征在于，在串聯(lián)的每個(gè)IGBT閥組的集-射極兩端并聯(lián)鉗位電路，所述鉗位電路包括穩(wěn)壓管和避雷器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種串聯(lián)IGBT閥組的保護(hù)電路，其特征在于，所述鉗位電路還包括與穩(wěn)壓管并聯(lián)的電阻。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種串聯(lián)IGBT閥組的保護(hù)電路，其特征在于，所述穩(wěn)壓管是TVS管。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種串聯(lián)IGBT閥組的保護(hù)電路，包括至少兩個(gè)串聯(lián)的IGBT閥組，在串聯(lián)的每個(gè)IGBT閥組的集-射極兩端并聯(lián)鉗位電路,所述鉗位電路包括穩(wěn)壓管和避雷器。本發(fā)明提供的在串聯(lián)IGBT閥組的集-射極兩端并聯(lián)鉗位電路的方法，簡單可靠，效果顯著，可以有效地解決串聯(lián)IGBT短路故障時(shí)的不均壓問題，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)IGBT短路故障關(guān)斷過程的均壓，從而能夠有效的避免IGBT遭受過電壓擊穿的現(xiàn)象。
【IPC分類】H02H7/20
【公開號(hào)】CN105449644
【申請?zhí)枴緾N201511018754
【發(fā)明人】梅桂芳, 安昱, ?；i, 孫強(qiáng)強(qiáng), 劉剛, 辛德鋒
【申請人】許繼集團(tuán)有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司, 許繼電氣股份有限公司, 西安許繼電力電子技術(shù)有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月30日