本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于串聯(lián)IGBT的均壓保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

由絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)組成的固態(tài)電力電子開(kāi)關(guān)具有開(kāi)關(guān)速度快，可控性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，同時(shí)為了應(yīng)用于高電壓領(lǐng)域，須將多個(gè)IGBT相互串聯(lián)使用以達(dá)到較高的電壓等級(jí)，該方案效果好同時(shí)成本低，故得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。

在IGBT串聯(lián)使用時(shí)，由于各個(gè)半導(dǎo)體器件之間的細(xì)微差異以及線路的寄生電感等影響，會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)過(guò)程中各器件承壓不均衡，極大的影響了開(kāi)關(guān)的使用壽命和工作效率，甚至?xí)斐善骷舸p壞。保證半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓分布均衡是實(shí)現(xiàn)高壓固態(tài)電力電子開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵。

對(duì)此現(xiàn)有技術(shù)有多種解決方法：第一種方法是在驅(qū)動(dòng)端采用反饋控制實(shí)現(xiàn)較為精確的器件電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整，使各個(gè)IGBT的集射極電壓趨于一致，然而該電路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若其中某路控制器出現(xiàn)故障則該路IGBT必然損壞，隨著器件串聯(lián)數(shù)目增多，控制復(fù)雜度也大幅提升；第二種方法是在功率端并聯(lián)動(dòng)態(tài)緩沖電路、靜態(tài)均壓電路，來(lái)吸收線路中存在的電感能量以避免過(guò)電壓，通過(guò)靜態(tài)均壓電路來(lái)減緩半導(dǎo)體器件因漏電流不同而導(dǎo)致的靜態(tài)電壓不均衡問(wèn)題，該方案隨著串聯(lián)器件數(shù)目增多，會(huì)增加整個(gè)裝置的體積；同時(shí)，由于動(dòng)態(tài)緩沖電路均為無(wú)源器件，只能較為粗略的降低器件峰值電壓，并且在整個(gè)工作周期中都會(huì)動(dòng)作從而帶來(lái)較大的損耗。

因此，當(dāng)前高壓固態(tài)開(kāi)關(guān)領(lǐng)域內(nèi)通過(guò)兩種方案的結(jié)合解決串聯(lián)半導(dǎo)體電壓不均衡問(wèn)題，如非專利文獻(xiàn)《IEEE Transactions on Power Electronics》,2015,30(8):4165-4174中公開(kāi)了一種利用反饋控制實(shí)現(xiàn)串聯(lián)IGBT的有源電壓平衡的方法。利用該方法，動(dòng)態(tài)緩沖電路采用電阻-電容方案，靜態(tài)均壓電路采用電阻方案，驅(qū)動(dòng)反饋控制采用串聯(lián)瞬態(tài)箝位二極管(TVS)，由于瞬態(tài)箝位二極管會(huì)在一定電壓下?lián)舸?dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，通過(guò)檢測(cè)瞬態(tài)箝位二極管中的電流，可以判斷串聯(lián)時(shí)各個(gè)IGBT升壓至某設(shè)定集射極電壓的時(shí)間，將該信息通過(guò)光纖傳送至控制器從而在下一周期調(diào)整各路IGBT開(kāi)關(guān)信號(hào)的相對(duì)延遲時(shí)間。

其一、在該方案中，相同規(guī)格的瞬態(tài)箝位二極管，其動(dòng)作電壓存在較大差異，另外，同一個(gè)瞬態(tài)箝位二極管，其動(dòng)作電壓也會(huì)隨其溫度變化，因此使用瞬態(tài)箝位二極管會(huì)帶來(lái)極大的反饋誤差，而一般高壓IGBT關(guān)斷時(shí)間在1us～2us左右，該誤差會(huì)極大的影響控制效果甚至反而造成IGBT過(guò)壓損壞；其二、為避免瞬態(tài)箝位二極管因頻繁擊穿而損壞，一般均設(shè)置動(dòng)作電壓為IGBT實(shí)際工作電壓的115％～120％，那么就會(huì)存在某些IGBT的瞬態(tài)箝位二極管因電壓分布不勻而并不擊穿的情況，也會(huì)造成反饋誤差。其三、在該方案中，使用瞬態(tài)箝位二極管來(lái)投切電容、電阻，其饋入IGBT控制端的電流較小使作用效果存在較大延時(shí)，并且也存在前述的動(dòng)作電壓不穩(wěn)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于串聯(lián)IGBT的均壓保護(hù)電路，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中IGBT在串聯(lián)工作時(shí)均壓與過(guò)壓保護(hù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種用于串聯(lián)IGBT的均壓保護(hù)電路，包括電壓采集模塊、N個(gè)比較器、控制模塊以及柵極電阻模塊；所述N個(gè)比較器分別為第一比較器、第二比較器、…至第N比較器，N為自然數(shù)；

所述電壓采集模塊的第i輸出端連接第i比較器，所述第i比較器的第一輸出端連接?xùn)艠O電阻模塊的第i輸入端，第一比較器的第二輸出端連接控制模塊的輸入端，所述控制模塊的輸出端連接?xùn)艠O電阻模塊的第N+1輸入端，所述柵極電阻模塊的輸出端作為所述均壓保護(hù)電路的輸出端，i為1～N的整數(shù)；

所述電壓采集模塊用于獲取與集射極電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的低電壓信號(hào)；

所述第i比較器用于通過(guò)將所述低電壓信號(hào)與第i閾值進(jìn)行比較，將所述低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第i方波信號(hào)，所述第i閾值小于所述低電壓信號(hào)的峰值；

所述控制模塊用于根據(jù)第一方波信號(hào)，發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

所述柵極電阻模塊用于根據(jù)所述第i控制信號(hào)以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)，改變整體阻值，并獲得IGBT的柵射集電壓信號(hào)。

優(yōu)選地，所述第i比較器的延時(shí)小于20ns。

優(yōu)選地，所述第i閾值的紋波幅度低于100mv。

優(yōu)選地，N≥2，且第一閾值至第N閾值依次遞增。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，N＝2，所述第一閾值為低電壓信號(hào)的峰值的1/3～2/5，所述第二閾值為低電壓信號(hào)的峰值的2/3～4/5。

優(yōu)選的，所述控制模塊包括控制單元、隔離單元以及驅(qū)動(dòng)單元，所述隔離單元的輸入端作為所述控制模塊的輸入端，交互端連接控制單元的交互端，輸出端連接驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，所述驅(qū)動(dòng)單元的輸出端作為所述控制模塊的輸出端；

所述控制單元用于根據(jù)第一方波信號(hào)，發(fā)出單極性、低幅值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述隔離單元用于隔離控制單元與第一比較器，以及用于隔離控制單元與驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊用于根據(jù)所述單極性、低幅值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，獲取雙極性、高幅值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述隔離單元包括以光纖連接的第一光纖收發(fā)模塊以及第二光纖收發(fā)模塊，所述第一光纖收發(fā)模塊的輸入端作為所述隔離單元的輸入端，輸出端作為所述隔離單元的輸出端，所述第二光纖收發(fā)模塊的交互端作為所述隔離單元的交互端。

優(yōu)選地，所述電壓采集模塊包括均壓電阻、采樣電阻以及電壓采集單元，所述均壓電阻的第一端用于連接IGBT的第一端，第二端連接所述采樣電阻的第一端以及電壓采集模塊的第一輸入端，所述采樣電阻的第二端連接電壓采集模塊的第二輸入端，并用于連接IGBT的第二端；

所述均壓電阻用于調(diào)整IGBT的靜態(tài)電壓，所述采樣電阻用于獲取集射極電壓信號(hào)，所述電壓采集單元用于將集射極電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述電壓采集單元的延時(shí)小于150ns。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述均壓電阻和采樣電阻的溫度漂移小于150ppm/℃。

優(yōu)選地，所述集射極電壓信號(hào)的峰值小于10V，所述低電壓信號(hào)的峰值為5V。

優(yōu)選地，所述柵極電阻模塊包括基礎(chǔ)電阻、N個(gè)驅(qū)動(dòng)器、N個(gè)電阻以及N個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，所述N個(gè)驅(qū)動(dòng)器分別為第一驅(qū)動(dòng)器、第二驅(qū)動(dòng)器、…至第N驅(qū)動(dòng)器，所述N個(gè)電阻分別為第一電阻、第二電阻、…至第N電阻，所述N個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)分別為第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、…至第N半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，所述第i電阻與第i半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)串聯(lián)形成第i串聯(lián)電路，所述第i串聯(lián)電路與基礎(chǔ)電阻并聯(lián)；所述第i電阻的阻值小于基礎(chǔ)電阻；所述第i驅(qū)動(dòng)器的輸入端作為所述柵極電阻模塊的第i輸入端，輸出端連接第i半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制端，所述基礎(chǔ)電阻的輸入端作為所述柵極電阻模塊的第N+1輸入端，輸出端作為所述柵極電阻模塊的輸出端；

所述第i驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)第i方波信號(hào)，獲得第i控制信號(hào)，所述第i半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)用于根據(jù)所述第i控制信號(hào)，導(dǎo)通或分?jǐn)嗟趇串聯(lián)電路，從而改變所述柵極電阻模塊的整體阻值。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第i驅(qū)動(dòng)器的延時(shí)小于20ns。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，N≥2，且第一電阻至第N電阻的阻值依次遞增。

作為更進(jìn)一步優(yōu)選地，N＝2，所述第一電阻的阻值為第二電阻的1/4～1/2，所述第二電阻的阻值為基礎(chǔ)電阻的1/6～1/3。

本發(fā)明提出的方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明利用設(shè)定的第i閾值，并根據(jù)集射極電壓信號(hào)來(lái)獲取方波信號(hào)，從而更改柵極電阻的大小，可以增加或減緩集射極電壓的上升速率，同時(shí)減少了集射極電壓的峰值，抑制了因集射極電壓信號(hào)的傳遞線路雜散參數(shù)不同帶來(lái)的過(guò)壓影響，可以避免串聯(lián)IGBT在工作當(dāng)前關(guān)斷階段與整個(gè)工作周期中的過(guò)壓損壞風(fēng)險(xiǎn)；

2、由于電壓采集模塊的低電壓信號(hào)與IGBT的集射極電壓對(duì)應(yīng)，而第i比較器的動(dòng)作電壓相當(dāng)于第i閾值÷低電壓信號(hào)的峰值×設(shè)定串聯(lián)IGBT的峰值電壓，而IGBT的峰值電壓通常設(shè)定為其實(shí)際工作電壓的110％～140％；經(jīng)驗(yàn)證，通過(guò)設(shè)置比較器的閾值電壓，可以使其動(dòng)作電壓在小于低電壓信號(hào)的峰值范圍內(nèi)變化，將比較器的動(dòng)作電壓調(diào)整為串聯(lián)IGBT的工作電壓的24％～115％，范圍極寬且調(diào)整方便；

3、在柵極電阻模塊中，選用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)來(lái)投切第i電阻，從而保證快速改變柵極電阻模塊的整體阻值；

4、在電壓采集模塊中，均壓電阻能起到調(diào)整靜態(tài)電壓的作用，而采樣電阻可以作為集射極電壓信號(hào)的采集點(diǎn)，均壓電阻與采樣電阻相串聯(lián)后再與IGBT并聯(lián)，從而作為IGBT的靜態(tài)均壓電路方案，元件數(shù)量少，節(jié)省了器件安裝的空間；

5、采樣電阻獲得的集射極電壓信號(hào)，與集射極電壓的實(shí)際值成正比；而通過(guò)選擇溫度漂移小于150ppm/℃的均壓電阻和采樣電阻串聯(lián)作為靜態(tài)均壓電阻，可減少溫度對(duì)采樣結(jié)果的影響，提高集射極電壓信號(hào)采集的精確度；通過(guò)選擇紋波幅度低于100mv的第i閾值作為第i比較器的基準(zhǔn)電壓，可提高比較器動(dòng)作電壓的精確度；因此綜上，精確的采樣電壓及精準(zhǔn)的閾值能夠獲得穩(wěn)定準(zhǔn)確的集射極電壓信號(hào)；

6、電壓采集單元、比較器以及驅(qū)動(dòng)器分別選用延時(shí)小于150ns和20ns的高速器件，能快速降低串聯(lián)IGBT的峰值電壓。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明均壓保護(hù)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明柵極電阻模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1均壓保護(hù)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1電路原理圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-驅(qū)動(dòng)電路，2-控制電路，Q1-串聯(lián)IGBT，R4-均壓電阻，R3-采樣電阻，U1-電壓采集模塊，U2-比較模塊，U3-驅(qū)動(dòng)模塊，U6-控制模塊。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種用于串聯(lián)IGBT的均壓保護(hù)電路，用于根據(jù)集射極電壓信號(hào)獲得柵射集電壓信號(hào)，如圖1所示，包括電壓采集模塊、N個(gè)比較器、隔離單元、控制單元、驅(qū)動(dòng)單元以及柵極電阻模塊，所述N個(gè)比較器分別為第一比較器、第二比較器、…至第N比較器，N為自然數(shù)，優(yōu)選為1～3，如圖1所示；所述電壓采集模塊的輸出端連接第i比較器，所述第i比較器的第一輸出端連接?xùn)艠O電阻模塊的第i輸入端，第一比較器的第二輸出端連接隔離單元的輸入端，所述隔離單元的交互端連接控制單元的交互端，輸出端連接驅(qū)動(dòng)單元的輸入端，所述驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接?xùn)艠O電阻模塊的第N+1輸入端，所述柵極電阻模塊的輸出端作為所述均壓保護(hù)電路的輸出端，i為1～N的任意整數(shù)；

所述電壓采集模塊用于獲取與集射極電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的低電壓信號(hào)，所述集射極電壓信號(hào)的峰值小于10V，所述低電壓信號(hào)的峰值為5V；

所述第i比較器用于通過(guò)將所述低電壓信號(hào)與第i閾值進(jìn)行比較，將所述低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第i方波信號(hào)，所述第i閾值小于所述低電壓信號(hào)的峰值，當(dāng)?shù)碗妷盒盘?hào)大于第i閾值時(shí)，則轉(zhuǎn)換為第i方波信號(hào)中的高電平，否則轉(zhuǎn)換為第i方波信號(hào)中的低電平；當(dāng)N≥2時(shí)，第一閾值至第N閾值依次遞增；

所述隔離單元包括以光纖相連的第一光纖收發(fā)器以及第二光纖收發(fā)器，所述第一光纖收發(fā)器的輸入端作為隔離單元的輸入端，輸出端作為隔離單元的輸出端，所述第二光纖收發(fā)器的第二交互端作為所述隔離單元的交互端；所述隔離單元用于將控制單元與第一比較器以及驅(qū)動(dòng)單元隔離；

所述控制單元用于根據(jù)第一方波信號(hào)，發(fā)出單極性、低幅值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通常該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低電平為0V，高電平為3.3V或5V；

所述驅(qū)動(dòng)單元將單極性、低幅值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙極性、高幅值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通常該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低電平為－10V，高電平為15V，所述驅(qū)動(dòng)單元同時(shí)還用于隔離柵極電阻模塊以及隔離單元；

所述電壓采集模塊由均壓電阻、采樣電阻以及電壓采集單元組成；所述均壓電阻的第一端用于連接IGBT的第一端，所述采樣電阻的第二端用于連接IGBT的第二端；所述均壓電阻的第二端連接所述采樣電阻的第一端以及電壓采集模塊的第一端，所述采樣電阻的第二端連接電壓采集單元的第二端；所述均壓電阻用于調(diào)整IGBT的集射極電壓，所述采樣電阻用于獲取與集射極電壓對(duì)應(yīng)的集射極電壓信號(hào)，所述電壓采集單元用于將所述集射極電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)，所述均壓電阻以及采樣電阻的溫度漂移小于150ppm/℃，以保證在較高的集射極電壓下，溫度仍不會(huì)影響采樣結(jié)果；

所述柵極電阻模塊用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及第i方波信號(hào)發(fā)出柵射極電壓信號(hào)，所述柵極電阻模塊包括基礎(chǔ)電阻、N個(gè)驅(qū)動(dòng)器、N個(gè)電阻以及N個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，所述N個(gè)驅(qū)動(dòng)器分別為第一驅(qū)動(dòng)器、第二驅(qū)動(dòng)器、…至第N驅(qū)動(dòng)器，所述N個(gè)電阻分別為第一電阻、第二電阻、…至第N電阻，所述N個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)分別為第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、…至第N半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)；所述第i驅(qū)動(dòng)器的輸入端作為所述柵極電阻模塊的第i輸入端，輸出端連接第i半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的控制端，所述基礎(chǔ)電阻的輸入端作為所述柵極電阻模塊的第N+1輸入端，輸出端作為所述柵極電阻模塊的輸出端，所述第i電阻與第i半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)串聯(lián)形成第i串聯(lián)電路，所述第i串聯(lián)電路與基礎(chǔ)電路并聯(lián)形成柵極電阻；

所述第i驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)第i方波信號(hào)，獲得第i控制信號(hào)，所述第i半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)用于根據(jù)所述第i控制信號(hào)，導(dǎo)通或分?jǐn)嗟趇串聯(lián)電路，從而改變所述柵極電阻模塊中柵極電阻的整體阻值，繼而改變柵射極電壓信號(hào)；

所述第i電阻的阻值小于基礎(chǔ)電阻，且當(dāng)N≥2時(shí)，第一電阻至第N電阻的阻值依次增加；例如，當(dāng)N＝2時(shí)，可將第一閾值設(shè)置為所述低電壓信號(hào)的峰值的1/3～2/5，第二閾值設(shè)置為所述低電壓信號(hào)的峰值的2/3～4/5，將第一電阻的阻值設(shè)置為第二電阻的1/4倍～1/2倍，將第二電阻的阻值設(shè)置為基礎(chǔ)電阻的1/6倍～1/3倍；這樣，當(dāng)?shù)碗妷盒盘?hào)的實(shí)時(shí)值大于第二閾值時(shí)，則第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)同時(shí)分?jǐn)?，柵極電阻的整體阻值為基礎(chǔ)電阻的阻值，從而柵極電阻模塊輸出具有相對(duì)較弱驅(qū)動(dòng)能力的柵極電壓信號(hào)；當(dāng)?shù)碗妷盒盘?hào)的實(shí)時(shí)值位于第一閾值與第二閾值之間時(shí)，第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體分?jǐn)?，柵極電阻模塊的整體阻值為基礎(chǔ)電阻阻值的1/7～1/4；當(dāng)?shù)碗妷盒盘?hào)的實(shí)時(shí)值小于第一閾值時(shí)，第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)與第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，柵極電阻的整體阻值為基礎(chǔ)電阻阻值的1/31～1/10，從而柵極電阻模塊輸出具有較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的柵極電壓信號(hào)，如圖2所示。

其中，電壓采集單元選用延時(shí)小于150ns的高速器件，第i比較器以及第i驅(qū)動(dòng)器選用延時(shí)小于20ns的高速器件，以保證均壓保護(hù)電路的整體延時(shí)小于200ns。

實(shí)施例1

圖3是應(yīng)用該原理制作的均壓保護(hù)電路示意圖，該電路包括靜態(tài)均壓電阻、驅(qū)動(dòng)電路1以及控制電路2；驅(qū)動(dòng)電路1包括電壓采集模塊U1、比較模塊U2、第一光纖收發(fā)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊U3、柵極電阻控制模塊；所述控制電路2包括第二光纖收發(fā)模塊以及控制模塊U6。

圖4為本實(shí)施例的電路圖，該均壓保護(hù)中聯(lián)入的串聯(lián)IGBT Q1為FZ800R33KF2C；其額定電壓為3300V，額定電流為800A，阻斷電阻為660KΩ，實(shí)際工作電壓為1250V，設(shè)定峰值電壓為1500V；

靜態(tài)均壓電阻與串聯(lián)IGBT Q1并聯(lián)，靜態(tài)均壓電阻包括串聯(lián)的均壓電阻R4以及采樣電阻R3，均壓電阻R4為固定電阻器RPH100V02502JB，阻值為25KΩ，溫度漂移為150ppm/℃，采樣電阻為固定電阻器BSI06380R00DR19，阻值為80Ω，溫度漂移為100ppm/℃，采樣電阻與電壓采集模塊U1并聯(lián)。

電壓采集模塊U1采用高速電流差分放大器AD8216，將采樣電阻R3獲得的集射極電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0～5V的低電壓信號(hào)，而后傳輸至比較模塊U2，該集射極電壓信號(hào)的峰值小于10V。

比較模塊U2采用高速雙通道比較器MAX962，包括第一比較器B以及第二比較器A，第一比較器B所用的第一閾值電壓的閾值電壓為2V，則比較器動(dòng)作電壓為2/5×1500＝600V，為串聯(lián)IGBT的實(shí)際工作電壓的48％，輸出幅值為5V的第一方波信號(hào)傳至柵極電阻控制模塊的高速驅(qū)動(dòng)器U4的第一輸入端以及第一光纖收發(fā)模塊的接收端。第二比較器A所用的第二閾值電壓為4V，則比較器動(dòng)作電壓為4/5×1500＝1200V，為串聯(lián)IGBT的實(shí)際工作電壓的96％，輸出幅值為5V的第二方波信號(hào)傳至柵極電阻控制模塊的高速驅(qū)動(dòng)器U4的第二輸入端。

比較模塊的閾值電壓可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整，例如在本實(shí)施例中，當(dāng)閾值電壓為1V時(shí)，比較器動(dòng)作電壓為1/5×1500＝300V，實(shí)際工作電壓的20％，則當(dāng)閾值電壓為4.8V時(shí)，比較器動(dòng)作電壓為4.8/5×1500＝1440V，為實(shí)際工作電壓的115.2％。

第一光纖收發(fā)模塊的接收端采用高速光纖接收器HFBR-2526(C1)，通過(guò)光纖連接控制電路2的第二光纖收發(fā)模塊的輸出端HFBR-1527(T1)，用以傳送第一方波信號(hào)開(kāi)關(guān)信號(hào)；光纖收發(fā)模塊的輸出端采用高速光纖發(fā)送器HFBR-1527(T2)，通過(guò)光纖連接控制電路2的光纖收發(fā)模塊的接收端HFBR-2526(C2)，用于獲得IGBT開(kāi)關(guān)信號(hào)。由于光纖收發(fā)模塊的接收端與發(fā)送端之間通過(guò)光進(jìn)行隔離，因此其絕緣電壓與供電電源的隔離電壓相等，本方案采用100KV隔離電壓的開(kāi)關(guān)電源，因此可應(yīng)用在100KV場(chǎng)景中。若采用其他其他光耦、電位平移電路，因其本身器件隔離電壓最高僅為6.5KV，限制了在高壓環(huán)境中的使用。

控制模塊U6采用DSP 28335，與第二光纖收發(fā)模塊的輸出端相連，輸出單極性，低幅值，無(wú)隔離的IGBT開(kāi)關(guān)信號(hào)，其低電平為0V，高電平5V。

驅(qū)動(dòng)模塊U3采用1SC2060P，用以將接收的單極性，低幅值，無(wú)隔離的IGBT開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得雙極性，高幅值，高隔離的IGBT開(kāi)關(guān)信號(hào)，其低電平為-10V，高電平為15V。

柵極電阻控制模塊包括5歐姆電阻R1、10歐姆電阻R2、40歐姆電阻R0、雙路高速M(fèi)OSFET開(kāi)關(guān)CSD88539ND(U4)及雙路高速驅(qū)動(dòng)器UCC27523D(U5)，10歐姆電阻與MOSFET的A路的漏極串聯(lián)，5歐姆電阻與MOSFET的B路的漏極串聯(lián)，然后再共同與40歐姆電阻并聯(lián)，并聯(lián)后共同形成柵極電阻。柵極電阻的輸入端連接驅(qū)動(dòng)模塊U3的輸出端，輸出端連接至串聯(lián)IGBT(Q1)的控制端；同時(shí)高速驅(qū)動(dòng)器的A路的輸出端連接MOSFET的A路的柵極，B路MOSFET的柵極連接B路高速驅(qū)動(dòng)器的輸出，用以改變開(kāi)關(guān)過(guò)程時(shí)的柵極電阻控制模塊的整體阻值大小，從而獲得與IGBT開(kāi)關(guān)信號(hào)對(duì)應(yīng)的柵射集電壓信號(hào)。因此，當(dāng)電壓采集模塊輸出的低電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)值低于第一閾值時(shí)，雙路高速M(fèi)OSFET開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，柵極電阻模塊的實(shí)際電阻約為3.08Ω；當(dāng)電壓采集模塊輸出的低電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)值高于第一閾值而小于第二閾值時(shí)，MOSFET開(kāi)關(guān)的B路分?jǐn)?，A路保持導(dǎo)通，此時(shí)柵極電阻的實(shí)際阻值為8Ω；當(dāng)?shù)碗妷盒盘?hào)的實(shí)時(shí)值高于第二閾值時(shí)，高速M(fèi)OSFET開(kāi)關(guān)的雙路均處于分?jǐn)酄顟B(tài)，柵極電阻模塊的實(shí)際阻值為40Ω。

由于本實(shí)施例中選取的高速電流差分放大器AD8216的傳播延時(shí)為120ns(±8ns)，高速雙通道比較器MAX962傳播延時(shí)為6.9ns(±2ns)，雙路高速驅(qū)動(dòng)器UCC27523D(U5)傳播延時(shí)為10ns(±2ns)，因此該均壓保護(hù)電路的整體延時(shí)在150ns以內(nèi)；而本實(shí)施例的串聯(lián)IGBT的工作電壓為1250V，其關(guān)斷時(shí)間為1.5μs，通過(guò)精確采樣集射極電壓，動(dòng)態(tài)更改串聯(lián)IGBT關(guān)斷時(shí)的柵極電阻控制模塊的整體阻值，可有效控制柵射集電壓信號(hào)的波形，降低過(guò)壓峰值，同時(shí)利用開(kāi)關(guān)時(shí)序調(diào)整技術(shù)能方便的降低整個(gè)工作周期中的過(guò)壓損壞風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)光纖收發(fā)模塊傳輸方波信號(hào)以及IGBT開(kāi)關(guān)信號(hào)，拓寬了IGBT的工作電壓范圍，能夠應(yīng)用在百千伏場(chǎng)景。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。