基于有源栅极驱动的IGBT并联均流控制研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:poloyzhang
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绝缘栅双极晶体管(IGBT)由于其拥有成熟的结构以及控制技术,是目前电力电子设备所采用的主要功率器件。自上世纪80年代以来,IGBT工艺和性能不断提升,但单模块IGBT的热特性和通流能力仍受到硅材料自身的限制,不能满足大功率装置的需求。从成本、扩展性等方面而言,IGBT模块的并联是现阶段大功率电力电子装置设计应用的最佳方案之一。在理想的并联情况下,每个IGBT的工作电流应相等,然而由于电路的非对称性、器件参数的差异以及驱动信号的不同步等原因,IGBT的并联使用一直存在均流问题,这也是电力电子设备长期工作的安全隐患。因此采取针对性的措施,改善IGBT并联时的动态与静态均流性能,有利于IGBT并联技术的进一步应用。本文针对IGBT模块的并联使用,以驱动控制为主要手段,采用驱动信号延迟和电流斜率控制相结合的方法,改善并联支路的动态电流均衡度。信号延迟部分采用模拟电路,将并联IGBT电流变化的延迟时间反馈给驱动信号进行补偿,最终使并联电流同步上升/下降;电流斜率控制利用当前工作周期的开关特性与参考值的偏差,调整下一个周期的开关特性。同时利用有源栅极电压驱动结合平均电流法改善并联IGBT的静态电流分布。分析了IGBT的动态开关特性以及静态输出特性,明确了不对称并联支路的静态与动态电流波形差异,探究了IGBT芯片特性、栅极电阻、驱动信号以及回路寄生参数对并联电流分布的影响,确定了驱动电路的设计依据。设计制作了IGBT有源栅极驱动电路,该驱动电路能够输出可变电压并控制流过IGBT电流斜率,通过测试平台进行实验,验证了信号延迟及电流斜率控制的可行性,两个方法的结合有利于降低动态电流的不均衡程度。通过MATLAB软件对闭环均流控制方法进行分析,明确了闭环均流控制策略的可行性;以FPGA(现场可编程门阵列)为核心控制器,结合软硬件设计进行了FF300R17KE4模块的并联均流控制实验,实现了两个并联模块的电流均衡,进一步验证了有源驱动电路及均流控制的有效性。
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