[發(fā)明專利]適用于多電平變流器的IGBT驅(qū)動電源及其驅(qū)動方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210040025.5
• 申請日: 2012-02-22
• 公開（公告）號: CN102594102A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施貽蒙
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州飛仕得科技有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 俞潤體

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高多電平變流器的整體穩(wěn)定性的適用于多電平變流器的IGBT驅(qū)動電源及其驅(qū)動方法。

背景技術(shù)

由于多電平變流器具有功率容量大、開關(guān)頻率低、輸出諧波小、響應(yīng)速度快和電磁兼容性好等特點，使得多電平變流器在大功率場合得到越來越廣泛的應(yīng)用，如兆瓦級別的風(fēng)力變流器、軌道交通。與雙電平變流器不同，在多電平變流器中，正常的半導(dǎo)體器件間的換流需要保證了在外部IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）開通時，內(nèi)部的IGBT不會被關(guān)斷，這樣才能避免全部的直流母線電壓完全加在單個半導(dǎo)體器件上。由于工作模式的不一樣，傳統(tǒng)的雙電平IGBT驅(qū)動電路已經(jīng)不能適用于三電平工作模式下。

當(dāng)IGBT發(fā)生短路故障時，流過IGBT的短路電流隨著門極電壓的升高而升高，而IGBT能承受短路故障的時間則隨著門極電壓的升高而降低。工作于三電平模式的IGBT，當(dāng)其發(fā)生短路故障時，驅(qū)動電路不能立即關(guān)斷IGBT，而是需要將故障信號返回到上位機(jī)，由上位機(jī)統(tǒng)一安排關(guān)斷時序，因此，與兩電平工作模式相比，三電平工作模式時，IGBT需要承受更長的短路故障時間，這就意味著，IGBT因短路故障損壞的風(fēng)險大大增大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決多電平變流器中，IGBT需要承受更長的短路故障時間，IGBT因短路故障損壞的風(fēng)險大大增大，影響多電平變流器的整體穩(wěn)定性的技術(shù)問題；提供一種適用于多電平變流器的IGBT驅(qū)動電源及其驅(qū)動方法，其對IGBT的門極電壓進(jìn)行合理的分段控制，既保證了正常工作時的高效率，又在IGBT發(fā)生短路故障時，通過適當(dāng)降低門極電壓，從而降低IGBT短路時的電流以及IGBT關(guān)斷時的電壓尖峰，提高了多電平變流器的整體穩(wěn)定性和可靠性。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：本發(fā)明的適用于多電平變流器的IGBT驅(qū)動電源，包括驅(qū)動控制單元、放大電路、門極電壓調(diào)整電路和故障檢測電路，所述的驅(qū)動控制單元的輸入端和上位機(jī)的驅(qū)動指令輸出端相連，驅(qū)動控制單元的控制信號輸出端和所述的放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端和IGBT的門極相連，驅(qū)動控制單元的門極電壓調(diào)整信號輸出端經(jīng)所述的門極電壓調(diào)整電路和IGBT的門極相連，故障檢測電路的輸出端和驅(qū)動控制單元的故障信號輸入端相連，驅(qū)動控制單元的故障反饋信號輸出端和所述的上位機(jī)相連。上位機(jī)發(fā)出驅(qū)動指令給驅(qū)動控制單元，驅(qū)動控制單元發(fā)出控制信號給放大電路，再由放大電路驅(qū)動IGBT。故障檢測電路的故障源有來自于IGBT的，如短路、過流和過溫，也有來自于驅(qū)動電源本身的，如驅(qū)動電源供電欠壓、過壓等。故障檢測電路檢測IGBT是否發(fā)生故障，測得的故障信號輸送給驅(qū)動控制單元，再由驅(qū)動控制單元發(fā)出故障反饋信號給上位機(jī)。驅(qū)動控制單元發(fā)出的門極電壓調(diào)整信號控制門極電壓調(diào)整電路開始工作或停止工作，通過門極電壓調(diào)整電路控制IGBT的門極電壓，從而實現(xiàn)對IGBT的門極電壓進(jìn)行合理的分段控制，既保證了正常工作時的高效率，又在IGBT發(fā)生短路故障時，通過適當(dāng)降低門極電壓，從而降低IGBT短路時的電流以及IGBT關(guān)斷時的電壓尖峰，提高了多電平變流器的整體穩(wěn)定性和可靠性。

作為優(yōu)選，所述的門極電壓調(diào)整電路包括齊納二極管D和電子開關(guān)S，電子開關(guān)S的一端和IGBT的發(fā)射極相連，電子開關(guān)S的另一端和齊納二極管D的正極相連，齊納二極管D的負(fù)極和IGBT的門極相連，電子開關(guān)S的控制端和所述的驅(qū)動控制單元的門極電壓調(diào)整信號輸出端相連。電子開關(guān)S的斷開或閉合由所述的驅(qū)動控制單元發(fā)出的門極電壓調(diào)整信號控制，電子開關(guān)S斷開則門極電壓調(diào)整電路不工作，電子開關(guān)S閉合則門極電壓調(diào)整電路開始工作。可以是一級調(diào)節(jié)，也可以是多級調(diào)節(jié)。

作為優(yōu)選，所述的放大電路包括放大器U和電阻R，所述的驅(qū)動控制單元的控制信號輸出端和所述的放大器U的輸入端相連，放大器U的輸出端經(jīng)電阻R和IGBT的門極相連。

本發(fā)明的適用于多電平變流器的IGBT驅(qū)動電源的驅(qū)動方法為：當(dāng)IGBT正常工作時，所述的驅(qū)動控制單元發(fā)出的門極電壓調(diào)整信號使所述的門極電壓調(diào)整電路不工作，在上位機(jī)及驅(qū)動控制單元的控制下，IGBT的門極電壓保持正常的幅值；

當(dāng)IGBT發(fā)生短路故障時：

1）所述的故障檢測電路將測得的故障信號輸送給所述的驅(qū)動控制單元，再由驅(qū)動控制單元將故障反饋信號輸送給所述的上位機(jī)，同時驅(qū)動控制單元輸出的控制信號維持IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)；