[發(fā)明專利]一種基于雙電壓控制型器件的單驅(qū)動(dòng)串聯(lián)均壓電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910570943.0
• 申請(qǐng)日: 2019-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN110336549B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁琳;王銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K17/567
• 分類號(hào): H03K17/567;H03K17/687
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明公開了一種基于雙電壓控制型器件的單驅(qū)動(dòng)串聯(lián)均壓電路，包括：驅(qū)動(dòng)電路、耦合電路和限幅緩沖電路；驅(qū)動(dòng)電路用于將接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電壓控制型器件的驅(qū)動(dòng)電壓，控制第一電壓控制型器件的開通與關(guān)斷；耦合電路用于在驅(qū)動(dòng)電路開通或關(guān)斷第一電壓控制型器件的過程中，通過電容放電或充電控制第二電壓控制型器件的開通與關(guān)斷；限幅緩沖電路用于均衡第一電壓控制型器件和第二電壓控制型器件在開通和關(guān)斷時(shí)源極與漏極間的電壓。本發(fā)明基于限幅緩沖電路，大大減輕了第一電壓控制型器件和第二電壓控制型器件在開通和關(guān)斷過程中的串聯(lián)電壓不均衡，使得可靠性更強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于雙電壓控制型器件的單驅(qū)動(dòng)串聯(lián)均壓電路。

背景技術(shù)

以MOSFET、IGBT等電壓控制型器件為核心的電力電子電路正朝著高壓大功率的方向發(fā)展，然而卻受制于單個(gè)器件的耐壓水平。為此，采用電壓控制型器件的串聯(lián)是一種最為直接的方式，可在不增加主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及控制算法復(fù)雜度的情況下，很好地滿足高壓大功率的需求。近些年來隨著寬禁帶器件理論研究的深入和工藝水平的提高，使得MOSFET、IGBT由傳統(tǒng)的Si基逐步向SiC基過渡，損耗大大減小，耐壓水平亦得到了一定程度的提升，而電壓控制型器件的串聯(lián)依舊為一大研究熱點(diǎn)，以更適用于高壓的場(chǎng)合。其共性問題在于解決串聯(lián)應(yīng)用中的電壓不均衡：包括斷態(tài)時(shí)的靜態(tài)電壓不均衡，以及開通和關(guān)斷過程中的動(dòng)態(tài)電壓不均衡。前者一般通過并聯(lián)均壓電阻的方式來解決，實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單；而后者需要控制器件的開通和關(guān)斷過程，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，亦是研究的重點(diǎn)所在。

為了解決串聯(lián)過程中的動(dòng)態(tài)電壓不均衡問題，已有相關(guān)研究提供了一些解決方案，有無源緩沖方法和主動(dòng)均壓方法兩大類。無源緩沖方法的電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，其中在各串聯(lián)器件兩端并聯(lián)RC、RCD等緩沖電路是最為常見的一種無源緩沖方法，但同時(shí)會(huì)額外帶來很大的損耗，包括使器件開關(guān)速度大大減緩造成的額外損耗，以及緩沖電路上的損耗；主動(dòng)均壓方法通過對(duì)器件的驅(qū)動(dòng)側(cè)做出控制來實(shí)現(xiàn)串聯(lián)均壓，靈活性強(qiáng)，因此研究的十分廣泛，包括調(diào)節(jié)各串聯(lián)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)的延遲，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓的波形，動(dòng)態(tài)改變驅(qū)動(dòng)電阻的阻值，在電壓型驅(qū)動(dòng)電路的基礎(chǔ)上增加額外的受控電流源，各串聯(lián)器件兩端電壓跟隨同一參考信號(hào)等。但是上述方法均依賴于良好的控制，且電路較為復(fù)雜。

為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)拓?fù)洌醒芯刻岢隽藛悟?qū)動(dòng)電路，其最大的特點(diǎn)是僅需一個(gè)器件的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電路即可驅(qū)動(dòng)整個(gè)串聯(lián)支路，相比之下，該驅(qū)動(dòng)電路僅由簡(jiǎn)單的無源元件構(gòu)成，且元件數(shù)量大大減小。但隨著主回路電流的增大，其電壓不均衡程度愈發(fā)嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了一種基于雙電壓控制型器件的單驅(qū)動(dòng)串聯(lián)均壓電路，旨在解決雙電壓控制型器件串聯(lián)過程中的動(dòng)態(tài)電壓不均衡的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于雙電壓控制型器件的單驅(qū)動(dòng)串聯(lián)均壓電路，包括：驅(qū)動(dòng)電路、耦合電路和限幅緩沖電路；

驅(qū)動(dòng)電路的第一節(jié)點(diǎn)與第一電壓控制型器件的柵極相連，其第二節(jié)點(diǎn)與第一電壓控制型器件的源極連接；耦合電路的第一節(jié)點(diǎn)、第二節(jié)點(diǎn)和第三節(jié)點(diǎn)分別與第二電壓控制型器件的漏極、柵極和源極連接，其第四節(jié)點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)電路的第三節(jié)點(diǎn)連接；其第五節(jié)點(diǎn)與第一電壓控制型器件的源極連接；限幅緩沖電路的第一節(jié)點(diǎn)與負(fù)載電感連接；其第二節(jié)點(diǎn)與第二電壓控制型器件的漏極連接；其第三節(jié)點(diǎn)與第一電壓控制型器件的源極連接；其第四節(jié)點(diǎn)與母線電壓中點(diǎn)連接；

驅(qū)動(dòng)電路用于將接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電壓控制型器件的驅(qū)動(dòng)電壓，控制第一電壓控制型器件的開通與關(guān)斷；

耦合電路用于在驅(qū)動(dòng)電路開通或關(guān)斷第一電壓控制型器件的過程中，通過電容放電或充電控制第二電壓控制型器件的開通與關(guān)斷；

限幅緩沖電路用于均衡第一電壓控制型器件和第二電壓控制型器件在開通和關(guān)斷時(shí)源極與漏極間的電壓。