IGBT串聯(lián)用的有源電壓控制技術(shù)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
基于多重閉環(huán)反饋有源電壓控制技術(shù)的“IGBT智能有源驅(qū)動(dòng)電路”如圖5所示。此驅(qū)動(dòng)電路可接受電驅(qū)動(dòng)信號(hào)和光驅(qū)動(dòng)信號(hào)，內(nèi)置的FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）可根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成參考信號(hào)。通過(guò)VCE反饋、VGE反饋及dVCE/dt反饋控制IGBT的開關(guān)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)IGBT串聯(lián)均壓。
圖5 AVC驅(qū)動(dòng)電路
測(cè)試電路示意圖如圖6所示，為一個(gè)升壓電路。串聯(lián)后的IGBT充當(dāng)開關(guān)器件，采用雙脈沖觸發(fā)方式。通過(guò)調(diào)節(jié)輸入直流電壓以及占空比，可以使串聯(lián)的IGBT兩端電壓達(dá)到4000V以上，能滿足多個(gè)IGBT串聯(lián)的測(cè)試需要。圖7是測(cè)試平臺(tái)的照片。測(cè)試所用IGBT為英飛凌的FF800R17KF6C_B2，其額定電壓為1700V，額定電流為800A。
圖6 測(cè)試電路示意圖
圖7 測(cè)試平臺(tái)照片
3.1單個(gè)IGBT測(cè)試結(jié)果
圖8是有源電壓控制下的單個(gè)IGBT關(guān)斷和開通時(shí)的參考信號(hào)、VCE電壓、IC電流以及VGE電壓波形。
圖8（a）中系統(tǒng)電壓為500V，設(shè)定的IGBT箝位電壓為1000V。從圖中可以看出，IGBT的VCE電壓跟隨參考信號(hào)的效果很好，兩者非常接近，數(shù)值相差100倍（由驅(qū)動(dòng)電路設(shè)定）。因?yàn)轶槲浑妷菏?000V，所以圖中沒有電壓箝位的現(xiàn)象。
圖8（b）中系統(tǒng)電壓為850V。在IGBT關(guān)斷過(guò)程中，VCE電壓出現(xiàn)過(guò)沖，但是被箝位在1000V，
隨后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)850V。在這個(gè)過(guò)沖的時(shí)候，可以看到VGE的電壓保持在VGE(TH)之上，使得IGBT工作在有源區(qū)，從而保證電壓不會(huì)超過(guò)設(shè)定的箝位電壓。
圖8（c）中系統(tǒng)電壓仍為850V。從圖中可以看出，在參考信號(hào)開始下降，即開通過(guò)程開始后不久，集電極-發(fā)射極電壓VCE就開始跟隨參考信號(hào)，此時(shí)IGBT工作在有源區(qū)，并逐漸進(jìn)入開通狀態(tài)。之后參考信號(hào)出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其dV/dt增大，目的是加快IGBT開通速度。VCE電壓仍然試圖跟隨參考信號(hào)，但是由于參考信號(hào)的電壓變化率過(guò)高，超出IGBT所能達(dá)到的最大值，因此IGBT的VCE電壓無(wú)法緊密跟隨參考信號(hào)，但是，還是以IGBT能達(dá)到的最大電壓變化率下降。
圖8 單個(gè)IGBT開通、關(guān)斷波形：（a）關(guān)斷波形
(VDC=500V)；（b）關(guān)斷波形 (VDC=850V)；
（c）開通波形(VDC=850V)（黃：參考信號(hào)，紅：VCE，綠：IC，藍(lán)：VGE）
3.2 多個(gè)IGBT串聯(lián)的測(cè)試結(jié)果
圖9所示為有源電壓控制下的兩個(gè)IGBT串聯(lián)的關(guān)斷波形，其中紅色和綠色為兩個(gè)IGBT各自的集電極-發(fā)射極電壓VCE，藍(lán)色為串聯(lián)IGBT的電流。圖10所示為三個(gè)IGBT串聯(lián)的關(guān)斷波形，其中紅色黃色和灰色分別為3個(gè)IGBT的VCE電壓?？梢钥闯?，在關(guān)斷階段，IGBT的動(dòng)態(tài)均壓效果很好，電壓差別很小。在關(guān)斷過(guò)程結(jié)束后，由于IGBT的拖尾電流特性不同，使得VCE電壓波形有分歧。這可以通過(guò)并聯(lián)穩(wěn)態(tài)均壓電阻來(lái)解決，當(dāng)IGBT徹底進(jìn)入關(guān)斷穩(wěn)態(tài)后，其VCE電壓將趨于一致[7]。
圖9有源電壓控制下的兩個(gè)IGBT串聯(lián)關(guān)斷波形
（紅：VCE1，綠：VCE2，藍(lán)：IC）
圖10有源電壓控制下的三個(gè)IGBT串聯(lián)關(guān)斷波形
（紅：VCE1，黃：VCE2，灰：VCE3）
評(píng)論