IGBT串联均压技术的研究

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种比较理想的全控型器件,在电力电子与电力传动领域得到了广泛的应用。然而,在许多高压或超高压场合中,由于单个器件的耐压等级较低,导致其使用受到限制。IGBT串联使用是一种较为有效的提高耐压的方法。因此,研究IGBT串联均压技术,具有十分重要的意义。 本文首先介绍了高压大功率电能变换器的应用场合,分析了IGBT的工作特性及其工作过程,总结了已有的IGBT串联均压方法。总体上,这些方法可分为功率端的均压和栅极驱动端的均压。 然后通过仿真研究了影响IGBT串联不均压的因素。首先,IGBT自身参数不同会使串联IGBT承受电压不均衡。本文借助Saber软件中的IGBT模型分别研究了IGBT栅-射极电容、集-栅极电容和关断电流拖尾时间不同所带来的影响;其次,外围电路参数不一致也会使串联IGBT承受电压不均衡,其中主要是缓冲电容的不同和栅极驱动信号延时时间的不同。 接着从静态和动态两个方面详细分析了功率端均压技术,给出了均压电路参数设计的原则。然后在Buck电路中,采用两个IGBT串联作为主功率开关管,仿真并实验验证了所设计电路的均压效果。 最后研究了栅极驱动端均压技术,给出了三种改善IGBT串联运行时集-射极电压不均衡的具体解决措施:阻容二极管有源均压、变压器耦合均压和有源钳位均压。通过仿真和实验研究发现,均压电路的参数会同时影响电路的均压效果和开关损耗,因此设计参数时需要在二者之间进行折中考虑。