基于闭环控制的IGBT并联均流方法研究及实现

• 作 者: 熊英杰
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: IGBT并联扩容 静态均流 动态均流 栅极控制 串联电感

为了解决在大容量储能系统、新能源、特别是在牵引和电力传输等领域中,单个开关器件额定容量不足的问题,相对于直接选用更大电流容量的器件,使用中小功率等级的开关器件并联无疑比直接选用更大容量的器件性价比更高、而且更加安全可靠。这就是常说的IGBT的并联扩容技术。在对IGBT并联扩容技术的研究中,我们发现开关器件参数差异、驱动电路延时和主功率回路不对称等因素会给系统带来一些应用难题,最主要的就是集电极静态不均流和动态不均流的问题。而由此产生的系统通流能力降低、工作状态不稳定甚至器件损坏等后果,给IGBT模块的并联扩容应用造成了严重的障碍。因此研究IGBT并联模块的静、动态不均流的机理和并联均流控制方法,有助于我们更好地对IGBT进行扩容使用。本文以IGBT并联扩容技术为研究对象,针对静态不均流的现象,提出一种基于闭环调节栅极电压的IGBT静态均流策略;针对动态不均流的现象,提出一种基于串联可调电感的IGBT动态均流策略。本文主要研究内容有:(1)对比分析了NPT型IGBT和PT型IGBT的工作原理和特性,然后对影响并联均流静态特性和动态特性的因素进行了全面的分析和归纳。(2)通过分析IGBT的输出特性和影响其并联均流的因素,在此基础上,提出了闭环控制栅极电压改善静态并联电流的方法,构建了基于BUCK电路的Pspice仿真模型,并进行了相应的可行性论证。(3)在确保IGBT并联静态均流的基础上,着重分析了延时时间等参数对大功率IGBT并联动态电流的影响,指出了通过调节延时时间改善动态均流的不足,提出了在发射级串联可调电感来实现IGBT并联模块动态均流的方法。并通过Pspice仿真模型和实验论证了该方法的正确性。