本發(fā)明涉及一種功率器件IGBT在多個(gè)串聯(lián)連接應(yīng)用的均壓控制方法。屬于電力電子變換技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在中高壓功率變換領(lǐng)域，IGBT由于其良好的工作特性被廣泛應(yīng)用。但是隨著工作電壓的提高，單個(gè)IGBT模塊無法單獨(dú)工作，往往需要將多個(gè)IGBT直接串聯(lián)應(yīng)用。

采用多個(gè)IGBT直接串聯(lián)結(jié)構(gòu)，存在IGBT均壓問題，為解決這一問題，一般有以下三種方案：第一種方案是加入吸收電路，這是最簡單的均壓方法，但是效果也最差。在電壓較高、頻率較高、電壓和電流變化率較大的場合，這種方案會(huì)產(chǎn)生很大的損耗。第二種方案是加入箝位電路，在IGBT合適的位置并接穩(wěn)壓裝置，當(dāng)IGBT的端電壓超過預(yù)設(shè)的電壓值時(shí)，穩(wěn)壓裝置對(duì)電壓進(jìn)行箝位，限制電壓進(jìn)一步上升。這種方案的實(shí)現(xiàn)也比較簡單，但是同樣會(huì)在穩(wěn)壓裝置上損耗很大的能量。第三種方案是直接控制各IGBT的驅(qū)動(dòng)電路，通過調(diào)節(jié)IGBT的開關(guān)邊沿來實(shí)現(xiàn)均壓。這種方案實(shí)現(xiàn)均壓的能耗代價(jià)最小，效率最高，但是對(duì)控制的要求很高，尤其是高頻工作的IGBT，對(duì)均壓控制的快速性和穩(wěn)定性提出了很高的要求。

針對(duì)上述第三種方案的均壓問題，已有一些文獻(xiàn)在驅(qū)動(dòng)控制方面提出了解決方案。G.Belverde，A.Galluzzo等人在“Snubberless voltage sharing of series-connected insulated gate devices by a novel gate control strategy”中提出了主從式的門極驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)方案，采樣各從IGBT端電壓后與主IGBT端電壓進(jìn)行比較，以此來調(diào)節(jié)各從IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)。但是該方案需要開關(guān)瞬間完成調(diào)節(jié)過程，對(duì)控制速度有極高的要求。S.Ji，T.Lu等人在“Series-Connected HV-IGBTs Using Active Voltage Balancing Control With Status Feedback Circuit”中提出了具有箝位功能的驅(qū)動(dòng)控制方案，IGBT端電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)觸發(fā)箝位裝置，控制裝置采集各IGBT的箝位裝置工作時(shí)間后進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)各IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)邊沿時(shí)刻，最終使各路箝位裝置工作時(shí)間一致，實(shí)現(xiàn)各個(gè)IGBT均壓。該文獻(xiàn)中對(duì)多個(gè)IGBT進(jìn)行均壓調(diào)節(jié)時(shí)采用的是積分調(diào)節(jié)器。

申請(qǐng)人按照文獻(xiàn)“Series-Connected HV-IGBTs Using Active Voltage Balancing Control With Status Feedback Circuit”中的串聯(lián)方案進(jìn)行測試，在不施加均壓控制進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)時(shí)間與兩路有源箝位裝置工作時(shí)間的差值存在一定的變化關(guān)系：在兩個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)時(shí)間較小時(shí)，兩路有源箝位裝置工作時(shí)間的差值與兩個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)時(shí)間呈現(xiàn)線性關(guān)系，在兩個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)時(shí)間較大時(shí)，兩路有源箝位裝置工作時(shí)間的差值與兩個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)時(shí)間呈現(xiàn)二次關(guān)系，如圖1所示。因此想到，在進(jìn)行IGBT均壓調(diào)節(jié)時(shí)，根據(jù)兩路有源箝位裝置工作時(shí)間的差值大小不同，差值較小時(shí)采用比例調(diào)節(jié)器，差值較大時(shí)對(duì)差值進(jìn)行平方計(jì)算后再進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，可以提高控制系統(tǒng)的快速性，同時(shí)保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種IGBT串聯(lián)均壓控制方法，提高均壓控制的快速性和穩(wěn)定性。

技術(shù)方案：

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：

一種多個(gè)IGBT串聯(lián)應(yīng)用工作電路，包括串聯(lián)IGBT組(1)，箝位單元(2)，驅(qū)動(dòng)單元(3)和控制單元(4)，所述串聯(lián)IGBT組由n個(gè)IGBT(IGBT₁、IGBT₂、……、IGBT_n)串聯(lián)連接構(gòu)成，n為大于等于2的自然數(shù)，其中，第一個(gè)IGBT(IGBT₁)的射極E₁與第二個(gè)IGBT(IGBT₂)的集電極C₂連接；如果n大于2，第k-1個(gè)IGBT(IGBT_k-1)的射極E_k-1與第k個(gè)IGBT(IGBT_k)的集電極C_k連接，3≤k≤n，所述箝位單元(2)包括n個(gè)子箝位單元(21～2n)，每個(gè)子箝位單元分別接在各個(gè)IGBT的集電極和門極之間，每個(gè)子箝位單元輸出端都與控制單元(4)連接，返回表征各箝位單元工作時(shí)間的脈沖電壓信號(hào)v_t1～v_tn，所述驅(qū)動(dòng)單元包括n個(gè)子驅(qū)動(dòng)單元，每個(gè)子驅(qū)動(dòng)單元輸出端分別接在各個(gè)IGBT門極，驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)動(dòng)作，每個(gè)子驅(qū)動(dòng)單元輸入端都與控制單元(4)連接，由控制單元(4)發(fā)出各個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d1_m}～v_{dn_m}。

所述控制單元(4)包括一個(gè)時(shí)間提取單元(40)、n-1個(gè)均壓調(diào)節(jié)單元(41)、n-2個(gè)加法單元和n-1個(gè)延時(shí)單元(42)。各箝位單元的輸出信號(hào)v_t1～v_tn都接到時(shí)間提取單元(40)輸入端，由時(shí)間提取單元(40)提取各脈沖電壓信號(hào)的脈寬時(shí)間數(shù)值t₁～t_n。其中，t₁和t₂與IGBT₂均壓調(diào)節(jié)單元(412)輸入端連接，t_k-1和t_k與IGBT_k均壓調(diào)節(jié)單元(41k)輸入端連接。IGBT₂均壓調(diào)節(jié)單元(412)的輸出Δt_d2接到邊沿延時(shí)單元2(422)的輸入端，Δt_dk-1與IGBT_k均壓調(diào)節(jié)單元(41k)的輸出Δt′_dk都接到第k-2加法單元的兩個(gè)輸入端，第k-2加法單元的輸出Δt_dk與邊沿延時(shí)單元k(42k)的輸入端連接。IGBT₂均壓調(diào)節(jié)單元(412)的輸出Δt_d2作為IGBT₂驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d2_m}的延時(shí)量，即第m-1次的驅(qū)動(dòng)信號(hào)邊沿v_{d2_m-1}經(jīng)過延時(shí)v_d2得到第m次驅(qū)動(dòng)信號(hào)邊沿v_{d2_m}，m為大于1的自然數(shù)，而Δt_dk作為IGBT_k驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{dk_m}的延時(shí)量，即第m-1次的驅(qū)動(dòng)信號(hào)邊沿v_{dk_m-1}經(jīng)過延時(shí)v_dk得到第m次驅(qū)動(dòng)信號(hào)邊沿v_{dk_m}。

所述均壓調(diào)節(jié)單元(412)包括一個(gè)減法單元、一個(gè)條件選擇單元、一個(gè)乘法單元和兩個(gè)比例調(diào)節(jié)器。均壓調(diào)節(jié)單元(412)的兩個(gè)輸入信號(hào)接于減法單元兩個(gè)輸入端，減法器輸出接到調(diào)節(jié)選擇單元輸入端，根據(jù)條件不同可以選擇兩條調(diào)節(jié)支路，第一條支路由乘法單元、取絕對(duì)值計(jì)算單元和比例調(diào)節(jié)器1構(gòu)成，條件選擇單元第一輸出端接到乘法單元的一個(gè)輸入端，條件選擇單元第一輸出端通過取絕對(duì)值單元后接到乘法單元的另一個(gè)輸入端，乘法單元的輸出端接到比例調(diào)節(jié)器1的輸入端，比例調(diào)節(jié)器1的輸出作為均壓調(diào)節(jié)單元(412)的輸出，第二條支路只有一個(gè)比例調(diào)節(jié)器2，條件選擇單元第二輸出端接到比例調(diào)節(jié)器2的輸入端，比例調(diào)節(jié)器2的輸出作為均壓調(diào)節(jié)單元(412)的輸出。這兩條支路的選擇由條件選擇單元輸入量的數(shù)值大小決定，輸入量較大時(shí)選擇第一條調(diào)節(jié)支路，輸入量較小時(shí)選擇第二條調(diào)節(jié)支路。

一種IGBT串聯(lián)均壓控制方法，其中，第一個(gè)IGBT(IGBT₁)驅(qū)動(dòng)信號(hào)不需要進(jìn)行均壓調(diào)節(jié)，其他IGBT以IGBT₁的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為基準(zhǔn)進(jìn)行邊沿調(diào)節(jié)。第二個(gè)IGBT(IGBT₂)驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)過程的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，箝位單元1(21)檢測IGBT₁集電極C₁和門極G₁之間電壓v_CG1，當(dāng)電壓超過箝位單元閾值V_TH時(shí)，箝位單元1(21)限制v_CG1進(jìn)一步上升，直到v_CG1下降到閾值V_TH以下，箝位單元1(21)將電壓v_CG1超過閾值V_TH的時(shí)間以脈沖信號(hào)v_t1的形式反饋回控制單元(4)，箝位單元2(22)以相同的方式將脈沖信號(hào)v_t2反饋回控制單元(4)；

步驟2，控制單元(4)接收到箝位單元1(21)和箝位單元2(22)的反饋的脈沖信號(hào)v_t1和v_t2，通過時(shí)間提取單元提取對(duì)應(yīng)的脈沖寬度時(shí)間t₁和t₂，將t₂減去t₁，得到時(shí)間差Δt₂；

步驟3，判斷步驟2得到的時(shí)間差Δt₂的絕對(duì)值是否超過預(yù)設(shè)時(shí)間差基準(zhǔn)t₀：

步驟3.1，如果Δt₂的絕對(duì)值大于t₀，則將Δt₂與其絕對(duì)值相乘，再將乘積通過比例系數(shù)為k₁的比例調(diào)節(jié)器1，得到調(diào)節(jié)結(jié)果Δt_d2；

步驟3.2，如果Δt₂的絕對(duì)值小于等于t₀，則將Δt₂通過比例系數(shù)為k₂的比例調(diào)節(jié)器2，，得到調(diào)節(jié)結(jié)果Δt_d2；

步驟4，將步驟3得到的IGBT₂均壓調(diào)節(jié)單元(412)的調(diào)節(jié)結(jié)果Δt_d2作為延時(shí)單元2(422)的輸入，將IGBT₂在前一個(gè)開關(guān)周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d2_m-1}延時(shí)Δt_d2，得到下一個(gè)開關(guān)周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d2_m}；

步驟5，將步驟4得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d2_m}輸入驅(qū)動(dòng)單元2(32)，驅(qū)動(dòng)IGBT₂。

如果n大于2，第三個(gè)至第n個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)過程相同，以第k個(gè)IGBT(IGBT_k)的調(diào)節(jié)過程為例，3≤k≤n，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，箝位單元k(2k)檢測IGBT_k集電極C_k和門極G_k之間電壓v_CGk，當(dāng)電壓超過箝位單元閾值V_TH時(shí)，箝位單元k(2k)限制v_CGk進(jìn)一步上升，直到v_CGk下降到閾值V_TH以下，箝位單元k(2k)將電壓v_CGk超過閾值V_TH的時(shí)間以脈沖信號(hào)v_tk的形式反饋回控制單元(4)；

步驟2，控制單元(4)接收到箝位單元k-1(2k-1)和箝位單元k(2k)的反饋的脈沖信號(hào)v_tk-1和v_tk，通過時(shí)間提取單元提取對(duì)應(yīng)的脈沖寬度時(shí)間t_k-1和t_k，將t_k減去t_k-1，得到時(shí)間差Δt_k；

步驟3，判斷步驟2得到的時(shí)間差Δt_k的絕對(duì)值是否超過預(yù)設(shè)的時(shí)間差基準(zhǔn)t₀：

步驟3.1，如果Δt_k的絕對(duì)值大于t₀，則將Δt_k與其絕對(duì)值相乘，再將乘積通過比例系數(shù)為k₁的比例調(diào)節(jié)器1，得到調(diào)節(jié)結(jié)果Δt′_dk；

步驟3.2，如果Δt_k的絕對(duì)值小于等于t₀，則將Δt_k通過比例系數(shù)為k₂的比例調(diào)節(jié)器2，得到調(diào)節(jié)結(jié)果Δt′_dk；

步驟4，將步驟3得到的IGBT_k均壓調(diào)節(jié)單元(41k)的調(diào)節(jié)結(jié)果Δt′_dk和IGBT_k-1調(diào)節(jié)單元(41k-1)計(jì)算得到的延時(shí)大小Δt_dk-1相加，得到IGBT_k下一個(gè)開關(guān)周期需要的延時(shí)大小Δt_dk；

步驟5，將步驟4得到的延時(shí)時(shí)間Δt_dk作為延時(shí)單元k(42k)的輸入，將IGBT_k在前一個(gè)開關(guān)周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{dk_m-1}延時(shí)Δt_dk，得到下一個(gè)開關(guān)周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{dk_m}；

步驟6，將步驟5得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{dk_m}輸入驅(qū)動(dòng)單元k(3k)，驅(qū)動(dòng)IGBT_k。

在不同開關(guān)周期中重復(fù)上述步驟，即可實(shí)現(xiàn)各個(gè)IGBT均壓。

與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)在串聯(lián)連接的IGBT不均壓程度較大時(shí)，采用時(shí)間差通過平方計(jì)算后再進(jìn)行比例調(diào)節(jié)的方式，提高均壓控制的調(diào)節(jié)速度，使IGBT以更快的速度實(shí)現(xiàn)均壓；

(2)在串聯(lián)連接的IGBT不均壓程度較小時(shí)，將時(shí)間差直接進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，提高均壓控制在平衡點(diǎn)附近的穩(wěn)定性；

(3)各路均壓調(diào)節(jié)單元計(jì)算結(jié)果需要和前一路計(jì)算得到的延時(shí)時(shí)間求和，得到該路的延時(shí)時(shí)間，可以大大提高多個(gè)IGBT串聯(lián)應(yīng)用時(shí)的調(diào)節(jié)效率；

附圖說明

附圖1為兩個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)時(shí)間與兩路有源箝位裝置工作時(shí)間變化關(guān)系的測試曲線；

附圖2為可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)IGBT串聯(lián)工作的均壓電路及其控制系統(tǒng)；

附圖3為本發(fā)明的可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)IGBT串聯(lián)均壓的控制單元框圖；

附圖4為本發(fā)明的3個(gè)IGBT串聯(lián)實(shí)驗(yàn)電路實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；

附圖5為本實(shí)施例的箝位單元電路圖；

附圖6為本實(shí)施例的箝位單元電路工作情況示意圖；

附圖7為本實(shí)施例的控制單元框圖；

附圖8為本實(shí)施例3個(gè)IGBT串聯(lián)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)均壓實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果。

具體實(shí)施方式

為使本申請(qǐng)的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

本發(fā)明涉及的一種IGBT串聯(lián)實(shí)驗(yàn)電路實(shí)施例如圖4所示，包括串聯(lián)IGBT組(1)，直流電源U_DC(5)，續(xù)流二極管D(6)，負(fù)載電感L(7)，箝位單元(2)，驅(qū)動(dòng)單元(3)和控制單元(4)。所述控制單元(4)由一個(gè)FPGA芯片和一個(gè)DSP芯片共同實(shí)現(xiàn)，其中FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)間提取單元的功能，DSP實(shí)現(xiàn)均壓調(diào)節(jié)計(jì)算和驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)的功能。所述串聯(lián)IGBT組(1)由3個(gè)IGBT串聯(lián)連接構(gòu)成，第一個(gè)IGBT(IGBT₁)的射極E₁與第二個(gè)IGBT(IGBT₂)的集電極C₂連接，第二個(gè)IGBT(IGBT₂)的射極E₂與第三個(gè)IGBT(IGBT₃)的集電極C₃連接。直流電源U_DC(5)分別與續(xù)流二極管D(6)的陰極和第三個(gè)IGBT(IGBT₃)的射極E₃連接，續(xù)流二極管D(6)的陽極和第一個(gè)IGBT(IGBT₁)的集電極C₁連接，負(fù)載電感L(7)并聯(lián)在續(xù)流二極管D(6)兩端。每個(gè)IGBT的集電極和門極之間分別并聯(lián)接入一個(gè)箝位單元，每個(gè)箝位單元都與控制單元(4)連接，返回表征各箝位單元工作時(shí)間的脈沖電壓信號(hào)v_t1～v_t3。箝位單元返回信號(hào)v_t1～v_t3接到FPGA芯片，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)時(shí)間提取單元的功能，提取脈沖電壓信號(hào)v_t1～v_t3的脈寬時(shí)間t₁～t₃，F(xiàn)PGA再接到DSP芯片，由DSP完成控制算法的計(jì)算和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生，最后DSP將產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d1_m}～v_{d3_m}接到驅(qū)動(dòng)單元1～驅(qū)動(dòng)單元3(31～33)。每個(gè)IGBT門極都與各自的驅(qū)動(dòng)單元一端連接，由驅(qū)動(dòng)單元控制IGBT開關(guān)動(dòng)作。

本實(shí)施例的每個(gè)IGBT的箝位單元電路都相同，以第一個(gè)IGBT(IGBT₁)的箝位單元1(21)為例，如圖5所示，電路包括箝位電路(211)、比較電路(212)和隔離電路(213)。箝位電路(211)由一個(gè)二極管D₁，一個(gè)穩(wěn)壓管Z₁和一個(gè)采樣電阻R_s組成，二極管D₁的陽極與IGBT₁的集電極C₁連接，二極管D₁的陰極極與穩(wěn)壓管Z₁的陰極連接，采樣電阻R_s接在穩(wěn)壓管Z₁的陽極和IGBT₁的門極G₁之間。比較電路(212)由一個(gè)比較器芯片和兩個(gè)分壓電阻R₁、R₂組成，比較器負(fù)輸入端接參考電壓v_th，分壓電阻R₁、R₂串聯(lián)連接后并聯(lián)接在采樣電阻R_s兩端，兩個(gè)分壓電阻R₁、R₂的連接點(diǎn)接到比較器正輸入端。隔離電路(213)由一個(gè)限流電阻R₃和一個(gè)光耦芯片組成，限流電阻R₃一端接到比較器芯片輸出端，另一端接到光耦芯片的輸入端，光耦芯片的輸出端接到FPGA。當(dāng)IGBT₁的集電極C₁和門極G₁之間電壓v_CG1超過穩(wěn)壓管的耐壓值V_TH時(shí)，箝位電路(211)導(dǎo)通，有電流流過采樣電阻R_s，在采樣電阻R_s產(chǎn)生采樣電壓v_ac，采樣電壓v_ac經(jīng)過分壓電阻分壓后接到比較器正端，與預(yù)設(shè)的參考點(diǎn)位v_th比較，比較器輸出比較結(jié)果v_comp，v_comp是一個(gè)高低電平信號(hào)，該信號(hào)接入光耦芯片，光耦芯片進(jìn)行電氣隔離，最后由FPGA芯片提取的高電平時(shí)間長度t₁的數(shù)值，各電路信號(hào)的示意圖如圖6所示。

本實(shí)施例的控制單元框圖如圖7所示，所述控制單元(4)包括一個(gè)時(shí)間提取單元(40)、兩個(gè)均壓調(diào)節(jié)單元(41)、一個(gè)加法單元和兩個(gè)延時(shí)單元(42)。各箝位單元的輸出信號(hào)v_t1～v_t3都接到時(shí)間提取單元(40)輸入端，由時(shí)間提取單元(40)提取各脈沖電壓信號(hào)的脈寬時(shí)間數(shù)值t₁～t₃。其中，t₁和t₂與IGBT₂均壓調(diào)節(jié)單元(412)輸入端連接，t₂和t₃與IGBT₃均壓調(diào)節(jié)單元(413)輸入端連接。IGBT₂均壓調(diào)節(jié)單元(412)的輸出Δt_d2接到邊沿延時(shí)單元2(422)的輸入端，作為第二路驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d2_m}的延時(shí)量，即第m-1次的驅(qū)動(dòng)信號(hào)邊沿v_{d2_m-1}經(jīng)過延時(shí)v_d2得到第m次驅(qū)動(dòng)信號(hào)邊沿v_{d2_m}，m為大于1的自然數(shù)。IGBT₂均壓調(diào)節(jié)單元(412)的輸出Δt_d2和IGBT₃均壓調(diào)節(jié)單元(413)的輸出Δt′_d3接到加法單元的兩個(gè)輸入端，加法單元的輸出Δt_d3接到邊沿延時(shí)單元3(423)的輸入端，作為第三路驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d3_m}的延時(shí)量，即第m-1次的驅(qū)動(dòng)信號(hào)邊沿v_{d3_m-1}經(jīng)過延時(shí)v_d3得到第m次驅(qū)動(dòng)信號(hào)邊沿v_{d3_m}。

所述均壓調(diào)節(jié)單元(412)包括一個(gè)減法單元、一個(gè)條件選擇單元、一個(gè)乘法單元和兩個(gè)比例調(diào)節(jié)器。均壓調(diào)節(jié)單元(412)的兩個(gè)輸入信號(hào)接于減法單元兩個(gè)輸入端，減法器輸出接到調(diào)節(jié)選擇單元輸入端，根據(jù)條件不同可以選擇兩條調(diào)節(jié)支路，第一條支路由乘法單元、取絕對(duì)值計(jì)算單元和比例調(diào)節(jié)器1構(gòu)成，條件選擇單元第一輸出端接到乘法單元的一個(gè)輸入端，條件選擇單元第一輸出端通過取絕對(duì)值單元后接到乘法單元的另一個(gè)輸入端，乘法單元的輸出端接到比例調(diào)節(jié)器1的輸入端，比例調(diào)節(jié)器1的輸出作為均壓調(diào)節(jié)單元(412)的輸出，第二條支路只有一個(gè)比例調(diào)節(jié)器2，條件選擇單元第二輸出端接到比例調(diào)節(jié)器2的輸入端，比例調(diào)節(jié)器2的輸出作為均壓調(diào)節(jié)單元(412)的輸出。這兩條支路的選擇由條件選擇單元輸入量的數(shù)值大小決定，輸入量較大時(shí)選擇第一條調(diào)節(jié)支路，輸入量較小時(shí)選擇第二條調(diào)節(jié)支路。

一種IGBT串聯(lián)均壓控制方法，其中，第一個(gè)IGBT(IGBT₁)驅(qū)動(dòng)信號(hào)不需要進(jìn)行均壓調(diào)節(jié)，第二個(gè)IGBT(IGBT₂)驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)過程的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，箝位單元1(21)檢測IGBT₁集電極C₁和門極G₁之間電壓v_CG1，當(dāng)電壓超過箝位單元閾值V_TH時(shí)，箝位單元1(21)限制v_CG1進(jìn)一步上升，直到v_CG1下降到閾值V_TH以下，箝位單元1(21)將電壓v_CG1超過閾值V_TH的時(shí)間以脈沖信號(hào)v_t1的形式反饋回控制單元(4)，箝位單元2(22)以相同的方式將脈沖信號(hào)v_t2反饋回控制單元(4)；

步驟2，控制單元(4)接收到箝位單元1(21)和箝位單元2(22)的反饋的脈沖信號(hào)v_t1和v_t2，通過時(shí)間提取單元提取對(duì)應(yīng)的脈沖寬度時(shí)間t₁和t₂，將t₂減去t₁，得到時(shí)間差Δt₂；

步驟3，判斷步驟2得到的時(shí)間差Δt₂的絕對(duì)值是否超過預(yù)設(shè)時(shí)間差基準(zhǔn)t₀：

步驟3.1，如果Δt₂的絕對(duì)值大于t₀，則將Δt₂與其絕對(duì)值相乘，再將乘積通過比例系數(shù)為k₁的比例調(diào)節(jié)器1，得到調(diào)節(jié)結(jié)果Δt_d2；

步驟3.2，如果Δt₂的絕對(duì)值小于等于t₀，則將Δt₂通過比例系數(shù)為k₂的比例調(diào)節(jié)器2，，得到調(diào)節(jié)結(jié)果Δt_d2；

步驟4，將步驟3得到的IGBT₂均壓調(diào)節(jié)單元(412)的調(diào)節(jié)結(jié)果Δt_d2作為延時(shí)單元2(422)的輸入，將IGBT₂在前一個(gè)開關(guān)周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d2_m-1}延時(shí)Δt_d2，得到下一個(gè)開關(guān)周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d2_m}；

步驟5，將步驟4計(jì)算得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d2_m}輸入驅(qū)動(dòng)單元2(32)，驅(qū)動(dòng)IGBT₂。

第三個(gè)IGBT(IGBT₃)驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)過程的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，箝位單元3(23)檢測IGBT₃集電極C₃和門極G₃之間電壓v_CG3，當(dāng)電壓超過箝位單元閾值V_TH時(shí)，箝位單元3(23)限制v_CG3進(jìn)一步上升，直到v_CG3下降到閾值V_TH以下，箝位單元3(23)將電壓v_CG3超過閾值V_TH的時(shí)間以脈沖信號(hào)v_t3的形式反饋回控制單元(4)；

步驟2，控制單元(4)接收到箝位單元2(22)和箝位單元3(23)的反饋的脈沖信號(hào)v_t2和v_t3，通過時(shí)間提取單元提取對(duì)應(yīng)的脈沖寬度時(shí)間t₂和t₃，將t₃減去t₂，得到時(shí)間差Δt₃；

步驟3，判斷步驟2得到的時(shí)間差Δt₃的絕對(duì)值是否超過預(yù)設(shè)的時(shí)間差基準(zhǔn)t₀：

步驟3.1，如果Δt₃的絕對(duì)值大于t₀，則將Δt₃與其絕對(duì)值相乘，再將乘積通過比例系數(shù)為k₁的比例調(diào)節(jié)器1，得到調(diào)節(jié)結(jié)果Δt′_d3；

步驟3.2，如果Δt₃的絕對(duì)值小于等于t₀，則將Δt₃通過比例系數(shù)為k₂的比例調(diào)節(jié)器2，，得到調(diào)節(jié)結(jié)果Δt′_d3；

步驟4，將步驟3得到的IGBT₃均壓調(diào)節(jié)單元(413)的調(diào)節(jié)結(jié)果Δt′_d3和IGBT₂調(diào)節(jié)單元(412)計(jì)算得到的延時(shí)大小Δt_d2相加，得到IGBT₃下一個(gè)開關(guān)周期需要的延時(shí)大小Δt_d3；

步驟5，將步驟4得到的延時(shí)時(shí)間Δt_d3作為延時(shí)單元3(423)的輸入，將IGBT₃在前一個(gè)開關(guān)周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d3_m-1}延時(shí)Δt_d3，得到下一個(gè)開關(guān)周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d3_m}；

步驟6，將步驟5計(jì)算得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)v_{d3_m}輸入驅(qū)動(dòng)單元3(33)，驅(qū)動(dòng)IGBT₃。

在不同開關(guān)周期中重復(fù)上述步驟，即可實(shí)現(xiàn)各個(gè)IGBT均壓。

對(duì)上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果如下：

在實(shí)驗(yàn)電路(直流電壓600V，3個(gè)IGBT串聯(lián)應(yīng)用)上采用本發(fā)明中的控制方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，參見圖8的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)波形為3個(gè)IGBT電壓的均壓調(diào)節(jié)過程，圖8中的3路波形分別為IGBT₁集射極電壓v_CE1、IGBT₂集射極電壓v_CE2和IGBT₃集射極電壓v_CE3。從實(shí)驗(yàn)波形中可以看出，在IGBT串聯(lián)均壓控制開始前，3個(gè)IGBT集射極電壓存在很大的偏差，當(dāng)均壓控制方法開始后，3個(gè)IGBT電壓開始均衡，經(jīng)過8個(gè)開關(guān)周期(約240us)后基本完全均壓，且均壓狀態(tài)穩(wěn)定性較好。由此驗(yàn)證了本發(fā)明中的IGBT串聯(lián)均壓控制方法的正確性與可靠性。