基于峰值控制的IGBT串联均压技术

1、引言

随着电力电子技术的发展，高压大功率设备对IGBT的耐压等级提出更高要求，故IGBT串联技术成为研究热点之一。IGBT串联应用的关键问题是实现均压。在众多IGBT串联均压技术中，最简单、可靠的方法是并联RC缓冲回路。但在高压场合，考虑到损耗、体积及造价等因素，无RC缓冲回路的均压方法更实用。此外，基于电压轨迹控制和门极信号延时调整等有源方法，因控制电路过于复杂，使用场合受到限制。故有必要基于IGBT特性及均压控制的要点，选择更有效的均压方法。

在此首先分析IGBT各阶段均压控制的目标，采用稳压管箝位的峰值控制技术，在低压实验中验证了该均压原理的有效性。然后针对该技术在高压场合应用时的缺点，提出一种新的峰值控制方法，并通过仿真验证了该方法的有效性。

2、IGBT串联均压控制分析

作为IGBT的主要特性，输出特性描述的是以门极电压uGE为参考变量时，集电极电流iC与集射极间电压uCE的关系。输出特性分为4个区域：饱和区、有源区、截止区和击穿区。IGBT的动态开关过程，主要是在截止区和饱和区间来回转换，而在器件的转换过程中经过有源区。

IGBT器件通常有4种工作状态：关断瞬态、关断稳态、开通瞬态、开通稳态。因IGBT不均压情况在关断时比开通时更复杂，在此以关断时的均压控制为主要研究目标。

按外电路和器件内部参数不一致等因素对uCE不均压的影响效果，可将串联IGBT关断不均压过程分为关断瞬间的T1(uCE上升部分)、T2(拖尾部分)和关断稳态(T2以后)三阶段，如图1所示。T1阶段，主要是由外电路和器件内部参数的差异引起串联IGBT的uCE不均压。此时IGBT工作在有源区，可通过调节uGE对uCE进行控制;T2阶段，引起串联IGBT的uCE不均压的主要因素是拖尾电流不同。此时，IGBT进入截止区，uGE对拖尾电流无影响，由拖尾电流引起的uCE不均压不受门极直接控制。关断稳态时，只有很小的漏电流流过IGBT，并联合适的均压电阻即可实现IGBT串联运行。

3、基于峰值控制的均压方法