一种适用于高压SVG大功率多IGBT并联的均流系统的制作方法

一种适用于高压svg大功率多igbt并联的均流系统
技术领域
1.本发明涉及一种高压svg电能质量监测的技术领域，尤其涉及一种的大功率多igbt并联均流技术的一种适用于高压svg大功率多igbt并联的均流系统。


背景技术：

2.igbt 模块(insulated gate bipolar transistor),绝缘栅双极型晶体管，是由bjt和mos组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。
3.随着电力电子技术不断飞速发展，igbt模块器件在svg无功补偿、轨道交通、电机控制等领域应用越来越广。随着需求功率不断提升，要求igbt模块的电流及耐压等级越来越高。厂家限于工艺技术条件及最优投资回报比，远不能满足行业的需求。应用方综合性价比及供货稳定性，通常采用成熟的igbt多模块并联使用，满足大功率要求。
4.当多igbt模块并联时，设计人员希望流过每个模块的电流一致性越高越好。但由于模拟器件工艺上的不一致性，导致每个igbt模块具有离散性，如每个模块开通、关断时间、饱和压降和内部芯片杂散电感等不尽相同；同时外部的铜排杂散电感，电流回路无法做到完全一致，这就决定了并联的igbt模块不可能完全同时开通，同时关断，很难保证igbt模块的电流均衡。当均流特性差的时候，流过电流较大的igbt模块就会因为发热严重而最先损坏，降低设备寿命。
5.因此当igbt的数量增多时，出现各种故障情况的可能性进一步增大，因此对于igbt模块的均流一致性设计就显得尤为重要。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于高压svg大功率多igbt并联的均流系统，用以解决现有的当igbt的数量增多时，出现各种故障情况的可能性进一步增大而导致流过igbt电流不均匀的缺陷。
7.为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种适用于高压svg大功率多igbt并联的均流系统，包括一个以上并能够实现多个igbt并联的igbt门极适配板模块；所述igbt门极适配板模块用于焊接多个并联的igbt以及与igbt门极适配板模块连接的高压svg驱动控制板，在每一个 igbt门极适配板模块内设置有以下部件：用于直接输出单独大功率驱动信号到igbt门极适配板模块的大功率单通道门极直接驱动输出电路模块；用于在大功率igbt多模块并联时，且当出现故障及igbt异常时进行对igbt开关控制起到保护作用的门极高压钳位保护电路模块；用于提高igbt门极驱动回路的鲁棒特性，降低了igbt多模块并联带来的离散性的高均流系数射极均压控制电路模块；
用于为降低大功率强磁场干扰下，igbt多模块并联短路故障误报的高可靠性状态检测电路模块。
8.作为优选，所述的门极高压钳位保护电路模块包括一个以上的单模块igbt门极驱动保护电路，所述的高均流系数射极均压控制电路模块与高可靠性状态检测电路模块、门极高压钳位保护电路模块以及大功率单通道门极直接驱动输出电路模块电连接。
9.作为优选，所述单模块igbt门极驱动保护电路与对应的一个igbt连接，所述的单模块igbt门极驱动保护电路包括相互串联的第一二极管d1以及第二二极管d2、双向稳压管d4、第一电容c1、第七电阻r7、第三二极管d3，所述双向稳压管d4、第一电容c1、第七电阻r7相互并联在对应igbt的e脚与g脚之间，且igbt的e脚通过并联的第六电阻r6和第五电阻r5与高压svg驱动控制板连接，且igbt的g脚通过并联的第一电阻r1和第二电阻r2与高压svg驱动控制板的一个引脚连接，且igbt的g脚还通过并联的第三电阻r3和第四电阻r4与高压svg驱动控制板的另一个引脚连接，igbt的g脚还与第三二极管d3的正极连接，第三二极管d3负极与高压svg驱动控制板连接，所述第一二极管d1的负极与第二二极管d2的正极连通，且所述第一二极管d1的正极连接高压svg驱动控制板连接，所述第二二极管d2的负极连接对应igbt的c脚。
10.作为优选，所述的高可靠性状态检测电路模块包括瞬态二极管、比较器以及外围电路，所述瞬态二极管的正极连接比较器的6脚通过调整瞬态二极管的稳压值来提高比较器的翻转电平，从而提高igbt工作状态检测的可靠性、及时性，实现大电流强磁场恶劣环境下系统可靠运行。
11.本发明具有的有益效果为：本发明通过输出大功率驱动信号到igbt门极适配板，布线安全方便简洁的从控制板连接到门极适配板，减小电磁干扰串入的概率。驱动信号直接到独立的门极驱动保护电路，提高igbt多模块并联均流一致性，可以更加具有针对性的对大功率svg设备进行实时、可靠的控制。满足系统便于安装维护，物料种类减少，多igbt模块并联均流一致性高，大功率恶劣电磁环境下可靠运行的功能要求，因此通过此技术方法，可实现多igbt模块高效可靠并联，满足大功率svg性能要求。满足快速安装，方便检修等需求。
附图说明
12.图1是本发明涉及到的所述两个igbt并联时igbt门极管脚的定义图。
13.图2是本发明所述系统架构图；图3是本发明所述门极驱动图示意图；图4是本发明所述高可靠性状态检测图。
14.图5为本发明中高均流系数射极均压控制电路模块与其他电路的连接示意图。
15.附图标记：igbt门极适配板模块1、高压svg驱动控制板2、大功率单通道门极直接驱动输出电路模块3、门极高压钳位保护电路模块4、高均流系数射极均压控制电路模块5、高可靠性状态检测电路模块6、单模块igbt门极驱动保护电路7。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.实施例一如图1-5所示，本发明提供的一种实施例：一种适用于高压svg大功率多igbt并联的均流系统，包括一个以上并能够实现多个igbt并联的igbt门极适配板模块1；所述igbt门极适配板模块1用于焊接多个并联的igbt以及与igbt门极适配板模块1连接的高压svg驱动控制板2，在每一个 igbt门极适配板模块1内设置有以下部件：用于直接输出单独大功率驱动信号到igbt门极适配板模块1的大功率单通道门极直接驱动输出电路模块3；用于在大功率igbt多模块并联时，且当出现故障及igbt异常时进行对igbt开关控制起到保护作用的门极高压钳位保护电路模块4；用于提高igbt门极驱动回路的鲁棒特性，降低了igbt多模块并联带来的离散性的高均流系数射极均压控制电路模块5；用于为降低大功率强磁场干扰下，igbt多模块并联短路故障误报的高可靠性状态检测电路模块6。
18.作为优选，所述的门极高压钳位保护电路模块4包括一个以上的单模块igbt门极驱动保护电路7，所述的高均流系数射极均压控制电路模块5与高可靠性状态检测电路模块6、门极高压钳位保护电路模块4以及大功率单通道门极直接驱动输出电路模块3电连接。
19.作为优选，所述单模块igbt门极驱动保护电路7与对应的一个igbt连接，所述的单模块igbt门极驱动保护电路7包括相互串联的第一二极管d1以及第二二极管d2、双向稳压管d4、第一电容c1、第七电阻r7、第三二极管d3，所述双向稳压管d4、第一电容c1、第七电阻r7相互并联在对应igbt的e脚与g脚之间，且igbt的e脚通过并联的第六电阻r6和第五电阻r5与高压svg驱动控制板2连接，且igbt的g脚通过并联的第一电阻r1和第二电阻r2与高压svg驱动控制板2的一个引脚连接，且igbt的g脚还通过并联的第三电阻r3和第四电阻r4与高压svg驱动控制板2的另一个引脚连接，igbt的g脚还与第三二极管d3的正极连接，第三二极管d3负极与高压svg驱动控制板2连接，所述第一二极管d1的负极与第二二极管d2的正极连通，且所述第一二极管d1的正极连接高压svg驱动控制板2连接，所述第二二极管d2的负极连接对应igbt的c脚。
20.作为优选，所述的高可靠性状态检测电路模块6包括瞬态二极管、比较器以及外围电路，所述瞬态二极管的正极连接比较器的6脚通过调整瞬态二极管的稳压值来提高比较器的翻转电平，从而提高igbt工作状态检测的可靠性、及时性，实现大电流强磁场恶劣环境下系统可靠运行。
21.在本实施例中所述的大功率单通道门极直接驱动输出电路模块的作用是：控制板直接输出单独大功率驱动信号到igbt模块，相比控制板输出多路信号到igbt模块，降低了驱动线串入干扰的风险，当igbt数量＞3路并联时，单独驱动线在生产布线时具备明显优势；
门极高压钳位保护电路模块的作用是：在大功率igbt多模块并联时，当出现故障及igbt异常，门极电压往往会上窜至极高电压，通过d3钳位二极管连接至vcc端，提供稳定的电位，进行可靠开关控制；可实现快速高效并联的igbt门极适配板模块1的作用是：当多igbt模块并联时需要焊接门极适配板，并在igbt底部涂导热硅脂。本适配板单独焊接在独立的igbt模块上，通过适配板上设计的转接端子，跨接到相邻igbt模块，可以方便快速准确的实现igbt多模块并联。相比多块igbt焊接到整块大的门极适配板上的方式，本方案的电气特性和生产操作便捷性更优；高均流系数射极均压控制电路模块5的作用是：通过r5,r6并联电阻，提高igbt门极驱动回路的鲁棒特性，降低了igbt多模块并联带来的离散性，提高了大功率多igbt并联均流的一致性；高可靠性状态检测电路模块6的作用是：大功率多igbt并联时开关特性，一致性变差。为降低大功率强磁场干扰下，igbt多模块并联短路故障误报，提高故障检测电路的阈值电压，提高系统的稳定性。
22.本发明中的高压svg驱动控制板2输出单独大功率驱动信号到igbt门极适配板，通过适配板转接端子，安全可靠快速的连接相邻igbt，实现多模块并联；通过环流抑制电路及门极电压保护电路实现igbt多模块并联的高可靠性和均流一致性；通过高可靠状态检测电路实现大电流强磁场恶劣环境下系统可靠运行，高压svg驱动控制板2输出单股5芯的双绞线的大功率驱动信号到igbt门极适配板，布线安全方便简洁的从控制板连接到门极适配板，减小电磁干扰串入的概率。驱动信号直接到独立的门极驱动保护电路，提高igbt多模块并联均流一致性。
23.通过适配板转接端子，安全可靠快速的连接相邻igbt。如图1所示，3#适配板1号端子连接驱动板输出控制线，2号端子通过短排线连接至1#适配板3号端子，3号端子通过短接排线连接至4#适配板3号端子，以此类推。可灵活方便的实现单块igbt硅脂涂抹，模块压接，门极适配板焊接，多模块并联等工程应用；通过图3中d3门极电压保护二极管，将igbt门极电压钳位在vcc供电幅值，使igbt在异常情况下可靠关断，保护设备安全。
24.通过第五电阻r5,第六电阻r6环流抑制电阻及门极电路实现igbt多模块并联的高可靠性和均流一致性，后期通过外部参数调整，使多模块并联时开关特性一致，提高igbt多模块并联均流一致性。
25.通过图4电路，实现tvs管2脚连接至比较器6脚，通过调整tvs的稳压值来提高比较器的翻转电平，从而提高igbt工作状态检测的可靠性、及时性，实现大电流强磁场恶劣环境下系统可靠运行。保护值电压最高可设置为供电电压，远高于驱动芯片所提供的阈值比较电压。
26.本技术需要说明的是，所述高压svg驱动控制板2、如何获取数据的方式属于本领域常规技术，故此不在具体描述。且所述的igbt门极适配板模块1、高压svg驱动控制板2、大功率单通道门极直接驱动输出电路模块3、门极高压钳位保护电路模块4、高均流系数射极均压控制电路模块5、高可靠性状态检测电路模块6、单模块igbt门极驱动保护电路7中涉及的电路结构以及型号均属于本领域常规技术，故此不在具体描述。