IGBT串聯(lián)用的有源電壓控制技術(shù)
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
基于多重閉環(huán)反饋有源電壓控制技術(shù)的“IGBT智能有源驅(qū)動(dòng)電路”如圖5所示。此驅(qū)動(dòng)電路可接受電驅(qū)動(dòng)信號(hào)和光驅(qū)動(dòng)信號(hào),內(nèi)置的FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)可根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成參考信號(hào)。通過(guò)VCE反饋、VGE反饋及dVCE/dt反饋控制IGBT的開關(guān)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)IGBT串聯(lián)均壓。
圖5 AVC驅(qū)動(dòng)電路
測(cè)試電路示意圖如圖6所示,為一個(gè)升壓電路。串聯(lián)后的IGBT充當(dāng)開關(guān)器件,采用雙脈沖觸發(fā)方式。通過(guò)調(diào)節(jié)輸入直流電壓以及占空比,可以使串聯(lián)的IGBT兩端電壓達(dá)到4000V以上,能滿足多個(gè)IGBT串聯(lián)的測(cè)試需要。圖7是測(cè)試平臺(tái)的照片。測(cè)試所用IGBT為英飛凌的FF800R17KF6C_B2,其額定電壓為1700V,額定電流為800A。
圖6 測(cè)試電路示意圖
圖7 測(cè)試平臺(tái)照片
3.1單個(gè)IGBT測(cè)試結(jié)果
圖8是有源電壓控制下的單個(gè)IGBT關(guān)斷和開通時(shí)的參考信號(hào)、VCE電壓、IC電流以及VGE電壓波形。
圖8(a)中系統(tǒng)電壓為500V,設(shè)定的IGBT箝位電壓為1000V。從圖中可以看出,IGBT的VCE電壓跟隨參考信號(hào)的效果很好,兩者非常接近,數(shù)值相差100倍(由驅(qū)動(dòng)電路設(shè)定)。因?yàn)轶槲浑妷菏?000V,所以圖中沒有電壓箝位的現(xiàn)象。
圖8(b)中系統(tǒng)電壓為850V。在IGBT關(guān)斷過(guò)程中,VCE電壓出現(xiàn)過(guò)沖,但是被箝位在1000V,
隨后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)850V。在這個(gè)過(guò)沖的時(shí)候,可以看到VGE的電壓保持在VGE(TH)之上,使得IGBT工作在有源區(qū),從而保證電壓不會(huì)超過(guò)設(shè)定的箝位電壓。
圖8(c)中系統(tǒng)電壓仍為850V。從圖中可以看出,在參考信號(hào)開始下降,即開通過(guò)程開始后不久,集電極-發(fā)射極電壓VCE就開始跟隨參考信號(hào),此時(shí)IGBT工作在有源區(qū),并逐漸進(jìn)入開通狀態(tài)。之后參考信號(hào)出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),其dV/dt增大,目的是加快IGBT開通速度。VCE電壓仍然試圖跟隨參考信號(hào),但是由于參考信號(hào)的電壓變化率過(guò)高,超出IGBT所能達(dá)到的最大值,因此IGBT的VCE電壓無(wú)法緊密跟隨參考信號(hào),但是,還是以IGBT能達(dá)到的最大電壓變化率下降。
圖8 單個(gè)IGBT開通、關(guān)斷波形:(a)關(guān)斷波形
(VDC=500V);(b)關(guān)斷波形 (VDC=850V);
(c)開通波形(VDC=850V)(黃:參考信號(hào),紅:VCE,綠:IC,藍(lán):VGE)
3.2 多個(gè)IGBT串聯(lián)的測(cè)試結(jié)果
圖9所示為有源電壓控制下的兩個(gè)IGBT串聯(lián)的關(guān)斷波形,其中紅色和綠色為兩個(gè)IGBT各自的集電極-發(fā)射極電壓VCE,藍(lán)色為串聯(lián)IGBT的電流。圖10所示為三個(gè)IGBT串聯(lián)的關(guān)斷波形,其中紅色黃色和灰色分別為3個(gè)IGBT的VCE電壓。可以看出,在關(guān)斷階段,IGBT的動(dòng)態(tài)均壓效果很好,電壓差別很小。在關(guān)斷過(guò)程結(jié)束后,由于IGBT的拖尾電流特性不同,使得VCE電壓波形有分歧。這可以通過(guò)并聯(lián)穩(wěn)態(tài)均壓電阻來(lái)解決,當(dāng)IGBT徹底進(jìn)入關(guān)斷穩(wěn)態(tài)后,其VCE電壓將趨于一致[7]。
圖9有源電壓控制下的兩個(gè)IGBT串聯(lián)關(guān)斷波形
(紅:VCE1,綠:VCE2,藍(lán):IC)
圖10有源電壓控制下的三個(gè)IGBT串聯(lián)關(guān)斷波形
(紅:VCE1,黃:VCE2,灰:VCE3)
評(píng)論