IGBT串聯(lián)用的有源電壓控制技術(shù)

3 實(shí)驗結果

基于多重閉環(huán)反饋有源電壓控制技術(shù)的“IGBT智能有源驅動(dòng)電路”如圖5所示。此驅動(dòng)電路可接受電驅動(dòng)信號和光驅動(dòng)信號，內置的FPGA（現場(chǎng)可編程門(mén)陣列）可根據驅動(dòng)信號生成參考信號。通過(guò)VCE反饋、VGE反饋及dVCE/dt反饋控制IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程，實(shí)現IGBT串聯(lián)均壓。

圖5 AVC驅動(dòng)電路

測試電路示意圖如圖6所示，為一個(gè)升壓電路。串聯(lián)后的IGBT充當開(kāi)關(guān)器件，采用雙脈沖觸發(fā)方式。通過(guò)調節輸入直流電壓以及占空比，可以使串聯(lián)的IGBT兩端電壓達到4000V以上，能滿(mǎn)足多個(gè)IGBT串聯(lián)的測試需要。圖7是測試平臺的照片。測試所用IGBT為英飛凌的FF800R17KF6C_B2，其額定電壓為1700V，額定電流為800A。

圖6 測試電路示意圖

圖7 測試平臺照片

3.1單個(gè)IGBT測試結果

圖8是有源電壓控制下的單個(gè)IGBT關(guān)斷和開(kāi)通時(shí)的參考信號、VCE電壓、IC電流以及VGE電壓波形。

圖8（a）中系統電壓為500V，設定的IGBT箝位電壓為1000V。從圖中可以看出，IGBT的VCE電壓跟隨參考信號的效果很好，兩者非常接近，數值相差100倍（由驅動(dòng)電路設定）。因為箝位電壓是1000V，所以圖中沒(méi)有電壓箝位的現象。

圖8（b）中系統電壓為850V。在IGBT關(guān)斷過(guò)程中，VCE電壓出現過(guò)沖，但是被箝位在1000V，

隨后進(jìn)入穩態(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，從而保證電壓不會(huì )超過(guò)設定的箝位電壓。

圖8（c）中系統電壓仍為850V。從圖中可以看出，在參考信號開(kāi)始下降，即開(kāi)通過(guò)程開(kāi)始后不久，集電極-發(fā)射極電壓VCE就開(kāi)始跟隨參考信號，此時(shí)IGBT工作在有源區，并逐漸進(jìn)入開(kāi)通狀態(tài)。之后參考信號出現一個(gè)轉折點(diǎn)，其dV/dt增大，目的是加快IGBT開(kāi)通速度。VCE電壓仍然試圖跟隨參考信號，但是由于參考信號的電壓變化率過(guò)高，超出IGBT所能達到的最大值，因此IGBT的VCE電壓無(wú)法緊密跟隨參考信號，但是，還是以IGBT能達到的最大電壓變化率下降。

圖8 單個(gè)IGBT開(kāi)通、關(guān)斷波形：（a）關(guān)斷波形

(VDC=500V)；（b）關(guān)斷波形 (VDC=850V)；

（c）開(kāi)通波形(VDC=850V)（黃：參考信號，紅：VCE，綠：IC，藍：VGE）

3.2 多個(gè)IGBT串聯(lián)的測試結果

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?？梢钥闯?，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)穩態(tài)均壓電阻來(lái)解決，當IGBT徹底進(jìn)入關(guān)斷穩態(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：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）