CN101694972A - 集中驱动的电力电子开关并联电路及集中驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种集中驱动的电力电子开关并联电路，多个电力电子开关的集电极相并联，发射极相并联，各发射极连线存在等效阻抗；每个电力电子开关的控制极串联有电阻，每个电力电子开关的控制极、电阻和发射极组成的回路中串联有一个两绕组共模电感；各共模电感的同名端相并联后和驱动信号源相连接。本发明的集中驱动方法，从驱动信号源输入驱动信号电压；开关过程中的电流变化率在等效阻抗上产生耦合电压，并在共模电感的绕组上产生压降；共模电感绕组的同名端接法使得两绕组的感应电压互相抵消，在电力电子开关的发射极和控制极之间输出和驱动信号源完全相同的驱动信号电压。本发明驱动方案简单，且并联连接的各开关器件上的驱动信号一致性好。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及一种电力电子开关并联电路，具体涉及一种集中驱动的电力电子开关并联电路，本发明还涉及该电路的集中驱动方法。
背景技术
增大电力电子变换电源的容量主要有三个途径：(1)增大单个电力电子开关器件的容量(高电压、大电流)；(2)通过电力电子开关器件的串、并联等效增大电力电子拓扑开关的容量；(3)电力电子变换单元装置的串、并联。
当电力电子开关器件并联时，其驱动方案一般有两种，一种是各并联开关的控制极分别串联电阻后再并联，然后接驱动信号源的上端，但是驱动信号源的下端却无法找到一个合适的接入点。这是因为，当电力电子开关并联时，连接各发射极的导线存在等效阻抗；在上述各并联连接的电子开关器件的通断过程中，各开关器件中的电流变化率会在这些导线等效阻抗(主要是等效电感)上产生耦合电压，这些耦合电压的幅值甚至会远高于驱动电压；无论驱动信号源的下端接到并联的各发射极的任一点，上述耦合电压都会影响并联的另外一些开关器件的控制电压，导致各电力电子开关器件的通断与驱动信号不完全一致，严重时会产生谐振而导致失控。
另一种为独立驱动的方案，即并联连接的每个开关器件均分别使用一套独立的驱动电路，独立驱动的方案有两点不足：一是使驱动电路更复杂，二是各驱动电路的参数差异会导致各开关器件的栅极和发射极实际得到的驱动信号存在差异。
发明内容
本发明的目的是提供一种集中驱动的电力电子开关并联电路，解决了现有方案存在的下述问题：(1)并联电力电子开关器件集中驱动时，受发射极连线等效阻抗上耦合电压的影响，各电力电子开关器件的通断与驱动信号不完全一致，且可能发生谐振和失控；(2)独立驱动时驱动电路复杂，且各开关器件栅极和发射极实际得到的驱动信号存在差异。
本发明的另一目的是提供上述并联电路的集中驱动方法。
本发明所采用的技术方案是，一种集中驱动的电力电子开关并联电路，包括至少两个电力电子开关，各电力电子开关的集电极相并联，各电力电子开关的发射极相并联，每个电力电子开关的控制极串联有电阻，每个电力电子开关的控制极、对应的电阻和对应的电力电子开关的发射极组成的回路中串联有共模电感，共模电感的相应端相并联后和驱动信号源相连接。
本发明所采用的另一技术方案是，一种集中驱动电力电子开关并联电路的方法，具体按照以下步骤实施：
从驱动信号源输入驱动电压；在相邻两个电力电子开关的发射极之间的连接导线上存在连接线等效阻抗，电力电子开关中的电流变化率在连接线等效阻抗上产生耦合电压，耦合电压在共模电感的绕组上产生电压降；对于并联的任意一个电力电子开关的驱动回路而言，其对应共模电感的两绕组上的感应电压都会互相抵消；使得在电力电子开关的发射极和控制极之间得到的驱动信号和驱动信号源的驱动电压完全相同。
本发明的特点还在于，
其中的共模电感包括两个匝数相同的绕组，两个绕组绕在同一个磁环上；
其中的电力电子开关选用功率场效应晶体管、绝缘栅极双极型晶体管、大功率晶体管或晶闸管中的一种。
本发明集中驱动的电力电子开关并联电路及其集中驱动方法的有益效果是，并联的各电子开关器件的通断过程中电流变化率在其发射极(或者源极、阴极)连接线等效阻抗上产生的耦合电压都会在共模电感上产生一定的电压降，本发明由于共模电感两绕组的匝数相同且同名端相同，使得每个共模电感上两绕组的电压降在其所在的开关器件的驱动回路中相互抵消，不会影响相应器件的控制极和发射极之间的有效驱动信号；因此并联连接的多个开关器件的控制极和发射极之间得到的驱动信号都与驱动信号源完全相同。驱动方案更为简单，且并联连接的开关器件上的驱动信号的一致性更好。
附图说明
图1为本发明集中驱动的电力电子开关并联电路的结构示意图；
图2为本发明实施例中集中驱动的电力电子开关并联电路的结构示意图；
图3为本发明实施例中单相SPWM逆变器的示意图。
图中，1.电力电子开关，2.连接线等效阻抗，3.电阻，4.共模电感，5.驱动信号源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明集中驱动的电力电子开关并联电路的结构，如图1所示，包括多个电力电子开关1，电力电子开关1的集电极(或者漏极、阳极)相并联，电力电子开关1的发射极(或者源极、阴极)相并联，每个电力电子开关1的控制极(栅极、基极、或门极)串联有一个电阻3，同时在每个电力电子开关1的控制极(栅极、基极、或门极)、对应的电阻3和对应的电力电子开关1的发射极(或者源极、阴极)组成的回路中串联一个匝数相同的共模电感4，多个共模电感4的对应端相并联后和驱动信号源5相连接。共模电感4是一个绕在小磁环上的两绕组电感元件，两个绕组匝数相同，同名端接法使得在同一个开关器件的驱动回路中两绕组的感应电压方向相反，互相抵消。
本发明电力电子开关并联电路的集中驱动方法，具体按照以下步骤实施：从驱动信号源5输入驱动电压，相邻两个电力电子开关1的发射极之间的导线产生连接线等效阻抗2，电力电子开关1中的电流变化率在连接线等效阻抗2上产生耦合电压，使得共模电感4上产生相应压降，同名端如图1连接的共模电感4使得在同一个开关器件的驱动回路中两绕组的感应电压方向相反，互相抵消，使得在各个电力电子开关1的发射极和控制极之间得到的驱动信号和驱动信号源5的驱动电压相同。
由于连接线等效阻抗2上的耦合电压主要是由各电力电子开关1的发射极(或者源极、阴极)电流的变化率引起的，这些耦合电压均呈现为高频脉冲方式。这些高频脉冲状的耦合电压经过各共模电感4及驱动信号源5形成回路，并在各共模电感4上产生压降。由于共模电感4两绕组的匝数相同，且为全耦合；根据同名端接法，使得每个共模电感4上两绕组的电压在其所在的开关器件的驱动回路中相互抵消，不会影响相应电力电子开关1的控制极(栅极、基极、或门极)和发射极(或者源极、阴极)之间的有效驱动信号；因此并联连接的多个电力电子开关1的控制极(栅极、基极、或门极)和发射极(或者源极、阴极)之间得到的驱动信号都与驱动信号源5的输出电压完全相同，不再受各连接线等效阻抗2上的耦合电压的影响。
实施例
如图2所示，16个门极串联电阻Rgij，i，j＝1，2，3，4，分别为4.7Ω/0.25W；16个耦合电感Lij，i，j＝1，2，3，4分别选用外径为Φ6mm的小磁珠，初始相对磁导率μi＝2000，两个绕组各为3匝，采用Φ0.6mm的漆包线绕制。将该电力电子开关并联电路应用于单相SPWM逆变器中，如图3所示，直流母线电压Udc＝300Vdc，C为直流母线滤波电容；K1，K2，K3，K4分别是由4个MOSFET并联组成的拓扑开关，选用16个MOSFET，型号为IRFP460，定额为500V/13A，开关频率为66kHz；逆变输出额定电压127Vrms，额定电流30Arms，逆变输出频率范围为3Hz～5kHz。当没有使用耦合电感时，随着直流母线电压Udc升高，各MOSFET开关器件会发生误导通，严重时会发生自激谐振。使用本发明的并联电力电子器件的集中驱动方法，各并联连接的4个MOSFET开关器件工作正常，达到了预期的额定输出。
本发明集中驱动的电力电子开关并联电路及其集中驱动方法，由于共模电感两绕组的匝数相同且同名端相同，使得每个共模电感上两绕组的电压降在其所在的开关器件的驱动回路中相互抵消，不会影响相应器件的控制极和发射极之间的有效驱动信号；因此并联连接的多个开关器件的控制极和发射极之间得到的驱动信号都与驱动信号源完全相同，驱动方案简单，且并联连接的各开关器件上的驱动信号一致性好。
Claims (4)
1.一种集中驱动的电力电子开关并联电路，其特征在于，包括至少两个电力电子开关(1)，各电力电子开关(1)的集电极相并联，各电力电子开关(1)的发射极相并联，每个电力电子开关(1)的控制极串联有电阻(3)，每个电力电子开关(1)的控制极、对应的电阻(3)和对应的电力电子开关(1)的发射极组成的回路中串联有共模电感(4)，共模电感(4)的相应端相并联后和驱动信号源(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的集中驱动的电力电子开关并联电路，其特征在于，所述的共模电感(4)包括两个匝数相同的绕组，两个绕组绕在同一个磁环上。
3.权利要求1所述的集中驱动的电力电子开关并联电路，其特征在于，所述的电力电子开关(1)选用功率场效应晶体管、绝缘栅极双极型晶体管、大功率晶体管或晶闸管中的一种。
4.一种集中驱动权利要求1所述的电力电子开关并联电路的方法，其特征在于，采用一种集中驱动的电力电子开关并联电路，包括至少两个电力电子开关(1)，各电力电子开关(1)的集电极相并联，各电力电子开关(1)的发射极相并联，每个电力电子开关(1)的控制极串联有电阻(3)，每个电力电子开关(1)的控制极、对应的电阻(3)和对应的电力电子开关(1)的发射极组成的回路中串联有共模电感(4)，共模电感(4)的相应端相并联后和驱动信号源(5)相连接，
具体按照以下步骤实施：
从驱动信号源(5)输入驱动电压，在相邻两个电力电子开关(1)的发射极之间的连接导线上存在连接线等效阻抗(2)，电力电子开关(1)中的电流变化率在连接线等效阻抗(2)上产生耦合电压，耦合电压在共模电感(4)的绕组上产生电压降，共模电感(4)的两绕组上的感应电压互相抵消，使得在电力电子开关(1)的发射极和控制极之间得到的驱动信号和驱动信号源(5)的驱动电压完全相同。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105591527A (zh) * | 2014-10-23 | 2016-05-18 | 北京航天计量测试技术研究所 | 提高并联功率mosfet均流性能的方法及其实现装置 |
| CN109756098A (zh) * | 2017-11-02 | 2019-05-14 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种功率半导体器件的并联驱动电路 |
| CN109856521A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-06-07 | 北京京能新能源有限公司 | 器件测试***及方法 |
| CN110855275A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-02-28 | 山东元齐新动力科技有限公司 | 电子开关 |
| US12003192B2 (en) | 2021-03-26 | 2024-06-04 | Delta Electronics (Shanghai) Co.,Ltd. | Converter and method for suppressing loop interference of converter |
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