适用于串联IGBT的寄生元件和温度系数的电压平衡方法

本发明属于等离子控制，具体涉及适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法。

背景技术：

1、大功率高压开关作为电子回旋共振加热系统(ecrh)的核心部件，其性能不但决定了ecrh稳定性与可靠性，而且可以降低ecrh的造价和体积。单个可控半导体无法满足高压大功率要求，多个可控半导体串联是提高耐压及容量的最有效的办法。可控半导体在串联使用时会由于多种原因导致动态及静态均压出现差异，从而影响电路的稳定运行，甚至导致电路设备的损坏，因此需要研究可控半导体串联均压技术。

2、目前的rcd缓冲电路在使用过程，会造成电压平衡电路的过渡损坏，同时导致igbt上的额外开关损耗，大大增加了vce尖峰电压，从而提高了电阻功耗以及整体电路的热损耗。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，用可控半导体开关代替电阻，缓冲电容的能量在开关闭合过程中保持，仅在电压幅值高于直流侧电压时，把电容储能向直流侧泄放至直流侧母线电压，缓冲电容的能量没有欧姆损耗，提高半导体开关的效率。

2、为实现上述目的，本发明提出适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，包括有以下方法步骤：

3、步骤1、设计无损缓冲电路；

4、步骤2、对步骤1中的无损缓冲电路的电压进行控制；

5、步骤3、对无损缓冲电路的电压控制进行分析。

6、可选的，所述步骤2中无损缓冲电路的电压进行控制，具体为：

7、步骤2-1、在开关通断状态对电压进行控制；

8、步骤2-2、在二极管通路状态下对电压进行控制。

9、可选的，所述开关包括开关s1以及开关s2。

10、可选的，所述在开关通断状态对电压进行控制，具体为：

11、在开关s1通断状态下，开关s1导通阶段的电流为io，由于电容c的初始电压为e，在t1时刻开关s1关断，vce1从零升到e过程中，是硬关断，vce大于e之后，电流开始从开关s1切换到二极管d和电容c串联支路，同时开关s2导通，io向电容c注入能量，电容电压从e开始上升；

12、在开关s2通路状态下，电容c电压幅值到达峰值后，电容能量反向通过开关s2注入到直流源，电容电压下降至e时，反向电流为零。在t3时刻之后，电路处于稳定状态，开关s1等待下一次开通触发信号。

13、可选的，所述在二极管通路状态下对电压进行控制，具体为：

14、因回路分布电感lstray存在、它与电容c和负载电阻rload组成零输入响应电路，由于是阻性电路，所以是过阻尼，不需考虑振荡。在t2时刻，电流io降至零，电容c电压幅值上升至最大值vcmax。

15、可选的，所述电容c电压幅值最大值vcmax计算公式如下：

16、

17、其中，i0/c＝a,r/l＝b,1/lc＝p，是峰值时刻，e为直流电源。

18、可选的，所述步骤3中对电压控制进行分析，具体为：

19、步骤3-1、设定vce的工作电压区间为vmin～vmax；

20、步骤3-2、串联igbt支路，单个开关的vc电压与导通延时成反比，因为vc电压低，延时导通，主回路电流有几微秒时间对该电容充电，增加电压幅值；

21、步骤3-3、开关关断延时与vc电压幅值成正比，电压越低，延时越短，先关断，主回路电流有几微秒的充电过程，增加电容的幅值。

22、可选的，所述电容的增幅电压计算公式如下：

23、vo＝e/n＝(vmax+vmin)/2。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、本发明电压平衡电路损耗低，不会导致igbt上的额外开关损耗。对于单个开关来说，rcd缓冲电路，可有效降低vce尖峰电压，电阻r的功耗问题，使得频率升高之后，电阻体积和功耗都增大。如果缓冲电容的能量不通过电阻消耗，那么这样的缓冲电路在结构和热损耗方面优于现有的无源、有源的模式。因此用可控半导体开关代替电阻，缓冲电容的能量在开关闭合过程中保持，仅在电压幅值高于直流侧电压时，把电容储能向直流侧泄放至直流侧母线电压，由于缓冲电容的能量没有欧姆损耗，显著的提高半导体开关的效率。

技术特征：

1.适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，其特征在于，包括有以下方法步骤：

2.根据权利要求1所述的适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，其特征在于，所述步骤2中无损缓冲电路的电压进行控制，具体为：

3.根据权利要求2所述的适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，其特征在于，所述开关包括开关s1以及开关s2。

4.根据权利要求3所述的适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，其特征在于，所述在开关通断状态对电压进行控制，具体为：

5.根据权利要求2所述的适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，其特征在于，所述在二极管通路状态下对电压进行控制，具体为：

6.根据权利要求5所述的适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，其特征在于，所述电容c电压幅值最大值vcmax计算公式如下：

7.根据权利要求1所述的适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，其特征在于，所述步骤3中对电压控制进行分析，具体为：

8.根据权利要求7所述的适用于串联igbt的寄生元件和温度系数的电压平衡方法，其特征在于，所述电容的增幅电压计算公式如下：

技术总结
本发明属于等离子控制技术领域，公开了适用于串联IGBT的寄生元件和温度系数的电压平衡方法。其技术方案包括以下方法步骤：S1、设计无损缓冲电路；S2、对S1中的无损缓冲电路的电压进行控制；S3、对无损缓冲电路的电压控制进行分析。本发明用可控半导体开关代替电阻，缓冲电容的能量在开关闭合过程中保持，仅在电压幅值高于直流侧电压时，把电容储能向直流侧泄放至直流侧母线电压。缓冲电容的能量没有欧姆损耗，提高半导体开关的效率。

技术研发人员：朱黎黎,杨雷,李炜葆
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21