IGBT串聯用的有源電壓控制技術

3 實驗結果

基于多重閉環反饋有源電壓控制技術的“IGBT智能有源驅動電路”如圖5所示。此驅動電路可接受電驅動信號和光驅動信號，內置的FPGA（現場可編程門陣列）可根據驅動信號生成參考信號。通過VCE反饋、VGE反饋及dVCE/dt反饋控制IGBT的開關過程，實現IGBT串聯均壓。

圖5 AVC驅動電路

測試電路示意圖如圖6所示，為一個升壓電路。串聯后的IGBT充當開關器件，采用雙脈沖觸發方式。通過調節輸入直流電壓以及占空比，可以使串聯的IGBT兩端電壓達到4000V以上，能滿足多個IGBT串聯的測試需要。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IGBT測試結果

圖8是有源電壓控制下的單個IGBT關斷和開通時的參考信號、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（由驅動電路設定）。因為箝位電壓是1000V，所以圖中沒有電壓箝位的現象。

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

隨后進入穩態850V。在這個過沖的時候，可以看到VGE的電壓保持在VGE(TH)之上，使得IGBT工作在有源區，從而保證電壓不會超過設定的箝位電壓。

圖8（c）中系統電壓仍為850V。從圖中可以看出，在參考信號開始下降，即開通過程開始后不久，集電極-發射極電壓VCE就開始跟隨參考信號，此時IGBT工作在有源區，并逐漸進入開通狀態。之后參考信號出現一個轉折點，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，但是由于參考信號的電壓變化率過高，超出IGBT所能達到的最大值，因此IGBT的VCE電壓無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IGBT開通、關斷波形：（a）關斷波形

(VDC=500V)；（b）關斷波形 (VDC=850V)；

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

3.2 多個IGBT串聯的測試結果

圖9所示為有源電壓控制下的兩個IGBT串聯的關斷波形，其中紅色和綠色為兩個IGBT各自的集電極-發射極電壓VCE，藍色為串聯IGBT的電流。圖10所示為三個IGBT串聯的關斷波形，其中紅色黃色和灰色分別為3個IGBT的VCE電壓。可以看出，在關斷階段，IGBT的動態均壓效果很好，電壓差別很小。在關斷過程結束后，由于IGBT的拖尾電流特性不同，使得VCE電壓波形有分歧。這可以通過并聯穩態均壓電阻來解決，當IGBT徹底進入關斷穩態后，其VCE電壓將趨于一致[7]。

圖9有源電壓控制下的兩個IGBT串聯關斷波形

（紅：VCE1，綠：VCE2，藍：IC）

圖10有源電壓控制下的三個IGBT串聯關斷波形

（紅：VCE1，黃：VCE2，灰：VCE3）