文档介绍：应用于 IGBT 串联的有源电压控制技术
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和巍巍张学强 Patrick R. Palmer 汪之涵

1) 英国剑桥大学工程系,英国剑桥 2) 深圳青铜剑电力电子科技有限公司,深圳 518034
1) Email:******@ 2) Email:wzh@
摘要 IGBT 有源电压控制技术(Active Voltage Control,简称 AVC)通过在 IGBT 控制过程中引入多重闭环反馈,使
IGBT 开通和关断过程中集电极-发射极电压 VCE 的轨迹跟随预先设定好的参考信号,从而实现高压应用中 IGBT 器件直接串
联的同步工作和有效均压。本文介绍了有源电压控制技术的基本概念,展示了驱动单个和多个串联 IGBT 的实验波形,并进
行了 IGBT 的损耗计算和对比。

关键词 IGBT,串联,驱动,均压,有源电压控制,Active Voltage Control

,但是同时会带来额外的
绝缘栅双极晶体管 IGBT 自上世纪 80 年代问世以功率损耗。本文所介绍的有源电压控制技术(Active
来,由于其输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、 Voltage Control)即是通过引入集电极反馈来影响
阻断电压高、承受电流大的性能,在电力电子领域中 IGBT 栅极电压,从而实现串联均压。
的得到了广泛的应用。然而由于半导体器件本身的材串联技术
料和结构原因,IGBT 目前的电压等级最高是 ,
无法达到电力系统中很多场合下的电压等级(如
10kV、35kV 的电压等级),限制了 IGBT 在高压领域栅极控制无源缓冲电路
的应用。
采用 IGBT 器件直接串联进而实现电压等级的提
升具有巨大的吸引力。然而,IGBT 串联技术有两个难同步控制有源控制
点必须要克服。第一是要保证控制信号的同步,并且
必须在通过隔离后,各个信号之间的延迟在一个可以
接受的范围内;第二是要保证在开通和关断过程中, 关断点选择法电压均衡法
(Lee-Seo-Huyn) (Gerster)
电压被平均的分配在各个器件上,各个器件上的电压
差别必须在一个合理的范围之内,否则会造成某些器
件被击穿或者过早老化。
有源电压控制法 dV/dt控制法过冲电压有
图 1 列举了几种具有代表性的 IGBT 串联方案, (Palmer) (Consoli) 源控制法
并根据其采用的方法进行了分类。(Gediga)
无源缓冲电路一般是在 IGBT 器件的 C、E 两端并
联缓冲电路[1, 2]。缓冲电路包括 RC 型、RCD 型等。图 1:IGBT 串联技术分类
无源缓冲电路可以实现 IGBT 串联的均压,但是会降
低 IGBT 的开关速度并且增大开关损耗,而且无源缓
冲电路需要较多器件,参数较难设置,会降低系统的 IGBT 有源电压控制技术(Active Voltage Control,
可靠性。简称 AVC),由英国剑桥大学 Patrick Palmer 博士提出
栅极控制的方法可以分为同步控制和有源控制两[5, 6]。此技术通过在 IGBT 控制过程中引入多重闭环
类。同步