高压复合开关IGBT与IGCT器件串联均压技术

发布时间：2026-02-02 17:01:47

来源：工能电气有限公司

在高压复合开关中，IGBT与IGCT器件的串联均压技术是确保电力电子装置安全、可靠运行的关键，以下从串联不均压原因、均压技术分类、具体均压方法、均压方法对比与选择几个方面进行详细介绍：

### 串联不均压原因

* **静态不均压**：主要由串联器件的阻态漏电流不同导致，漏电流一般受到器件结温和工作电压的影响。
* **动态不均压**：主要由器件特性的差异，以及器件门极驱动信号在驱动器和器件之间传输延迟差异所导致。例如，IGBT本身寄生有一个反并联的二极管，各IGBT等效二极管的反向恢复电荷不同，其关断时间也相应不同，从而导致动态不均压。

### 均压技术分类

* **被动均压技术**：通过在器件外围引入无源元件，如电阻、电容、二极管等，构成缓冲电路或钳位电路，对串联器件产生的不均压进行间接均压控制。
* **主动均压技术**：通过检测串联器件的电压或电流，利用反馈信息调整驱动信号，实现器件承受电压的均衡。

### 具体均压方法

* **被动均压方法**

* **RC缓冲电路**：在每个IGBT或IGCT的集射极（或阳极阴极）两端并联电阻和电容，利用电容的充电和放电作用，抑制器件关断时的电压上升率，从而降低动态不均压程度。但这种方法在电压较高、频率较高、电压和电流变化率较大的场合，会产生很大的损耗。
* **RCD缓冲电路**：在RC缓冲电路的基础上增加一个二极管，利用二极管的单向导电性，避免缓冲电路与直流母线电感产生LC振荡，同时抑制瞬变电压。但在大功率场合，其回路寄生电感可能较大，不能有效抑制瞬变电压。
* **钳位电路**：在IGBT或IGCT的集射极（或阳极阴极）两端并接稳压装置，如稳压二极管或瞬态电压抑制二极管（TVS）。当器件的端电压超过预设的电压值时，稳压装置对电压进行钳位，限制电压进一步上升。但这种方法同样会在稳压装置上损耗很大的能量。

* **主动均压方法**

* **有源电压控制技术（AVC）**：通过引入集电极反馈来控制IGBT栅极电压，使IGBT开通和关断过程中，集电极-发射极电压VCE的轨迹始终跟随预先设定的参考信号，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。此技术通过多重闭环反馈，使IGBT在开通和关断过程中，VCE电压跟随参考信号，防止绝缘器件由于过电压而损坏，并减少高电压变化率dVCE/dt和过电压对绝缘系统的影响。
* **准有源栅极控制法（QAGC）**：仅使用一个驱动电路，结合电阻、电容和二极管等简单无源器件构成的辅助电路，调节串联IGBT的开通关断时Vce变化率dv/dt，从而实现串联IGBT动静态均压。
* **参考电压法**：利用预定义的参考电压主动钳位器件两端的电压。将各个IGBT的Vce与同一个给定的参考电压进行比较，通过对驱动信号的控制实现对IGBT两端电压的控制。
* **门极变电阻式均压电路**：根据改变IGBT门极驱动电阻可以改变其开关速度的特性，设计出通过改变门极驱动电阻使IGBT串联有效均压的方案。当IGBT过压或接近过压时，通过检测电路将集射极电压反馈给门极驱动电阻选择电路，驱动电阻选择电路增加门极驱动电阻，从而改变集射极电压变化的速率，使得IGBT均压。
* **脉冲变压器耦合均压法**：通过磁耦合的方式对驱动信号进行补偿，实现驱动信号的同步性，进而达到动态均压的目的。但这种方法对脉冲变压器的参数设计要求较高，且对由IGBT器件本身参数的差异性而引起的分压不均没有作用。

### 均压方法对比与选择

* **低频应用场景**：被动均压方法更能够发挥拓扑简单的优势，同时也可作为其他均压方法的补充方法。
* **高频应用场景**：参考电压法更适用于器件扩展数量较大的场景；当器件串联数目较少时，准有源栅极控制法因均压电路损耗较低且不需外加控制电路，能够更好地满足均压要求。

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