一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路和方法与流程

本发明属于柔性直流输电，具体涉及一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路和方法。

背景技术：

1、随着能源紧缺和环境保护问题的日益突出，以风电、光伏为代表的大规模新能源得到了快速发展。大规模新能源的经济性外送通常采用柔性直流输电技术，当送出规模越来越大时，柔性直流换流阀的运行损耗就成为工程经济性的重要考量指标。在柔性直流换流阀的损耗中，功率器件的损耗占有较高的比重，主要包括导通损耗和开关损耗两部分。功率器件在通态过程中的压降通常较高，导致换流阀损耗高。

技术实现思路

1、本发明提供了一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路和方法，用以抬升功率器件的开通电压，降低功率器件的通态压降，进而实现功率模块的损耗降低，提升设备的经济性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路，括防反电路、电压比较电路、增压开通电路、开通电路和关断电路，所述开通电路第一端和逻辑处理单元连接，第二端通过防反电路与功率器件连接，所述增压开通电路的第一端、关断电路的第一端和电压比较电路的第一端均与逻辑处理单元连接，增压开通电路的第二端、关断电路的第二端和电压比较电路的第二端均与功率器件连接。

4、进一步的，开通电路包括电阻r4、电容c1、场效应管q2和电阻r5，电阻r4第一端和mosfet驱动器ic2的输出端连接，所述电阻r4的第二端和场效应管q2的栅极连接，场效应管q2的源极和电源vcc正极以及电容c1的第一端连接，电容c1的第二端接地，场效应管q2的漏极和电阻r5的第一端连接，电阻r5的第二端与防反电路连接。

5、进一步的，增压开通电路包括电容c2、场效应管q1和电阻r7，所述电容c2第一端接地，第二端与电源+vcc_boost以及场效应管q1的源极连接，所述场效应管q1的漏极与电阻r7第一端连接，所述电阻r7第二端与功率器件的栅极连接；所述场效应管q1的栅极和mosfet驱动器ic1的输出端连接。

6、进一步的，场效应管q1的栅极和mosfet驱动器ic1的输出端之间连接有二极管d1。

7、进一步的，关断电路包括电阻r6、场效应管q3、二极管d2和电容c3，所述二极管d2的阴极和mosfet驱动器ic3的输出端连接；所述二极管d2的阳极和场效应管q3的栅极连接，所述场效应管q3的漏极和电阻r6第一端连接，电阻r6第二端和功率器件的栅极连接。

8、进一步的，电压比较电路包括比较器ic4、基准电源vref、电阻r8和电阻r9，所述电阻r8的第一端和功率器件的栅极连接，电阻r8的第二端和电阻r9的第一端以及比较器ic4的+输入端连接，电阻r9的第二端接地；比较器ic4的-输入端与基准电源vref的正极连接，所述基准电源vref的负极接地；所述比较器ic4的输出端和fpga连接。

9、进一步的，防反电路包括二极管d3，所述二极管d3的阳极与开通电路第二端连接，二极管d3的阴极与增压开通电路的第二端以及功率器件连接。

10、一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动方法，包括以下步骤：

11、投入开通电路，向功率器件栅极施加电压，实时监测功率器件栅极电压，并与设定的阈值比较：

12、当增压驱动电路不使能或栅极电压检测与比较电路输出为低电平时，防反电路阻止开通电路与增压开通电路的正向串联，使功率器件的驱动电压仅为开通电路提供的驱动电压，功率器件正常开通和关断；

13、当栅极电压检测与比较电路检测到栅极电压大于设定的阈值时，比较电路输出高电平，切入增压开通电路，在导通过程中抬升驱动电压；

14、当导通过程结束，功率器件进入关断时序时，将增压开通电路和开通电路切出，投入关断电路，使功率器件关断。

15、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

16、本发明提供的驱动电路，针对功率器件在通态过程中的压降高，导致换流阀损耗高的特性，提出了一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路，可在实时监测功率器件的栅极电压，电压比较电路根据功率器件igbt的栅极电压和设定阈值的大小关系，判断功率器件是否导通完毕，并根据判断结果确定是否切入增压，功率器件导通状态中抬升驱动电压、降低功率器件导通压降，进而降低损耗。

17、本发明提供的驱动方法，根据功率器件的栅极电压和设定的阈值进行比较，根据比较结果，判断功率器件的状态，当功率器件处于开通过程时，不投入增压开通电路，使功率器件的驱动电压仅为开通电路提供的驱动电压，功率器件可以实现正常的开通和关断；当功率器件进入导通阶段时，切入增压开通电路，从而实现在导通过程中驱动电压的抬升，进而降低损耗。

技术特征：

1.一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路，其特征在于，包括防反电路、电压比较电路、增压开通电路、开通电路和关断电路，所述开通电路第一端和逻辑处理单元连接，第二端通过防反电路与功率器件连接，所述增压开通电路的第一端、关断电路的第一端和电压比较电路的第一端均与逻辑处理单元连接，增压开通电路的第二端、关断电路的第二端和电压比较电路的第二端均与功率器件连接。

2.根据权利要求1所述的一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路，其特征在于，所述开通电路包括电阻r4、电容c1、场效应管q2和电阻r5，电阻r4第一端和mosfet驱动器ic2的输出端连接，所述电阻r4的第二端和场效应管q2的栅极连接，场效应管q2的源极和电源vcc正极以及电容c1的第一端连接，电容c1的第二端接地，场效应管q2的漏极和电阻r5的第一端连接，电阻r5的第二端与防反电路连接。

3.根据权利要求1所述的一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路，其特征在于，所述增压开通电路包括电容c2、场效应管q1和电阻r7，所述电容c2第一端接地，第二端与电源+vcc_boost以及场效应管q1的源极连接，所述场效应管q1的漏极与电阻r7第一端连接，所述电阻r7第二端与功率器件的栅极连接；所述场效应管q1的栅极和mosfet驱动器ic1的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路，其特征在于，所述场效应管q1的栅极和mosfet驱动器ic1的输出端之间连接有二极管d1。

5.根据权利要求1所述的一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路，其特征在于，所述关断电路包括电阻r6、场效应管q3、二极管d2和电容c3，所述二极管d2的阴极和mosfet驱动器ic3的输出端连接；所述二极管d2的阳极和场效应管q3的栅极连接，所述场效应管q3的漏极和电阻r6第一端连接，电阻r6第二端和功率器件的栅极连接。

6.根据权利要求1所述的一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路，其特征在于，所述电压比较电路包括比较器ic4、基准电源vref、电阻r8和电阻r9，所述电阻r8的第一端和功率器件的栅极连接，电阻r8的第二端和电阻r9的第一端以及比较器ic4的+输入端连接，电阻r9的第二端接地；比较器ic4的-输入端与基准电源vref的正极连接，所述基准电源vref的负极接地；所述比较器ic4的输出端和fpga连接。

7.根据权利要求1所述的一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路，其特征在于，所述防反电路包括二极管d3，所述二极管d3的阳极与开通电路第二端连接，二极管d3的阴极与增压开通电路的第二端以及功率器件连接。

8.一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动方法，基于权利要求1所述的电路，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种可降低功率器件损耗的栅极增压驱动电路和方法，属于柔性直流输电技术领域，所述防反电路、功率器件栅极电压检测与比较电路、增压开通电路、开通电路和关断电路，开通电路第一端和逻辑处理单元连接，第二端和防反电路第一端连接，防反电路第二端与IGBT的栅极连接，增压开通电路的第一端、关断电路的第一端和电压比较电路的第一端均与逻辑处理单元连接，增压开通电路的第二端、关断电路的第二端和电压比较电路的第二端均与IGBT的栅极连接。该电路可以抬升功率器件的开通电压，降低功率器件的通态压降，进而实现功率模块的损耗降低，提升设备的经济性。技术研发人员：任成林,郑松,鲁翔,陈越,刘启建,孙帮新,魏梓彦,焦石,郝江涛受保护的技术使用者：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29