Igbt集電極電壓鉗位電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種IGBT集電極電壓鉗位電路，其包括對(duì)IGBT集電極關(guān)斷時(shí)的過電壓信號(hào)進(jìn)行反饋的過壓反饋模塊，用于調(diào)整過壓反饋模塊電流的電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊，對(duì)驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行功率放大的功率推挽模塊，以及用于調(diào)整IGBT的通斷速率及鉗制其門極電壓的門極電阻單元和鉗位電路。本實(shí)用新型所述的IGBT集電極電壓鉗位電路，以將集電極電壓水平控制在一定范圍內(nèi)，降低IGBT過電壓擊穿的幾率，提升IGBT運(yùn)行的穩(wěn)定性。
【專利說明】IGBT集電極電壓鉗位電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種IGBT集電極電壓鉗位電路。

【背景技術(shù)】
[0002]在大功率的IGBT應(yīng)用中，隨著IGBT的容量變大，其在開關(guān)過程中的電流變化率會(huì)隨之增大，且雜散電感也隨之變大，因此變流器過載或者橋臂短路關(guān)閉IGBT時(shí)的電壓尖峰更加難以得到控制。目前，市場(chǎng)上比較常見的IGBT集成驅(qū)動(dòng)芯片在針對(duì)變流器過載或者橋臂短路關(guān)斷IGBT時(shí)，大多采用軟關(guān)斷方式或者慢降柵壓方式進(jìn)行IGBT集電極過電壓抑制。由于這些方式屬于通過控制IGBT柵極電壓來間接地控制IGBT集電極電壓的開環(huán)控制方式，在實(shí)際應(yīng)用中，其不能完全避免IGBT過電壓擊穿。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]有鑒于此，本實(shí)用新型旨在提出一種IGBT集電極電壓鉗位電路，以將集電極電壓水平控制在一定范圍內(nèi)，降低IGBT過電壓擊穿的幾率，提升IGBT運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0004]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種IGBT集電極電壓鉗位電路，其包括對(duì)IGBT集電極關(guān)斷時(shí)的過電壓信號(hào)進(jìn)行反饋的過壓反饋模塊，用于調(diào)整過壓反饋模塊電流的電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊，對(duì)驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行功率放大的功率推挽模塊，以及用于調(diào)整IGBT的通斷速率及鉗制其門極電壓的門極電阻單元和鉗位電路；所述電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊連接于IGBT的集電極，過壓反饋模塊的輸入端連接于電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊，其輸出端分別連接于功率推挽模塊的信號(hào)輸入端和IGBT的門極，所述功率推挽模塊的信號(hào)輸出端連接于門極電阻單元，所述門極電阻單元及鉗位電路連接于IGBT的門極，且IGBT的門極經(jīng)由電阻R7與其發(fā)射極相連。
[0006]進(jìn)一步的，所述的電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊包括并聯(lián)相接的電阻R9和電容C1。
[0007]進(jìn)一步的，所述的過壓反饋模塊包括依次串接于電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊的瞬態(tài)電壓抑制二極管Z1、Z2，以及連接于瞬態(tài)電壓抑制二極管Z2與功率推挽模塊輸入端之間的超快恢復(fù)二極管D1，還包括依次串接于瞬態(tài)電壓抑制二極管Z2與IGBT門極之間的超快恢復(fù)二極管D2和電阻R8。
[0008]進(jìn)一步的，所述的功率推挽模塊包括雙極型晶體管V1、V2、V3、V4、V5、V6，電阻R10、R11、R12、R13、R14、R15，以及+15V/-15V電源；所述雙極型晶體管V1、V2、V3的基極分別與V4、V5、V6的基極相連，電阻R10、R13連接于V1、V4的基極相連端，電阻R11、R14連接于V2、V5的基極相連端，電阻R1，2、R15連接于V3、V6的基極相連端，且R10、R11、R12均連接于過壓反饋模塊的超快恢復(fù)二極管D1上，R13、R14、R15均連接于功率推挽模塊的信號(hào)輸入端，雙極型晶體管V1、V2、V3的集電極接+15V電源，雙極型晶體管V4、V5、V6的集電極接-15V電源，V1、V2、V3、V4、V5、V6的發(fā)射極連接于一起形成功率推挽模塊的信號(hào)輸出端，并連接于門極電阻單元上。
[0009]進(jìn)一步的，所述的門極電阻單元包括串聯(lián)相接于功率推挽模塊的信號(hào)輸出端與IGBT門極之間的第一電阻單元和第二電阻單元，所述第一電阻單元包括并聯(lián)相接且與功率推挽模塊的信號(hào)輸出端相連的電阻Rl、R2、R3和超快恢復(fù)二極管D3，所述第二電阻單元包括并聯(lián)相接且與IGBT門極相連的電阻R4、R5、R6和超快恢復(fù)二極管D4，所述第一電阻單元內(nèi)的超快恢復(fù)二極管D3的陽極與第二電阻單元內(nèi)的超快恢復(fù)二極管D4的陽極相連接。
[0010]進(jìn)一步的，所述的鉗位電路包括連接于IGBT門極上的超快恢復(fù)二極管D5，所述超快恢復(fù)二極管D5的陰極連接+15V電源。
[0011]進(jìn)一步的，所述電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6為金屬膜電阻，所述電阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15為厚膜電阻，所述電容C1為聚丙烯薄膜電容。
[0012]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢(shì):
[0013]本IGBT集電極電壓鉗位電路，當(dāng)IGBT的集電極電壓過高時(shí)，會(huì)使過壓反饋模塊導(dǎo)通而產(chǎn)生電流，電流一部分會(huì)進(jìn)入IGBT的門極，而另一部分電流則會(huì)進(jìn)入功率推挽模塊，并使功率推挽模塊的推挽對(duì)管微弱導(dǎo)通，模塊輸出處于高阻狀態(tài)，從而使電壓反饋模塊的電流大部分進(jìn)入IGBT的門極，實(shí)現(xiàn)IGBT門極電壓的緩降，保證IGBT集電極電壓不超過設(shè)定值，使得IGBT電壓尖峰得以控制。
[0014]電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊可對(duì)過壓反饋模塊中的電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化過壓反饋模塊的電路損耗。門極電阻單元可調(diào)整IGBT的通斷速率，鉗位電路可保證IGBT門極正電壓不超過其承受電壓，而電阻R7則可保證IGBT門極的低輸入阻抗，從而增強(qiáng)其抗靜電能力和抗干擾能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0016]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的IGBT集電極鉗位電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的IGBT集電極鉗位電路的電路原理圖；

【具體實(shí)施方式】
[0018]需要說明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0019]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0020]本實(shí)施例涉及一種IGBT集電極電壓鉗位電路，如圖1中所示，其包括對(duì)IGBT集電極關(guān)斷時(shí)的過電壓信號(hào)進(jìn)行反饋的過壓反饋模塊，用于調(diào)整過壓反饋模塊電流的電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊，對(duì)驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行功率放大的功率推挽模塊，以及用于調(diào)整IGBT的通斷速率及鉗制其門極電壓的門極電阻單元和鉗位電路；電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊連接于IGBT的集電極，過壓反饋模塊的輸入端連接于電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊，其輸出端分別連接于功率推挽模塊的信號(hào)輸入端和IGBT的門極，功率推挽模塊的信號(hào)輸出端連接于門極電阻單元，門極電阻單元及鉗位電路連接于IGBT的門極，同時(shí)IGBT的門極還經(jīng)由電阻R7與其發(fā)射極相連。
[0021]如圖2中所示，所述的電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊包括并聯(lián)相接的電阻R9和電容C1。電阻R9可采用厚膜電阻，電容C1可采用聚丙烯薄膜電容。電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端連接于IGBT的集電極，其輸出端連接過壓反饋模塊。過壓反饋模塊包括依次串接于電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊輸出端的瞬態(tài)電壓抑制二極管Z1、Z2，以及連接于瞬態(tài)電壓抑制二極管Z2與功率推挽模塊的信號(hào)輸入端之間的超快恢復(fù)二極管D1，還包括依次串接于瞬態(tài)電壓抑制二極管Z2與IGBT門極之間的超快恢復(fù)二極管D2和電阻R8，電阻R8也可為采用厚膜電阻。
[0022]功率推挽模塊包括雙極型晶體管V1、V2、V3、V4、V5、V6，電阻R10、Rll、R12、R13、R14、R15，以及+15V/-15V電源。雙極型晶體管V1、V2、V3的基極分別與V4、V5、V6的基極相連，電阻R10、R13連接于V1、V4的基極相連端，電阻Rll、R14連接于V2、V5的基極相連端，電阻R1，2、R15連接于V3、V6的基極相連端，且R10、R11、R12均連接于過壓反饋模塊的超快恢復(fù)二極管D1上，R13、R14、R15均連接于功率推挽模塊的信號(hào)輸入端，雙極型晶體管V1、V2、V3的集電極接+15V電源，雙極型晶體管V4、V5、V6的集電極接-15V電源，V1、V2、V3、V4、V5、V6的發(fā)射極連接于一起形成功率推挽模塊的信號(hào)輸出端，并連接于門極電阻單元上。
[0023]功率推挽模塊的電阻R10、Rll、R12、R13、R14、R15可均為采用厚膜電阻。門極電阻單元?jiǎng)t包括串聯(lián)相接于功率推挽模塊的信號(hào)輸出端與IGBT門極之間的第一電阻單元和第二電阻單元，其中第一電阻單元包括并聯(lián)相接且與功率推挽模塊的信號(hào)輸出端相連的電阻R1、R2、R3和超快恢復(fù)二極管D3，第二電阻單元包括并聯(lián)相接且與IGBT門極相連的電阻R4、R5、R6和超快恢復(fù)二極管D4，且第一電阻單元內(nèi)的超快恢復(fù)二極管D3的陽極與第二電阻單元內(nèi)的超快恢復(fù)二極管D4的陽極相連接。第一電阻單元中的電阻R1、R2、R3及第二電阻單元中的電阻R4、R5、R6均可為采用金屬膜電阻。
[0024]本實(shí)施例中的鉗位電路則包括連接于IGBT門極上的超快恢復(fù)二極管D5，該超快恢復(fù)二極管D5的陰極連接+15V電源。連接于IGBT的門極與其發(fā)射極之間的電阻R7也可為采用厚膜電阻，其中IGBT的發(fā)射極也為IGBT及推挽管電源的地端。本IGBT集電極電壓鉗位電路，通過調(diào)整合適的電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊參數(shù)，能夠消除由過壓反饋模塊中瞬態(tài)電壓抑制二極管Z1、Z2瞬間導(dǎo)通時(shí)的浪涌電流引起的IGBT門極電壓與母線電壓的振蕩，并可優(yōu)化過壓反饋模塊的電路損耗。同時(shí)，利用功率推挽模塊中的并聯(lián)式推挽電路結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中也能夠使電路的功率密度更為均勻，方便電路板的散熱設(shè)計(jì)。
[0025]圖2中所示的PWM為集成驅(qū)動(dòng)芯片的脈沖輸出，在實(shí)際工作中，R13、R14、R15接受驅(qū)動(dòng)芯片的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖輸入，控制VI?V6推挽管進(jìn)行PWM驅(qū)動(dòng)脈沖功率放大。通過對(duì)Rl、R2、R3、R4、R5、R6的選用，可實(shí)現(xiàn)IGBT導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)不同門極電阻的設(shè)置。超快恢復(fù)二極管D5作為門極鉗位二極管，可使門極電壓限制在+15.7V以內(nèi)，R17保證了 IGBT門極的低輸入阻抗，增強(qiáng)了抗靜電能力及抗干擾能力。
[0026]當(dāng)IGBT集電極電壓超過Z1、Z2擊穿電壓值之和時(shí)，R9、C1、D1、D2中便產(chǎn)生了電流，電流一部分流經(jīng)R8，進(jìn)入IGBT門極G，另一部分電流流經(jīng)R10、R11、R12，控制VI?V6功率推挽對(duì)管微弱導(dǎo)通，使對(duì)管輸出近似為高阻狀態(tài)，使流經(jīng)Zl、Z2的電流大部分進(jìn)入IGBT門極，從而實(shí)現(xiàn)了門極電壓的緩降，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了絕緣柵雙極型晶體管IGBT電壓尖峰的控制。
[0027]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT集電極電壓鉗位電路，其特征在于包括:對(duì)IGBT集電極關(guān)斷時(shí)的過電壓信號(hào)進(jìn)行反饋的過壓反饋模塊，用于調(diào)整過壓反饋模塊電流的電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊，對(duì)驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行功率放大的功率推挽模塊，以及用于調(diào)整IGBT的通斷速率及鉗制其門極電壓的門極電阻單元和鉗位電路；所述電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊連接于IGBT的集電極，過壓反饋模塊的輸入端連接于電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊，其輸出端分別連接于功率推挽模塊的信號(hào)輸入端和IGBT的門極，所述功率推挽模塊的信號(hào)輸出端連接于門極電阻單元，所述門極電阻單元及鉗位電路連接于IGBT的門極，且IGBT的門極經(jīng)由電阻R7與其發(fā)射極相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT集電極電壓鉗位電路，其特征在于:所述的電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊包括并聯(lián)相接的電阻R9和電容Cl。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT集電極電壓鉗位電路，其特征在于:所述的過壓反饋模塊包括依次串接于電阻電容網(wǎng)絡(luò)模塊的瞬態(tài)電壓抑制二極管Zl、Z2，以及連接于瞬態(tài)電壓抑制二極管Z2與功率推挽模塊信號(hào)輸入端之間的超快恢復(fù)二極管D1，還包括依次串接于瞬態(tài)電壓抑制二極管Z2與IGBT門極之間的超快恢復(fù)二極管D2和電阻R8。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IGBT集電極電壓鉗位電路，其特征在于:所述的功率推挽模塊包括雙極型晶體管V1、V2、V3、V4、V5、V6，電阻R10、RlU R12、R13、R14、R15，以及+15V/-15V電源；所述雙極型晶體管V1、V2、V3的基極分別與V4、V5、V6的基極相連，電阻R10、R13連接于V1、V4的基極相連端，電阻R11、R14連接于V2、V5的基極相連端，電阻Rl，2、R15連接于V3、V6的基極相連端，且R10、Rll、R12均連接于過壓反饋模塊的超快恢復(fù)二極管Dl上，R13、R14、R15均連接于功率推挽模塊的信號(hào)輸入端，雙極型晶體管V1、V2、V3的集電極接+15V電源，雙極型晶體管V4、V5、V6的集電極接-15V電源，V1、V2、V3、V4、V5、V6的發(fā)射極連接于一起形成功率推挽模塊的信號(hào)輸出端，并連接于門極電阻單元上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IGBT集電極電壓鉗位電路，其特征在于:所述的門極電阻單元包括串聯(lián)相接于功率推挽模塊的信號(hào)輸出端與IGBT門極之間的第一電阻單元和第二電阻單元，所述第一電阻單元包括并聯(lián)相接且與功率推挽模塊的信號(hào)輸出端相連的電阻R1、R2、R3和超快恢復(fù)二極管D3，所述第二電阻單元包括并聯(lián)相接且與IGBT門極相連的電阻R4、R5、R6和超快恢復(fù)二極管D4，所述第一電阻單元內(nèi)的超快恢復(fù)二極管D3的陽極與第二電阻單元內(nèi)的超快恢復(fù)二極管D4的陽極相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IGBT集電極電壓鉗位電路，其特征在于:所述的鉗位電路包括連接于IGBT門極上的超快恢復(fù)二極管D5，所述超快恢復(fù)二極管D5的陰極連接+15V電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的IGBT集電極電壓鉗位電路，其特征在于:所述電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6 為金屬膜電阻，所述電阻 R7、R8、R9、R10、RlU R12、R13、R14、R15 為厚膜電阻，所述電容Cl為聚丙烯薄膜電容。
【文檔編號(hào)】H02M1/32GK204205931SQ201420742972
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】彭詠龍, 劉同召, 李臣, 王玉杰, 劉志軍 申請(qǐng)人:保定四方三伊電氣有限公司