本發(fā)明涉及一種驅(qū)動電路，尤其是一種igbt動態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，屬于igbt驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

絕緣柵雙極晶體管igbt是mosfet與雙極晶體管的復(fù)合器件。它既具有功率mosfet輸入阻抗高、工作速度快、易驅(qū)動的優(yōu)點，又具有雙極達(dá)林頓功率管gto飽和電壓低、電流容量大、耐壓高的優(yōu)點，能正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率設(shè)備（如變頻器、ups電源、光伏逆變器、高頻焊機等）應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

igbt應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一是過電壓抑制。過電壓抑制不僅關(guān)系到igbt本身的工作特性和運行安全，還會影響到整個系統(tǒng)的性能和安全。由于電路中雜散電感的存在，igbt在正常情況關(guān)斷時會產(chǎn)生一定電壓尖峰，但是數(shù)值不會太高，但在變流器過載或者橋臂發(fā)生短路的情況下，關(guān)斷igbt時集電極會產(chǎn)生非常高的尖峰電壓，過高的尖峰電壓很容易使igbt受到損壞。

有源鉗位電路的目標(biāo)是鉗住igbt的集電極電位，使其不要到達(dá)太高的水平，如果關(guān)斷時產(chǎn)生的電壓尖峰太高，或者太陡，都會使igbt受到威脅。所以有源鉗位電路通常在故障狀態(tài)下才會動作，正常時不工作。

目前，igbt有源鉗位電路有圖1和圖2兩種方式。其中，圖1電路屬于靜態(tài)有源鉗位，在實際應(yīng)用過程中，由于母線電壓較高且波動較大往往會高出有源鉗位的電壓點，若不處理，有源鉗位電路會進(jìn)入連續(xù)動作的狀態(tài)，容易損壞驅(qū)動電路。針對此情況，提出圖2所示的改進(jìn)方案，通過在tvs管并聯(lián)有電容和放電電阻，這樣可以類似動態(tài)地調(diào)節(jié)有源鉗位的閾值，但并聯(lián)有電容和放電電阻后加大了損耗，影響有源鉗位的動作時間。

圖1和圖2針對母線電壓變化較大的場合（如太陽能逆變器、apf、牽引變流器等），無法滿足在不同應(yīng)用場景下對igbt驅(qū)動電路的驅(qū)動能力和線路保護(hù)能力的靈活調(diào)節(jié)的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種igbt動態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，其電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，安全可靠，能有效保護(hù)igbt驅(qū)動及本身。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述igbt動態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，包括igbt器件，其特征是：在所述igbt器件的集電極和柵極之間依次連接若干瞬態(tài)電壓抑制二極管組群、二極管d3、限流電阻r1和吸收電容c1，所述瞬態(tài)電壓抑制二極管組群包括若干瞬態(tài)電壓抑制二極管tvs，從igbt器件的集電極方向的第n個瞬態(tài)電壓抑制二極管tvs兩端并聯(lián)有n個可控開關(guān)，n為正整數(shù)；所述可控開關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)驅(qū)動電路連接，所述開關(guān)驅(qū)動電路與信號處理控制電路連接，所述信號處理控制電路與用于檢測直流母線電壓的電壓檢測電路連接。

進(jìn)一步的，所述電壓檢測電路包括高壓差分運算放大器及其調(diào)理電路，電壓檢測電路設(shè)置于igbt器件的集電極或直流母線上。

進(jìn)一步的，所述可控開關(guān)包括mos管，mos管的源極端、漏極端分別與瞬態(tài)電壓抑制二極管并聯(lián)連接，mos管的柵極端與開關(guān)驅(qū)動電路的輸出端連接。

進(jìn)一步的，所述吸收電容c1并聯(lián)有限流電阻r1的兩端。

本發(fā)明的優(yōu)點：通過電壓檢測電路對直流母線電壓進(jìn)行實時采樣，信號處理控制電路根據(jù)直流母線電壓的大小確定有源鉗位電壓，并根據(jù)有源鉗位電壓向開關(guān)驅(qū)動電路傳輸開關(guān)使能信號，開關(guān)驅(qū)動電路根據(jù)開關(guān)使能信號確定接入瞬態(tài)電壓抑制二極管的數(shù)量以及相應(yīng)導(dǎo)通的可控開關(guān)，從而將有源鉗位的動作門檻設(shè)置成動態(tài)的，能夠有效避免有源鉗位電路的連續(xù)動作，進(jìn)而避免igbt工作在線性區(qū)，防止igbt器件損壞。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)方案典型igbt驅(qū)動有源鉗位電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)方案改進(jìn)型igbt驅(qū)動有源鉗位電路示意圖。

圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖3所示，本發(fā)明所述igbt動態(tài)有源鉗位保護(hù)電路包括igbt器件，在igbt器件的集電極和柵極之間依次連接若干瞬態(tài)電壓抑制二極管組群、二極管d3、限流電阻r1和吸收電容c1，所述瞬態(tài)電壓抑制二極管組群包括若干瞬態(tài)電壓抑制二極管tvs，從igbt器件的集電極方向的第n個瞬態(tài)電壓抑制二極管tvs兩端并聯(lián)有n個可控開關(guān)，n為正整數(shù)；所述可控開關(guān)包括mos管，mos管的源極端、漏極端分別與瞬態(tài)電壓抑制二極管并聯(lián)連接，mos管的柵極端與開關(guān)驅(qū)動電路1的輸出端連接；所述可控開關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)驅(qū)動電路1連接，所述開關(guān)驅(qū)動電路1與信號處理控制電路2連接，所述信號處理控制電路2與用于檢測直流母線電壓的電壓檢測電路3連接。因此，當(dāng)開關(guān)驅(qū)動電路1控制可控開關(guān)導(dǎo)通時，則與所述可控開關(guān)連接的瞬態(tài)電壓抑制二極管會被短路掉，即開關(guān)驅(qū)動電路1通過控制不同可控開關(guān)的導(dǎo)通時，能調(diào)整瞬態(tài)電壓抑制二極管數(shù)量，即可以調(diào)節(jié)有源鉗位電壓。

所述電壓檢測電路3將檢測到的直流母線電壓傳輸至信號處理控制電路2內(nèi)，信號處理控制電路2根據(jù)接收到的直流母線電壓確定有源鉗位電壓，并根據(jù)確定的有源鉗位電壓向開關(guān)驅(qū)動電路1輸出對應(yīng)的開關(guān)使能信號；所述開關(guān)驅(qū)動電路1接收開關(guān)使能信號，并根據(jù)開關(guān)使能信號向?qū)?yīng)的可控開關(guān)輸出開通驅(qū)動信號，以通過開通驅(qū)動信號打開對應(yīng)的可控開關(guān)，使得接入的瞬態(tài)電壓抑制二極管組群與有源鉗位電壓相匹配。

所述電壓檢測電路3包括高壓差分運算放大器及其調(diào)理電路，將高壓差分信號轉(zhuǎn)換成低壓差分信號，電壓檢測電路3設(shè)置于igbt器件連接的母線上。在具體實施時，電壓檢測電路3還可以采用其他的實現(xiàn)形式，只要能檢測到直流母線電壓即可。

本發(fā)明實施例中，信號處理控制電路2可以采用ad7674全差分輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片和51單片機實現(xiàn)，低壓差分信號經(jīng)過ad7674的模擬差分輸入端，將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)控信號，再給51單片機進(jìn)行處理，得出相應(yīng)的開關(guān)信號，進(jìn)而來驅(qū)動開關(guān)驅(qū)動電路1，實現(xiàn)可控開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，內(nèi)部詳細(xì)的數(shù)模轉(zhuǎn)換控制為本領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。也可以采用相應(yīng)的邏輯電路實現(xiàn)，只要能實現(xiàn)對直流母線電壓進(jìn)行處理并輸出開關(guān)使能信號即可。

一般地，當(dāng)瞬態(tài)電壓抑制二極管組群內(nèi)所有的mos管均處于關(guān)斷狀態(tài)時，則接入igbt器件集柵極間的瞬態(tài)電壓抑制二極管的數(shù)量即為所有瞬態(tài)電壓抑制二極管的總和。而當(dāng)有多個mos管導(dǎo)通時，則相應(yīng)并聯(lián)的瞬態(tài)電壓抑制二極管組群將短路，從而能夠得到所需的有源鉗位電壓值。具體實施時，瞬態(tài)電壓抑制二極管組群內(nèi)的瞬態(tài)電壓抑制二極管均為正溫度特性，溫度系數(shù)較小的tvs管，tvs管的具體電壓大小可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇確定，tvs管可以采用st公司的smbj系列。此外，mos管應(yīng)選取內(nèi)阻大、飽和壓降小的類型，可以采用ir的低壓coolmos管。

本發(fā)明通過電壓檢測電路對直流母線電壓進(jìn)行實時檢測，信號處理控制電路根據(jù)直流母線電壓確定有源鉗位電壓，并根據(jù)直流母線電壓向開關(guān)驅(qū)動電路傳輸開關(guān)使能信號，開關(guān)驅(qū)動電路根據(jù)開關(guān)使能信號確定接入瞬態(tài)電壓抑制二極管的數(shù)量以及相應(yīng)需導(dǎo)通的可控開關(guān)，從而能使得瞬態(tài)電壓抑制二極管組群內(nèi)的有源鉗位電壓與直流母線電壓相匹配，能夠有效避免有源鉗位電路的連續(xù)動作，最大限度地保證igbt器件及驅(qū)動電路的運行安全，還可以簡化操作，實現(xiàn)靈活應(yīng)用。

另外，在所述igbt器件的柵極和發(fā)射極之間連接箝位二極管d1，在igbt器件的柵極連接推挽電路，推挽電路與開關(guān)驅(qū)動電路的輸出端連接。

本發(fā)明公開了一種igbt動態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，屬于igbt驅(qū)動的技術(shù)領(lǐng)域。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述igbt動態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，包括igbt器件，還包括依次連接在所述igbt的集電極和柵極之間的若干瞬態(tài)電壓抑制二極管組群、二極管、限流電阻、吸收電容、箝位二極管，所述瞬態(tài)電壓抑制二極管組群按照1個、2個???n個遞增的方式并聯(lián)有可控開關(guān)，可控開關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)驅(qū)動電路連接，所述開關(guān)驅(qū)動電路與信號處理控制電路連接，信號處理控制電路與用于檢測直流母線電壓的電壓檢測電路連接；本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)了igbt動態(tài)有源鉗位的保護(hù)，能有效延長igbt的使用壽命，提高igbt電路的工作效率，安全可靠?？梢愿鶕?jù)不同應(yīng)用條件下動態(tài)調(diào)節(jié)有源鉗位電壓，可以應(yīng)用在各種不同工況下的igbt驅(qū)動電路設(shè)計中。