高壓igbt保護功能采集裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及IGBT保護電路，具體為一種高壓IGBT保護功能采集裝置。
【背景技術】
[0002]隨著列車交流技術的發(fā)展，采用高頻大功率IGBT作為開關元件的變流器應用日益廣泛。功率模塊是列車變流器中最關鍵的部件之一，其驅動保護電路的設計，對整個功率模塊可靠的工作有著極其重要的影響?，F(xiàn)有技術的IGBT保護電路雖然有成熟技術，但在6500V及6500V以下的不同電壓等級的兼容性差、可靠性差。另外，在現(xiàn)有技術中，由于驅動電路與保護采集電路一體化，使得IGBT保護采集電路遠離IGBT器件，雜散電感較大，抗干擾性差，對功率器件有一定的沖擊，影響功率器件的壽命，也可能導致IGBT超過安全工作區(qū)而損壞，從而降低功率變換電路的可靠性。因此為實現(xiàn)相同電壓等級不同廠家IGBT靈活配置以及不同電壓等級IGBT靈活配置，設計一款高兼容性、高可靠性的IGBT保護功能采集裝置迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決目前的IGBT保護電路兼容性及可靠性較差的技術問題，提供一種高壓IGBT保護功能采集裝置。
[0004]本發(fā)明是采用以下技術方案實現(xiàn)的:一種高壓IGBT保護功能采集裝置，包括采集IGBT的集電極-發(fā)射極電壓Vce的全通型分壓采集電路、鉗位控制電路以及共模電感LI ；所述全通型分壓采集電路包括由多組電阻串聯(lián)而成的電阻串，每組電阻的兩端均并聯(lián)有一個電容；電阻串的一端作為信號輸出端輸出SCl信號，電阻串的另一端與IGBT集電極相連接;所述鉗位控制電路包括串聯(lián)的TVS管Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11，其中Dl為雙向TVS管，其余為單向TVS管；Dl的一端與電阻串的另一端相連接，Dl的另一端與D2的負極相連接；還包括一個IGBT器件Ql，D9的正極與DlO的負極與Ql的集電極相連接，Dll的正極與Ql的發(fā)射極相連接；Q1的基極通過電阻R15、R16與LI的第四引腳相連接，Dll的正極連接有二極管D12，Dll的正極與D12的正極連接，D12的負極分成兩路，一路與LI的第四引腳連接，另一路通過二極管D13、電容C16、電阻R17與LI的第二引腳連接；L1的第四引腳與IGBT的門極相連接，LI的第三引腳與IGBT的發(fā)射極相連接；L1的第三、第四引腳之間順次連接有電容C17、電阻R18和單向TVS管D16 ;其中D16的正極與LI的第四引腳相連接。
[0005]所述電路集成在一個電路板上。
[0006]本發(fā)明所具有的IGBT保護功能采集的工作原理如下:
一方面在變流器過載或者橋臂短路時，如果要關斷IGBT則將產(chǎn)生非常高的電壓尖峰，此時IGBT非常容易被打壞。針對該問題IGBT保護功能采集裝置通過鉗位電路的TVS(D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、Dll)對IGBT進行保護。有源鉗位電路通常在故障狀態(tài)下才會動作，通常正常時不工作； 另一方面將IGBT的CE之間的電壓進行采樣，提供給IGBT驅動板，配合完成短路功能的實現(xiàn)；
再一方面IGBT的門極電容，分布于保護功能采集裝置。
[0007]本發(fā)明的技術要點:
1、將驅動電路與配置電路分開設計，配置電路可直接安裝在IGBT器件上，增強驅動回路的抗干擾性能；
2、相同電壓等級根據(jù)不同廠家的IGBT，匹配不同的門極電容(C17)，可滿足不同廠家IGBT觸發(fā)特性；
3、不同電壓等級IGBT，匹配不同等級的TVS，可控制不同電壓等級IGBT的關斷過電壓；
4、不同電壓等級IGBT，匹配不同的分壓電阻及緩沖電容(C1~C15)，可滿足不同電壓等級IGBT的Vce采集；
5、增加發(fā)射極限流電阻(R17)，防止雙管并聯(lián)IGBT的發(fā)射極環(huán)流，保證雙管的均流特性。
[0008]本發(fā)明從現(xiàn)有技術的缺點出發(fā)，主要解決了以下幾方面問題:
1)將驅動電路與配置電路分開設計，配置保護采集電路可直接安裝在IGBT器件上，增強驅動回路的抗干擾性能；
2)驅動電路與配置保護采集電路之間可采用同軸電纜進行連接，控制電路分開帶來的耦合電容及雜散電感；
3)高壓IGBT保護功能采集裝置兼容性強，滿足了6500V及6500V以下電壓等級的IGBT保護功能參數(shù)的采集，滿足了相同電壓等級不同廠家IGBT的保護功能參數(shù)的采集。
[0009]進一步的，所述電阻串包括14組電阻；電阻R15的兩端并聯(lián)有相互串聯(lián)的二極管D14和穩(wěn)壓二級管D15，D14的負極與Ql的基極相連接，D14的正極與D15的正極相連接，D15的負極與R15和R16的連接點相連接。
[0010]圖1中R1~R14、C2-C15為IGBT的集電極-發(fā)射極電壓Vce的全通型分壓采集電路，采集的SCl信號反饋至驅動裝置用于判定短路故障。電阻與電容器件數(shù)值和數(shù)量可根據(jù)不同等級IGBT進行匹配，使分壓采集電路適應性強兼容性高。電容Cl作用是匹配IGBT保護功能采集裝置與驅動裝置之間線束的耦合電容，以保證驅動裝置的Vce保護功能的精度及可靠性。
[0011]D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11 為鉗位控制電路，ACL 反饋至驅動裝置，通過調節(jié)實現(xiàn)IGBT關斷過電壓的控制。通過匹配可滿足6500V及以下不同等級電壓調節(jié)控制，鉗位特性兼容性強。其中IGBT開通時Ql將DlO與Dll旁路，使鉗位值具有兩個工作電壓等級。即IGBT開通時為較低電壓鉗位值，由D1~D9組成；IGBT關斷時為較高電壓鉗位值，由D1~D9加上D10、Dll組成。高鉗位值目的是預防Vce過高時擊穿較低鉗位值而損壞電源通路。
[0012]LI主要功能是抑制IGBT雙管并聯(lián)應用可能產(chǎn)生的耦合環(huán)流。
[0013]本發(fā)明技術方案帶來的有益效果:
I)相同電壓等級根據(jù)不同廠家的IGBT，匹配不同的門極電容，可滿足不同廠家IGBT觸發(fā)特性； 2)不同電壓等級IGBT，匹配不同等級的TVS，匹配不同的分壓電阻及緩沖電容，高兼容性，避免重復設計，節(jié)省了成本。
【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]一種高壓IGBT保護功能采集裝置，包括采集IGBT的集電極-發(fā)射極電壓Vce的全通型分壓采集電路、鉗位控制電路以及共模電感LI ;所述全通型分壓采集電路包括由多組電阻串聯(lián)而成的電阻串，每組電阻的兩端均并聯(lián)有一個電容；電阻串的一端作為信號輸出端輸出SCl信號，電阻串的另一端與IGBT集電極相連接；所述鉗位控制電路包括串聯(lián)的TVS 管 Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11，其中 Dl 為雙向 TVS 管，其余為單向 TVS管；D1的一端與電阻串的另一端相連接，Dl的另一端與D2的負極相連接；還包括一個IGBT器件Q1，D9的正極與DlO的負極與Ql的集電極相連接，DlI的正極與Ql的發(fā)射極相連接；Ql的基極通過電阻R15、R16與LI的第四引腳相連接，Dll的正極連接有二極管D12，Dll的正極與D12的正極連接，D12的負極分成兩路，一路與LI的第四引腳連接，另一路通過二極管D13、電容C16、電阻R17與LI的第二引腳連接；L1的第四引腳與IGBT的門極相連接，LI的第三引腳與IGBT的發(fā)射極相連接；L1的第三、第四引腳之間順次連接有電容C17、電阻R18和單向TVS管D16 ;其中D16的正極與LI的第四引腳相連接。
[0016]所述電阻串包括14組電阻；電阻R15的兩端并聯(lián)有相互串聯(lián)的二極管D14和穩(wěn)壓二級管D15，D14的負極與Ql的基極相連接，D14的正極與D15的正極相連接，D15的負極與R15和R16的連接點相連接。
[0017]如圖1所示，Ql的基極與發(fā)射極之間連接有電容C18，電容C18兩端并聯(lián)有電阻R19 ；D11的正極作為ACL信號輸出端；D13的負極與外部電壓相連接。
[0018]電阻Rl至R14串聯(lián)，Rl的一端作為SCl信號輸出端，Rl兩端并聯(lián)電容C2，R2兩端并聯(lián)電容C3，……以此類推；電阻Rl —端還連接有電容Cl。
【主權項】
1.一種高壓IGBT保護功能采集裝置，其特征在于，包括采集IGBT的集電極-發(fā)射極電壓Vce的全通型分壓采集電路、鉗位控制電路以及共模電感LI ;所述全通型分壓采集電路包括由多組電阻串聯(lián)而成的電阻串，每組電阻的兩端均并聯(lián)有一個電容；電阻串的一端作為信號輸出端輸出SCl信號，電阻串的另一端與IGBT集電極相連接；所述鉗位控制電路包括串聯(lián)的 TVS 管 D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11，其中 Dl 為雙向 TVS 管，其余為單向TVS管；D1的一端與電阻串的另一端相連接，Dl的另一端與D2的負極相連接；還包括一個IGBT器件Q1，D9的正極與DlO的負極與Ql的集電極相連接，DlI的正極與Ql的發(fā)射極相連接；Q1的基極通過電阻R15、R16與LI的第四引腳相連接，Dll的正極連接有二極管D12，Dll的正極與D12的正極連接，D12的負極分成兩路，一路與LI的第四引腳連接，另一路通過二極管D13、電容C16、電阻R17與LI的第二引腳連接；L1的第四引腳與IGBT的門極相連接，LI的第三引腳與IGBT的發(fā)射極相連接；L1的第三、第四引腳之間順次連接有電容C17、電阻R18和單向TVS管D16 ;其中D16的正極與LI的第四引腳相連接。
2.如權利要求1所述的高壓IGBT保護功能采集裝置，其特征在于，所述電阻串包括14組電阻；電阻R15的兩端并聯(lián)有相互串聯(lián)的二極管D14和穩(wěn)壓二級管D15，D14的負極與Ql的基極相連接，D14的正極與D15的正極相連接，D15的負極與R15和R16的連接點相連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及IGBT保護電路，具體為一種高壓IGBT保護功能采集裝置。本發(fā)明的技術要點：1、將驅動電路與配置電路分開設計，配置電路可直接安裝在IGBT器件上，增強驅動回路的抗干擾性能；2、相同電壓等級根據(jù)不同廠家的IGBT，匹配不同的門極電容，可滿足不同廠家IGBT觸發(fā)特性；3、不同電壓等級IGBT，匹配不同等級的TVS，可控制不同電壓等級IGBT的關斷過電壓；4、不同電壓等級IGBT，匹配不同的分壓電阻及緩沖電容，可滿足不同電壓等級IGBT的Vce采集；5、增加發(fā)射極限流電阻，防止雙管并聯(lián)IGBT的發(fā)射極環(huán)流，保證雙管的均流特性。
【IPC分類】H02M1-08, H02H7-12
【公開號】CN104795975
【申請?zhí)枴緾N201510211086
【發(fā)明人】王雷, 李艷偉, 張晉芳, 牛勇, 趙艷斌, 王志強
【申請人】永濟新時速電機電器有限責任公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月29日