一种IGBT有源钳位保护电路制造技术

本发明专利技术公开了一种IGBT有源钳位保护电路，是IGBT驱动保护电路的一部分，包括绝缘栅双极晶体管IGBT和与绝缘栅双极晶体管的门级连接的推动级，还包括电容钳位电路、动态反馈电路和静态反馈电路，绝缘栅双极晶体管的集电极与直流母线的正极连接，动态反馈电路主要由第一瞬态电压抑制二极管、反馈电容和第一二极管构成，静态反馈电路连接于钳位电容的输出端与绝缘栅双极晶体管IGBT的门级之间，保证过流关断和短路保护时绝缘栅双极晶体管的关断电压尖峰小于集射极电压的最大允许值。该电路不仅能准确钳住过电压，还能保证有源电路中电压的动态和静态的平衡，具有损耗较小、响应快、结构简单、可靠性高的特点，可应用于各种工况下的IGBT驱动保护电路设计中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种级联式高压变频器，具体涉及一种级联式高压变频器的IGBT有源钳位保护电路，属于电力电子

技术介绍
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是集功率晶体管(GTR)和功率场效应管(MOSFET)的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高的特点，近年来被广泛应用于高电压、大功率场合。IGBT的开通关断保护是高压变频器应用设计很重要的一点。在高压变频器等大功率应用场合，主电路(直流电容到IGBT模块间)存在较大杂散电感(几十到数百nH)。IGBT关断时，集电极电流下降率较高，即存在较高的di/dt，在杂散电感两端感应出电动势，方向与直流母线电压一致，并与直流母线一起叠加在IGBT两端。从而使IGBT集电极-发射极间产生很大的浪涌电压，甚至会超过IGBT额定集射极电压，使IGBT损坏。有源钳位电路是一种加在IGBT集电极和门极之间的一个反馈电路，遏制过高的电压尖峰。有源钳位电路的本质是一种负反馈，当加载在IGBT两端的电压达到阈值时，有源钳位电路动作，电路就会反馈至IGBT栅极，门极电压被抬高，IGBT上的高电压被限制。现有技术中，传统的有源钳位保护电路如图1所示。该电路采用瞬态电压抑制器(TVS)有源箝位的方法，其原理就是当集电极电位过高时，TVS被击穿，有电流流进门极，门极电位得以抬升，从而使关断电流不要过于陡峭，进而减小关断电压尖峰。然而传统的有源钳位只能限制住过电压，不能确保电压的动态和静态的平衡，而且TVS管损耗也比较大，其可靠性受到限制。如图2所示，为另一种改进的有源钳位电路图。该电路将TVS的电流引入推动级的前级，相当于给TVS管的电流增加了一级的增益，可以减少流过TVS管的电流，提高这个电路的性能。同时后面的内馈电路，使得电路的动态性能更好，TVS的电流能够很快的流入门极，电路的响应更快。但是该电路中TVS管的损耗依然很大，而且推动级有较大的时间延迟，可能会使集电极电位不能及时的钳住，电路效果不是十分理想，有源钳位电路的工作点仍然不够优化。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种IGBT有源钳位保护电路，该电路不仅能准确及时地钳住过电压，还能保证有源电路中电压的动态和静态的平衡，该电路具有损耗较小、响应快、结构简单、可靠性高的特点，可应用于各种工况下的IGBT驱动保护电路设计中。为解决上述问题，本专利技术通过以下技术方案实现:—种IGBT有源钳位保护电路，是IGBT驱动保护电路的一部分，包括绝缘栅双极晶体管IGBT和与绝缘栅双极晶体管的门级连接的推动级，还包括电容钳位电路、动态反馈电路和静态反馈电路，其中所述绝缘栅双极晶体管的集电极与直流母线的正极连接，用于控制逆变电路的通断；所述电容钳位电路主要由钳位电容Cl和限流电阻R3构成，钳位电容Cl的输入端与绝缘栅双极晶体管的集电极连接、其输出端与限流电阻R3连接后电与直流母线电压的负极连接；所述动态反馈电路主要由第一瞬态电压抑制二极管TVS1、反馈电容C2和第一二极管Dl构成，第一瞬态电压抑制二极管TVSl的阴极与钳位电容Cl的输出端连接、其阳极通过一电阻Rl与反馈电容C2的一端连接，反馈电容C2的另一端与第一二极管Dl的阳极连接，第一二极管Dl的阴极连接于推动级的基极上；所述静态反馈电路连接于钳位电容Cl的输出端与绝缘栅双极晶体管IGBT的门级之间，用于抬高门极电位，以保证在过流关断和短路保护时，绝缘栅双极晶体管IGBT的关断电压尖峰低于集射集电压的最大允许值。上述方案中，所述静态反馈电路主要由第二瞬态电压抑制二极管TVS2和第二二极管D2构成，第二瞬态电压抑制二极管TVS2的阴极与连接、其阳极经电阻R2后与第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极连接于绝缘栅双极晶体管IGBT的门极上。上述IGBT有源钳位保护电路，还包括一个电压源Vee和二极管D3，电压源Vee的正极与二极管D3的阴极连接，二极管D3的阳极连接于绝缘栅双极晶体管IGBT的门极上。上述方案中，所述电压源Vcc的电压值可以为15V。与现有技术相比，有益效果为:I)本专利技术通过设置的电容钳位电路不仅有效地防止直流母线电压误触发有源钳位工作的作用，还减少了瞬态电压抑制二极管的数量，进而减少电路的损耗；2)通过设置的动态反馈电路补偿了整个驱动电路的延时，不仅降低了绝缘栅双极晶体管的门极放电速度，也减缓了其集电极的电流变化速度，起到改善电压尖峰的作用，并且通过反馈关断电压的变化率进行动态调节，响应速度更快；3)通过设置的静态反馈电路，能有效地防止在过流关断和短路保护情况下IGBT被击穿，大大提高了电路的安全性及稳定性。【附图说明】图1为传统的有源钳位保护电路的电路图。图2为另一种改进的有源钳位保护电路的电路图。图3为本IGBT有源钳位保护电路的电路图。图4为高压变频器功率单元的一个拓扑图，并将本专利技术应用在H桥逆变电路的一个实例环境。图中标号为:IGBT、绝缘栅双极晶体管；C1、钳位电容；C2、反馈电容；R1、R2均为电阻；R3、限流电阻；TVS1、第一瞬态电压二极管；TVS2、第二瞬态电压二极管；D1、第一二极管；D2、第二二极管；D3、二极管；VCC、电压源；VDC+、直流母线正电压；VDC、直流母线负电压。 【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的解释说明，但不用以限制本专利技术。如图3所示，一种IGBT有源钳位保护电路，是IGBT驱动保护电路的一部分，包括绝缘栅双极晶体管IGBT和与绝缘栅双极晶体管IGBT的门级连接的推动级，还包括电容钳位电路、动态反馈电路和静态反馈电路，其中所述绝缘栅双极晶体管IGBT的集电极C与直流母线电压的正极连接，用于控制逆变电路的通断；本实施例中，所述直流母线的电压值为lkV。所述电容钳位电路主要由钳位电容Cl和限流电阻R3构成，钳位电容Cl的输入端与绝缘栅双极晶体管IGBT的集电极C连接、其输出端与限流电阻R3连接后电与直流母线电压的负极连接；其主要作用是:通过电容钳位电路串接在直流母线电压的正负极上，使得钳位电容Cl两端电压钳位在直流母线电压，一方面防止直流母线电压误触发有源钳位的工作，另一方面减少TVS管的数量，进而减少电路的损耗。所述动态反馈电路主要由第一瞬态电压抑制二极管TVS1、反馈电容C2和第一二极管Dl构成，第一瞬态电压抑制二极管TVSl的阴极与钳位电容Cl的输出端连接、其阳极通过一电阻Rl与反馈电容C2的一端连接，反馈电容C2的另一端与第一二极管Dl的阳极连接，第一二极管Dl的阴极连接于推动级的基极上；其主要作用是:当绝缘栅双极晶体管IGBT的集电极C当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT有源钳位保护电路，是IGBT驱动保护电路的一部分，包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)和与绝缘栅双极晶体管(IGBT)的门级连接的推动级，其特征在于：还包括电容钳位电路、动态反馈电路和静态反馈电路，其中所述绝缘栅双极晶体管(IGBT)的集电极C与直流母线电压的正极连接，用于控制逆变电路的通断；所述电容钳位电路主要由钳位电容(C1)和限流电阻(R3)构成，钳位电容(C1)的输入端与绝缘栅双极晶体管(IGBT)的集电极C连接、其输出端与限流电阻(R3)连接后电与直流母线电压的负极连接；所述动态反馈电路主要由第一瞬态电压抑制二极管(TVS1)、反馈电容(C2)和第一二极管(D1)构成，第一瞬态电压抑制二极管(TVS1)的阴极与钳位电容(C1)的输出端连接、其阳极通过一电阻(R1)与反馈电容(C2)的一端连接，反馈电容(C2)的另一端与第一二极管(D1)的阳极连接，第一二极管(D1)的阴极连接于推动级的基极上；所述静态反馈电路连接于钳位电容(C1)的输出端与绝缘栅双极晶体管(IGBT)的门级之间，用于抬高门极电位，以保证过流关断和短路保护时，绝缘栅双极晶体管(IGBT)的关断电压尖峰低于集射极电压的最大允许值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王荦荦，罗文广，王霏霏，祝祥林，王洪涛，张朝平，徐金龙，李俊，刘政，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45