一种门极可关断晶闸管低导通维持电路及控制方法技术

本发明专利技术设计一种门极可关断晶闸管低导通维持电路及控制方法，其特征在于：包括比较器U1、控制芯片U2、电流传感器、温度传感器和电流回路，所述比较器U1的输入端连接有电流传感器和基准电压Vref，输出端与控制芯片U2连接，所述电流传感器与电流回路连接，所述控制芯片U2与温度传感器和电流回路连接，所述温度传感器与GTO二极管连接；本发明专利技术电路是根据CS驱动控制信号，在控制芯片U2的控制下，通过不同的时序逻辑，依次开通关断MOSFET器件QE、QP、QC、QS，形成电流回路，来实现GTO二极管导通所需的高脉冲电流和导通维持电流，同时该电路还集成了电流传感功能和温度检测功能，进一步实现对GTO二极管注入电流的调节和控制。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术设计，其特征在于：包括比较器U1、控制芯片U2、电流传感器、温度传感器和电流回路，所述比较器U1的输入端连接有电流传感器和基准电压Vref，输出端与控制芯片U2连接，所述电流传感器与电流回路连接，所述控制芯片U2与温度传感器和电流回路连接，所述温度传感器与GTO二极管连接；本专利技术电路是根据CS驱动控制信号，在控制芯片U2的控制下，通过不同的时序逻辑，依次开通关断MOSFET器件QE、QP、QC、QS，形成电流回路，来实现GTO二极管导通所需的高脉冲电流和导通维持电流，同时该电路还集成了电流传感功能和温度检测功能，进一步实现对GTO二极管注入电流的调节和控制。【专利说明】
本专利技术涉及一种低导通维持电路及控制方法，尤其门极可关断晶闸管低导通维持电路及控制方法，属于大功率电流型功率半导体器件驱动控制

技术介绍
门极可关断晶闸管(GTO)是一种大功率的电流型功率半导体器件，相对于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等场控型半导体器件，GTO驱动电流型器件的驱动功耗往往较大，而且驱动电路复杂，控制方式一般为开环不控方式，即设定一个固定的直流驱动电流，无法根据需求动态调节电流值大小，这种方式造成驱动损耗增大，不能有效利用电能，并且这些损耗还增加驱动电路元件的老化，降低以GTO为核心元件的系统整体的可靠性。门极可关断晶闸管(GTO)的可靠开启驱动需要向门极注入如图1所示的电流波形，CS为驱动控制信号，CS低电平表示GTO处于关断截止状态，高电平表示导通状态；IG为GTO门极注入电流。如图1所示在TO时刻，CS信号为低电平，IG电流为零;在Tl时刻，CS信号变为高电平，此时需要向GTO的门极注入一个高的脉冲电流，迅速向GTO门极注入大量载流子，使GTO进入导通状态，在T2时刻，脉冲电流结束，IG电流维持在5A-10A中某一固定值，用来维持GTO器件的正常导通;T3时刻，CS信号变为低电平，IG电流变为零，停止向GTO的门极注入电流，GTO进入关断状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，且根据实际测试电路，设计了一台高压大功率器件的测试平台，能够快速、准确的测试IGTO器件的相关参数，验证器件性能。为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是:一种门极可关断晶闸管低导通维持电路，其特征在于:包括比较器U1、控制芯片U2、电流传感器、温度传感器和电流回路，所述比较器U1的输入端连接有电流传感器和基准电压Vref，输出端与控制芯片U2连接，所述电流传感器与电流回路连接，所述控制芯片1]2与温度传感器和电流回路连接，所述温度传感器与GTO 二极管连接，所述电流回路包括第一电流回路、第二电流回路、第三电流回路和第四电流回路，所述第一电流回路是由电压源V1、MOSFET器件Qp、电感LdPMOSFET器件Qe组成的回路，所述第二电流回路是由电感L2、MOSFET器件Qc、GTO二极管和二极管Dp组成的回路，所述第三电流回路是由电压源VhMOSFET器件QS、电感L1、电阻Rs、M0SFET器件QdPGTO 二极管组成的回路，所述第四电流回路是由电感1^、电阻Rs、M0SFET器件QC、GT0 二极管和二极管Ds组成的续流回路。进一步地，控制芯片U2由FPGA或者CPLD芯片编写程序实现。 进一步地，所述GTO 二极管为GTO门极和阴极之间PN结。同时为实现以上技术目的，本专利技术还提供一种门极可关断晶闸管低导通维持电路的控制方法，其特征在于，包括: (a)控制芯片1]2接受CS控制信号，Tl时刻，CS信号变为高电平，经过一段时间延时，T2时亥丨J，控制芯片U2驱动MOSFET器件Qe开启； (b)T3时刻，控制芯片U2驱动MOSFET器件Qp开启，电压源V1通过MOSFET器件Qp和MOSFET器件Qe向电感L2充电，电感L2的电流线性上升，此时第一电流回路形成； (c)T4时刻，M0SFET器件Qc开启，在T5时刻，同时关断MOSFET器件Qp和MOSFET器件Qe，电感1^2通过MOSFET器件Qc和二极管Dp向GTO 二极管注入高脉冲电流，此时第二电流回路形成； (d).T6时刻，MOSFET器件Qs开启，电压源V1通过MOSFET器件Qs向电感L1充电，电感1^通过电阻Rs和MOSFET器件&向6? 二极管注入电流，此时第三电流回路形成，GTO 二极管的电流是第二电流回路和第三电流回路电流的叠加，过程中第二电流回路的脉冲电流经过峰值后逐渐降低至零，第三电流回路的电流缓慢上升，GTO 二极管电流整体缓慢上升； (e)T7时刻，GTO二极管电流达到设置的上限值，MOSFET器件Qs关断，电感L1、电阻Rs、MOSFET器件QC(14)、GT0 二极管(15)和二极管Ds(20)组成了续流回路，此续流回路为第四电流回路，GTO二极管电流靠续流电流维持导通且线性下降； (f).T8时刻，GTO二极管电流达到设置的下限值，再次开启MOSFET器件Qs，第三电流回路再次形成，GTO 二极管电流再次达到上限值，再次关断MOSFET器件Qs; (g)T9时刻，CS信号变为低电平，GTO二极管电流为零。从以上描述可以看出，本专利技术的有益效果在于: 1)本专利技术电路采用MOSFET器件、电感、二极管等组成储能回路，并且利用MOSFET器件的快速关断能力，实现尚脉冲电流，并且具有尚的di/dt，有利于GTO一■极管的快速导通； 2)本专利技术电路集成了电流传感功能，并通过控制芯片U2实现闭环控制功能，精确实现电流值的控制，降低驱动损耗，可重复性高； 3)该电路集成了温度检测功能，可以通过检测GTO二极管的温度值，进而反馈到控制芯片U2，来调节GTO 二极管的导通维持电流和高脉冲触发电流的大小，GTO 二极管的导通维持电流与高脉冲触发电流呈负相关特性，即温度越高，需要的电流值越小； 4)该电路采用buck型开关电路为GTO注入导通维持电流，电能利用效率高，相比传统的电路拓扑，损耗大幅降低。【附图说明】图1为GTO的门极注入电流和时序驱动信号波形图。图2为本专利技术GTO低导通维持电路图。图3为本专利技术第一电流回路的电路图。图4为本专利技术第二电流回路的电路图。图5为本专利技术第三电流回路的电路图。图6为本专利技术第四电流回路的电路图。图7为本专利技术GTO二极管和时序驱动信号波形图。【附图说明】:1-电流传感器、2-温度传感器、3-电流回路、4-第一电流回路、5-第二电流回路、6-第三电流回路、7-第四电流回路、8-GT0 二极管。【具体实施方式】下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。根据附图1所述，一种门极可关断晶闸管低导通维持电路，其特征在于:包括比较器瓜、控制芯片U2、电流传感器1、温度传感器2和电流回路3，所述比较器瓜的输入端连接有电流传感器3和基准电压Vref，输出端与控制芯片U2连接，所述电流传感器I与电流回路3连接，所述控制芯片1]2与温度传感器2和电流回路3连接，所述温度传感器2与GTO 二极管8连接，所述电流回路3包括第一电流回路4、第二电流回路5、第三电流回路6和第四电流回路7，控制芯片U2*FPGA或者CPLD芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种门极可关断晶闸管低导通维持电路，其特征在于：包括比较器U1、控制芯片U2、电流传感器（1）、温度传感器（2）和电流回路（3），所述比较器U1的输入端连接有电流传感器（3）和基准电压Vref，输出端与控制芯片U2连接，所述电流传感器（1）与电流回路（3）连接，所述控制芯片U2与温度传感器（2）和电流回路（3）连接，所述温度传感器（2）与GTO二极管（8）连接，所述电流回路（3）包括第一电流回路（4）、第二电流回路（5）、第三电流回路（6）和第四电流回路（7），所述第一电流回路（4）是由电压源V1、MOSFET器件QP、电感L2和MOSFET器件QE组成的回路，所述第二电流回路（5）是由电感L2、MOSFET器件QC、GTO二极管（8）和二极管DP组成的回路，所述第三电流回路（6）是由电压源V1、MOSFET器件QS、电感L1、电阻RS、MOSFET器件QC和GTO二极管（8）组成的回路，所述第四电流回路（7）是由电感L1、电阻RS、MOSFET器件QC、GTO二极管（8）和二极管DS组成的续流回路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘烨，白玉明，张海涛，
申请(专利权)人：无锡同方微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32