功率开关的有源钳位电压应力抑制电路、方法及驱动电路技术

本发明专利技术公开了一种功率开关的有源钳位电压应力抑制电路、方法及驱动电路，所述功率开关的输入端和控制端之间连接有有源钳位电路，所述抑制电路包括：检测模块，用于检测功率开关是否触发有源钳位；执行模块，设置于所述功率开关的驱动路径中，用于在所述检测模块检测到有源钳位被触发时，切断所述驱动路径。本发明专利技术检测功率开关是否触发有源钳位，在所述检测模块检测到有源钳位被触发时，切断所述功率开关的当前的驱动路径，从而消除驱动路径对有源钳位注入功率开关的电流的旁路作用，提高有源钳位电路的反向击穿电流的利用率，从而提高有源钳位的钳位效果、减小有源钳位电路中的TVS的热损耗、减小驱动电路的热损耗，提高有源钳位电路的可靠性。

Active clamp voltage stress suppression circuit, method and driving circuit for power switch

The invention discloses an active clamping voltage stress suppression circuit, a method and a driving circuit of a power switch. An active clamping circuit is connected between the input end and the control end of the power switch. The suppression circuit comprises a detection module for detecting whether the power switch triggers an active clamping or not; and an execution module is arranged on the input end and the control end of the power switch. In the driving path of the power switch, the driving path is cut off when the detection module detects that the active clamp is triggered. The invention detects whether the power switch triggers the active clamp, cuts off the current drive path of the power switch when the detection module detects that the active clamp is triggered, thereby eliminating the bypass effect of the drive path on the current of the active clamp injection power switch and improving the advantage of the reverse breakdown current of the active clamp circuit. Thus, the clamping effect of the active clamping circuit is improved, the thermal loss of TVS in the active clamping circuit is reduced, the thermal loss of the driving circuit is reduced, and the reliability of the active clamping circuit is improved.

【技术实现步骤摘要】
功率开关的有源钳位电压应力抑制电路、方法及驱动电路
本专利技术涉及电机控制领域，尤其涉及一种功率开关的有源钳位电压应力抑制电路、方法及驱动电路。
技术介绍
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)是常见的功率开关器件，经常被使用在高压大电流的工况下。在IGBT关断过程中，在回路杂散电感上产生的感生电动势叠加在母线电压上，使得IGBT的集电极和发射极之间产生较大电压应力。有源钳位技术通过TVS(TransientVoltageSuppressor，又称为瞬态抑制二极管)检测IGBT的集电极和发射极之间的电压，当电压超过TVS的击穿电压后，TVS被反向击穿，产生的击穿电流流向IGBT的门极，从而可以减缓IGBT门极电压的下降速度，减慢IGBT的关断速度，从而减小杂散电感上的感生电动势，进而减小IGBT在关断过程中的集电极与发射极之间的电压应力。有源钳位方法对IGBT的关断过程集电极与发射极之间的电压应力有很好的抑制作用，但由于目前的有源钳位方法是在IGBT门极关断，电压应力超过TVS的钳位电压，TVS被反向击穿的时候通过TVS向门极注入电流，而IGBT关断过程中驱动电路输出低电平，从而导致TVS流向IGBT门极的电流被驱动电路旁路一部分，TVS注入门极电流的流失导致对门极电压下降速度的抑制效果减弱，所以IGBT门极下降速度较快，如此，一方面导致IGBT集电极与发射极之间电压应力增加，导致有源钳位技术应力抑制效果减弱；另一方面IGBT集电极与发射极之间的集射极电压应力的增加还会导致TVS的击穿程度增加，击穿电流增加，进而导致TVS的热损耗增加，TVS温升过大，同时还会导致TVS的嵌位电压上偏。参考图1为现有技术中有源钳位技术的原理框图，在IGBT关断过程中，集电极C与发射极E之间的电压应力超过TVS的击穿电压时，TVS被反向击穿。击穿电流注入IGBT门极G，从而实现减缓IGBT关断速度，实现钳位关断过程中的集电极C与发射极E之间电压应力的目的。TVS反向击穿电流注入门极为L1通路，注入到门极的电流通过驱动电路流失为L2通路。以上可知，现有技术中由于驱动电路的旁路作用，TVS反向击穿注入IGBT门极的电流被流失，极大程度上影响了有源钳位的效果和TVS的使用寿命
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述由于驱动电路的旁路作用而导致的TVS反向击穿注入IGBT门极的电流的流失问题，提供一种功率开关的有源钳位电压应力抑制电路、方法及驱动电路。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种功率开关的有源钳位电压应力抑制电路，所述功率开关的输入端和控制端之间连接有有源钳位电路，包括：检测模块，用于检测功率开关是否触发有源钳位；执行模块，设置于所述功率开关的驱动路径中，用于在所述检测模块检测到有源钳位被触发时，切断所述驱动路径。在本专利技术所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路中，所述检测模块分别与所述的功率开关的有源钳位电路以及所述执行模块连接，并通过检测所述有源钳位电路输出至所述功率开关的控制端的电流来检测所述功率开关是否触发有源钳位；所述检测模块在检测到所述功率开关控制端的电流超过预设电流时判断所述有源钳位电路的有源钳位被触发，并在判断出有源钳位被触发时输出有源钳位检测信号到所述执行模块。在本专利技术所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路中，所述执行模块包括关断控制开关，所述关断控制开关与所述检测模块连接，所述关断控制开关用于在所述检测模块输出代表有源钳位被触发的有源钳位检测信号时关断。在本专利技术所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路中，所述检测模块包括：电流检测单元，与所述的功率开关的有源钳位电路连接，用于检测所述有源钳位电路输出至所述功率开关的控制端的电流，并生成相应的检测电压；比较单元，与所述电流检测单元连接，用于比较所述电流检测单元产生的所述检测电压和与所述预设电流对应的预设电压，在所述检测电压超过所述预设电压时输出低电平，反之输出高电平。在本专利技术所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路中，所述执行模块包括关断控制开关，所述关断控制开关的控制端与所述比较单元的输出端连接，所述关断控制开关的控制端接收到所述高电平时导通，接收到所述低电平时关断。在本专利技术所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路中，所述驱动路径中包括逻辑处理单元，所述执行模块还包括数模转换单元和逻辑与单元，所述检测模块还包括模数转换单元，其中：所述模数转换单元，与所述比较单元的输出端以及逻辑与单元的第一输入端分别连接，用于将所述比较单元输出的所述高电平和低电平转化为数字信号，并将转换后的数字信号输出至所述逻辑与单元；所述逻辑与单元的第二输入端与所述逻辑处理单元连接，所述逻辑与单元的输出端经由所述数模转换单元连接所述关断控制开关的控制端，所述逻辑与单元用于将所述模数转换单元输出的数字信号与逻辑处理单元输出的数字信号进行逻辑与处理，并将逻辑与处理后得到的信号输出至所述数模转换单元，再进行数模转换后驱动所述关断控制开关。在本专利技术所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路中，所述功率开关为IGBT，所述有源钳位电路包括一个单向TVS管、一个双向TVS管和一个普通二极管，所述电流检测单元包括电流采样电阻，所述比较单元包括比较器、第一分压电阻、第二分压电阻，所述逻辑与单元包括与门，所述模数转换单元包括模数转换器，所述数模转换单元包括第一数模转换器，所述驱动路径中还包括第二数模转换器、控制所述功率开关导通的导通控制开关、驱动电阻，所述导通控制开关和关断控制开关均为MOS管；其中，所述双向TVS管的第一端连接所述普通二极管的正极，所述普通二极管的负极连接所述功率开关的控制端，所述双向TVS管的第二端连接所述单向TVS管的正极，所述单向TVS管的负极连接所述功率开关的输入端，所述电流采样电阻的第一端接地，所述电流采样电阻的第二端连接所述普通二极管的正极和所述比较器的异相输入端，所述第一分压电阻的第一端接一固定电压，所述第一分压电阻的第二端连接所述比较器的同相输入端以及所述第二分压电阻的第一端，所述第二分压电阻的第二端接地，所述比较器的输出端经由所述模数转换器连接所述与门的第一输入端，所述逻辑处理单元的第一端口连接所述与门的第二输入端，与门的输出端经由所述第一数模转换器连接所述关断控制开关的控制端，所述逻辑处理单元的第二端口经由所述第二数模转换器连接所述导通控制开关的控制端，所述导通控制开关的输入端接高电平，所述导通控制开关的输出端连接所述关断控制开关的输入端和所述驱动电阻的第一端，所述关断控制开关的输出端接低电平，所述驱动电阻的第二端连接所述功率开关的控制端。本专利技术还公开了一种功率开关的驱动电路，在所述驱动电路的高压侧设置有如上所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路。本专利技术还公开了一种功率开关的有源钳位电压应力抑制方法，所述功率开关的输入端和控制端之间连接有有源钳位电路，包括：检测功率开关是否触发有源钳位；在检测到有源钳位被触发时，切断所述功率开关的驱动路径。在本专利技术所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制方法中，所述的检测功率开关是否触发有源钳位包括：通过检测所述有源钳位电路输出至所述功率开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率开关的有源钳位电压应力抑制电路，所述功率开关的输入端和控制端之间连接有有源钳位电路，其特征在于，包括：检测模块，用于检测功率开关是否触发有源钳位；执行模块，设置于所述功率开关的驱动路径中，用于在所述检测模块检测到有源钳位被触发时，切断所述驱动路径。

【技术特征摘要】
1.一种功率开关的有源钳位电压应力抑制电路，所述功率开关的输入端和控制端之间连接有有源钳位电路，其特征在于，包括：检测模块，用于检测功率开关是否触发有源钳位；执行模块，设置于所述功率开关的驱动路径中，用于在所述检测模块检测到有源钳位被触发时，切断所述驱动路径。2.根据权利要求1所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路，其特征在于，所述检测模块分别与所述的功率开关的有源钳位电路以及所述执行模块连接，并通过检测所述有源钳位电路输出至所述功率开关的控制端的电流来检测所述功率开关是否触发有源钳位；所述检测模块在检测到所述功率开关控制端的电流超过预设电流时判断所述有源钳位电路的有源钳位被触发，并在判断出有源钳位被触发时输出有源钳位检测信号到所述执行模块。3.根据权利要求1所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路，其特征在于，所述执行模块包括关断控制开关，所述关断控制开关与所述检测模块连接，所述关断控制开关用于在所述检测模块输出代表有源钳位被触发的有源钳位检测信号时关断。4.根据权利要求1所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路，其特征在于，所述检测模块包括：电流检测单元，与所述的功率开关的有源钳位电路连接，用于检测所述有源钳位电路输出至所述功率开关的控制端的电流，并生成相应的检测电压；比较单元，与所述电流检测单元连接，用于比较所述电流检测单元产生的所述检测电压和与所述预设电流对应的预设电压，在所述检测电压超过所述预设电压时输出低电平，反之输出高电平。5.根据权利要求4所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路，其特征在于，所述执行模块包括关断控制开关，所述关断控制开关的控制端与所述比较单元的输出端连接，所述关断控制开关的控制端接收到所述高电平时导通，接收到所述低电平时关断。6.根据权利要求5所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路，其特征在于，所述驱动路径中包括逻辑处理单元，所述执行模块还包括数模转换单元和逻辑与单元，所述检测模块还包括模数转换单元，其中：所述模数转换单元，与所述比较单元的输出端以及逻辑与单元的第一输入端分别连接，用于将所述比较单元输出的所述高电平和低电平转化为数字信号，并将转换后的数字信号输出至所述逻辑与单元；所述逻辑与单元的第二输入端与所述逻辑处理单元连接，所述逻辑与单元的输出端经由所述数模转换单元连接所述关断控制开关的控制端，所述逻辑与单元用于将所述模数转换单元输出的数字信号与逻辑处理单元输出的数字信号进行逻辑与处理，并将逻辑与处理后得到的信号输出至所述数模转换单元，再进行数模转换后驱动所述关断控制开关。7.根据权利要求6所述的功率开关的有源钳位电压应力抑制电路，其特征在于，所述功率开关为IGBT，所述有源钳位电路包括一个单向TVS管、一个双向TVS管和一个普通二极管，所述电流检测单元包括电流采样电阻，所述比较单元包括比较器、第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛涛，梅佳胜，朱铁影，
申请(专利权)人：苏州汇川联合动力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32