一种门极可关断晶闸管低导通维持电路制造技术

本实用新型专利技术设计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；本实用新型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】

本技术涉及一种低导通维持电路，尤其门极可关断晶闸管低导通维持电路，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T0时刻，CS信号为低电平，IG电流为零；在T1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，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L2和MOSFET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V1、MOSFET器件QS、电感L1、电阻RS、MOSFET器件QC和GTO二极管组成的回路，所述第四电流回路是由电感L1、电阻RS、MOSFET器件QC、GTO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。从以上描述可以看出，本技术的有益效果在于：1）本技术电路采用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，实现高脉冲电流，并且具有高的di/dt，有利于GTO二极管的快速导通；2）本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为本技术GTO低导通维持电路图。图3为本技术第一电流回路的电路图。图4为本技术第二电流回路的电路图。图5为本技术第三电流回路的电路图。图6为本技术第四电流回路的电路图。图7为本技术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-GTO二极管。具体实施方式下面结合具体附图和实施例对本技术作进一步说明。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，控制芯片U2由FPGA或者CPLD芯片编写程序实现。如图3所示，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，如图4所示，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GTO二极管8为GTO门极和阴极之间PN结。如图5所示，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。如图6所示，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。根据图7所示，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二极管8注入电流。一种门极可关断晶闸管低导通维持电路的控制过程如下：（a）控制芯片U2接受CS控制信号，T1时刻，CS信号变为高电平，经过一段时间延时，T2时刻，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（4）形成，如图3所示；（c）T4时刻，MOSFET器件QC开启，在T5时刻，同时关断MOSFET器件QP和MOSFET器件QE，电感L2通过MOSFET器件QC和二极管DP向GTO二极管8注入高脉冲电流，此时第二电流回路（5）形成，如图4所示；（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L1通过电阻RS和MOSFET器件QC向GTO二极管8注入电流，此时第三电流回路（6）形成，GTO二极管8的电流是第二电流回路（5）和第三电流回路（6）电流的叠加，过程中第二电流回路（5）的脉冲电流经过峰值后逐渐降低至零，第三电流回路（6）的电流缓慢上升，GTO二极管8电流整体缓慢上升，如图5所示；（e）T7时刻，GTO二极管8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、GTO二极管8和二极管DS组成了续流回路，此续流回路为第四电流回路（7），GTO二极管8电流靠续流电流维持导通且线性下降，如图6所示；（f）.T8时刻，GTO二极管8电流达到设置的下限值，再次开启MOSFET器件QS，第三电流回路（6）再次形成，GTO二极管8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】
1.一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...

【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：新型
国别省市：江苏;32