一种功率半导体元件的驱动保护电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种功率半导体元件的驱动保护电路及其控制方法，功率半导体元件的驱动保护电路包括驱动单元和启停单元，所述驱动单元与所述启停单元均连接在功率半导体元件的门极与阴极之间；其中，所述启停单元包括启停模块，所述启停模块连接在功率半导体元件的门极与阴极之间，并且在功率半导体元件驱动保护电路上电和/或下电的过程，启停模块能够维持闭合以保护功率半导体元件。该驱动保护电路复杂度低，控制方法简单易实现，保证了在功率半导体元件型器件驱动电路上电或下电过程中，功率半导体元件型器件门阴极间不会因功率半导体元件型器件阳阴极间耐受电压过高及电压变化率过大而导致器件损坏。

Drive and protection circuit for power semiconductor element and control method thereof

The invention discloses a driving and protecting circuit of a power semiconductor element and a control method thereof. The driving and protecting circuit of a power semiconductor element comprises a driving unit and a starting and stopping unit, which are connected between the gate and the cathode of the power semiconductor element, wherein the starting and stopping unit comprises a driving unit and a starting and stopping unit. The start-stop module is connected between the gate and the cathode of the power semiconductor element, and during the process of power on and/or off in the power semiconductor element driving and protecting circuit, the start-stop module can be maintained closed to protect the power semiconductor element. The circuit complexity is low, and the control method is simple and easy to implement, which ensures that the high voltage tolerance between the cathode and the anode of the power semiconductor device will not cause the device to change too much in the process of power semiconductor device driving circuit being turned on or off. Damage.

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体元件的驱动保护电路及其控制方法
本专利技术涉及电子电路
，特别是涉及一种功率半导体元件的驱动保护电路，还涉及一种功率半导体元件驱动保护电路的控制方法。
技术介绍
现有应用于晶闸管型器件(如晶闸管、集成门极换流晶闸管IGCT、发射极关断晶闸管ETO等)的门极驱动保护电路，关断状态下，对器件门阴极提供一定的反向偏置电压，如若门阴极间电压不满足一定的反向偏置条件，则晶闸管型器件的耐受电压及电压变化率将不能达到额定耐压值。现有的门极驱动保护电路，上电启动过程需要将电容组充电至预设电压阈值，由于充电功率有限，上电启动过程一般需要3-5秒。在充电过程中应保证晶闸管型器件处于关断状态，且阳阴极间不能施加较高电压或电压变化率，否则可能导致晶闸管型器件过压击穿损坏。因此，在晶闸管型器件的应用中，需先完成晶闸管型器件门极驱动上电过程，再将阳阴极间施加高压电。类似的，应在阳阴极间电压下降至一定值后，才可以断开晶闸管型器件门极驱动电源。这也决定了晶闸管型器件的门极驱动不能从主电路直接取电，而是需要利用低电位的其他电源回路，对晶闸管型器件门极驱动单元进行高压隔离供电。但这种门极驱动保护电路严重限制了晶闸管型器件的应用，尤其限制晶闸管型器件在高压领域的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种功率半导体元件的驱动保护电路，应用该驱动保护电路，可有效地避免功率半导体元件型器件在上电和/或下电过程中，阳阴极间耐受电压过高及电压变化率过大而导致器件损坏。本专利技术还提供了一种功率半导体元件的驱动保护电路的控制方法。有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种功率半导体元件的驱动保护电路，采用以下技术方案：一种功率半导体元件的驱动保护电路，包括驱动单元和启停单元，所述驱动单元与所述启停单元均连接在功率半导体元件的门极与阴极之间；其中，所述启停单元包括启停模块，所述启停模块连接在功率半导体元件的门极与阴极之间，并且在功率半导体元件驱动保护电路上电和/或下电的过程，启停模块能够维持闭合以保护功率半导体元件。进一步，所述启停模块包括第一开关元件，或者，所述启停模块还连接功率半导体的阳极，并且所述启停模块包括第一开关元件与第一电容，所述第一开关元件与第一电容相串联连接，所述第一电容能够通过功率半导体元件的阳极电压进行预充电。进一步，所述驱动单元包括用于导通功率半导体元件的开通模块与用于关断功率半导体元件的第一关断模块，其中，开通模块与第一关断模块并联连接在功率半导体元件的门极与阴极之间。进一步，所述第一关断模块包括第二开关元件与第二电容，所述第二开关元件与所述第二电容相串联连接；或者，所述第一关断模块包括第二开关元件。进一步，还包括第二关断模块，所述驱动单元与启停单元的第一端均与功率半导体元件的门极连接，所述驱动单元与启停单元的第二端与第二关断模块的第一端连接，所述第二关断模块的第二端与功率半导体元件的阴极连接；其中，所述第二关断模块包括第三开关元件。进一步，还包括充电模块与控制单元；所述充电模块一端连接电源，另一端分别连接开通模块与第一关断模块，用于向开通模块与第一关断模块提供电压；所述控制单元分别与开通模块、第一关断模块以及启停模块连接，控制单元能够根据开通模块与第一关断模块的充电电压，向开通模块、第一关断模块以及启停模块发送触发信号，控制开通模块、第一关断模块以及启停模块的关断或导通；或者，所述控制单元分别与开通模块、第一关断模块、第二关断模块以及启停模块连接，控制单元能够根据开通模块与第一关断模块的充电电压，向开通模块、第一关断模块以及启停模块发送触发信号，控制开通模块、第一关断模块、第二关断模块以及启停模块的关断或导通。进一步，所述功率半导体元件包括集成门极换流晶闸管(IGCT)、发射极关断晶闸管(ETO)、门极换流晶闸管(GCT)、门极可关断晶闸管(GTO)中的一个或多个。本专利技术另一目的在于提供一种基于上述所述的功率半导体元件驱动保护电路的控制方法，包括上电过程和/或下电过程，所述上电过程和下电过程中，开通模块和第一关断模块的充电电压未达到预设阈值时，具体包括以下步骤：控制单元向启停模块与第一关断模块发出低压触发信号，使启停模块导通或维持导通状态，第一关断模块关断或维持关断状态，或者，所述控制单元向启停模块、第一关断模块以及第二关断模块发出低压触发信号，启停模块导通或维持导通状态，第一关断模块和第二关断模块关断或维持关断状态。本专利技术另一目的还在于提供一种基于上述所述的功率半导体元件驱动保护电路的控制方法，包括上电完成，所述功率半导体元件的驱动保护电路上电完成之后，开通模块和第一关断模块的充电电压达到预设阈值时，具体包括以下步骤：控制单元向第一关断模块与启停模块发出高压触发信号，使启停模块关断，第一关断模块导通；或者，控制单元向启停模块、第一关断模块发出高压触发信号，并向第二关断模块发出低压触发信号，使启停模块、第二关断模块关断，第一关断模块导通。采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、启停模块组成元件简洁，可靠，不仅降低了驱动电路的复杂程度，还节约成本，可广泛应用于功率半导体型器件的驱动电路中。2、在功率半导体元件型器件驱动电路上电或下电过程中，启停模块保证功率半导体元件型器件门阴极间可靠的反向偏置或短路，不会因功率半导体元件型器件阳阴极间耐受电压过高及电压变化率过大而导致器件损坏。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是根据本专利技术实施例一的功率半导体元件的驱动保护电路示意图；图2是根据本专利技术实施例二的功率半导体元件的驱动保护电路示意图；图3是根据本专利技术实施例三的功率半导体元件的驱动保护电路示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一本专利技术实施例中以集成门极换流晶闸管IGCT为例进行示例性说明，但并不限于集成门极换流晶闸管IGCT，晶闸管、发射极关断晶闸管ETO等晶闸管类型的开关器件均可适用于本专利技术。本实施例中，功率半导体元件可以具有控制端子(门极G)以及电流端子(阳极A和阴极K)。如图1所示，本实施例中提供了一种功率半导体元件的驱动保护电路，包括：用于保护功率半导体元件的启停模块；用于关断功率半导体元件的关断模块1；以及用于导通功率半导体元件的开通模块；所述启停模块、关断模块1、开通模块相并联，并且启停模块、关断模块1、开通模块均并联在功率半导体元件的门极与阴极之间。本实施例中，所述驱动保护电路还包括充电模块和控制单元；所述充电模块一端连接电源，另一端分别连接开通模块与关断模块1，以给开通模块和关断模块1提供电压；所述控制单元分别与开通模块、关断模块1以及启停模块相连接，控制单元能够依据开通模块与关断模块1的充电电压，向开通模块、关断模块1以及启停模块发送触发信号，控制开通模块、关断模块1以及启停模块进行工作。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体元件的驱动保护电路，其特征在于：包括驱动单元和启停单元，所述驱动单元与所述启停单元均连接在功率半导体元件的门极与阴极之间；其中，所述启停单元包括启停模块，所述启停模块连接在功率半导体元件的门极与阴极之间，并且在功率半导体元件驱动保护电路上电和/或下电的过程，启停模块能够维持闭合以保护功率半导体元件。

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体元件的驱动保护电路，其特征在于：包括驱动单元和启停单元，所述驱动单元与所述启停单元均连接在功率半导体元件的门极与阴极之间；其中，所述启停单元包括启停模块，所述启停模块连接在功率半导体元件的门极与阴极之间，并且在功率半导体元件驱动保护电路上电和/或下电的过程，启停模块能够维持闭合以保护功率半导体元件。2.根据权利要求1所述的功率半导体元件的驱动保护电路，其特征在于：所述启停模块包括第一开关元件，或者，所述启停模块还连接功率半导体的阳极，并且所述启停模块包括第一开关元件与第一电容，所述第一开关元件与第一电容相串联连接，所述第一电容能够通过功率半导体元件的阳极电压进行预充电。3.根据权利要求1所述的功率半导体元件的驱动保护电路，其特征在于：所述驱动单元包括用于导通功率半导体元件的开通模块与用于关断功率半导体元件的第一关断模块，其中，开通模块与第一关断模块并联连接在功率半导体元件的门极与阴极之间。4.根据权利要求3所述的功率半导体元件的驱动保护电路，其特征在于：所述第一关断模块包括第二开关元件与第二电容，所述第二开关元件与所述第二电容相串联连接；或者，所述第一关断模块包括第二开关元件。5.根据权利要求1所述的功率半导体元件的驱动保护电路，其特征在于：还包括第二关断模块，所述驱动单元与启停单元的第一端均与功率半导体元件的门极连接，所述驱动单元与启停单元的第二端与第二关断模块的第一端连接，所述第二关断模块的第二端与功率半导体元件的阴极连接；其中，所述第二关断模块包括第三开关元件。6.根据权利要求1-5任一所述的功率半导体元件的驱动保护电路，其特征在于：还包括充电模块与控制单元；所述充电模块一端连接电源，另一端分别连接开通模块与第一关断模块，用于向开通模块与第一关断模块提供电压；所述控制单元分别与开通模块、第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，陈政宇，赵彪，余占清，刘佳鹏，周文鹏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11