有源钳位电路及开关电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种有源钳位电路及开关电路，该有源钳位电路包括：一端用于与第一开关管的集电极连接的钳位模块及与所述钳位模块另一端连接的控制模块；所述控制模块还用于与所述第一开关管的门极连接，用于检测所述第一开关管关断时发射极与集电极间的电压，并在所述电压大于或等于电压阈值且持续时间小于时间阈值时，控制所述钳位模块对集电极电压进行钳位控制。该有源钳位电路可以对开关管的集电极进行钳位控制，以保护开关管，并且减少有源钳位电路的工作次数，避免有源钳位电路因频繁启动而过热烧毁。

【技术实现步骤摘要】
有源钳位电路及开关电路
本技术涉及大功率器件
，尤其涉及一种有源钳位电路及开关电路。
技术介绍
在光伏逆变器等大功率器件的应用过程中，主电路存在较大的杂散电感。在开关管(如IGBT)关断时，集电极电流下降率较高，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开关管的两端，致使开关管的集电极-发射极间产生浪涌电压。浪涌电压过高，超过开关管的额定集射极电压时，使得开关管损坏。在大功率应用场合，在开关管关断瞬间产生浪涌电压时对其进行保护的方法是，采用瞬态电压抑制器(TVS)组成的钳位电路对开关管进行有源箝位保护。该方法能够较好地抑制浪涌电压，而且能解决开关管关断时发生短路而导致驱动器短路保护失效的问题。但是，瞬态电压抑制器(TVS)组成的钳位电路容易误导通，在开关管的Vce电压过高时(非Vce动态电压过高情况)，钳位电路工作，频繁地启动使TVS管过热甚至烧毁。
技术实现思路
本技术旨在提供一种有源钳位电路及开关电路。该有源钳位电路可在检测出开关管关断瞬间产生浪涌电压时对开关管的集电极的电位进行钳位保护，减少有源钳位电路的工作次数，避免有源钳位电路因频繁启动而过热烧毁。本技术实施例采用以下技术方案：一种有源钳位电路，用于控制第一开关管的集电极的电位，包括钳位模块及控制模块；所述钳位模块的一端用于与所述集电极连接，另一端与所述控制模块连接；所述控制模块还用于与所述第一开关管的门极连接，用于检测所述第一开关管关断时发射极与集电极间的电压，并在所述电压大于或等于电压阈值且持续时间小于时间阈值时，控制所述钳位模块对集电极电压进行钳位控制。在其中一个实施例中，所述控制模块包括第一钳位二极管及放电回路；所述第一钳位二极管的阴极与所述钳位模块的输出端连接；所述放电回路与所述第一钳位二极管并联，用于在所述电压大于或等于电压阈值且持续时间小于所述时间阈值时将所述第一钳位二极管旁路。在其中一个实施例中，所述放电回路包括并联的电容和电阻。在其中一个实施例中，所述控制模块包括第一钳位二极管、第二开关管及控制器；所述第一钳位二极管的阴极与所述钳位模块的输出端连接，并与所述第二开关管并联；所述第二开关管的控制端与所述控制器连接；所述控制器用于检测所述第一开关管的发射极与集电极间的电压值，在该电压值大于或等于所述电压阈值时且持续时间小于所述时间阈值时，控制所述第二开关管导通。在其中一个实施例中，还包括限流电阻；所述限流电阻串接在所述钳位模块与所述控制模块之间。在其中一个实施例中，所述钳位模块包括多个反向串联的第二钳位二极管，所述第二钳位二极管的反向击穿电压总和为所述电压阈值。在其中一个实施例中，所述第一钳位二极管以及第二钳位二极管均为TVS管。在其中一个实施例中，还包括第三二极管；所述第三二极管一端与所述控制模块连接，另一端用于与所述门极连接。在其中一个实施例中，所述第三二极管为齐纳二极管。一种开关电路，包括第一开关管，以及上述任一实施例所述的有源钳位电路；其中，所述控制模块与所述第一开关管的门极连接，所述钳位模块与所述第一开关管的集电极连接。上述有源钳位电路及开关电路，通过控制模块检测出第一开关管发射极与集电极间的电压，并在第一开关管发射极与集电极间的电压大于或等于电压阈值且持续时间小于时间阈值时，控制钳位模块，以对第一开关管的集电极电压进行钳位控制。当第一开关管在关断瞬间产生浪涌电压时，控制模块检测出第一开关管发射极与集电极间的电压大于钳位点电压(电压阈值)，并且该电压持续时间小于时间浪涌电压持续时间(时间阈值)时，钳位模块对第一开关管的集电极进行钳位控制，以保护第一开关管，并且减少钳位电路的工作次数，避免钳位电路因频繁启动而过热烧毁。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对本技术实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本技术实施例的内容和这些附图获得其他的附图。图1为本技术提供的一种有源钳位电路的传统实施例中的电路图；图2为本技术提供的一种有源钳位电路的一实施例中的电路结构框图；图3为本技术提供的一种有源钳位电路的一实施例中的电路图；图4为本技术提供的一种有源钳位电路的另一实施例中的电路图。具体实施方式为使本技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本技术实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域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，都属于本技术保护的范围。IGBT:(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET管的高输入阻抗和GTR管的低导通压降两方面的优点。GTR管饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大。MOSFET管驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT管综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。IGBT管是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。NTC:负温度系数热敏电阻，是一类电阻值随温度增大而减小的一种传感器电阻。广泛用于各种电子原件中，如温度传感器、可复式保险丝及自动调节的加热器等。在本实施例中NTC的作用主要是检测IGBT管壳温，通过阻值的大小来反映壳温的高低。TVS(TransientVoltageSuppressor):又称为瞬态抑制二极管，是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS管能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。图1为一传统实施例中有源钳位电路的电路结构图。如图1所示，该有源钳位电路为3.0MW功率组件的有源钳位电路。有源钳位电路采用三个TVS管反向串联，其中两个TVS管的反向击穿电压为400V，一个TVS管的反向击穿电压为480V，有源钳位点为1280V。其反馈回路经过第三二极管，即VD管，以及TVS管接入IGBT管的门极，如图1所示。该有源钳位电路的工作原理是：在特定工况(短路、过载等)导致IGBT管关断时，IGBT管的集电极电位过高，超过1280V，反向串联的TVS管串联电路被击穿，有电流流入IGBT管的门极，IGBT管的门极电位抬高，从而避免IGBT管的关断电流过于陡峭，进而减小尖峰电压。由于电压尖峰只会出现100-300ns左右，甚至时间更短，因此要求反馈回路的电流变化必须比集电极电位变化更快，才能控制住集电极电位，并且反馈回路的带宽必须高。传统的有源钳位电路中，IGBT管的发射极-集电极电压没有出现Vce动态电压过高时，即没有出现IGBT管关断瞬间产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源钳位电路，用于控制第一开关管的集电极的电位，其特征在于，包括钳位模块及控制模块；所述钳位模块的一端用于与所述集电极连接，另一端与所述控制模块连接；所述控制模块还用于与所述第一开关管的门极连接，用于检测所述第一开关管关断时发射极与集电极间的电压，并在所述电压大于或等于电压阈值且持续时间小于时间阈值时，控制所述钳位模块对集电极电压进行钳位控制。

【技术特征摘要】
1.一种有源钳位电路，用于控制第一开关管的集电极的电位，其特征在于，包括钳位模块及控制模块；所述钳位模块的一端用于与所述集电极连接，另一端与所述控制模块连接；所述控制模块还用于与所述第一开关管的门极连接，用于检测所述第一开关管关断时发射极与集电极间的电压，并在所述电压大于或等于电压阈值且持续时间小于时间阈值时，控制所述钳位模块对集电极电压进行钳位控制。2.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述控制模块包括第一钳位二极管及放电回路；所述第一钳位二极管的阴极与所述钳位模块的输出端连接；所述放电回路与所述第一钳位二极管并联，用于在所述电压大于或等于电压阈值且持续时间小于所述时间阈值时将所述第一钳位二极管旁路。3.根据权利要求2所述的有源钳位电路，其特征在于，所述放电回路包括并联的电容和电阻。4.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述控制模块包括第一钳位二极管、第二开关管及控制器；所述第一钳位二极管的阴极与所述钳位模块的输出端连接，并与所述第二开关管并联；所述第二开关管的控制端与所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11