功率半导体开关的有源钳位电路及使用其的功率变流器制造技术

本发明专利技术公开一种功率半导体开关的有源钳位电路及使用其的功率变流器，有源钳位电路包括放电电路，包括第一、二端，所述放电电路的所述第一端电性连接于所述功率半导体开关的集电极；单向阻断电路；第一稳压二极管，所述第一稳压二极管与所述单向阻断电路串联连接形成串联支路，所述串联支路包括第一、二端，所述串联支路的所述第一端电性连接于所述功率半导体开关的集电极；以及阻容电路，包括第一、二端，所述阻容电路的所述第一端、所述放电电路的所述第二端及所述串联支路的所述第二端电性连接；所述阻容电路的所述第二端电性耦接于所述功率半导体开关的门极。通过简单的电路结构，实现在较小损耗下达到稳定的钳位效果，并可扩展调制度范围。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体开关的有源钳位电路及使用其的功率变流器
本专利技术涉及电力电子变换
，具体涉及一种功率半导体开关的有源钳位电路及使用其的功率变流器。
技术介绍
在高压大功率的电力电子变换器中，通常采用绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)串联技术来有效提高电压等级，以满足更高电压应用的需求。串联连接的IGBT可能存在不均压及电压尖峰较高的情况，通常需要在每个IGBT的集电极和门极之间加入有源钳位电路，以解决串联连接的IGBT之间存在不均压及电压尖峰较高的问题。目前IGBT有源钳位电路通常使用稳压二极管串联其他电路反向连接在IGBT集电极与门极或者门极的驱动电路之间，当集电极电压超过设定的电压值时，稳压二极管击反向击穿，电荷注入门极或门极的驱动电路，使IGBT的门极电压Vge上升，集电极与发射极之间的阻抗减小，使电荷得以泄放，以达到降低集射极之间的电压Vce以及防止IGBT过压。由于IGBT过压的能量通过IGBT自身释放，因此会增加IGBT的损耗。因此，需要一种新的功率半导体开关的有源钳位电路。在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术提供一种功率半导体开关的有源钳位电路及使用其的功率变流器，进而至少在一定程度上克服由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。本专利技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本专利技术的实践而习得。根据本专利技术的第一方面，公开一种功率半导体开关的有源钳位电路，包括：放电电路，包括第一端和第二端，所述放电电路的所述第一端电性连接于所述功率半导体开关的集电极；单向阻断电路；第一稳压二极管，所述第一稳压二极管与所述单向阻断电路串联连接形成串联支路，所述串联支路包括第一端和第二端，所述串联支路的所述第一端电性连接于所述功率半导体开关的所述集电极；以及阻容电路，包括第一端和第二端，所述阻容电路的所述第一端、所述放电电路的所述第二端及所述串联支路的所述第二端电性连接；所述阻容电路的所述第二端电性耦接于所述功率半导体开关的门极。根据本专利技术的一示例实施方式，所述放电电路包括：第一二极管，其中所述第一二极管的阴极作为所述放电电路的所述第一端，所述第一二极管的阳极作为所述放电电路的所述第二端。根据本专利技术的一示例实施方式，所述单向阻断电路包括：第二二极管，其中所述第二二极管的阴极与所述第一稳压二极管的阴极串联连接，所述第二二极管的阳极为所述串联支路的所述第一端，所述第一稳压二极管的阳极为所述串联支路的所述第二端。根据本专利技术的一示例实施方式，所述单向阻断电路包括：多个稳压二极管，所述多个稳压二极管同向串联形成稳压二极管组，其中所述稳压二极管组的阴极作为所述串联支路的所述第一端，所述稳压二极管组的阳极与所述第一稳压二极管的阴极串联连接，所述第一稳压二极管的阳极为所述串联支路的所述第二端。根据本专利技术的一示例实施方式，所述稳压二极管组的正向导通压降高于所述第一二极管的正向导通压降。根据本专利技术的一示例实施方式，所述单向阻断电路包括：第二二极管，其中所述第二二极管的阳极与所述第一稳压二极管的阳极串联连接，所述第一稳压二极管的阴极为所述串联支路的所述第一端，所述第二二极管的阴极为所述串联支路的所述第二端。根据本专利技术的一示例实施方式，所述阻容电路包括第一电阻和第一电容，其中所述第一电阻与所述第一电容并联连接形成并联支路，所述并联支路包括第一端和第二端，所述并联支路的第一端作为所述阻容电路的所述第一端，所述并联支路的所述第二端作为所述阻容电路的所述第二端。根据本专利技术的一示例实施方式，所述阻容电路的所述第二端直接电性连接于所述功率半导体开关的所述门极。根据本专利技术的一示例实施方式，所述阻容电路的所述第二端通过功率放大电路电性连接于所述功率半导体开关的所述门极。根据本专利技术的第二方面，公开一种功率变流器，包括多个串联连接的功率半导体开关和多个如前所述的有源钳位电路，每个所述功率半导体开关的集电极和门极直接耦接有相应的所述有源钳位电路。根据本专利技术的一些实施方式，通过简单的电路结构，只增加了少量元件即可避免现有有源钳位电路中的稳压二极管反向恢复引起的有源钳位误动作问题，以及避免由有源钳位误动作引起的IGBT的损耗。根据本专利技术的一些实施方式，可以让IGBT不受最小开通时间限制，以及扩展调制度范围。当串联连接的IGBT应用于电机时，可以使得电机启动更加平滑；当串联连接的IGBT应用于逆变器时，可以提高母线的利用率。根据本专利技术的一些实施方式，串联连接的IGBT均能达到稳定的钳位效果，能有效地避免有源钳位电路中稳压二极管的反向恢复电流引起的多个IGBT关断瞬间门极电压Vge的不一致而导致IGBT的不均压问题。根据本专利技术的实施方式，通过简单的电路结构，实现了在较小损耗的前提下对IGBT的门极电压Vge进行有效地控制，既可以避免有源钳位电路提前响应，又可以提高有源钳位电路的响应速度，改善有源钳位效果，并且在有源钳位电路响应时避免集-射电压Vce和门极电压Vge出现振荡，减少IGBT及有源钳位电路中稳压二极管的损耗，大大增加了IGBT串联连接应用的可靠性。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本专利技术。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施例，本专利技术的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。图1示出现有技术中的有源钳位电路图。图2示出根据本专利技术一示例实施方式的有源钳位电路的示意图。图3示出根据本专利技术一示例实施方式的有源钳位电路的电路图。图4示出如图3所示的根据本专利技术一示例实施方式的有源钳位电路的另一变形例的电路图。图5示出根据本专利技术另一示例实施方式的有源钳位电路的电路图。图6示出根据本专利技术又一示例实施方式的有源钳位电路的示意图。图7示出根据本专利技术一示例实施方式的功率变流器的电路图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本专利技术的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本专利技术的示意性图解，并非一定是按比例绘制。此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本专利技术的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本专利技术的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本专利技术的各方面变得模糊。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。本专利技术的目的在于公开一种功率半导体开关的有源钳位电路及使用其的功率变流器，有源钳位电路包括：放电电路，包括第一端、第二端，所述放电电路的所述第一端电性连接于所述功率半导体开关的集电极C；单向阻断电路；第一稳压二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体开关的有源钳位电路，包括：放电电路，包括第一端和第二端，所述放电电路的所述第一端电性连接于所述功率半导体开关的集电极；单向阻断电路；第一稳压二极管，所述第一稳压二极管与所述单向阻断电路串联连接形成串联支路，所述串联支路包括第一端和第二端，所述串联支路的所述第一端电性连接于所述功率半导体开关的所述集电极；以及阻容电路，包括第一端和第二端，所述阻容电路的所述第一端、所述放电电路的所述第二端及所述串联支路的所述第二端电性连接；所述阻容电路的所述第二端电性耦接于所述功率半导体开关的门极。

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体开关的有源钳位电路，包括：放电电路，包括第一端和第二端，所述放电电路的所述第一端电性连接于所述功率半导体开关的集电极；单向阻断电路；第一稳压二极管，所述第一稳压二极管与所述单向阻断电路串联连接形成串联支路，所述串联支路包括第一端和第二端，所述串联支路的所述第一端电性连接于所述功率半导体开关的所述集电极；以及阻容电路，包括第一端和第二端，所述阻容电路的所述第一端、所述放电电路的所述第二端及所述串联支路的所述第二端电性连接；所述阻容电路的所述第二端电性耦接于所述功率半导体开关的门极。2.如权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述放电电路包括：第一二极管，其中所述第一二极管的阴极作为所述放电电路的所述第一端，所述第一二极管的阳极作为所述放电电路的所述第二端。3.如权利要求2所述的有源钳位电路，其特征在于，所述单向阻断电路包括：第二二极管，其中所述第二二极管的阴极与所述第一稳压二极管的阴极串联连接，所述第二二极管的阳极为所述串联支路的所述第一端，所述第一稳压二极管的阳极为所述串联支路的所述第二端。4.如权利要求2所述的有源钳位电路，其特征在于，所述单向阻断电路包括：多个稳压二极管，所述多个稳压二极管同向串联形成稳压二极管组，其中所述稳压二极管组的阴极作为所述串联支路的所述第一端，所述稳压二极管组...

【专利技术属性】
技术研发人员：李午英，王欣，乔理峰，赖晨宇，应建平，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31