一种IGBT开关动态调节的栅极电阻电路及切换方法技术

本发明专利技术公开了一种IGBT开关动态调节的栅极电阻电路及切换方法，电路包括：可编程逻辑控制器、栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻及对应的切换控制开关，栅极开关电阻阵列分别与IGBT的栅极及对应的切换控制开关连接；栅极电压调节电阻分别与IGBT的发射极及对应的切换控制开关连接；可编程逻辑控制器分别与栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻对应的切换控制开关连接，按照时序逻辑控制控制栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻的投切。该电路切换方法可以精准的调节控制IGBT开通关断电阻的投切过程，有效抑制关断电压过冲、开通电流过冲，实现IGBT开关轨迹动态调节和各特征量的协同优化，提升IGBT安全运行裕度，为IGBT的可靠运行提供保障。运行提供保障。运行提供保障。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT开关动态调节的栅极电阻电路及切换方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种IGBT开关动态调节的栅极电阻电路及切换方法。

技术介绍

[0002]IGBT驱动器是IGBT工作运行的调控单元，其可以有效的调节IGBT的动态开关特性，并承担故障检测和保护功能，是IGBT安全、可靠、高效能运行的关键。在IGBT开关过程中，栅极电阻的大小直接影响着电流变化率、电压变化率和开关损耗，进而反映IGBT运行的状态是否安全。目前，大多数驱动器采用单一栅极开关电阻，开关过程中的电压电流过冲、电压电流变化率和开关损耗等很难实现均衡适配，将直接影响IGBT的安全裕度和使用寿命。

技术实现思路

[0003]因此，为了克服现有技术中IGBT开关过程中电压电流过冲、电压电流变化率和开关损耗等难以协同优化，安全裕度提升困难的问题，提供一种IGBT开关动态调节的栅极电阻电路及切换方法，有效抑制关断电压过冲、开通电流过冲，实现IGBT开关轨迹动态调节和各特征量的协同优化，提升IGBT安全运行裕度，为IGBT的可靠运行提供保障。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种IGBT开关动态调节的栅极电阻电路，包括：可编程逻辑控制器、栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻以及对应的切换控制开关，其中：
[0006]栅极开关电阻阵列分别与IGBT的栅极以及对应的切换控制开关连接；
[0007]栅极电压调节电阻分别与IGBT的发射极以及对应的切换控制开关连接；
[0008]可编程逻辑控制器分别与栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻对应的切换控制开关连接，用于按照时序逻辑控制控制栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻的投切。
[0009]在一实施例中，所述栅极开关电阻阵列包括：栅极开通电阻阵列、栅极关断电阻阵列，其中：
[0010]栅极开通电阻阵列一端与第一切换控制开关连接，另一端与IGBT的栅极连接，第一切换控制开关的另一端与VCC连接；
[0011]栅极关断电阻阵列一端与第二切换控制开关连接，另一端与IGBT的栅极连接，第二切换控制开关的另一端与GND连接。
[0012]在一实施例中，所述栅极电压调节电阻一端连接IGBT的发射极，另一端连接第三切换控制开关，同时第三切换控制开关分别与VCC和GND连接。
[0013]在一实施例中，所述栅极开通电阻阵列由多个开通电阻并联组成。
[0014]在一实施例中，所述栅极关断电阻阵列由多个关断电阻并联组成。
[0015]在一实施例中，所述栅极电压调节电阻由电阻R
Eon
、R
Eoff
并联组成，其中电阻R
Eon
和R
Eoff
为独立电阻或由多电阻并联组成。
[0016]第二方面，本专利技术实施例提供一种IGBT开关动态调节的栅极电阻电路切换方法，包括：基于第一方面任一实施例所述的IGBT开关动态调节的栅极电阻电路，包括：IGBT开通过程栅极电阻电路切换和关断过程切换控制，其中：
[0017]IGBT开通过程栅极电阻电路切换控制过程为：可编程逻辑控制器按照时序逻辑下发IGBT开通指令向切换控制开关下发动作指令，其中向第二切换控制开关下发常开指令，退出全部栅极关断电阻；向第一切换控制开关下发投切控制指令，第一切换控制开关根据接收的控制指令分时投入和切出栅极开通电阻，控制栅射极电容C
GE
的充电速度；向第三切换控制开关下发使能命令，将电阻R
Eon
使能投入，IGBT的发射极电位被钳制在GND；
[0018]IGBT关断过程栅极电阻电路切换控制过程为：可编程逻辑控制器按照时序逻辑下发IGBT关断指令向切换控制开关下发动作指令，其中向第一切换控制开关下发常开指令，退出全部栅极开通电阻；向第二切换控制开关下发投切控制指令，第二切换控制开关按照接收的指令，分时投入和切出栅极关断电阻，控制栅射极电容C
GE
的能量抽取速度；向第三切换控制开关下发使能命令，将电阻R
Eoff
使能投入，IGBT的发射极电位被钳制在VCC。
[0019]在一实施例中，开通起始时刻，第一切换控制开关按照控制逻辑投入并联电阻中相对较小的回路，使IGBT栅极电压快速达到开通阈值电压V
G(th)
，IGBT开始导通，集射极电压降低，在集栅极电容C
GC
上产生与栅极电流相反的电流；栅极开通电阻阵列切出其中一个并联电阻，并使能电阻R
Eon
，该时刻栅射极电容C
GE
的充电电流由米勒电容提供，栅极电压增速较小，处于米勒效应的平台期；当IGBT彻底开通后，再次投入最小的栅极开通电阻，将栅极电位拉升至VCC，发射极电位被钳位至GND，栅射极电压V
GE
为+VCC，IGBT完全可靠开通。
[0020]在一实施例中，关断起始时刻，第二切换控制开关按照控制逻辑投入并联电阻最小的回路，IGBT关断速度，IGBT集射极电压增加时，在集栅极电容C
GC
上产生与栅极电流同向的电流，切出相对较小的栅极关断电阻使得栅极电压维持在一个相对稳定的电压值；当IGBT彻底关断后，将相对小的栅极关断电阻并入电阻回路中，并使能R
Eoff
，将栅极电位降至GND，发射极电位被钳位至VCC，栅射极电压V
GE
为
‑
VCC，IGBT完全可靠关断。
[0021]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0022]本专利技术实施例提供的IGBT开关动态调节的栅极电阻电路及切换方法，电路包括：可编程逻辑控制器、栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻及对应的切换控制开关，栅极开关电阻阵列分别与IGBT的栅极以及对应的切换控制开关连接；栅极电压调节电阻分别与IGBT的发射极以及对应的切换控制开关连接；可编程逻辑控制器分别与栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻对应的切换控制开关连接，按照时序逻辑控制控制栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻的投切。该电路切换方法可以精准的调节控制IGBT开通关断电阻的投切过程，有效抑制关断电压过冲、开通电流过冲，实现IGBT开关轨迹动态调节和各特征量的协同优化，提升IGBT安全运行裕度，为IGBT的可靠运行提供保障。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例中提供的IGBT开关动态调节的栅极电阻电路的功能模块连接示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例中提供的IGBT开关动态调节的栅极电阻电路的一个具体示例的电路原理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT开关动态调节的栅极电阻电路，其特征在于，包括：可编程逻辑控制器、栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻以及对应的切换控制开关，其中：栅极开关电阻阵列分别与IGBT的栅极以及对应的切换控制开关连接；栅极电压调节电阻分别与IGBT的发射极以及对应的切换控制开关连接；可编程逻辑控制器分别与栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻对应的切换控制开关连接，用于按照时序逻辑控制控制栅极开关电阻阵列、栅极电压调节电阻的投切。2.根据权利要求1所述IGBT开关动态调节的栅极电阻电路，其特征在于，所述栅极开关电阻阵列包括：栅极开通电阻阵列、栅极关断电阻阵列，其中：栅极开通电阻阵列一端与第一切换控制开关连接，另一端与IGBT的栅极连接，第一切换控制开关的另一端与VCC连接；栅极关断电阻阵列一端与第二切换控制开关连接，另一端与IGBT的栅极连接，第二切换控制开关的另一端与GND连接。3.根据权利要求1所述IGBT开关动态调节的栅极电阻电路，其特征在于，所述栅极电压调节电阻一端连接IGBT的发射极，另一端连接第三切换控制开关，同时第三切换控制开关分别与VCC和GND连接。4.根据权利要求2所述IGBT开关动态调节的栅极电阻电路，其特征在于，所述栅极开通电阻阵列由多个开通电阻并联组成。5.根据权利要求2所述IGBT开关动态调节的栅极电阻电路，其特征在于，所述栅极关断电阻阵列由多个关断电阻并联组成。6.根据权利要求3所述IGBT开关动态调节的栅极电阻电路，其特征在于，所述栅极电压调节电阻由电阻R
Eon
、R
Eoff
并联组成，其中电阻R
Eon
和R
Eoff
为独立电阻或由多电阻并联组成。7.一种IGBT开关动态调节的栅极电阻电路切换方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
6任一所述的IGBT开关动态调节的栅极电阻电路，包括：IGBT开通过程栅极电阻电路切换和关断过程切换控制，其中：IGBT开通过程栅极电阻电路切换控制过程为：可编程逻辑控制器按照时序逻辑下发IGBT开通指令，向切换控制开关下发动作指令，其中向第二切换控制开关下发常开指令，退出全部栅极关断电阻；向第一切换控制开关下发投切控制指令，第一切换控制开关根据接收的控制指令分时投入和切出栅极开通...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯静波，贺之渊，客金坤，白建成，关兆亮，许航宇，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：