一种IGBT的动态有源钳位电路制造技术

本发明专利技术公开了一种IGBT的动态有源钳位电路，包括：控制电路检测出过压击穿电路被击穿时，控制电路执行驱动电路切换命令以及控制过压击穿电路的阈值电压减小，从而保证了IGBT故障态情况下尖峰的最小化，避免了普通的纯硬件式的有源钳位保护电路中门极限制效果差，关断尖峰抑制不明显的问题。尖峰抑制不明显的问题。尖峰抑制不明显的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT的动态有源钳位电路


[0001]本专利技术涉及高压大容量电力电子变换领域，具体涉及一种IGBT的动态有源钳位电路。

技术介绍

[0002]在大功率电力电子变换装置中，目前普遍的采用IGBT作为开关器件进行电能变换。IGBT作为变换单元的核心器件，相当于变换器的“心脏”，而控制和保护IGBT，执行上层控制单元触发命令，以及反馈IGBT自身故障给上层控制单元，则必不可少的要用到IGBT驱动器。IGBT驱动器好比是IGBT的“大脑”，它具备多种保护功能，如驱动供电欠压，IGBT短路以及有源钳位保护。有源钳位保护的提出，是为了确保IGBT器件在关断过程中，能够有效的钳位IGBT集电极的电位(C极)，将关断电压尖峰钳位在一个合理的水平，不至于超出IGBT安全工作区，使IGBT不受关断电压尖峰的应力威胁。
[0003]IGBT在正常关断时，由于换流回路不可避免的存在寄生电感，这个电感会带来IGBT关断电压尖峰，但通常情况下该值不会太高。但是当IGBT发生过流甚至短路时，IGBT的关断尖峰将会非常高甚至超出IGBT的安全工作区域，IGBT有可能出现因过压而损坏。
[0004]所以有源钳位电路的提出，意在保护IGBT在故障关断情况下免受过压应力的损坏，正常条件下的关断，有源钳位不会动作。
[0005]常规的有源钳位电路只需要基本的串联TVS和二极管组成即可实现。原理是当集电极的电位高于串联TVS的击穿动作电压时，TVS击穿，随之将击穿漏电流灌入门极，门极由关断负压得以抬升，从而降低IGBT关断速度，最终达到抑制电压尖峰的效果。
[0006]该技术存在以下问题：TVS击穿动作时，击穿漏电流基本都灌入IGBT的负压驱动回路中，而仅有小部分电流分流进入IGBT门极，因而该方案在IGBT故障关断期间，对门极的抬升作用十分有限，电路的有效性不高。这就导致了该方法的实际作用十分有限。另一方面，有源钳位动作值即为TVS串联值，当系统母线电压升高时，正常的IGBT关断动作也有可能引起该串联TVS频繁动作，导致TVS发热严重，最终引起TVS过热损毁。普通的有源钳位电路动作之后，驱动器控制单元无法识别有源钳位动作信号并将此故障上报。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的有源钳位电路动作后IGBT门极抬升不明显的缺陷，从而提供一种IGBT的动态有源钳位电路。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]本专利技术实施例提供一种IGBT的动态有源钳位电路，包括：过压击穿电路、控制电路及驱动模块；过压击穿电路的第一端与IGBT的集电极连接，过压击穿电路的第二端与IGBT的门极连接，过压击穿电路的第三端与控制电路的第一端连接；控制电路的第二端与过压击穿电路的控制端连接，控制电路的第三端与驱动模块的控制端连接；驱动模块的输出端与IGBT的门极连接；控制电路检测出过压击穿电路被击穿时，控制电路控制过压击穿电路
的阈值电压减小，并且控制电路控制驱动模块输出0V驱动电压，驱动电压用于驱动IGBT的开关状态。
[0010]在一实施例中，过压击穿电路包括：多个串联连接的瞬态二极管及多个旁路电路；瞬态二极管串联连接后的第一端与IGBT的集电极连接，瞬态二极管串联连接后的第二端分别与IGBT的门极及控制电路的第一端连接；每个旁路电路与第一预设数量的依次串联连接的瞬态二极管并联连接，每个旁路电路的控制端与控制电路的第二端连接；控制电路通过控制第二预设数量的旁路电路闭合，以控制过压击穿电路的阈值电压减小。
[0011]在一实施例中，过压击穿电路还包括：第一电阻及第一二极管；瞬态二极管串联连接后的第一端通过第一电阻与控制电路的第一端连接；瞬态二极管串联连接后的第一端还与第一二极管的阳极连接；
[0012]第一二极管的阴极与IGBT的门极连接。
[0013]在一实施例中，控制电路包括：过压识别电路及可编程逻辑器件；过压识别电路的第一端与过压击穿电路的第三端连接，过压识别电路的第二端与可编程逻辑器件的第一端连接；可编辑逻辑器件的第二端与过压击穿电路的控制端连接，可编辑逻辑器件的第三端与驱动模块的控制端连接；过压识别电路将过压击穿电路输出的分流小电流信号，转换为TTL电平信号；可编辑逻辑器件基于TTL电平信号，判断过压击穿电路是否被击穿。
[0014]在一实施例中，驱动模块包括：正压导通驱动电路、0V关断驱动电路及负压关断驱动电路；每个驱动电路的控制端均与控制电路的第三端连接，每个驱动电路的输出端均与IGBT的门极连接；控制电路检测出过压击穿电路被击穿时，控制电路控制0V关断驱动电路输出0V驱动电压。
[0015]在一实施例中，正压导通驱动电路、0V关断驱动电路及负压关断驱动电路均包括：第二电阻、第三电阻及可控开关管；每个可控开关管的控制端均通过第二电阻与控制电路的第三端连接；正压导通驱动电路的可控开关管的第一端通过第三电阻输入正向电压，正压导通驱动电路的可控开关管的第二端与IGBT的门极连接；0V关断驱动电路的可控开关管的第一端通过第三电阻与IGBT的门极连接，0V关断驱动电路的可控开关管的第二端输入0V电压；负压关断驱动电路的可控开关管的第一端通过第三电阻与IGBT的门极连接，负压关断驱动电路的可控开关管的第二端输入负向电压。
[0016]在一实施例中，IGBT的动态有源钳位电路还包括：母线电压检测电路；母线电压检测电路用于采集IGBT所在母线电压；控制电路基于母线电压，控制过压击穿电路的静态阈值电压。
[0017]在一实施例中，母线电压检测电路包括：多个串联连接的分压电阻、电容、运算放大器及模数转换器；分压电阻串联连接后的第一端与IGBT的集电极连接，分压电阻串联连接后的第二端与IGBT的发射极连接，分压电阻串联连接后的第一端与电容的第一端、运算放大器的同相输入端连接；电容的第二端与IGBT的发射极连接；运算放大器的反相输入端与其输出端连接，运算放大器的输出端通过模数转换器与控制电路连接。
[0018]在一实施例中，IGBT的动态有源钳位电路还包括：状态回馈单元；状态回馈单元连接于控制电路与上位机之间；状态回馈单元用于将控制电路输出的过压击穿电路的击穿状态，回传至上位机。
[0019]在一实施例中，IGBT的动态有源钳位电路还包括：显示单元；显示单元用于显示控
制电路输出的过压击穿电路的击穿状态。
[0020]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0021]1.本专利技术提供的IGBT的动态有源钳位电路，控制电路检测出过压击穿电路被击穿时，控制电路执行驱动电路切换命令以及控制过压击穿电路的阈值电压减小，从而保证了IGBT故障态情况下尖峰的最小化，避免了普通的纯硬件式的有源钳位保护电路中门极限制效果差，关断尖峰抑制不明显的问题。
[0022]2.本专利技术提供的IGBT的动态有源钳位电路，母线电压检测电路采集IGBT所在母线电压，控制电路基于母线电压，控制过压击穿电路的静态阈值电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT的动态有源钳位电路，其特征在于，包括：过压击穿电路、控制电路及驱动模块；所述过压击穿电路的第一端与所述IGBT的集电极连接，所述过压击穿电路的第二端与所述IGBT的门极连接，所述过压击穿电路的第三端与所述控制电路的第一端连接；所述控制电路的第二端与所述过压击穿电路的控制端连接，所述控制电路的第三端与所述驱动模块的控制端连接；所述驱动模块的输出端与所述IGBT的门极连接；所述控制电路检测出所述过压击穿电路被击穿时，所述控制电路控制所述过压击穿电路的阈值电压减小，并且所述控制电路控制所述驱动模块输出0V驱动电压，所述驱动电压用于驱动所述IGBT的开关状态。2.根据权利要求1所述的IGBT的动态有源钳位电路，其特征在于，所述过压击穿电路包括：多个串联连接的瞬态二极管及多个旁路电路；瞬态二极管串联连接后的第一端与所述IGBT的集电极连接，瞬态二极管串联连接后的第二端分别与所述IGBT的门极及所述控制电路的第一端连接；每个所述旁路电路与第一预设数量的依次串联连接的瞬态二极管并联连接，每个所述旁路电路的控制端与所述控制电路的第二端连接；所述控制电路通过控制第二预设数量的所述旁路电路闭合，以控制所述过压击穿电路的阈值电压减小。3.根据权利要求2所述的IGBT的动态有源钳位电路，其特征在于，所述过压击穿电路还包括：第一电阻及第一二极管；瞬态二极管串联连接后的第一端通过所述第一电阻与所述控制电路的第一端连接；瞬态二极管串联连接后的第一端还与所述第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极与所述IGBT的门极连接。4.根据权利要求1所述的动态有源钳位电路，其特征在于，所述控制电路包括：过压识别电路及可编程逻辑器件；所述过压识别电路的第一端与所述过压击穿电路的第三端连接，所述过压识别电路的第二端与所述可编程逻辑器件的第一端连接；所述可编辑逻辑器件的第二端与所述过压击穿电路的控制端连接，所述可编辑逻辑器件的第三端与所述驱动模块的控制端连接；所述过压识别电路将所述过压击穿电路输出的分流小电流信号，转换为TTL电平信号；所述可编辑逻辑器件基于所述TTL电平信号，判断所述过压击穿电路是否被击穿。5.根据权利要求1所述的IGBT的动态有源钳位电路，其特征在于，所述驱动模块包括：正压导通驱动电路、0V...

【专利技术属性】
技术研发人员：池浦田，关兆亮，客金坤，冯静波，白建成，
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：