本實(shí)用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種IGBT制動(dòng)單元的Vce尖峰電壓吸收電路。

背景技術(shù)：

在目前的大多數(shù)制動(dòng)單元中，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的保護(hù)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，經(jīng)常由于Vce尖峰電壓過高而損壞。制動(dòng)單元制動(dòng)過程中，IGBT處于開關(guān)狀態(tài)，例如690V系統(tǒng)中的IGBT關(guān)斷的時(shí)候?qū)a(chǎn)生4000A/us的di/dt，由于雜散電感的存在，將在IGBT的CE端產(chǎn)生較高的尖峰電壓，當(dāng)該電壓超過IGBT的耐壓值，將損壞IGBT，甚至炸機(jī)。若外部制動(dòng)電阻發(fā)生短路，相當(dāng)于1000V以上的直流正負(fù)母線經(jīng)過IGBT發(fā)生短路，關(guān)斷短路電流時(shí)的di/dt會(huì)更高，比關(guān)斷額定電流要高很多，因此短路是Vce尖峰電壓會(huì)更高，有可能出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器即使發(fā)現(xiàn)了IGBT短路發(fā)生，并且也試圖及時(shí)關(guān)斷IGBT,但由于di/dt太高，產(chǎn)生了IGBT不可承受的尖峰電壓，在關(guān)斷短路電流后仍然可以損壞IGBT。所以此時(shí)制動(dòng)單元即使有短路保護(hù)功能也是保護(hù)不住的。

制動(dòng)單元的應(yīng)用環(huán)境及其連接關(guān)系如圖1所示，主要包括：一臺(tái)變頻器、一臺(tái)制動(dòng)單元、一只制動(dòng)電阻。

而且，在制動(dòng)單元現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，有時(shí)候變頻器連接到制動(dòng)單元的正負(fù)母線由于現(xiàn)場(chǎng)工況的限制，不得已必須做的很長(比如10m)的時(shí)候，對(duì)IGBT來說情況進(jìn)一步惡劣。因?yàn)楫?dāng)正負(fù)母線加長以后，雜散電感就會(huì)相應(yīng)增加。假設(shè)母排雜散電感為100nH，則在7000A/us的電流變化率下，電壓尖峰將高達(dá)700V。尖峰電壓和母線電感成正比。因此制動(dòng)單元正負(fù)母線電壓不能無限制延長。國內(nèi)一些主流制動(dòng)單元的說明書明確聲明正負(fù)母線必須在3m以內(nèi)或者5m以內(nèi)。但有些現(xiàn)場(chǎng)，一方面由于機(jī)柜位置已經(jīng)確定，制動(dòng)單元的正負(fù)母線必須很長，另一方面正負(fù)母線太長IGBT制動(dòng)是的Vce尖峰電壓太高，有炸機(jī)的危險(xiǎn)。為了解決這一矛盾，必須對(duì)Vce尖峰電壓加以限制。

現(xiàn)有的Vce尖峰電壓限制方法，如圖2所示，是在IGBT正負(fù)電壓輸入端并接一個(gè)無極性吸收電容。這種吸收方式雖簡單易實(shí)現(xiàn)，但存在缺陷，包括：吸收效果不理想，尤其是制動(dòng)單元母線長度超過5m以后，增加該吸收電容的容量對(duì)Vce尖峰電壓吸收不起作用，試驗(yàn)中出現(xiàn)過損壞IGBT情況。吸收電容體積較大，浪費(fèi)空間，使制動(dòng)單元的體積被動(dòng)加大。

因此，需要一種新的IGBT制動(dòng)單元Vce尖峰電壓吸收方式，來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本實(shí)用新型的目的是提供一種IGBT制動(dòng)單元的Vce尖峰電壓吸收電路，能夠解決直流母線過長時(shí)IGBT的Vce尖峰電壓過高而引起的IGBT損壞的問題，以克服背景技術(shù)中存在的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種IGBT制動(dòng)單元的Vce尖峰電壓吸收電路，包括IGBT制動(dòng)單元：在IGBT制動(dòng)單元的輸出端和輸入端之間連接有源鉗位電路，有源鉗位電路包括依次串聯(lián)的電阻R1、二極管D4、穩(wěn)壓管D3、穩(wěn)壓管D2和穩(wěn)壓管D1。

較佳地，電阻R1的一端連接IGBT制動(dòng)單元的下管Q2柵極，電阻R1的另一端連接二極管D4的陰極，二極管D4的陽極連接穩(wěn)壓管D3的陽極，穩(wěn)壓管D3的陰極連接穩(wěn)壓管D2的陽極，穩(wěn)壓管D2的陰極連接穩(wěn)壓管D1的陽極，穩(wěn)壓管D1的陰極連接IGBT制動(dòng)單元的輸出端。

較佳地，IGBT制動(dòng)單元的輸出端連接于IGBT制動(dòng)單元上管Q1的柵極、源極和IGBT制動(dòng)單元下管Q2的漏極；IGBT制動(dòng)單元的輸入端為IGBT制動(dòng)單元的下管Q2柵極。

較佳地，IGBT制動(dòng)單元下管Q2柵極和直流母線負(fù)極端N之間設(shè)置有限制電路。

較佳地，限制電路包括并聯(lián)的電阻R2和穩(wěn)壓管D5，穩(wěn)壓管D5的陽極連接直流母線負(fù)極端N，穩(wěn)壓管D5的陰極連接IGBT制動(dòng)單元下管Q2柵極。

較佳地，IGBT制動(dòng)單元輸出端與直流母線正極端P之間連接有制動(dòng)電阻R4。

較佳地，還包括驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路通過驅(qū)動(dòng)電阻R3連接IGBT制動(dòng)單元的輸入端

較佳地，驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q3和三極管Q4。

本實(shí)用新型的有益效果在于：突破690V制動(dòng)單元直流正負(fù)母線長度3-5m的限制，最大能達(dá)到10m，工作過程中IGBT的Vce尖峰電壓限制在85％左右的額定工作電壓以下，大大提高690V制動(dòng)單元工作的安全性、穩(wěn)定性，擴(kuò)展690V制動(dòng)單元適用范圍。本實(shí)用新型吸收方式效果好，當(dāng)母線電壓波動(dòng)、制動(dòng)單元制動(dòng)點(diǎn)變化、母線長度長達(dá)10m等情況發(fā)生時(shí)，IGBT的Vce電壓均能根據(jù)穩(wěn)壓管的選擇可靠的控制，提高了制動(dòng)單元的穩(wěn)定性、適用性。

附圖說明

圖1為制動(dòng)單元IGBT使用環(huán)境示意圖，

圖2為制動(dòng)單元IGBT現(xiàn)有的采用吸收電容的Vce尖峰電壓吸收電路，

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖，

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例加入驅(qū)動(dòng)電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖，

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例電壓吸收的試驗(yàn)波形。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。

一種IGBT制動(dòng)單元的Vce尖峰電壓吸收電路，如圖3所示包括IGBT制動(dòng)單元，在IGBT制動(dòng)單元的輸出端和輸入端之間連接有源鉗位電路，有源鉗位電路包括依次串聯(lián)的電阻R1、二極管D4、穩(wěn)壓管D3、穩(wěn)壓管D2和穩(wěn)壓管D1。電阻R1的一端連接IGBT制動(dòng)單元的下管Q2柵極，電阻R1的另一端連接二極管D4的陰極，二極管D4的陽極連接穩(wěn)壓管D3的陽極，穩(wěn)壓管D3的陰極連接穩(wěn)壓管D2的陽極，穩(wěn)壓管D2的陰極連接穩(wěn)壓管D1的陽極，穩(wěn)壓管D1的陰極連接IGBT制動(dòng)單元的輸出端。

IGBT制動(dòng)單元的輸出端連接于IGBT制動(dòng)單元上管Q1的柵極、源極和IGBT制動(dòng)單元下管Q2的漏極；IGBT制動(dòng)單元的輸入端為IGBT制動(dòng)單元的下管Q2柵極。

IGBT制動(dòng)單元下管Q2柵極和直流母線負(fù)極端N之間設(shè)置有限制電路。

限制電路包括并聯(lián)的電阻R2和穩(wěn)壓管D5，穩(wěn)壓管D5的陽極連接直流母線負(fù)極端N，穩(wěn)壓管D5的陰極連接IGBT制動(dòng)單元下管Q2柵極。電阻R2的電阻為10k，穩(wěn)壓管D5為18V。

IGBT制動(dòng)單元輸出端與直流母線正極端P之間連接有制動(dòng)電阻R4。

本實(shí)施例還包括驅(qū)動(dòng)電路，如圖4所示，驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q3和三極管Q4。驅(qū)動(dòng)電路通過驅(qū)動(dòng)電阻R3連接IGBT制動(dòng)單元的輸入端。本實(shí)施例的三極管Q3為NPN型三極管，三極管Q4為PNP型三極管。三極管Q3和三極管Q4的基極均連接于驅(qū)動(dòng)電壓的輸入端，三極管Q3的發(fā)射極和三極管Q4的發(fā)射極均連接于驅(qū)動(dòng)電阻R3，三極管Q3的集電極連接于+15v電壓源，三極管Q4的集電極連接于-9v電壓源。

本實(shí)用新型的工作原理為：IGBT在正常情況關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的電壓尖峰，但數(shù)值不會(huì)太高，但在制動(dòng)單元正負(fù)母線較長時(shí)(母線電感較大)，工作過程中如果要關(guān)斷管子，就會(huì)在IGBT上產(chǎn)生較大的尖峰電壓，此時(shí)IGBT非常容易被損壞。當(dāng)Vce尖峰電壓高到一定程度時(shí)，穩(wěn)壓管D1～D3被擊穿，有電流經(jīng)過二極管D4和電阻R1流進(jìn)門極，門極電位得以提升，從而使IGBT關(guān)斷變慢，降低di/dt，進(jìn)而減小Vce尖峰電壓。具體實(shí)施過程如圖5所示，當(dāng)制動(dòng)單元處于制動(dòng)狀態(tài)，某時(shí)刻外需要關(guān)斷IGBT時(shí)，假設(shè)Vce足以擊穿D1、D2、D3，由于此時(shí)外部驅(qū)動(dòng)電路的三極管Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此在IGBT模塊下管門極上得到的電壓是R3*(Vce-Vd1-Vd2-Vd3+9V)/(R3+R1)。由于IGBT開動(dòng)速度足夠快，再加上門極18V穩(wěn)壓管的存在，保證了吸收過程中門極電壓不至于沖的過高而損壞。

這種保護(hù)電路只有在Vce過高的時(shí)候才會(huì)起作用，正常是不工作。這個(gè)吸收電路的本質(zhì)是一個(gè)負(fù)反饋電路，給定是穩(wěn)壓管擊穿點(diǎn)，被控對(duì)象是集電極電位，穩(wěn)壓管上的電壓就是IGBT集電極上的電壓，能控制住穩(wěn)壓管電壓，就能控制住Vce電壓。使用多個(gè)穩(wěn)壓管串聯(lián)的方式是為了降低單個(gè)穩(wěn)壓管的功耗，提高該電路的可靠性。IGBT Vce尖峰的能量最終是以延長IGBT處于放大區(qū)時(shí)間來的方式轉(zhuǎn)化成熱量。

圖5為有源鉗位Vce尖峰電壓吸收的制動(dòng)單元實(shí)際工作波形，圖中示出了IGBT下管驅(qū)動(dòng)波形、IGBT下管Vce電壓波形，有源嵌位電路電壓波形，由圖中圓框所示可見，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓試圖關(guān)斷IGBT時(shí)，在IGBT逐漸關(guān)斷的過程中，Vce急劇升高，高到某一值時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓重新升高，延長了關(guān)斷時(shí)間，使IGBT處于放大區(qū)的時(shí)間加長，從而減小了di/dt，Vce得到了有效的控制。試驗(yàn)證明本實(shí)施例的吸收方式效果較好，當(dāng)母線波動(dòng)、制動(dòng)單元制動(dòng)點(diǎn)變化、母線長度長達(dá)10m等情況發(fā)生時(shí)，IGBT的Vce電壓均能根據(jù)穩(wěn)壓管的選擇可靠的控制，提高了制動(dòng)單元的穩(wěn)定性、適用性。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。本說明書中未作詳細(xì)描述的部分屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。