一種igbt有源鉗位保護(hù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種級聯(lián)式高壓變頻器，具體涉及一種級聯(lián)式高壓變頻器的IGBT有源鉗位保護(hù)電路，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是集功率晶體管(GTR)和功率場效應(yīng)管(MOSFET)的優(yōu)點于一身，具有易于驅(qū)動、峰值電流容量大、自關(guān)斷、開關(guān)頻率高的特點，近年來被廣泛應(yīng)用于高電壓、大功率場合。
[0003]IGBT的開通關(guān)斷保護(hù)是高壓變頻器應(yīng)用設(shè)計很重要的一點。在高壓變頻器等大功率應(yīng)用場合，主電路(直流電容到IGBT模塊間)存在較大雜散電感(幾十到數(shù)百nH)。IGBT關(guān)斷時，集電極電流下降率較高，即存在較高的di/dt，在雜散電感兩端感應(yīng)出電動勢，方向與直流母線電壓一致，并與直流母線一起疊加在IGBT兩端。從而使IGBT集電極-發(fā)射極間產(chǎn)生很大的浪涌電壓，甚至?xí)^IGBT額定集射極電壓，使IGBT損壞。
[0004]有源鉗位電路是一種加在IGBT集電極和門極之間的一個反饋電路，遏制過高的電壓尖峰。有源鉗位電路的本質(zhì)是一種負(fù)反饋，當(dāng)加載在IGBT兩端的電壓達(dá)到閾值時，有源鉗位電路動作，電路就會反饋至IGBT柵極，門極電壓被抬高，IGBT上的高電壓被限制。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的有源鉗位保護(hù)電路如圖1所示。該電路采用瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)有源箝位的方法，其原理就是當(dāng)集電極電位過高時，TVS被擊穿，有電流流進(jìn)門極，門極電位得以抬升，從而使關(guān)斷電流不要過于陡峭，進(jìn)而減小關(guān)斷電壓尖峰。然而傳統(tǒng)的有源鉗位只能限制住過電壓，不能確保電壓的動態(tài)和靜態(tài)的平衡，而且TVS管損耗也比較大，其可靠性受到限制。
[0006]如圖2所示，為另一種改進(jìn)的有源鉗位電路圖。該電路將TVS的電流引入推動級的前級，相當(dāng)于給TVS管的電流增加了一級的增益，可以減少流過TVS管的電流，提高這個電路的性能。同時后面的內(nèi)饋電路，使得電路的動態(tài)性能更好，TVS的電流能夠很快的流入門極，電路的響應(yīng)更快。但是該電路中TVS管的損耗依然很大，而且推動級有較大的時間延遲，可能會使集電極電位不能及時的鉗住，電路效果不是十分理想，有源鉗位電路的工作點仍然不夠優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種IGBT有源鉗位保護(hù)電路，該電路不僅能準(zhǔn)確及時地鉗住過電壓，還能保證有源電路中電壓的動態(tài)和靜態(tài)的平衡，該電路具有損耗較小、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的特點，可應(yīng)用于各種工況下的IGBT驅(qū)動保護(hù)電路設(shè)計中。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]—種IGBT有源鉗位保護(hù)電路，是IGBT驅(qū)動保護(hù)電路的一部分，包括絕緣柵雙極晶體管IGBT和與絕緣柵雙極晶體管的門級連接的推動級，還包括電容鉗位電路、動態(tài)反饋電路和靜態(tài)反饋電路，其中
[0010]所述絕緣柵雙極晶體管的集電極與直流母線的正極連接，用于控制逆變電路的通斷；
[0011]所述電容鉗位電路主要由鉗位電容Cl和限流電阻R3構(gòu)成，鉗位電容Cl的輸入端與絕緣柵雙極晶體管的集電極連接、其輸出端與限流電阻R3連接后電與直流母線電壓的負(fù)極連接；
[0012]所述動態(tài)反饋電路主要由第一瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS1、反饋電容C2和第一二極管Dl構(gòu)成，第一瞬態(tài)電壓抑制二極管TVSl的陰極與鉗位電容Cl的輸出端連接、其陽極通過一電阻Rl與反饋電容C2的一端連接，反饋電容C2的另一端與第一二極管Dl的陽極連接，第一二極管Dl的陰極連接于推動級的基極上；
[0013]所述靜態(tài)反饋電路連接于鉗位電容Cl的輸出端與絕緣柵雙極晶體管IGBT的門級之間，用于抬高門極電位，以保證在過流關(guān)斷和短路保護(hù)時，絕緣柵雙極晶體管IGBT的關(guān)斷電壓尖峰低于集射集電壓的最大允許值。
[0014]上述方案中，所述靜態(tài)反饋電路主要由第二瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS2和第二二極管D2構(gòu)成，第二瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS2的陰極與連接、其陽極經(jīng)電阻R2后與第二二極管D2的陽極連接，第二二極管D2的陰極連接于絕緣柵雙極晶體管IGBT的門極上。
[0015]上述IGBT有源鉗位保護(hù)電路，還包括一個電壓源Vee和二極管D3，電壓源Vee的正極與二極管D3的陰極連接，二極管D3的陽極連接于絕緣柵雙極晶體管IGBT的門極上。
[0016]上述方案中，所述電壓源Vcc的電壓值可以為15V。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果為:
[0018]I)本發(fā)明通過設(shè)置的電容鉗位電路不僅有效地防止直流母線電壓誤觸發(fā)有源鉗位工作的作用，還減少了瞬態(tài)電壓抑制二極管的數(shù)量，進(jìn)而減少電路的損耗；
[0019]2)通過設(shè)置的動態(tài)反饋電路補償了整個驅(qū)動電路的延時，不僅降低了絕緣柵雙極晶體管的門極放電速度，也減緩了其集電極的電流變化速度，起到改善電壓尖峰的作用，并且通過反饋關(guān)斷電壓的變化率進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度更快；
[0020]3)通過設(shè)置的靜態(tài)反饋電路，能有效地防止在過流關(guān)斷和短路保護(hù)情況下IGBT被擊穿，大大提高了電路的安全性及穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0021]圖1為傳統(tǒng)的有源鉗位保護(hù)電路的電路圖。
[0022]圖2為另一種改進(jìn)的有源鉗位保護(hù)電路的電路圖。
[0023]圖3為本IGBT有源鉗位保護(hù)電路的電路圖。
[0024]圖4為高壓變頻器功率單元的一個拓?fù)鋱D，并將本發(fā)明應(yīng)用在H橋逆變電路的一個實例環(huán)境。
[0025]圖中標(biāo)號為:IGBT、絕緣柵雙極晶體管；C1、鉗位電容；C2、反饋電容；R1、R2均為電阻；R3、限流電阻；TVS1、第一瞬態(tài)電壓二極管；TVS2、第二瞬態(tài)電壓二極管；D1、第一二極管；D2、第二二極管；D3、二極管；VCC、電壓源；VDC+、直流母線正電壓；VDC、直流母線負(fù)電壓。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明，但不用以限制本發(fā)明。
[0027]如圖3所示，一種IGBT有源鉗位保護(hù)電路，是IGBT驅(qū)動保護(hù)電路的一部分，包括絕緣柵雙極晶體管IGBT和與絕緣柵雙極晶體管IGBT的門級連接的推動級，還包括電容鉗位電路、動態(tài)反饋電路和靜態(tài)反饋電路，其中
[0028]所述絕緣柵雙極晶體管IGBT的集電極C與直流母線電壓的正極連接，用于控制逆變電路的通斷；本實施例中，所述直流母線的電壓值為lkV。
[0029]所述電容鉗位電路主要由鉗位電容Cl和限流電阻R3構(gòu)成，鉗位電容Cl的輸入端與絕緣柵雙極晶體管IGBT的集電極C連接、其輸出端與限流電阻R3連接后電與直流母線電壓的負(fù)極連接；其主要作用是:通過電容鉗位電路串接在直流母線電壓的正負(fù)極上，使得鉗位電容Cl兩端電壓鉗位在直流母線電壓，一方面防止直流母線電壓誤觸發(fā)有源鉗位的工作，另一方面減少TVS管的數(shù)量，進(jìn)而減少電路的損耗。
[0030]所述動態(tài)反饋電路主要由第一瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS1、反饋電容C2和第一二極管Dl構(gòu)成，第一瞬態(tài)電壓抑制二極管TVSl的陰極與鉗位電容Cl的輸出端連接、其陽極通過一電阻Rl與反饋電容C2的一端連接，反饋電容C2的另一端與第一二極管Dl的陽極連接，第一二極管Dl的陰極連接于推動級的基極上；其主要作用是:當(dāng)絕緣柵雙極晶體管IGBT的集電極C