一種igbt驅動的柵極保護電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種IGBT驅動的柵極保護電路。
【背景技術】
[0002]IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)失效主要是由集電極和發(fā)射極的過壓/過流和柵極的過壓/過流引起。為了防止柵極電荷積累及柵源電壓出現(xiàn)尖峰損壞IGBT—一可在G極和E極之間設置一些保護元件，如圖1的電阻RGE的作用，是使柵極積累電荷泄放；兩個反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管Z1和Z2，是為了防止柵源電壓尖峰損壞IGBT，導通電阻RG和電容C參數(shù)可以改善驅動脈沖的電壓電流變化率。
[0003]—般情況下，IGBT柵極電壓VGE需15v才能使IGBT進入深飽和；當VGE增加時，導通時集射電壓VCE將減小，開通損耗隨之減小，但在負載短路過程中VGE增加，集電極電流Ic也將隨之增加，使得IGBT能承受短路損壞的脈寬變窄，同時也限制了短路電流及其所帶來的應力(在具有短路工作過程的設備中，如在電機中使用IGBT時，+VGE在滿足要求的情況下盡量選取最小值，以提高其耐短路能力)。
[0004]現(xiàn)有技術中，IGBT柵極上升沿和下降沿控制技術日益受到重視，即在IGBT柵極上施加可以調整的驅動電壓波形，對于IGBT開通和關斷過程進行控制，以達到所需要的開通關斷要求，但是針對不同柵極電平的保護電路卻少有研究，往往采用較為復雜的控制方法，這樣造成無法采用驅動適配板的方式降低寄生參數(shù)對驅動的影響。另外，圖1的方案一旦兩個反相串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管Z1和Z2的穩(wěn)壓值選定，只能對某一固定柵極電平進行鉗位保護，并不適用VGE電平變化的驅動方案。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種IGBT驅動的柵極保護電路，其結構簡單，通用性強，可以根據(jù)各種應用場合進行柵極電壓抑制的參數(shù)設置，不僅可以應用在各種工況下的IGBT驅動電路設計中，降低寄生參數(shù)對驅動的影響，還可以同時對兩種驅動電平進行自適應的柵極電平鉗位保護。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]—種IGBT驅動的柵極保護電路，包括:連接驅動板輸出驅動脈沖信號的端口 G與端口 E，連接IGBT柵極的端口 IGBT-G及連接IGBT射級的端口 IGBT-E ;所述端口 G與端口IGBT-G連通，記為線路1 ;所述端口 E與端口 IGBT-E連通，記為線路2 ;所述線路1與線路2中連有:導通電阻R1，泄放電阻R2，保護電阻R3、R4、R5、R6，吸收電容C1，瞬態(tài)抑制二極管TVS1和TVS2，NM0S管Q1，NPN三級管Q2，保護二極管D1和D2，以及穩(wěn)壓管Z1和Z2 ;其中:
[0008]所述穩(wěn)壓管Z1和Z2以及保護電阻R3與R4依次串聯(lián)連接，且并聯(lián)在線路1與線路2之間；
[0009]保護二極管D1與電容C2串聯(lián)連接，且并聯(lián)在線路1與線路2之間；
[0010]所述泄放電阻R2設置在線路1中，且連接于保護二極管D1與穩(wěn)壓管Z1之間；
[0011]所述瞬態(tài)抑制二極管TVS1和TVS2串聯(lián)連接，且并聯(lián)在線路1與線路2之間；
[0012]所述導通電阻R1與吸收電容C1分別并聯(lián)在線路1與線路2之間；
[0013]所述保護電阻R5、R6以及穩(wěn)壓管Z2依次串聯(lián)連接，該串聯(lián)電路的一端連接在保護二極管D1與電容C2之間，另一端連接線路2 ;
[0014]所述NPN三級管Q2的三個端口分別連接保護電阻R3與R4之間、保護電阻R5與R6之間，以及線路2;
[0015]所述NM0S管Q1的三個端口分別連接瞬態(tài)抑制二極管TVS1和TVS2之間、保護電阻R6與穩(wěn)壓管Z2之間以及線路2。
[0016]進一步的，當驅動板輸出驅動脈沖信號+V1與-VOff的信號時，+V1電壓小于穩(wěn)壓管Z1的擊穿電壓，擊不穿穩(wěn)壓管Zl，NPN三極管Q2不導通，+V1信號通過二極管D2、電阻R5、R6加到NM0S管Q1的柵極，使NM0S管Q1導通，此時給電容C2充電，當信號變?yōu)?Voff時，電容C2的電壓仍能使NM0S管Q1導通，整個周期瞬態(tài)抑制二極管TVS2被短路，只瞬態(tài)抑制二極管TVS1起作用，能夠保護IGBT的柵極電壓正負都不超過TVS1的擊穿電壓VD1 ;
[0017]當驅動板輸出驅動脈沖信號+V2與-VOff的信號時，+V2電壓大于穩(wěn)壓管Z1的擊穿電壓，擊穿Z1，三極管Q2導通，NM0S管Q1的柵極接地而不導通，瞬態(tài)抑制二極管TVS1和TVS1串聯(lián)起作用，保護IGBT柵極正電壓不超過TVS1和TVS2的擊穿電壓之和VD1+VD2，此時給電容C2充電；當信號變?yōu)?VOff時，電容C2的電壓仍能使NM0S管Q1導通，此時TVS2被短路，保證IGBT柵極負電壓不超過TVS1的擊穿電壓VD1。
[0018]由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，該電路在圖1典型柵極保護電路的基礎上進行改進，實現(xiàn)了不同柵極驅動電壓尖峰和瞬態(tài)浪涌的保護；此外，該電路針對不同柵極電平進行不同保護閾值的保護，其電路結構簡單，通用性強，可靠性強，不僅能夠良好的實現(xiàn)IGBT驅動中柵極保護電路的保護功能，保障IGBT變流器安全可靠地運行，同時還能夠針對兩種不同的驅動脈沖電平進行保護閾值的自動切換，適應了不同電平驅動技術的發(fā)展。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明【背景技術】提供的傳統(tǒng)IGBT驅動柵極保護電路的結構示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種IGBT驅動的柵極保護電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0023]本發(fā)明實施例提供一種IGBT驅動的柵極保護電路，其作為IGBT驅動電路的一部分，可直接安裝在IGBT模塊的適配板上。如圖2所示，其主要包括:連接驅動板輸出驅動脈沖信號的端口 G與端口 E，連接IGBT柵極的端口 IGBT-G及連接IGBT射級的端口 IGBT-E ；所述端口 G與端口 IGBT-G連通，記為線路1 ;所述端口 E與端口 IGBT-E連通，記為線路2 ；所述線路1與線路2中連有:導通電阻町，泄放電阻1?2，保護電阻1?3、1?4、1?5、1?6，吸收電容C1，瞬態(tài)抑制二極管TVS1和TVS2，NMOS管Ql，NPN三級管Q2，保護二極管D1和D2，以及穩(wěn)壓管Z1和Z2 ;其中:
[0024]所述穩(wěn)壓管Z1和Z2以及保護電阻R3與R4依次串聯(lián)連接，且并聯(lián)在線路1與線路2之間；
[0025]保護二極管D1與電容C2串聯(lián)連接，且并聯(lián)在線路1與線路2之間；
[0026]所述泄放電阻R2設置在線路1中，且連接于保護二極管D1與穩(wěn)壓管Z1之間；
[0027]所述瞬態(tài)抑制二極管TVS1和TVS2串聯(lián)連接，且并聯(lián)在線路1與線路2之間；
[0028]所述導通電阻R1與吸收電容C1分別并聯(lián)在線路1與線路2之間；
[0029]所述保護電阻R5、R6以及穩(wěn)壓管Z2依次串聯(lián)連接，該串聯(lián)電路的一端連接在保護二極管D1與電容C2之間，另一端連接線路2 ;
[0030]所述NPN三級管Q2的三個端口分別連接保護電阻R3與R4之間、保護電阻R5與R6之間，以及線路2;
[0031]所述NM0S管Q1的三個端口分別連接瞬態(tài)抑制二極管TVS1和TVS2之間、保護電阻R6與穩(wěn)壓管Z2之間以及線路2。
[0032]本發(fā)明實施例提供的上述方案，實現(xiàn)了不同柵極電壓保護閾值的切換，具體來說:
[0033]當驅動板輸出驅動脈沖信號+V1與-VOff的信號時，+V1電壓小于穩(wěn)壓管Z1的擊穿電壓，擊不穿穩(wěn)壓管Zl，NPN三極管Q2不導通，+V1信號通過二極管D2、電阻R5、R6加到NM0S管Q1的柵極，使NM0S管Q1導通，此時給電容C2充電，當信號變?yōu)?Voff時，電容C2的電壓仍能使NM0S管Q1導通，整個周