[發明專利]適用于大功率IGBT商用驅動芯片的軟關斷電路有效

申請號：	200810247060.8	申請日：	2008-12-31
公開（公告）號：	CN101483424A	公開（公告）日：	2009-07-15
發明（設計）人：	盧婷;溫家良;賀之淵;易榮;楊岳峰;韓亞楠;吳元熙	申請（專利權）人：	中國電力科學研究院;上海市電力公司
主分類號：	H03K17/567	分類號：	H03K17/567;H03K17/28
代理公司：	北京安博達知識產權代理有限公司	代理人：	徐國文
地址：	100192北京市海淀區清***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	適用于大功率 igbt 商用驅動芯片斷電
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于大功率IGBT驅動電路技術領域，特別是涉及一種適用于大功率IGBT商用驅動芯片的軟關斷電路。

背景技術

由于大功率IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)具有較高的功率等級、較寬的開關頻率范圍以及開關完全可控的絕緣柵門極特性，使其在大功率電力電子領域得以廣泛應用。此外，通過串并聯IGBT可進一步提升其功率等級，使其應用擴展到電力系統電力電子領域。但是在大功率場合，短路或過流故障時，流過IGBT的電流很大，此時如果采用傳統的硬關斷，電流下降率在主電路分布參數上產生極高的感應電壓，極易造成IGBT的擊穿，集電極電壓的快速上升也會產生轉移電流使IGBT誤導通。此外，串聯使用的IGBT由于集電極電壓上升率很高，使電壓的不均衡現象更加明顯。所以在這些情況下，采用硬關斷是不合適的。

對于大功率IGBT短路及過流故障，通常使用軟關斷，即通過對門極關斷信號的控制以調節IGBT的關斷速率，進而控制di/dt、dv/dt，避免出現上述事故。目前，只有部分大功率IGBT商用驅動芯片具有軟關斷功能，且用戶往往不能調節其軟關斷參數，因而不能適應于多種工況。

目前沒有看到這種與商用驅動芯片結合的軟關斷電路思想。

發明內容

本發明提出一種軟關斷電路，它可與商用驅動芯片配合使用，實現軟關斷功能或替代原有的不合適的軟關斷功能。這個電路應具有簡單的電路接口，便于與商用驅動芯片配合，其軟關斷功能中各種參數可調以適應不同工況下的軟關斷需要，能夠提供足夠的驅動功率，并且滿足大功率場合的電磁兼容要求。

為減小大功率絕緣柵雙極型晶體管IGBT關斷過程中產生的di/dt、dv/dt及過電壓，門極關斷信號不能采用階躍變化的方波。軟關斷過程中，IGBT的門極信號應呈現一種逐漸下降的趨勢，以控制IGBT關斷速率進而抑制di/dt、dv/dt及過電壓。可采用的軟關斷信號有三種：階梯波下降波形、斜坡下降波形和指數下降波形，如附圖1所示。為提高軟關斷電路的性能以適用于不同關斷要求的電路，門極信號波形的參數要求可調。以階梯波下降波形為例，其中可調的參數有：電平臺階數、各個電平臺階的電壓值、每兩個電平間的變化率及各個電平臺階的持續時間。對于斜坡下降波形和指數下降波形，只要求對應的斜率和時間常數可調。軟關斷電路可選擇產生上述的任一種可調波形。

由于軟關斷電路需要與商用驅動芯片配合使用，所以兩者與IGBT的連接要簡單，供電應采用驅動芯片輸出側電源，避免額外的供電要求。整個系統應保證正常運行時，軟關斷電路不會影響商用驅動芯片輸出，只在短路過流時發揮作用。系統可以采用的連接方法有串聯模式A、串聯模式B和并聯模式，如附圖2所示，在權力要求書中2有說明。其中串聯模式，由于門極控制信號與軟關斷電路有聯系，設計不當會影響門極信號輸出波形、包括上升沿、下降沿等。

由于軟關斷電路應用于功率側，所以要求其可以輸出足夠的驅動功率；由于主電路側電壓電流變換劇烈，所以電磁環境比較惡劣。鑒于以上兩點要求，軟關斷電路主要使用模擬器件，也可以使用部分抗干擾性能好、功率較大的數字芯片實現。

本發明的有益效果是：

1、本發明補充了部分大功率IGBT商用驅動芯片缺少的軟關斷功能，在短路過流故障時，有效減小關斷時所產生的di/dt，同時避免了由此造成的誤導通和過電壓擊穿可能，提高了關斷的可靠性。

2、對于IGBT的串聯應用，本發明可以控制其兩端的電壓變化率，過流關斷時的均壓狀況將得以改善。

3、軟關斷波形參數可調，以滿足不同的需要。

4、本發明與商用驅動芯片配合使用，外部接線簡單，且沒有額外的供電電源要求。

5、本發明不影響商用驅動芯片的正常運行，只在過流短路故障時發揮作用。

6、本發明滿足大功率IGBT驅動的要求，具有滿足驅動的功率容量，且可以避免功率側電磁干擾可能的影響。

附圖說明

圖1是依據本發明的可采用的軟關斷信號示意圖；

圖2是依據本發明的系統可采用的連接方法示意圖；

圖3示出了依據本發明的軟關斷電路的示意圖；