[實用新型]一種IGBT有源鉗位保護電路

有效

• 申請號: 201520802179.2
• 申請日: 2015-10-16
• 公開（公告）號: CN205004946U
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 王犖犖;羅文廣;王霏霏;祝祥林;王洪濤;張朝平;徐金龍;李俊;劉政
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H9/04
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 蘇家達

技術領域

本實用新型涉及一種級聯式高壓變頻器，具體涉及一種級聯式高壓變頻器的IGBT有源鉗位保護電路，屬于電力電子技術領域。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是集功率晶體管(GTR)和功率場效應管(MOSFET)的優點于一身，具有易于驅動、峰值電流容量大、自關斷、開關頻率高的特點，近年來被廣泛應用于高電壓、大功率場合。

IGBT的開通關斷保護是高壓變頻器應用設計很重要的一點。在高壓變頻器等大功率應用場合，主電路(直流電容到IGBT模塊間)存在較大雜散電感(幾十到數百nH)。IGBT關斷時，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-發射極間產生很大的浪涌電壓，甚至會超過IGBT額定集射極電壓，使IGBT損壞。

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是一種負反饋，當加載在IGBT兩端的電壓達到閾值時，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。

現有技術中，傳統的有源鉗位保護電路如圖1所示。該電路采用瞬態電壓抑制器(TVS)有源箝位的方法，其原理就是當集電極電位過高時，TVS被擊穿，有電流流進門極，門極電位得以抬升，從而使關斷電流不要過于陡峭，進而減小關斷電壓尖峰。然而傳統的有源鉗位只能限制住過電壓，不能確保電壓的動態和靜態的平衡，而且TVS管損耗也比較大，其可靠性受到限制。

如圖2所示，為另一種改進的有源鉗位電路圖。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。同時后面的內饋電路，使得電路的動態性能更好，TVS的電流能夠很快的流入門極，電路的響應更快。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化。

實用新型內容

針對上述的不足，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種IGBT有源鉗位保護電路，該電路不僅能準確及時地鉗住過電壓，還能保證有源電路中電壓的動態和靜態的平衡，該電路具有損耗較小、響應快、結構簡單、可靠性高的特點，可應用于各種工況下的IGBT驅動保護電路設計中。

為解決上述問題，本實用新型通過以下技術方案實現：

一種IGBT有源鉗位保護電路，是IGBT驅動保護電路的一部分，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、動態反饋電路和靜態反饋電路，其中

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；

所述電容鉗位電路主要由鉗位電容C1和限流電阻R3構成，鉗位電容C1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極連接；

所述動態反饋電路主要由第一瞬態電壓抑制二極管TVS1、反饋電容C2和第一二極管D1構成，第一瞬態電壓抑制二極管TVS1的陰極與鉗位電容C1的輸出端連接、其陽極通過一電阻R1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D1的陽極連接，第一二極管D1的陰極連接于推動級的基極上；

所述靜態反饋電路連接于鉗位電容C1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，以保證在過流關斷和短路保護時，絕緣柵雙極晶體管IGBT的關斷電壓尖峰低于集射集電壓的最大允許值。

上述方案中，所述靜態反饋電路主要由第二瞬態電壓抑制二極管TVS2和第二二極管D2構成，第二瞬態電壓抑制二極管TVS2的陰極與連接、其陽極經電阻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。

上述IGBT有源鉗位保護電路，還包括一個電壓源V_CC和二極管D3，電壓源V_CC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。

上述方案中，所述電壓源V_CC的電壓值可以為15V。

與現有技術相比，有益效果為：

1)本實用新型通過設置的電容鉗位電路不僅有效地防止直流母線電壓誤觸發有源鉗位工作的作用，還減少了瞬態電壓抑制二極管的數量，進而減少電路的損耗；