[發明專利]IGBT動態有源鉗位保護電路

在審

• 申請號: 201611254208.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN107046361A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 程煒濤;李洲;王海軍;葉甜春
• 申請（專利權）人: 江蘇中科君芯科技有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H9/04
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙)32104
• 代理人: 曹祖良,劉海

技術領域

本發明涉及一種驅動電路，尤其是一種IGBT動態有源鉗位保護電路，屬于IGBT驅動技術領域。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管IGBT是MOSFET與雙極晶體管的復合器件。它既具有功率MOSFET輸入阻抗高、工作速度快、易驅動的優點，又具有雙極達林頓功率管GTO飽和電壓低、電流容量大、耐壓高的優點，能正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內，故在較高頻率的大、中功率設備（如變頻器、UPS電源、光伏逆變器、高頻焊機等）應用中占據了主導地位。

IGBT應用的關鍵技術之一是過電壓抑制。過電壓抑制不僅關系到IGBT本身的工作特性和運行安全，還會影響到整個系統的性能和安全。由于電路中雜散電感的存在，IGBT在正常情況關斷時會產生一定電壓尖峰，但是數值不會太高，但在變流器過載或者橋臂發生短路的情況下，關斷IGBT時集電極會產生非常高的尖峰電壓，過高的尖峰電壓很容易使IGBT受到損壞。

有源鉗位電路的目標是鉗住IGBT的集電極電位，使其不要到達太高的水平，如果關斷時產生的電壓尖峰太高，或者太陡，都會使IGBT受到威脅。所以有源鉗位電路通常在故障狀態下才會動作，正常時不工作。

目前，IGBT有源鉗位電路有圖1和圖2兩種方式。其中，圖1電路屬于靜態有源鉗位，在實際應用過程中，由于母線電壓較高且波動較大往往會高出有源鉗位的電壓點，若不處理，有源鉗位電路會進入連續動作的狀態，容易損壞驅動電路。針對此情況，提出圖2所示的改進方案，通過在TVS管并聯有電容和放電電阻，這樣可以類似動態地調節有源鉗位的閾值，但并聯有電容和放電電阻后加大了損耗，影響有源鉗位的動作時間。

圖1和圖2針對母線電壓變化較大的場合（如太陽能逆變器、APF、牽引變流器等），無法滿足在不同應用場景下對IGBT驅動電路的驅動能力和線路保護能力的靈活調節的需求。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種IGBT動態有源鉗位保護電路，其電路結構簡單，易于實現，安全可靠，能有效保護IGBT驅動及本身。

按照本發明提供的技術方案，所述IGBT動態有源鉗位保護電路，包括IGBT器件，其特征是：在所述IGBT器件的集電極和柵極之間依次連接若干瞬態電壓抑制二極管組群、二極管D3、限流電阻R1和吸收電容C1，所述瞬態電壓抑制二極管組群包括若干瞬態電壓抑制二極管TVS，從IGBT器件的集電極方向的第n個瞬態電壓抑制二極管TVS兩端并聯有n個可控開關，n為正整數；所述可控開關的控制端均與用于控制所述可控開關導通狀態的開關驅動電路連接，所述開關驅動電路與信號處理控制電路連接，所述信號處理控制電路與用于檢測直流母線電壓的電壓檢測電路連接。

進一步的，所述電壓檢測電路包括高壓差分運算放大器及其調理電路，電壓檢測電路設置于IGBT器件的集電極或直流母線上。

進一步的，所述可控開關包括MOS管，MOS管的源極端、漏極端分別與瞬態電壓抑制二極管并聯連接，MOS管的柵極端與開關驅動電路的輸出端連接。

進一步的，所述吸收電容C1并聯有限流電阻R1的兩端。

本發明的優點：通過電壓檢測電路對直流母線電壓進行實時采樣，信號處理控制電路根據直流母線電壓的大小確定有源鉗位電壓，并根據有源鉗位電壓向開關驅動電路傳輸開關使能信號，開關驅動電路根據開關使能信號確定接入瞬態電壓抑制二極管的數量以及相應導通的可控開關，從而將有源鉗位的動作門檻設置成動態的，能夠有效避免有源鉗位電路的連續動作，進而避免IGBT工作在線性區，防止IGBT器件損壞。

附圖說明

圖1為現有技術方案典型IGBT驅動有源鉗位電路的結構示意圖。

圖2為現有技術方案改進型IGBT驅動有源鉗位電路示意圖。

圖3為本發明的結構框圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖對本發明作進一步說明。