[實用新型]一種集成光觸發一體化IGBT結構

有效

• 申請號: 201720283383.7
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN207234748U
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 趙娟;李博婷;李洪濤
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所;李博婷
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567;H03K17/041
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 徐靜

1.一種集成光觸發一體化IGBT結構，其特征在于包括：

觸發控制初級電源電路，用于跨接在IGBT源級和漏極之間，當IGBT漏極D極與IGBT源級S極存在電位差U₀時，通過觸發控制初級電源電路輸出端為負極性及正極性柵極電壓控制電路進行儲能充電，觸發控制初級電源電路為柵極電壓控制電路提供的閾值儲能電壓值為U₁；U₀>U₁；U₁＝U_g+U_k+U_MF+U_m；U_g為使IGBT導通所需的柵極G極-源極電位差，U_k為光控制開關(PCSS)導通壓降，U_MF為第一電源模塊工作壓降，U_m為由工作模式和回路雜散參數確定的調整電壓U_m≤3V；

負極性柵極電壓控制電路，用于設置在觸發控制初級電源電路輸出端與IGBT柵極之間；當正極性柵極電壓控制電路的光控制開關(PCSS)未受光照時，對IGBT柵極進行負極性充電，使得IGBT保持關斷狀態；

正極性柵極電壓控制電路，用于設置在觸發控制初級電源電路輸出端與IGBT柵極之間；當正極性柵極電壓控制電路的光控制開關受到光照時，對IGBT柵極進行正極性充電，當充電滿足IGBT柵極導通控制電脈沖參數要求時，IGBT導通；當器件設計時以器件壽命為優先考慮因素時，光控制開關設定為線性工作模式時，光控制開關的導通時間等于光脈沖脈寬；

正極性柵極電壓控制電路的輸出端與負極性柵極電壓控制電路輸出端相連后連接到IGBT柵極上，IGBT柵極通過泄放電阻與IGBT源極相連；

所述觸發控制初級電源電路包括充電電阻(R_h)、齊納穩壓二極管(D₁)以及第一儲能電容(C₁)；所述齊納穩壓二極管(D₁)與第一儲能電容(C₁)并聯；齊納穩壓二極管(D₁)一端與充電電阻(R_h)一端、第一儲能電容(C₁)一端連接，另一端與IGBT源級連接；充電電阻(R_h)另一端與IGBT漏極連接；第一儲能電容(C₁)一端與第一電源模塊輸入端、第二電源模塊的輸入端、齊納穩壓二極管(D1)一端及充電電阻(Rh)一端連接，第一儲能電容(C1)另一端與IGBT源極連接；所述電壓差U0通過充電電阻(Rh)給第一儲能電容(C1)充電，使得第一儲能電容(C1)的充電電壓閾值為U1；然后第一儲能電容給正 極性以及負極性柵極電壓控制電路饋電，控制IGBT處于關斷或者導通狀態；觸發控制初級電源電路輸出端指的是二極管(D₁)與第一儲能電容(C₁)并聯，且與充電電阻(R_h)連接的端口；

所述正極性柵極電壓控制電路包括第一電源模塊(A)、第一限流電阻(R₁)、第二儲能電容(C₂)以及光控制開關(PCSS)；第一儲能電容(C₁)同時為第一電源模塊(A)供電，觸發控制初級電源電路電源輸出端通過第一電源模塊(A)與第一限流電阻(R₁)一端、第二儲能電容(C₂)一端連接；第一限流電阻(R₁)另一端通過光控制開關與IGBT柵極連接；第二儲能電容與第一電源模塊(A)及第一限流電阻相連接的一端作為正極性連接端；第二儲能電容(C₂)另一端通過短路連接線連接到IGBT源極，是第二儲能電容(C₂)的地線端；所述第一電源模塊(A)輸出正極性電壓U₂，U₂＝U_g+U_k+U_m，U_k為光控制開關導通壓降，U_g為IGBT要求的驅動電壓，U_m為由工作模式和回路雜散參數確定的調整電壓，U_m≤3V；

所述負極性柵極電壓控制電路包括第二電源模塊(B)、第二限流電阻(R₂)、第三儲能電容(C₃)、第三限流電阻(R₄)、泄放電阻(R₃)；觸發控制初級電源電路輸出端通過第二電源模塊(B)與第三限流電阻(R₄)一端相連接；第三限流電阻(R₄)另一端與第三儲能電容(C₃)一端、第二限流電阻(R₂)一端連接；第二限流電阻(R₂)另一端與IGBT柵極連接；第三儲能電容(C₃)與第二限流電阻(R₂)和第三限流電阻(R₄)相連接的一端作為負極性鉗位電壓輸出端；第三儲能電容(C₃)另一端通過短路連接線與IGBT源極連接；第一儲能電容(C₁)為第二電源模塊(B)供電時，所述第二電源模塊輸出負極性電壓U₃，其中U₃＝U_off·(第二限流電阻阻值R₂+泄放電阻R₃阻值)/泄放電阻R₃阻值；U_off指的是IGBT關斷電壓閾值，U_off為-5V。