一种igbt关断过电压有源钳位电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用涉及一种IGBT关断过电压有源钳位电路。
【背景技术】
[0002]全功率变流器广泛应用于永磁同步风电系统等新能源系统中，其变流器主要由全控型器件IGBT构成。在实际变流器系统应用中，由于采用电压源型结构，以电容做直流侧电压支撑，中间直流电压相对较高，并且主电路存在杂散电感，致使IGBT关断时，形成中间直流电压和IGBT关断过电压相叠加，可能导致IGBT集射极间电压超过其额定电压，造成IGBT击穿失效。采用传统的无源缓冲吸收电路可以起到一定的抑制过电压作用，但由于主电路中增加了电容、电阻及二极管等元件，导致成本增加，功率密度减小。采用增大IGBT栅极关断电阻的方法，可以降低其关断速度，也起到一定的抑制作用，但加大了 IGBT的关断损耗，变流器的整体散热成了新问题。采用IGBT栅极电压多电平软关断技术也可以抑制IGBT的关断过电压，但其多段电平控制点需要通过多次试验方能获得，可操作性较差，并受IGBT元件分散性影响，致使抑制效果更差。有鉴于此，本专利提出一种应用于全功率变流器的IGBT关断过电压有源钳位电路，用以实现IGBT关断过电压抑制。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供本专利提出一种应用于全功率变流器的IGBT关断过电压有源钳位电路，用以实现IGBT关断过电压抑制。
[0004]—种IGBT关断过电压有源钳位电路，该有源钳位电路主要有IGBT和外围驱动电路构成，外围驱动电路由二极管、TVS，电容Dl、D2、D3，电阻R3、电阻R2、电阻R1，
[0005]其中，外围驱动电路由二极管、电阻组成；外围驱动电路包括隔离驱动电路、降栅压钳位电路、推挽放大电路、报警输出电路、以及过电压检测电路，其中，隔离驱动电路的输出端、降栅压钳位电路的第一输出端与推挽放大电路的输入端连接，推挽放大电路的输出端与IGBT驱动回路连接，过电压检测电路的输入端与IGBT驱动回路连接、输出端与降栅压钳位电路的输入端连接，降栅压钳位电路的第二输出端与报警输出电路的输入端连接。
[0006]有源钳位电路中设置二极管TVS。
[0007]采用本专利提出的IGBT关断过电压有源钳位电路，可以有效的将IGBT关断过电压钳位在安全工作区内，系统成本低、结构简单、造成的损耗小，可靠性高，由于TVS击穿和恢复时间短，系统的动态性能也相对较好。
【附图说明】
[0008]图1有源钳位电路原路图；
[0009]图2实用的有源钳位电路图。
【具体实施方式】
[0010]为了使从事电力电子技术相关领域人员能更好地理解本发明方案，下面参照附图对本发明实施方式进行详细说明。
[0011]参见图1，本系统提供了有源钳位电路原路图，该电路用于辅助理解有源钳位电路的具体原理。
[0012]参见图2，本系统提供了一个实用的有源钳位电路图，TVS可根据系统实际需求，进行多个元件串联，通过多个TVS元件串联，可以将IGBT集电极电压控制在其安全工作区(SOA)内。当关断电压超过TVS的钳位电压时，TVS被击穿，从而形成D2、D3两条通路。流过TVS的电流一部分经过D3、R3反馈至驱动源，作用于放大电路的栅极，抬高栅极电压。另一部分经过D2、R2直接反馈至IGBT栅极，抬高Vffi，缓慢关断IGBT。D4 二极管用以限制过度抬高，进行IGBT元件保护，一旦上升超过V Cc^则D4导通，将栅射电压钳位在Vcc水平上，起到器件保护作用，当Vra小于钳位电压时，TVS再次恢复到截止状态。电路中用到的二极管、电阻等元件根据系统需求，灵活配置。
[0013]IGBT关断过电压有源钳位电路如图1所示，其原理主要是通过将IGBT集电极电压信号反馈至栅极，对IGBT的关断过程进行有效控制，达到关断过电压抑制效果。若集电极和栅极之间电压Vm低于瞬态电压抑制二极管TVS的反向击穿电压BV R，则TVS处于截止状态。若Ves超过BV R，TVS被击穿，流经TVS的电流通过二极管D1、D3两级反馈，作用于栅极，抬高栅射电压，将集电极电压控制在一定范围。随着集电极反馈电流进一步减小，
低，从而使IGBT关断时间延长，当Vffi小于钳位电压，TVS又处于截止状态，保证IGBT过电压被钳位至BVr水平。
[0014]—种实用的有源钳位电路如图2所示。该电路主要有IGBT主元件和外围驱动电路构成，TVS可根据系统实际需求，进行多个元件串联，二极管、电阻等元件根据系统需求，可以灵活配置。通过多个TVS元件串联，可以将IGBT集电极电压控制在安全工作区内。当关断电压超过TVS的钳位电压时，TVS会被击穿，从而形成D2、D3两条通路。流过TVS的电流一部分经过D3、R3反馈至驱动源，作用于放大电路的栅极，抬高栅极电压。另一部分经过D2、R2直接反馈至IGBT栅极，抬高Vffi，缓慢关断IGBT。D4 二极管用以限制Vffi过度抬高，进行IGBT元件保护，一旦上升超过V CC则D4导通，将栅射电压钳位在Vee水平上，起到器件保护作用，当Vra小于钳位电压时，TVS再次恢复到截止状态。
[0015]采用本专利提出的IGBT关断过电压有源钳位电路，可以有效的将IGBT关断过电压钳位在安全工作区内，系统成本低、结构简单、造成的损耗小，可靠性高，由于TVS击穿和恢复时间短，系统的动态性能也相对较好。
[0016]以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些，对于在不脱离本发明思想前提下做出的简单推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种IGBT关断过电压有源钳位电路，其特征在于:该有源钳位电路主要有IGBT和外围驱动电路构成，外围驱动电路由二极管、TVS，电容D1、D2、D3，电阻R3、电阻R2、电阻Rl，其中，外围驱动电路由二极管、电阻组成；外围驱动电路包括隔离驱动电路、降栅压钳位电路、推挽放大电路、报警输出电路、以及过电压检测电路，其中，隔离驱动电路的输出端、降栅压钳位电路的第一输出端与推挽放大电路的输入端连接，推挽放大电路的输出端与IGBT驱动回路连接，过电压检测电路的输入端与IGBT驱动回路连接、输出端与降栅压钳位电路的输入端连接，降栅压钳位电路的第二输出端与报警输出电路的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种IGBT关断过电压有源钳位电路，其特征在于:有源钳位电路中设置二极管TVS。
【专利摘要】本实用新型公开一种IGBT关断过电压有源钳位电路，该有源钳位电路主要有IGBT和外围驱动电路构成，外围驱动电路由二极管、TVS，电容D1、D2、D3，电阻R3、电阻R2、电阻R1，其中，外围驱动电路由二极管、电阻组成；外围驱动电路包括隔离驱动电路、降栅压钳位电路、推挽放大电路、报警输出电路、以及过电压检测电路,本实用新型给出了有源钳位电路的具体原路和实用电路，可以有效的将IGBT关断过电压钳位在安全工作区内，系统成本低、结构简单、造成的损耗小，可靠性高，动态性能好。
【IPC分类】H02M1/32
【公开号】CN204906177
【申请号】CN201520726346
【发明人】王武, 张元敏, 罗书克
【申请人】许昌学院
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月19日