管V5、高压突波电容C1、高压突波电容C2、缓冲电阻R8、缓冲电阻R9和第二快速二极管V4;所述雪崩二极管T1?T7按阴极连接阳极的方式依次串联，雪崩二极管T7的阴极连接IGBT的集电极，雪崩二极管T1的阳极连接第一快速二极管V5的阳极，第一快速二极管V5的阴极连接IGBT的门极IG;所述高压突波电容C2与所述雪崩二极管T3并联，所述高压突波电容C1、
缓冲电阻R9和第二快速二极管V4依次串联，所述高压突波电容C1的开放端连接雪崩二极管T2的阴极，所述第二快速二极管V4的阴极连接所述推挽式驱动电路的电流信号输入端，所述缓冲电阻R8连接在第一快速二极管V5的阳极和第二快速二极管V4的阳极之间。所述依次串联的雪崩二极管T1?T7组成第一串联雪崩二极管组，依次串联的T3?T7组成第二串联雪崩二极管组。第一反馈回路由第一串联雪崩二极管组和第一快速二极管V5组成，第二反馈回路由第二串联雪崩二极管、所述高压突波电容C1、所述高压突波电容C2、缓冲电阻R8、缓冲电阻R9和第二快速二极管V4。
[0022]所述保护阈值调节电路中，包含开关MOSFET V6器件，开关MOSFET V6的门极MG连接到IGBT的门极IG，开关MOSFET V6的漏极MD连接到雪崩二极管的T2的阴极，开关MOSFET V6的源极MS连接到第一快速二极管V5的阳极.
[0023]如图2所示为上述一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路的原理示意图，可以清楚的看到本电路是建立在经典控制理论基础上的，给定信号VR通过前向传递函数Z1、Z2、Gl、G2控制IGBT的发射极-集电极电压VCE，通过Kl、K2两个负反馈构成两级闭环控制。根据经典自动控制理论，VCE=G(S)*VR，这就意味着，只要控制住变量VR，变量VCE就是可控的，也就达到了柔性驱动和保护的目的。通过选择开关K和前向通道的互锁，调节前向通道函数Z2，完成对IGBT保护阈值的两级控制。
[0024]在上述的一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路中，推挽式驱动电路中的大功率三极管VI和V2将输入电路的PWM逻辑信号放大，再经过由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和快速二极管VI组成的门极驱动网络与IGBT门极IG相连，驱动IGBT。中间并入第一反馈回路，减缓IGBT的开通和关断产生的电压尖峰，完成单位闭环增益K1。推挽式驱动电路输入端并联第二反馈回路，第二反馈回路除第二串联雪崩二极管组，还包括并联的高压突波电容支路，输出端和推挽式驱动电路的共基极连接，完成闭环增益K2。
[0025]当IGBT开通或者关断产生的电压尖峰超过7个串联的雪崩二极管击穿电压的和值时，击穿电流通过第一反馈回路，快速的流入IGBT门极IG，减缓开通或者关断的速度，同时通过第二反馈回路，高压突波电容将尖峰电流快速的输入推挽式驱动电路，在增益K2的作用下流入IGBT门极IG，这样既保证了快速性又可以保证稳定性。
[0026]将开关MOSFET V6的门极MG和IGBT的门极IG相连，获得同步触发的效果，在IGBT开通时，V6也开通，将Tl、T2短路，降低给定值VR，在IGBT关断时，V6也关断，将Tl、T2串入回路，增高给定值VR，以此在开通和关断时保护IGBT。
【主权项】
1.一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路，包括工作电源电路，其特征在于还包括: 推挽式驱动电路，所述推挽式驱动电路接收所述工作电源电路的电流信号，输出端连接IGBT的门极IG ;用于对控制系统传送的控制信号进行功率放大，完成对IGBT的门极IG开通和关断的阻抗分别控制； 串联雪崩二极管反馈回路，包括两个尖峰电压反馈回路: 第一反馈回路，包括第一快速二极管和第一串联雪崩二极管组串联结构，第一串联雪崩二极管组的信号输入端连接IGBT的集电极，输出端经第一快速二极管连接IGBT的门极IG； 第二反馈回路，包括第二串联雪崩二极管组、高压突波电容和第二快速二极管；第二串联雪崩二极管组的电流信号输入端与IGBT的集电极连接，所述第二串联雪崩二极管组输出的电流信号经高压突波电容吸收，并通过缓冲电阻，被第二快速二极管引入所述推挽式驱动电路的电流信号输入端；所述第二串联雪崩二极管组是所述第一串联雪崩二极管组的一部分; 保护阈值调节电路，包含开关MOSFET器件，用于在IGBT开通时，降低所述串联雪崩二极管反馈回路中的击穿电压总值。2.如权利要求1所述的一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路，其特征在于:所述串联雪崩二极管反馈回路包括雪崩二极管T1?T7、第一快速二极管V5、高压突波电容C1、高压突波电容C2、缓冲电阻R8、缓冲电阻R9和第二快速二极管V4 ;所述雪崩二极管T1?T7按阴极连接阳极的方式依次串联，雪崩二极管T7的阴极连接IGBT的集电极1C，雪崩二极管T1的阳极连接第一快速二极管V5的阳极，第一快速二极管V5的阴极连接IGBT的门极IG ;所述高压突波电容C2与所述雪崩二极管T3并联，所述高压突波电容C1、缓冲电阻R9和第二快速二极管V4依次串联，所述高压突波电容C1的开放端连接雪崩二极管T2的阴极，所述第二快速二极管V4的阴极连接所述推挽式驱动电路的电流信号输入端，所述缓冲电阻R8连接在第一快速二极管V5的阳极和第二快速二极管V4的阳极之间；所述依次串联的雪崩二极管T1?T7组成第一串联雪崩二极管组，依次串联的T3?T7组成第二串联雪崩二极管组；第一反馈回路由第一串联雪崩二极管组和第一快速二极管V5组成，第二反馈回路由第二串联雪崩二极管、所述高压突波电容C1、所述高压突波电容C2、缓冲电阻R8、缓冲电阻R9和第二快速二极管V4。3.如权利要求2所述的一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路，其特征在于:所述保护阈值调节电路中，包含开关MOSFET V6器件，开关MOSFET V6的门极MG连接到IGBT的门极IG，开关MOSFET V6的漏极MD连接到雪崩二极管的T2的阴极，开关MOSFET V6的源极MS连接到第一快速二极管V5的阳极。
【专利摘要】本实用新型提供一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路，包括：工作电源电路、推挽式驱动电路、串联雪崩二极管反馈回路和保护阈值调节电路，采用雪崩二极管对IGBT开通和关断产生的电压尖峰进行闭环控制，同时，对大功率IGBT门极IG开通和关断的阻抗分别控制及对集射极电压尖峰的两级闭环控制，改变门极驱动电流的变化率，使得IGBT工作状态维持在线性区一段时间，达到限制IGBT集射极尖峰电压柔性驱动的目的，通过保护阈值调节电路对串联雪崩二极管反馈回路中雪崩二极管的短路调节，完成对IGBT保护阈值的两级控制。
【IPC分类】H02M1/08
【公开号】CN205039693
【申请号】CN201520725476
【发明人】马保慧, 王有云, 林鸿元, 尚庆华, 刘伟, 袁小伟, 蒋佳琛
【申请人】天水电气传动研究所有限责任公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年9月18日