专利名称：一种igbt电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电子领域，具体涉及一种IGBT保护电路。
背景技术：
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有功率 MOSFET输入阻抗高、工作速度快、易驱动的优点，又具有双极达林顿功率管(GTO)饱和电压 低、电流容量大、耐压高等优点，能正常工作于几十KHz频率范围内，故在较高频率的大、中 功率设备(如变频器、UPS电源、高频焊机等)应用中占据了主导地位。现有电力电子变换装置，由于器件水平的限制，当单个IGBT的容量不满足功率要 求的时候，通常采用多路IGBT并联的方式使用，以提高耐压、耐流的等级。如图1所示为现 有技术的并联IGBT电路示意图，多路IGBT电路并联后与保护电路2、驱动单元1串联，所有 并联的IGBT电路共用一个保护电路；图2为现有技术的IGBT电路示意图，图中仅示出了其 中一条支路的示意图，保护电路为图中2所示，正常工作情况下当驱动单元1输出信号为 高电平，二极管Dl处于导通状态，电流由二极管Dl支路流过，IGBT实现了快导通；当IGBT 断开时，IGBT的门极电压高于图中A点的电压，二极管Dl处于截止状态，电流由Rl支路流 过，由于Rl存在电阻，IGBT实现了慢关断。当其中一路IGBT失效后，一般情况集电极与门级呈低阻态，高压通过集电极窜 至门极，TVS (Transient Voltage Suppressor，瞬态抑制二极管)管开启箝位，由于门极 驱动电阻的存在，驱动单元无法正常箝位门极电压，其余IGBT将持续导通引起部分模块烧 毁。TVS管仅能瞬间箝位，当受到持续高电压的冲击时，TVS管失效引起短路-烧毁_断路， 最终引起高压全部加在IGBT门极和驱动单元上，引起驱动单元损坏和模块烧毁甚至爆炸。 另一种情况如果IGBT失效集电极与门级呈高阻态，产生一个小的漏电流，若此时输出驱 动单元1仍工作的话，驱动单元1有一定的带载能力，该漏电流不影响其正常工作。然而在 部分情况下，驱动单元1是不工作的，此时漏电流将会流向与其并联的其他IGBT支路上，导 致IGBT误操作而损坏。不管哪种原因引起的IGBT失效，其通常失效状态为集电极(C极)、门极(G极)、 发射极(E极)短路，当集电极与门极短路时，集电极的高压就会窜到与损坏IGBT并联的其 它支路IGBT上，在瞬间引起门级连锁击穿，导致IGBT损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题为现有的IGBT并联电路中如果有一路IGBT发生损坏， 集电极的高电压会窜到其它支路IGBT门极上，瞬间引起门级连锁击穿的问题。为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案一种IGBT电路，包括一驱动单元、IGBT、保护电路；其中保护电路包括开关单 元、控制单元、熔断器、稳压二极管；所述开关单元的两端分别与驱动单元及熔断器相连，所 述开关单元的控制端与控制单元相连接，所述控制单元接收驱动单元的信号以控制开关单
3元的导通与断开，熔断器与IGBT的门极相连，稳压二极管的正端连接所述开关单元与熔断 器的连接点，负端连接IGBT的发射极。与现有技术相比，本发明提供技术方案中的IGBT处于失效状态下，当IGBT集电极 与门级呈低阻态时，集电极高压窜至门级，门级产生大电流，稳压二极管立即箝位，门级高 电压被限制到一定水平，在此期间，大电流通过熔断器使熔断器熔断，使该IGBT门极支路 断开；当IGBT集电极与门级呈高阻态时，门级产生一小的漏电流，此漏电流不足以将熔断 器熔断的情况下，若驱动单元仍工作，由于其有一定的带载能力，该漏电流不影响IGBT正 常工作；若驱动单元不工作，此时在控制单元的控制下开关单元断开，使该IGBT门极支路 断开。
图1为现有技术的并联IGBT电路示意图；图2为现有技术的IGBT电路示意图；图3为本发明一个实施例的IGBT电路示意图；图4为本发明另一个实施例的IGBT电路示意图；图5为本发明图4中一 IGBT门极支路的电路原理图；图6为本发明进一步改进的再一个实施例IGBT电路原理图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明进一步详细说明。本发明实施例提供的IGBT电路，包括一驱动单元、IGBT、以及保护电路。该保护 电路包括开关单元、控制单元、熔断器、稳压二极管。如图3为本发明一个实施例的IGBT 电路示意图，其中熔断器优选为保险丝402、开关单元401的两端分别与驱动单元1及保险 丝402相连，所述开关单元401的控制端与控制单元403相连接，所述控制单元403接收驱 动单元1的信号以控制开关单元的导通与断开，保险丝402分别连接开关单元401和IGBT 的门极，稳压二极管404的正端连接所述开关单元401与保险丝402的连接点，负端连接 IGBT的发射极。所述第三电阻R3在IGBT的门极提供一弱下拉，防止了因门级悬空而导致 的IGBT误操作。本发明提供技术方案中的IGBT处于失效状态下，当IGBT集电极与门级呈低阻态 时，集电极高压窜至门级，门级产生大电流，稳压二极管立即箝位，门级高电压被限制到一 定水平，在此期间，大电流通过保险丝使保险丝熔断，使该IGBT门极支路断开；当IGBT集电 极与门级呈高阻态时，门级产生一小的漏电流，此漏电流不足以将保险丝熔断的情况下，若 驱动单元仍工作，由于其有一定的带载能力，该漏电流不影响IGBT正常工作；若驱动单元 不工作，此时在控制单元的控制下开关单元断开，使该IGBT门极支路断开。如图4为本发明另一个实施例的IGBT电路示意图；所述IGBT电路包括复数个 IGBT,以及复数个保护电路4 ；所述复数个保护电路4与复数个IGBT —一对应，复数个保护 电路4的一端均连接至驱动单元1，另一端分别连接相应IGBT的门极，具体的，复数个保护 电路4的各个开关单元的一端均连接至驱动单元1，复数个保护电路4的各个保险丝分别连
4接相应IGBT的门极。该IGBT电路还包括与IGBT —一对应的复数个电阻；所述复数个电阻 分别连接相应IGBT的门极和发射极；上述电阻在IGBT的门极提供一弱下拉，防止了因门级 悬空而导致的IGBT误操作。如图5所示为本发明图4中一 IGBT门极支路电路原理图。其中，稳压二极管404 优选为TVS管，开关单元401优选为光继电器，控制单元403优选为驱动单元1中的电源， 控制单元403将电源的电压信号加载至光继电器，以控制继电器是否工作，即驱动单元1上 电工作时，光继电器401由于上电而导通；当驱动单元1不工作断电时，光继电器401也会 由于断电而断开。驱动单元1用来驱动IGBT，为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。以 下详细说明其工作原理当其中某一支路的IGBT失效后，一种情况当IGBT集电极与门级呈低阻态时，集 电极的高电压会窜到门级，门级产生大电流，TVS立即箝位，门级高电压被限制到一定水平， 由于并联的各IGBT门极均有独立的保护电路和门极驱动电阻，驱动单元1可以正常箝位其 他IGBT门极电压，不会影响其他IGBT正常工作。在此期间，大电流通过保险丝402使保险 丝402熔断，使损坏的IGBT门极支路与其他IGBT门极支路断开，从而有效的防止了门级连 锁击穿的反应。另一种情况当IGBT集电极与门级呈高阻态时，门级产生一小的漏电流，此 漏电流不足以将保险丝402熔断的情况下，若此时输出驱动单元1仍工作的话，由于驱动单 元1有一定的带载能力，该漏电流不影响其正常工作。若驱动单元1是不工作的，由于存在 光继电器401，驱动单元1的电源作为光继电器401的控制信号，在驱动单元1不工作即断 电的情况下，光继电器401也会断开，这样漏电流就不会窜至其他IGBT支路，导致其他IGBT 支路随之损坏，从而起到了保护功能。图6所示为本发明进一步改进的再一个实施例IGBT电路原理图。IGBT电路包括 驱动单元1，IGBT ；所述驱动单元1、保护电路4和IGBT依次串联；其中所述保护电路4包 括光继电器401、电源403、保险丝402、TVS管404、第一电阻R4、第二电阻R5、一二极管 D2 ；第一电阻R4、光继电器401和保险丝402三者依序串联后连接所述驱动单元1和所述 IGBT电路的门极；电源403连接所述驱动单元1和光继电器401 ；第二电阻R5的一端和二 极管D2的正端连接，第二电阻R5的另一端连接驱动单元1，二极管D2的负端连接所述开 关单元401和保险丝402的连接点；第一电阻R4的阻值远大于第二电阻R5 ；TVS管404的 正端连接所述开关单元401与保险丝402的连接点，负端连接IGBT的发射极；第三电阻R3 连接所述IGBT的门极和发射极，所述第三电阻R3在IGBT的门极提供一弱下拉，防止了因 门级悬空而导致的IGBT误操作。详细原理说明如下正常工作情况下当驱动单元1上电工作时，由于光继电器401的控制端由驱动单 元1连接的电源控制，此时光继电器401闭合，二极管D2导通，因第一电阻R4的阻值远大 于第二电阻R5的阻值，电流大部分从第二电阻R5和二极管D2支路流过，通过保险丝402， IGBT实现了快导通；当IGBT断开时，IGBT的门极电压高于图中A点的电压，电流从IGBT门 极流过保险丝402，由于二极管D2反向截止，电流从光继电器401和第一电阻R4支路流过， 由于第一电阻R4的阻值远大于第二电阻R5的阻值，从而实现了慢断开。当其中某一支路的IGBT失效后，一种情况当集电极与门级呈低阻态时，集电极 的高电压会窜到门级，门级产生大电流，TVS立即箝位，门级高电压被限制到一定水平，由于 并联的各IGBT门极均有独立的保护电路和门极驱动电阻，驱动单元1可以正常箝位其他
5IGBT门极电压，不会影响其他IGBT正常工作。在此期间，大电流通过保险丝402使保险丝 402熔断，使损坏的IGBT门极支路与其他IGBT门极支路断开，从而有效的防止了门级连锁 击穿的反应。另一种情况当集电极与门级呈高阻态时，门级产生一小的漏电流，此漏电流 不足以将保险丝402熔断的情况下，若此时输出驱动单元1仍工作的话，由于驱动单元1有 一定的带载能力，该漏电流不影响其正常工作。若驱动单元1是不工作的，由于存在光继电 器401，驱动单元1的电源作为光继电器401的控制信号，在驱动单元1不工作即断电的情 况下，光继电器401也会断开，这样漏电流就不会窜至其他IGBT支路，导致其他IGBT支路 随之损坏，从而起到了保护功能。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
1.一种IGBT电路，包括一驱动单元、IGBT ；其特征在于还包括保护电路；所述保护 电路包括开关单元、控制单元、熔断器、稳压二极管；所述开关单元的两端分别与驱动单 元及熔断器相连，所述开关单元的控制端与控制单元相连，所述控制单元接收驱动单元的 信号以控制开关单元的导通与断开，熔断器与IGBT的门极相连，稳压二极管的正端连接所 述开关单元与熔断器的连接点，稳压二极管的负端连接IGBT的发射极。
2.根据权利要求1所述的IGBT电路，其特征在于所述IGBT电路包括复数个IGBT，以 及复数个保护电路；所述复数个保护电路与复数个IGBT —一对应，复数个保护电路中的开 关单元均连接至驱动单元。
3.根据权利要求1或2所述的IGBT电路，其特征在于所述开关单元为光继电器，控 制单元接收驱动单元中的电源提供的电压信号并加载至光继电器，以控制光继电器工作。
4.根据权利要求3所述的IGBT电路，其特征在于所述稳压二极管为TVS管。
5.根据权利要求1或2所述的IGBT电路，其特征在于所述保护电路还包括第一电 阻、第二电阻、一二极管；第一电阻的两端分别与驱动单元和开关单元连接；第二电阻的一 端和所述二极管的正端连接，所述第二电阻的另一端连接所述驱动单元，所述二极管的负 端连接所述开关单元和保险丝的连接点。
6.根据权利要求1或2所述的IGBT电路，其特征在于所述保护电路还包括第三电 阻；第三电阻的两端分别连接所述IGBT的门极和发射极。
全文摘要
本发明公开了一种IGBT电路，包括一驱动单元、IGBT、保护电路；其中保护电路包括开关单元、控制单元、熔断器、稳压二极管；所述开关单元的两端分别与驱动单元及熔断器相连，所述开关单元的控制端与控制单元相连，所述控制单元接收驱动单元的信号以控制开关单元的导通与断开，熔断器与IGBT的门极相连，稳压二极管的正端连接所述开关单元与熔断器的连接点，稳压二极管的负端连接IGBT的发射极。本发明有效解决了现有技术中的IGBT电路并联应用中如果有一路IGBT发生损坏，集电极的高电压会窜到其它支路IGBT门极上，瞬间引起门级连锁击穿的问题。
文档编号H03K17/567GK102006040SQ20091018982
公开日2011年4月6日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者夏文锦, 沈丽, 韩瑶川 申请人:比亚迪股份有限公司