门极吸收抑制电路模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及IGBT抗干扰和过压保护技术，具体为一种门极吸收抑制电路模块。解决了目前IGBT功率器件所采用的保护电路抗电磁干扰能力差、无过压抑制保护功能使得IGBT容易误导通甚至损坏的技术问题。一种门极吸收抑制电路模块，包括上管IGBT门极吸收抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路；所述上管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D1、D2、D3、快速二极管D4及电阻R3，所述滤波吸收稳压电路包括电容C1、C2、C3、C4、双向稳压二极管D7、D8以及电阻R1、R2。本发明能够实现驱动信号的可靠工作，并有效抑制IGBT关断时产生的反向电压瞬时高脉冲，有效的保护的IGBT。
【专利说明】门极吸收抑制电路模块
【技术领域】
[0001] 本发明涉及IGBT抗干扰和过压保护技术，具体为一种门极吸收抑制电路模块。
【背景技术】
[0002] 近年来，IGBT功率器件在电力变换电路中应用越来越广泛，IGBT工作在高电压和 大电流状态下，周围电磁环境很复杂，来自IGBT驱动板的驱动信号在传输到IGBT的过程 中，可能会受到电磁干扰，造成IGBT误导通或开关状态失控，进而造成电路故障或器件损 坏；另外，IGBT在关断过程中，在C、E端子间会产生瞬间的电压上冲，这种瞬间的高反向电 压有时高达几百到上千伏，对IGBT的安全工作造成极大威胁。现有技术中大部分低电压等 级（3300V)的IGBT在应用时多是将门极吸收抑制电路设置在驱动电路板上。这种技术存 在明显的缺点：1、抗电磁干扰能力较差，当驱动输出到IGBT的线路较长时，信号易受干扰， IGBT会误导通或开关失控；2、无过压抑制保护功能，IGBT可能因此损坏。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决目前IGBT功率器件所采用的保护电路抗电磁干扰能力差、无过压 抑制保护功能使得IGBT容易误导通甚至损坏的技术问题，提供一种门极吸收抑制电路模 块。
[0004] 本发明是采用如下技术方案实现的：一种门极吸收抑制电路模块，包括上管IGBT 门极吸收抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路；所述上管IGBT门极吸收抑制电路包括 过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管Dl、D2、 D3、快速二极管D4及电阻R3,所述D3的阴极与D2的阳极相连接，D2的阴极与D1的阳极相 连接；D1的阴极与上管IGBT的集电极相连接；D4的阳极与D3的阳极相连接；R3与D4的 阴极相连接；R3的另一端与上管IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容C1、 C2、C3、C4、双向稳压二极管D7、D8以及电阻Rl、R2 ;所述D7、Rl、Cl、C2分别连接在上管 IGBT的门极和发射极之间，D8的一端与上管IGBT的门极相连接，D8的另一端通过R2与上 管IGBT的发射极相连接；所述C3、C4的一端均与D8的另一端相连接；C3、C4的另一端均 与上管IGBT的发射极相连接；所述下管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波 吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管〇11、012、013、快速二极管014 及电阻R13,所述D13的阴极与D12的阳极相连接，D12的阴极与D11的阳极相连接；D11的 阴极与上管IGBT的发射极相连接；D14的阳极与D13的阳极相连接；R13与D14的阴极相 连接；R13的另一端与下管IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容C11、C12、 C13、C14、双向稳压二极管D17、D18以及电阻R11、R12 ;所述017、1?11、(：11、(：12分别连接在 下管IGBT的门极和发射极之间，D18的一端与下管IGBT的门极相连接，D18的另一端通过 R12与下管IGBT的发射极相连接；所述C13、C14的一端均与D18的另一端相连接；C13、C14 的另一端均与下管IGBT的发射极相连接。
[0005] 上管IGBT和下管IGBT的门极吸收抑制电路原理相同，下管电路的集电极（C1)和 上管电路的发射极（E)端子连接在一起。
[0006] 过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D1?D3(D11?D13)、快速二极管 D4(D14)及电阻R3(R13)，过压抑制二极管起稳压作用，D14为单向导通。在IGBT反向关断 过程中，集电极C上的高电压瞬时尖峰超过D1?D3(D11?D13)击穿电压时，过压抑制二 极管上的电压将被箝位稳定在额定电压上，此时，将有电流从集电极C经过过压抑制电路 流向门极G，减慢IGBT关断速度，从而有效抑制反向过压的进一步上升，电阻R3 (R13)起限 流作用。
[0007] 滤波吸收稳压电路包括电容C1?C4(C11?C14)、双向稳压二极管D7?D8(D17? D18)及电阻R1-R2 (R11-R12)，此电路有两部分功能，描述如下：一方面，为防止栅极驱动电 路出现高压尖峰，由 D7 (D17)、D8 (D18)、R2 (R12)、C3 ?C4 (C13 ?C14)实现 IGBT 的 G、E 端子间驱动脉冲的箝位稳压，其稳压值一般与驱动电压值相近，保证将驱动电压箝位在20V 以下。
[0008] 另一方面，当IGBT关断时，IGBT的栅射电压很容易受IGBT和电路寄生参数的干 扰，使栅射电压波动引起器件误导通，为防止这种现象发生，设计了由电阻R1 (Rll)、C1? C2 (C11?C12)组成的阻容电路，不但能够吸收干扰，还可以通过调整C1?C2 (C11? C12)电容值，改善IGBT开通和关断时的性能表现。
[0009] 本发明从提高IGBT驱动抗干扰性和反向过压保护的需求出发，采用滤波吸收电 路和过压抑制电路，解决了以下方面问题：1、解决了驱动输出到IGBT的过程中，信号易受 干扰的问题。2、解决了 IGBT过流关断时，反向过电压太大，容易损坏IGBT的问题。
[0010] 本发明能够实现驱动信号的可靠工作，并有效抑制IGBT关断时产生的反向电压 瞬时高脉冲，有效的保护的IGBT，节约维修和维护的成本，有明显的经济和社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1本发明所述上管IGBT门极吸收抑制电路结构示意图。
[0012] 图2本发明所述下管IGBT门极吸收抑制电路结构示意图。
[0013] 图3本发明采用PrimePACK封装后的电路整体结构布局图。
【具体实施方式】
[0014] 一种门极吸收抑制电路模块，包括上管IGBT门极吸收抑制电路和下管IGBT门极 吸收抑制电路；所述上管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路； 所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管Dl、D2、D3、快速二极管D4及电阻R3,所述D3 的阴极与D2的阳极相连接，D2的阴极与D1的阳极相连接；D1的阴极与上管IGBT的集电极 相连接；D4的阳极与D3的阳极相连接；R3与D4的阴极相连接；R3的另一端与上管IGBT的 门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容C1、C2、C3、C4、双向稳压二极管D7、D8以及电 阻R1、R2 ;所述07、虹、(：1、02分别连接在上管1681'的门极和发射极之间，08的一端与上管 IGBT的门极相连接，D8的另一端通过R2与上管IGBT的发射极相连接；所述C3、C4的一端 均与D8的另一端相连接；C3、C4的另一端均与上管IGBT的发射极相连接；所述下管IGBT 门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过 压抑制二极管D11、D12、D13、快速二极管D14及电阻R13，所述D13的阴极与D12的阳极相 连接，D12的阴极与Dll的阳极相连接；Dll的阴极与上管IGBT的发射极相连接；D14的阳 极与D13的阳极相连接；R13与D14的阴极相连接；R13的另一端与下管IGBT的门极相连 接；所述滤波吸收稳压电路包括电容(：11、(：12、(：13、(：14、双向稳压二极管017、018以及电阻 Rll、R12 ;所述D17、Rll、Cll、C12分别连接在下管IGBT的门极和发射极之间，D18的一端 与下管IGBT的门极相连接，D18的另一端通过R12与下管IGBT的发射极相连接；所述C13、 C14的一端均与D18的另一端相连接；C13、C14的另一端均与下管IGBT的发射极相连接。
[0015] 所述上管IGBT门极吸收抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路采用1700V等级 PrimePACK封装；PCB板焊盘上设有分别与IGBT上管的集电极辅助端子C、门极端子G和发 射极辅助端子E相连接的端子C5、G4、E3端子以及分别与IGBT下管的门极端子G和发射极 辅助端子E相连接的G1、E2端子，各端子之间通过螺栓和驱线束端子相连接。
[0016] 如图3所示，端子C5、G4、E3分别连接IGBT上管的集电极辅助端子C、门极端子G 和发射极辅助端子E，端子G1、E2分别连接在IGBT下管的门极端子G和发射极辅助端子E。 直接利用PCB板焊盘通过螺栓与驱动输出的线束端子连接起来。
[0017] D1?D3为单向过压抑制二极管(稳压值300V-440V)，D4为快速二极管，R3为电 阻（阻值1R-5R)，它们共同组成了 IGBT上管的过压抑制电路，有效箝位IGBT反向过压，并 通过给门极提供驱动电流，减缓IGBT关断的速度，进一步遏制反向过压的继续上升。
[0018] C1 ?C4 为电容（C1 容值 50nf-200nf, C2 容值 Inf - 10nf, C3 容值 50nf-200nf， C4容值Inf - 10nf)，D7?D8为双向稳压二极管（D7稳压值16V - 18V，D8稳压值18V- 20V)，R1?R2为电阻，它们共同组成了 IGBT上管的滤波吸收稳压电路，保证了门极驱动不 受干扰，并可通过Cl、C2电容灵活调整IGBT关断特性。
[0019] D11?D13为单向过压抑制二极管，D14为快速二极管，R13为电阻，它们共同组成 了 IGBT下管的过压抑制电路，有效箝位IGBT反向过压，并通过给门极提供驱动电流，减缓 IGBT关断的速度，进一步遏制反向过压的继续上升。
[0020] C11?C14为电容，D17?D18为双向稳压二极管，R11?R12为电阻，它们共同组 成了 IGBT下管的滤波吸收稳压电路，保证了门极驱动不受干扰，并可通过Cll、C12电容灵 活调整IGBT关断特性。
[0021] 电路模块上的所有电子元器件均采用贴片封装。滤波吸收稳压电路的元器件尽量 靠近IGBT的门极与发射极，以便使稳压吸收效果最理想。
【权利要求】
1. 一种门极吸收抑制电路模块，其特征在于，包括上管IGBT门极吸收抑制电路和下 管IGBT门极吸收抑制电路；所述上管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸 收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管Dl、D2、D3、快速二极管D4及电 阻R3,所述D3的阴极与D2的阳极相连接，D2的阴极与D1的阳极相连接；D1的阴极与上管 IGBT的集电极相连接；D4的阳极与D3的阳极相连接；R3与D4的阴极相连接；R3的另一端 与上管IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容Cl、C2、C3、C4、双向稳压二极 管07、08以及电阻1?1、1?2 ;所述07、1?1、(：1、02分别连接在上管1681'的门极和发射极之间， D8的一端与上管IGBT的门极相连接，D8的另一端通过R2与上管IGBT的发射极相连接； 所述C3、C4的一端均与D8的另一端相连接；C3、C4的另一端均与上管IGBT的发射极相连 接； 所述下管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压 抑制电路包括单向过压抑制二极管〇11、012、013、快速二极管014及电阻1?13，所述013的 阴极与D12的阳极相连接，D12的阴极与D11的阳极相连接；D11的阴极与上管IGBT的发射 极相连接；D14的阳极与D13的阳极相连接；R13与D14的阴极相连接；R13的另一端与下管 IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容Cll、C12、C13、C14、双向稳压二极管 D17、D18以及电阻R11、R12 ;所述D17、R11、C11、C12分别连接在下管IGBT的门极和发射极 之间，D18的一端与下管IGBT的门极相连接，D18的另一端通过R12与下管IGBT的发射极 相连接；所述C13、C14的一端均与D18的另一端相连接；C13、C14的另一端均与下管IGBT 的发射极相连接。
2. 如权利要求1所述的门极吸收抑制电路模块，其特征在于，所述上管IGBT门极吸收 抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路采用1700V等级PrimePACK封装；PCB板焊盘上设 有分别与IGBT上管的集电极辅助端子C、门极端子G和发射极辅助端子E相连接的端子C5、 G4、E3端子以及分别与IGBT下管的门极端子G和发射极辅助端子E相连接的G1、E2端子， 各端子之间通过螺栓和驱线束端子相连接。
【文档编号】H02M1/06GK104158385SQ201410444912
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】牛勇, 张晋芳, 陈宏 , 刘革莉, 尹梅, 赵一洁 申请人:永济新时速电机电器有限责任公司