Igbt集电极电压钳位电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种IGBT集电极电压钳位电路，其包括对IGBT集电极关断时的过电压信号进行反馈的过压反馈模块，用于调整过压反馈模块电流的电阻电容网络模块，对驱动IGBT的驱动脉冲进行功率放大的功率推挽模块，以及用于调整IGBT的通断速率及钳制其门极电压的门极电阻单元和钳位电路。本实用新型所述的IGBT集电极电压钳位电路，以将集电极电压水平控制在一定范围内，降低IGBT过电压击穿的几率，提升IGBT运行的稳定性。
【专利说明】IGBT集电极电压钳位电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子【技术领域】，特别涉及一种IGBT集电极电压钳位电路。
【背景技术】
[0002]在大功率的IGBT应用中，随着IGBT的容量变大，其在开关过程中的电流变化率会随之增大，且杂散电感也随之变大，因此变流器过载或者桥臂短路关闭IGBT时的电压尖峰更加难以得到控制。目前，市场上比较常见的IGBT集成驱动芯片在针对变流器过载或者桥臂短路关断IGBT时，大多采用软关断方式或者慢降栅压方式进行IGBT集电极过电压抑制。由于这些方式属于通过控制IGBT栅极电压来间接地控制IGBT集电极电压的开环控制方式，在实际应用中，其不能完全避免IGBT过电压击穿。
实用新型内容
[0003]有鉴于此，本实用新型旨在提出一种IGBT集电极电压钳位电路，以将集电极电压水平控制在一定范围内，降低IGBT过电压击穿的几率，提升IGBT运行的稳定性。
[0004]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0005]一种IGBT集电极电压钳位电路，其包括对IGBT集电极关断时的过电压信号进行反馈的过压反馈模块，用于调整过压反馈模块电流的电阻电容网络模块，对驱动IGBT的驱动脉冲进行功率放大的功率推挽模块，以及用于调整IGBT的通断速率及钳制其门极电压的门极电阻单元和钳位电路；所述电阻电容网络模块连接于IGBT的集电极，过压反馈模块的输入端连接于电阻电容网络模块，其输出端分别连接于功率推挽模块的信号输入端和IGBT的门极，所述功率推挽模块的信号输出端连接于门极电阻单元，所述门极电阻单元及钳位电路连接于IGBT的门极，且IGBT的门极经由电阻R7与其发射极相连。
[0006]进一步的，所述的电阻电容网络模块包括并联相接的电阻R9和电容C1。
[0007]进一步的，所述的过压反馈模块包括依次串接于电阻电容网络模块的瞬态电压抑制二极管Z1、Z2，以及连接于瞬态电压抑制二极管Z2与功率推挽模块输入端之间的超快恢复二极管D1，还包括依次串接于瞬态电压抑制二极管Z2与IGBT门极之间的超快恢复二极管D2和电阻R8。
[0008]进一步的，所述的功率推挽模块包括双极型晶体管V1、V2、V3、V4、V5、V6，电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15，以及+15V/-15V电源；所述双极型晶体管V1、V2、V3的基极分别与V4、V5、V6的基极相连，电阻R10、R13连接于V1、V4的基极相连端，电阻R11、R14连接于V2、V5的基极相连端，电阻R1，2、R15连接于V3、V6的基极相连端，且R10、R11、R12均连接于过压反馈模块的超快恢复二极管D1上，R13、R14、R15均连接于功率推挽模块的信号输入端，双极型晶体管V1、V2、V3的集电极接+15V电源，双极型晶体管V4、V5、V6的集电极接-15V电源，V1、V2、V3、V4、V5、V6的发射极连接于一起形成功率推挽模块的信号输出端，并连接于门极电阻单元上。
[0009]进一步的，所述的门极电阻单元包括串联相接于功率推挽模块的信号输出端与IGBT门极之间的第一电阻单元和第二电阻单元，所述第一电阻单元包括并联相接且与功率推挽模块的信号输出端相连的电阻Rl、R2、R3和超快恢复二极管D3，所述第二电阻单元包括并联相接且与IGBT门极相连的电阻R4、R5、R6和超快恢复二极管D4，所述第一电阻单元内的超快恢复二极管D3的阳极与第二电阻单元内的超快恢复二极管D4的阳极相连接。
[0010]进一步的，所述的钳位电路包括连接于IGBT门极上的超快恢复二极管D5，所述超快恢复二极管D5的阴极连接+15V电源。
[0011]进一步的，所述电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6为金属膜电阻，所述电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15为厚膜电阻，所述电容C1为聚丙烯薄膜电容。
[0012]相对于现有技术，本实用新型具有以下优势:
[0013]本IGBT集电极电压钳位电路，当IGBT的集电极电压过高时，会使过压反馈模块导通而产生电流，电流一部分会进入IGBT的门极，而另一部分电流则会进入功率推挽模块，并使功率推挽模块的推挽对管微弱导通，模块输出处于高阻状态，从而使电压反馈模块的电流大部分进入IGBT的门极，实现IGBT门极电压的缓降，保证IGBT集电极电压不超过设定值，使得IGBT电压尖峰得以控制。
[0014]电阻电容网络模块可对过压反馈模块中的电流信号进行调整，以优化过压反馈模块的电路损耗。门极电阻单元可调整IGBT的通断速率，钳位电路可保证IGBT门极正电压不超过其承受电压，而电阻R7则可保证IGBT门极的低输入阻抗，从而增强其抗静电能力和抗干扰能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0016]图1为本实用新型实施例所述的IGBT集电极钳位电路的结构框图；
[0017]图2为本实用新型实施例所述的IGBT集电极钳位电路的电路原理图；
【具体实施方式】
[0018]需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0019]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0020]本实施例涉及一种IGBT集电极电压钳位电路，如图1中所示，其包括对IGBT集电极关断时的过电压信号进行反馈的过压反馈模块，用于调整过压反馈模块电流的电阻电容网络模块，对驱动IGBT的驱动脉冲进行功率放大的功率推挽模块，以及用于调整IGBT的通断速率及钳制其门极电压的门极电阻单元和钳位电路；电阻电容网络模块连接于IGBT的集电极，过压反馈模块的输入端连接于电阻电容网络模块，其输出端分别连接于功率推挽模块的信号输入端和IGBT的门极，功率推挽模块的信号输出端连接于门极电阻单元，门极电阻单元及钳位电路连接于IGBT的门极，同时IGBT的门极还经由电阻R7与其发射极相连。
[0021]如图2中所示，所述的电阻电容网络模块包括并联相接的电阻R9和电容C1。电阻R9可采用厚膜电阻，电容C1可采用聚丙烯薄膜电容。电阻电容网络模块的输入端连接于IGBT的集电极，其输出端连接过压反馈模块。过压反馈模块包括依次串接于电阻电容网络模块输出端的瞬态电压抑制二极管Z1、Z2，以及连接于瞬态电压抑制二极管Z2与功率推挽模块的信号输入端之间的超快恢复二极管D1，还包括依次串接于瞬态电压抑制二极管Z2与IGBT门极之间的超快恢复二极管D2和电阻R8，电阻R8也可为采用厚膜电阻。
[0022]功率推挽模块包括双极型晶体管V1、V2、V3、V4、V5、V6，电阻R10、Rll、R12、R13、R14、R15，以及+15V/-15V电源。双极型晶体管V1、V2、V3的基极分别与V4、V5、V6的基极相连，电阻R10、R13连接于V1、V4的基极相连端，电阻Rll、R14连接于V2、V5的基极相连端，电阻R1，2、R15连接于V3、V6的基极相连端，且R10、R11、R12均连接于过压反馈模块的超快恢复二极管D1上，R13、R14、R15均连接于功率推挽模块的信号输入端，双极型晶体管V1、V2、V3的集电极接+15V电源，双极型晶体管V4、V5、V6的集电极接-15V电源，V1、V2、V3、V4、V5、V6的发射极连接于一起形成功率推挽模块的信号输出端，并连接于门极电阻单元上。
[0023]功率推挽模块的电阻R10、Rll、R12、R13、R14、R15可均为采用厚膜电阻。门极电阻单元则包括串联相接于功率推挽模块的信号输出端与IGBT门极之间的第一电阻单元和第二电阻单元，其中第一电阻单元包括并联相接且与功率推挽模块的信号输出端相连的电阻R1、R2、R3和超快恢复二极管D3，第二电阻单元包括并联相接且与IGBT门极相连的电阻R4、R5、R6和超快恢复二极管D4，且第一电阻单元内的超快恢复二极管D3的阳极与第二电阻单元内的超快恢复二极管D4的阳极相连接。第一电阻单元中的电阻R1、R2、R3及第二电阻单元中的电阻R4、R5、R6均可为采用金属膜电阻。
[0024]本实施例中的钳位电路则包括连接于IGBT门极上的超快恢复二极管D5，该超快恢复二极管D5的阴极连接+15V电源。连接于IGBT的门极与其发射极之间的电阻R7也可为采用厚膜电阻，其中IGBT的发射极也为IGBT及推挽管电源的地端。本IGBT集电极电压钳位电路，通过调整合适的电阻电容网络模块参数，能够消除由过压反馈模块中瞬态电压抑制二极管Z1、Z2瞬间导通时的浪涌电流引起的IGBT门极电压与母线电压的振荡，并可优化过压反馈模块的电路损耗。同时，利用功率推挽模块中的并联式推挽电路结构，在实际应用中也能够使电路的功率密度更为均匀，方便电路板的散热设计。
[0025]图2中所示的PWM为集成驱动芯片的脉冲输出，在实际工作中，R13、R14、R15接受驱动芯片的PWM驱动脉冲输入，控制VI?V6推挽管进行PWM驱动脉冲功率放大。通过对Rl、R2、R3、R4、R5、R6的选用，可实现IGBT导通关断时不同门极电阻的设置。超快恢复二极管D5作为门极钳位二极管，可使门极电压限制在+15.7V以内，R17保证了 IGBT门极的低输入阻抗，增强了抗静电能力及抗干扰能力。
[0026]当IGBT集电极电压超过Z1、Z2击穿电压值之和时，R9、C1、D1、D2中便产生了电流，电流一部分流经R8，进入IGBT门极G，另一部分电流流经R10、R11、R12，控制VI?V6功率推挽对管微弱导通，使对管输出近似为高阻状态，使流经Zl、Z2的电流大部分进入IGBT门极，从而实现了门极电压的缓降，进而实现了绝缘栅双极型晶体管IGBT电压尖峰的控制。
[0027]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种IGBT集电极电压钳位电路，其特征在于包括:对IGBT集电极关断时的过电压信号进行反馈的过压反馈模块，用于调整过压反馈模块电流的电阻电容网络模块，对驱动IGBT的驱动脉冲进行功率放大的功率推挽模块，以及用于调整IGBT的通断速率及钳制其门极电压的门极电阻单元和钳位电路；所述电阻电容网络模块连接于IGBT的集电极，过压反馈模块的输入端连接于电阻电容网络模块，其输出端分别连接于功率推挽模块的信号输入端和IGBT的门极，所述功率推挽模块的信号输出端连接于门极电阻单元，所述门极电阻单元及钳位电路连接于IGBT的门极，且IGBT的门极经由电阻R7与其发射极相连。
2.根据权利要求1所述的IGBT集电极电压钳位电路，其特征在于:所述的电阻电容网络模块包括并联相接的电阻R9和电容Cl。
3.根据权利要求2所述的IGBT集电极电压钳位电路，其特征在于:所述的过压反馈模块包括依次串接于电阻电容网络模块的瞬态电压抑制二极管Zl、Z2，以及连接于瞬态电压抑制二极管Z2与功率推挽模块信号输入端之间的超快恢复二极管D1，还包括依次串接于瞬态电压抑制二极管Z2与IGBT门极之间的超快恢复二极管D2和电阻R8。
4.根据权利要求3所述的IGBT集电极电压钳位电路，其特征在于:所述的功率推挽模块包括双极型晶体管V1、V2、V3、V4、V5、V6，电阻R10、RlU R12、R13、R14、R15，以及+15V/-15V电源；所述双极型晶体管V1、V2、V3的基极分别与V4、V5、V6的基极相连，电阻R10、R13连接于V1、V4的基极相连端，电阻R11、R14连接于V2、V5的基极相连端，电阻Rl，2、R15连接于V3、V6的基极相连端，且R10、Rll、R12均连接于过压反馈模块的超快恢复二极管Dl上，R13、R14、R15均连接于功率推挽模块的信号输入端，双极型晶体管V1、V2、V3的集电极接+15V电源，双极型晶体管V4、V5、V6的集电极接-15V电源，V1、V2、V3、V4、V5、V6的发射极连接于一起形成功率推挽模块的信号输出端，并连接于门极电阻单元上。
5.根据权利要求4所述的IGBT集电极电压钳位电路，其特征在于:所述的门极电阻单元包括串联相接于功率推挽模块的信号输出端与IGBT门极之间的第一电阻单元和第二电阻单元，所述第一电阻单元包括并联相接且与功率推挽模块的信号输出端相连的电阻R1、R2、R3和超快恢复二极管D3，所述第二电阻单元包括并联相接且与IGBT门极相连的电阻R4、R5、R6和超快恢复二极管D4，所述第一电阻单元内的超快恢复二极管D3的阳极与第二电阻单元内的超快恢复二极管D4的阳极相连接。
6.根据权利要求5所述的IGBT集电极电压钳位电路，其特征在于:所述的钳位电路包括连接于IGBT门极上的超快恢复二极管D5，所述超快恢复二极管D5的阴极连接+15V电源。
7.根据权利要求6所述的IGBT集电极电压钳位电路，其特征在于:所述电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6 为金属膜电阻，所述电阻 R7、R8、R9、R10、RlU R12、R13、R14、R15 为厚膜电阻，所述电容Cl为聚丙烯薄膜电容。
【文档编号】H02M1/32GK204205931SQ201420742972
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】彭咏龙, 刘同召, 李臣, 王玉杰, 刘志军 申请人:保定四方三伊电气有限公司