一种igbt过压保护电路及一种igbt过压保护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及IGBT技术领域，尤其涉及一种IGBT过压保护电路及一种IGBT过压保护方法。
【背景技术】
[0002]IGBT广泛应用于新型的电力电子变换领域，光伏、风力发电、变频、电动汽车等热门行业都能见到IGBT在其中发挥非常重要的作用。在工作过程中，IGBT在开通和关断中不断地切换，IGBT失效主要是由于过流及过压两种原因引起；IGBT过流会引起IGBT芯片内部温度升高，当温度超过芯片内部结温的承受范围，则会发生PN结击穿，导致IGBT失效。目前实际使用中，由于针对IGBT器件都会有过流及短路保护电路，所以一般情况下IGBT都不会因为过流而直接导致IGBT器件失效。而由于IGBT本身是电压敏感型器件，一旦电压超过芯片承受电压，则IGBT就会击穿失效。根据统计，IGBT器件失效占市场返修产品的50%以上，而过压导致的IGBT失效，占IGBT器件失效的75%以上；绝大部分IGBT失效都是因为IGBT承受了超过器件本身承受的电压所致。
【发明内容】
[0003]为解决上述技术问题，本发明提出一种IGBT过压保护电路及一种IGBT过压保护方法，能够准确地监测IGBT的集电极电压，并通过设定预定值来对IGBT的集电极电压进行有效的箝位，从而避免IGBT过压击穿，达到保护IGBT的效果。
[0004]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]本发明公开了一种IGBT过压保护电路，包括IGBT、驱动电源、集电极过压保护电路和驱动控制电路，所述驱动电源与所述IGBT的门极相连，所述集电极过压保护电路用于监测所述IGBT的集电极的电压，当所述IGBT的集电极的电压超过预定值时，所述集电极过压保护电路将过压信号传输给所述驱动控制电路，并传输电流使所述IGBT的门极电位上升以抑制IGBT集电极电压的上升；所述驱动控制电路在接收到所述过压信号时中止所述IGBT的关断。
[0006]优选地，所述集电极过压保护电路包括TVS管，所述TVS管的负极与所述IGBT的集电极相连，所述TVS管的正极与所述驱动控制电路相连，所述TVS管的正极还与所述IGBT的门极相连。
[0007]优选地，所述集电极过压保护电路还包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述IGBT的门极相连，所述第一二极管的负极与所述驱动电源相连。
[0008]优选地，所述集电极过压保护电路还包括第二电阻、第三电阻、第二二极管和第一电容，其中:所述第二电阻连接于所述TVS管的正极和所述驱动控制电路之间，所述第一电容与所述第三电阻并联连接于所述TVS管的正极和所述第二二极管的正极之间，所述第二二极管的负极与所述IGBT的门极相连。
[0009]优选地，所述驱动控制电路包括缓冲器、或非门、第一 MOS管(金属-氧化层半导体场效晶体管)和第二 MOS管，其中所述缓冲器的输入端和所述或非门的第一输入端相连，所述或非门的第二输入端与所述集电极过压保护电路相连并接地；
[0010]所述第一 MOS管的门极与所述缓冲器的输出端相连，所述第一 MOS管的漏极与所述驱动电源相连，所述第一 MOS管的源极与所述IGBT的门极相连；
[0011]所述第二 MOS管的门极与所述或非门的输出端相连，所述第二 MOS管的漏极与所述IGBT的门极相连，所述第二 MOS管的源极接地。
[0012]优选地，所述或非门的第二输入端通过第一电阻再接地。
[0013]优选地，所述第一 MOS管的源极通过第四电阻与与所述IGBT的门极连接，所述第二 MOS管的漏极通过第五电阻与所述IGBT的门极连接。
[0014]优选地，所述IGBT过压保护电路还包括门极过压保护电路，所述门极过压保护电路包括双向TVS管和第六电阻，所述双向TVS管和所述第六电阻并联连接于所述IGBT的门极和发射极之间。
[0015]本发明另外还公开了一种IGBT过压保护方法，包括以下步骤:
[0016]集电极过压保护电路监测所述IGBT的集电极的电压；
[0017]当所述IGBT的集电极的电压超过预定值时，所述集电极过压保护电路将过压信号传输给所述驱动控制电路，并传输电流使所述IGBT的门极电位上升以抑制IGBT集电极电压的上升；
[0018]所述驱动控制电路接收到所述过压信号时中止所述IGBT的关断。
[0019]优选地，所述集电极过压保护电路通过TVS管监测所述IGBT的集电极的电压；当所述IGBT的集电极的电压超过所述TVS管所设置的预定值时，所述TVS管导通，所述TVS管将过压信号传输给所述驱动控制电路，并传输电流使所述IGBT的门极电位上升以抑制IGBT集电极电压的上升；所述驱动控制电路接收到所述过压信号时中止所述IGBT的关断。
[0020]本发明与现有技术相比的有益效果是:本发明提供的IGBT过压保护电路及IGBT过压保护方法，在IGBT的集电极的电压超过预定值时，集电极过压保护电路就会传输过压信号给驱动控制电路以中止IGBT的关断，并且传输电流至IGBT的门极，使IGBT的门极电位上升，从而抑制IGBT的集电极电压上升，起到IGBT过压保护的作用；由于该过程中还通过驱动控制电路来控制停止IGBT的关断，使得IGBT门极充电的电流需求较小，大大缩短了过压保护的响应时间，更加及时的保护IGBT。
[0021]在优选的方案中，集电极过压保护电路采用TVS管进行监测IGBT的集电极的电压，当TVS管监测到IGBT的集电极电压超过预定值时，TVS管导通，并将电流一方面传输给驱动控制电路以中止IGBT的关断，另一方面传输至IGBT的门极，使IGBT的门极电位上升，从而抑制IGBT的集电极电压上升，起到IGBT过压保护的作用；由于该过程中还通过驱动控制电路来控制停止IGBT的关断，使得IGBT门极充电的电流需求较小，从而使IGBT在TVS管的额定工作点的时候就可以达到抑制其集电极电压的作用，也使得TVS管的负载要求非常小。而由于该电路中TVS管的负载要求很小，所以可以采用功率较小的TVS管，从而降低该过压保护电路的成本，有利于大批量生产和使用。
[0022]在更加优选的方案中，本发明提供的IGBT过压电路还包括门极过压保护电路，门极过压保护电路中的双向TVS管可以防止IGBT门极与发射极之间过压击穿，与双向TVS管并联的第六电阻能够防止干扰信号造成的IGBT误开通。
【附图说明】
[0023]图1是本发明优选实施例的IGBT过压保护电路图；
[0024]图2是本发明优选实施例的IGBT过压保护电路在IGBT关断时产生过压保护的波形图；
[0025]图3是本发明优选实施例的IGBT过压保护电路在IGBT短路保护产生过压保护的波形图。
【具体实施方式】
[0026]下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
[0027]如图1所示，本发明优选实施例的IBGT过压保护电路包括IGBT、驱动电源VISO、集电极过压保护电路1、门极过压保护电路2和驱动控制电路3 ;其中集电极过压保护电路I用于监测IGBT的集电极的电压，一旦检测到集电极的电压超过预定值时，集电极过压保护电路I就会将过压信号传输给驱动控制电路3，使驱动控制电路3中止IGBT的关断过程，同时还会传输电流到IGBT的门极，使IGBT的门极的电位上升，从而抑制IGBT的集电极电压上升，起到IGBT过压保护的作用；门极过压保护电路2是用于在IGBT门极电压过高的时候，使IGBT的门极电压箝住；驱动控制电路3用于接收正常的IGBT的开通及关断的信号，还用于接收集电极过压保护电路I的过压信号，以控制IGBT的门极电平。
[0028]在本发明优选实施例中，集电极过压保护电路I包括TVS管D3、第二电阻R2、第三电阻R3、第一二极管D1、第二二极管D2和第一电容Cl ;其中TVS管D3的负极与IGBT的集电极相连，正极与第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容Cl相连；第二电阻R2的另一端输出至驱动控制电路3 ;第一电容Cl与第三电阻R3并联相接，第一电容Cl与第三电阻R3的另一端与第二二极管D2的正极相连，第二二极管D2的负极连接至IGBT的门极；第一二极管Dl的负极连接驱动电源VISO，正极连接至IGBT的门极。门极过压保护电路2包括双向TVS管D4和第六电阻R6，其中双向TVS管D4和第六电阻R6并联相接，连接于IGBT的门极和发射极之间。驱动控制电路3包括缓冲器U1、或非门U2、第一电阻R1、第四电阻R4、第五电阻R5、第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2 ;其中缓冲器Ul的输入端和或非门U2的第一输入端相连，用于接收控制IGBT的开关信号，或非门U2的第二输入端通过第一电阻Rl接地，缓冲器Ul、或非门U2的输出端分别与第一 MOS管Q1、第二 MOS管Q2的门极相连；第一 MOS管Ql的漏极连接驱动电源VIS0，源极通过第四电阻R4与IGBT的门极相连；第二 MOS管Q2的源极接地，漏极通过第五电阻R5与IGBT的门极相连；优选缓冲器Ul选用增益缓冲器。
[0029]本发明优选实施例的电路的具体工作过程为:在正常情况下(IGBT没有发生过压)，驱动控制电路3接收正常的PWM信号，控制IGBT开通和关断，第四电阻R4和第五电阻R5分别用于控制IGBT开通及关断的速度，也可分别称为开通电阻和关断电阻；第一电阻Rl是