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，具体涉及一种具有保护功能的IGBT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，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。图3为第二种现有技术的IGBT保护电路示意图，保护电路为图中2所示，正常工 作的情况与图2相同。当其中一路IGBT失效后，集电极与门极呈低阻态，高压通过集电极 窜至门极，TVS管开启箝位，门极电压被限制在一定水平，在此期间，保险丝Fl的熔体两端 电压高电流大，会出现熔体已熔化甚至气化，但是电流并没有切断，其原因就是在熔断的一 瞬间在电压及电流的作用下，保险丝的两电极之间发生拉弧现象。由于保险丝的持续拉弧， 在电弧的作用下将保险的外壳、TVS炸毁，高压窜到门极将其他IGBT连锁击穿烧毁。当高电 压加到保险丝Fl和TVS管两端，在上电瞬间流过保险的电流为正常熔断电流的最大值，随 着电流时间的增加，保险丝自身的电阻变大，电流变小，熔体温度升高并熔断，但是在保险 丝的熔体熔断的一瞬间由于电压和电流的作用下两电极之间发生了拉弧现象，电流没有切 断。TVS管仅在上电瞬间将电压箝位在所要求的安全数值上，由于保险丝两端有持续电流， TVS管受到长时间大电流的冲击而损坏，高电压窜至A点；如图3，高电压加在其他IGBT的 门极与发射极上，使与其并联的IGBT连锁击穿烧毁。因此，保险丝Fl必须为电力电路及大功率设备所使用的保险丝，并且具有灭弧功 能，能使Fl在短时间内切断故障电流，让TVS工作在安全工作区。此类保险丝一般应用于 电流大的设备中，其熔断电流值比较大，不适用于本应用环境；本实用新型所需熔断电流相对较小的保险丝，这类保险丝本身不具有辅助灭弧功能，在其额定值内工作不能在短时间 内切断故障电流。还有，带有辅助灭弧功能的保险丝一般采用填充式的结构，该结构的保险 不适用于移动设备，其体积大，易受空间限制，价格昂贵，不适宜量产化。
实用新型内容本实用新型解决的现有技术问题是现有的IGBT并联电路中运用的保险丝在熔断 的一瞬间在电压及电流的作用下，保险丝的两电极之间发生拉弧现象，使得电流并没有切 断，不能达到保护IGBT电路的目的。为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案本实用新型涉及的一种IGBT电路，包括一驱动单元、IGBT ；其中还包括保护电 路；所述保护电路包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管以及至少两个熔断 器；所述第一电阻与第一二极管并联，驱动单元连接第一二极管的正端，第一二极管的负端 连接第二二极管的一端，第二二极管的另一端与IGBT的发射极连接；至少两个熔断器与第 二电阻依次串联后连接第一二极管的负端和IGBT的门极。本实用新型实施例提供的IGBT电路，通过多个熔断器与第二电阻依次串联后连 接第一二极管的负端和IGBT的门极，熔断器产生的电弧具有一定压降并分别加在了多个 熔断器上，在第二电阻的共同作用下，总电流会随之减小，即产生的电弧总能量会减小；若 多个熔断器的电弧持续燃烧，其电弧长度在增加，需要提供更大的电弧能量；这样电弧会因 为能量供给不足而熄灭，进而保护了 IGBT。
图1是现有技术的并联IGBT电路示意图；图2是现有技术的IGBT电路示意图；图3是第二种现有技术的IGBT保护电路示意图；图4是本实用新型实施例的IGBT电路原理图；图5是本实用新型实施例的并联IGBT保护电路示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下 结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。图4是本实用新型实施例的IGBT电路原理图；一种IGBT电路，包括一驱动单元 1、IGBT ；其中还包括保护电路4 ；所述保护电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极 管D1、第二二极管TVS以及至少两个熔断器；所述第一电阻Rl与第一二极管Dl并联，驱动 单元1连接第一二极管Dl的正端，第一二极管Dl的负端连接第二二极管TVS的一端，第 二二极管TVS的另一端与IGBT的发射极连接；至少两个熔断器与第二电阻R2依次串联后 连接第一二极管Dl的负端和IGBT的门极。本实用新型实施例提供的IGBT电路，通过至少两个熔断器与第二电阻依次串联 后连接第一二极管的负端和IGBT的门极，至少两个熔断器产生的电弧具有一定压降，在第
4二电阻的共同作用下，总电流会随之减小，即产生的电弧总能量会减小；若至少两个熔断器 的电弧持续燃烧，其电弧长度在增加，需要提供更大的电弧能量；这样电弧会因为能量供给 不足而熄灭，进而保护了 IGBT。进一步地，上述熔断器为保险丝，普通保险丝即可。保险丝的个数至少为两个，但 是考虑到电路结构以及成本问题，在能达到保护IGBT的前提下，保险丝的个数一般有选为 两个。进一步地，上述第二二极管优选为TVS管。进一步地，IGBT电路还包括第三电阻R3 ；第三电阻R3的两端分别连接所述IGBT 的门极和发射极，第三电阻R3在IGBT的门极提供一弱下拉，防止了因IGBT门级悬空而导 致的IGBT误操作。图5是本实用新型实施例的并联IGBT保护电路示意图；IGBT电路包括复数个 IGBT,以及复数个保护电路；复数个IGBT并联，复数个保护电路与复数个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。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IGBT门级悬空而导致的IGBT误 操作。以下结合图4和图5详述其工作原理多路IGBT并联，每条支路均有独立的保护电路，共用同一驱动单元驱动。正常工 作情况下如图4，当驱动单元1输出信号为高电平，第一二极管Dl导通，电流大部分通过 第一二极管D1，流向保险丝F1、保险丝F2、第二电阻R2，IGBT快速导通；当IGBT关断时，电 流流过第二电阻R2、保险丝F2、保险丝F1，由于第一二极管Dl反向截止，电流从第一电阻 Rl支路流过，IGBT实现慢关断。在正常工作情况下，TVS管始终处于反向截止状态；第三电 阻R3是为了提供一个弱下拉，防止门级悬空IGBT误动作；第一二极管Dl的作用是隔离导 通和关断两条支路，从而实现不同的开通和关断的速度。由于保险丝自身存在一定的电阻， 第二电阻R2的取值比较关键，在不影响IGBT开通速度的情况下，尽量大些，在IGBT故障时 能够限电压和限电流，确保保险丝安全熔断。当其中一路IGBT失效后，集电极与门极呈低阻态，高压通过集电极窜至门极，大 电流流过第二电阻R2、保险丝F2、保险丝Fl和TVS管。两个保险的熔断过程阐述如下保险丝的发热量遵循公式Q = 0. 24I2RT ；其中Q是发热量，0. 24是一个常数，I是 流过导体的电流，R是导体的电阻，T是电流流过导体的时间。当其中一路IGBT失效后，尽 管第二电阻R2有限电流的作用，但此时支路上的电流仍然远大于保险丝的熔断电流。保险 丝Fl和保险丝F2为同一型号保险丝，但两个保险丝的熔断热能略有差异，假设保险丝Fl 电阻较大；电阻较大的保险丝Fl因发热量大而先进入弧前状态(即开始熔断)。先进入 弧前状态的保险丝Fl在熔断过程中，在高温及较大电压的双重作用下，在其断点处会产生 电弧，电弧具有较低的等效电阻，仍然可以维持电流通路。此时在限流电阻第二电阻R2的 作用下，在持续供给能量的前提下，先进入拉弧状态的保险丝Fl电弧持续燃烧维持电流通 路，达到一定时间之后，熔断热能稍低的另一个保险丝F2也进入弧前状态，并紧接着进入 拉弧状态。此时两个保险丝Fl和保险丝F2均进入拉弧状态。根据电弧理论，电弧电压= 阴极区电压+孤柱区电压+阳极区电压，其中阴极区电压在空气中为8 11V，弧柱区电压是和电流呈线性关系，阳极区电压略小于阴极区电压；电弧产生的能量即电弧电压乘以电 弧电流。当两个保险均进入拉弧状态时，由于电弧具有一定压降，在限流电阻第二电阻R2 的共同作用下，其总的电流也会随之减小，也就是说产生的电弧能量会减小；同时，两个保 险的电弧持续燃烧时，其电弧长度在增加，这就要求提供更大的电弧能量。这样电弧会因 为能量供给不足而熄灭。由此可见，即便两个保险同时出现拉弧现象，也会因为“长弧割短 弧”(灭弧方法的其中一种)及限流电阻的限流降压作用，电弧持续时间很短。从而有效的 避免了持续拉弧带来的TVS、IGBT模块以及其他重要器件的烧毁。 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、等同替换和改进等，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 电路包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管以及至少两个熔断器；所述第一 电阻与第一二极管并联，驱动单元连接第一二极管的正端，第一二极管的负端连接第二二 极管的一端，第二二极管的另一端与IGBT的发射极连接。至少两个熔断器与第二电阻依次 串联后连接第一二极管的负端和IGBT的门极。
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IGBT并联，复数个保护电路与复数个IGBT —一对应。
3.根据权利要求1所述的IGBT电路，其特征在于所述熔断器为保险丝。
4.根据权利要求1所述的IGBT电路，其特征在于所述第二二极管为TVS管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的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。
专利摘要一种IGBT电路，包括一驱动单元、IGBT；其中还包括保护电路；所述保护电路包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管以及至少两个熔断器；所述第一电阻与第一二极管并联，驱动单元连接第一二极管的正端，第一二极管的负端连接第二二极管的一端，第二二极管的另一端与IGBT的发射极连接。熔断器产生的电弧具有一定压降并分别加在了多个熔断器上，在第二电阻的共同作用下，总电流会随之减小，即产生的电弧总能量会减小；若多个熔断器的电弧持续燃烧，其电弧长度在增加，需要提供更大的电弧能量；这样电弧会因为能量供给不足而熄灭，切断回路电流，进而保护了IGBT。
文档编号H03K17/567GK201781468SQ201020122498
公开日2011年3月30日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者夏文锦, 沈丽, 韩瑶川 申请人:比亚迪股份有限公司