一种用于门极保护的栅极保护板的制作方法

本发明涉及高压变频器，特别是一种用于高压变频器和MMC变频器IGBT门极保护的栅极保护板。

背景技术：

功率单元是使用功率电力电子器件进行整流、滤波、逆变的高压变频器主回路的主要部件，每个功率单元都相当于一台交-直-交电压型单相低压变频器，目前功率单元使用的核心器件是IGBT，对于如何良好的驱动IGBT，驱动电路的设计是核心。

目前行业内高压变频器采用的门极保护板，现在正在使用的栅极保护板比较简单(如图1所示)，IGBT工作时，主要靠TVS管(D2)吸收瞬间的浪涌，但是有时TVS管不能把浪涌的能量吸收完，在波形上就会看到Vge电压尖峰很高，带载运行的时候，Vge有时就超过了20V；在做短路实验时，Vge的值直接超过了20V，使IGBT处于危险工作状态，随时可能爆炸；因此现有的栅极保护板虽然可以使得变频器运行起来，但是对于其长期运行的性能、寿命却没有得到保障。

IGBT正常开通时，通过TVS管把门极电压抑制在+20V以下，根据测试发现，空载的时候确实能够抑制住门极电压不超过20V，但是带载的时候就会出现门极电压超过20V的情况，IGBT随时有失效的风险；IGBT关断时，为了不出现太高的开通阀值电平，在现有的电路下，只能加大门极电阻阻值和门极电容容值，把IGBT关断过程中多余的能量进行吸收消耗掉，但是这样又会使IGBT正常工作时的损耗增大。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于门极保护的栅极保护板。

本发明采用的技术方案是：

一种用于门极保护的栅极保护板，包括

连接驱动板输出驱动脉冲信号的端口D-Gon与端口D-E，连接IGBT栅极的端口IGBT-G及连接IGBT射级的端口IGBT-E；以及

连接在端口D-Gon与端口IGBT-G之间的栅极驱动电阻，连接在端口D-E与端口IGBT-E之间的源极驱动电阻；

连接在端口IGBT-G与端口IGBT-E之间的IGBT导通泄压电路(10)和IGBT关断泄压电路(20)。

进一步，所述IGBT导通泄压电路(10)包括NPN型三极管Q4、稳压二极管D5、吸收电容C10、泄压电阻R25以及二极管D8，该三极管Q4的集电极与端口IGBT-G连接，稳压二极管D5连接在三极管Q4的集电极与基极之间，该吸收电容C10连接在三极管Q4的发射级与端口IGBT-E之间，该泄压电阻R25、二极管D8依次串联在三极管Q4的发射级与端口D-Gon之间。

此外，所述三极管Q4的基极与端口IGBT-E之间连接有并联着的电容C8和电阻R18。

进一步，所述IGBT关断泄压电路(20)包括PNP型三极管Q3、二极管D10、吸收电容C9、泄压电阻R21以及二极管D7，该三极管Q3的发射极与端口IGBT-G连接，二极管D10连接在三极管Q3的基极与端口D-Gon之间，该吸收电容C9连接在三极管Q3的集电极与端口IGBT-E之间，该泄压电阻R21、二极管D7依次串联在三极管Q3的集电极与端口D-Gon之间。

所述三极管Q3的基极与端口IGBT-E之间连接有并联着的电容C7和电阻R19。

进一步，所述栅极驱动电阻由电阻R14和电阻R15并联而成，源极驱动电阻由电阻R24和电阻R20并联而成。

进一步，所述端口IGBT-G与端口IGBT-E之间连接有电阻R17。

本发明的有益效果：

①通过增加部分电路，把开通和关断时的能量吸收泄放掉，在设计上减小了驱动电阻的阻值，降低了IGBT损耗；

②IGBT正常工作时，能够把门极电压稳定在16V左右，保证了IGBT的长期运行性能和寿命；

③外部输出短路时，在短路的一瞬间控制器还未切断电路起保护作用的情况下，能够稳住门极电压，避免IGBT失效。

④防止关断时，上下管门极信号同时为高，上下管同时导通，造成IGBT直通。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是传统栅极保护板的电路图；

图2是本发明栅极保护板的电路图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的一种用于门极保护的栅极保护板，包括

连接驱动板输出驱动脉冲信号的端口D-Gon与端口D-E，连接IGBT栅极的端口IGBT-G及连接IGBT射级的端口IGBT-E；以及

连接在端口D-Gon与端口IGBT-G之间的栅极驱动电阻，连接在端口D-E与端口IGBT-E之间的源极驱动电阻；

连接在端口IGBT-G与端口IGBT-E之间的IGBT导通泄压电路10和IGBT关断泄压电路20。

如图2示，IGBT导通泄压电路10包括NPN型三极管Q4、稳压二极管D5、吸收电容C10、泄压电阻R25以及二极管D8，该三极管Q4的集电极与端口IGBT-G连接，稳压二极管D5连接在三极管Q4的集电极与基极之间，该吸收电容C10连接在三极管Q4的发射级与端口IGBT-E之间，该泄压电阻R25、二极管D8依次串联在三极管Q4的发射级与端口D-Gon之间。此外，所述三极管Q4的基极与端口IGBT-E之间连接有并联着的电容C8和电阻R18。

与之对应的，所述IGBT关断泄压电路20包括PNP型三极管Q3、二极管D10、吸收电容C9、泄压电阻R21以及二极管D7，该三极管Q3的发射极与端口IGBT-G连接，二极管D10连接在三极管Q3的基极与端口D-Gon之间，该吸收电容C9连接在三极管Q3的集电极与端口IGBT-E之间，该泄压电阻R21、二极管D7依次串联在三极管Q3的集电极与端口D-Gon之间。所述三极管Q3的基极与端口IGBT-E之间连接有并联着的电容C7和电阻R19。

作为本技术方案配套的电路元件，所述栅极驱动电阻由电阻R14和电阻R15并联而成，源极驱动电阻由电阻R24和电阻R20并联而成，端口IGBT-G与端口IGBT-E之间连接有电阻R17。电阻R26与电阻R25并联以匹配不同功率大小，同理，电阻R21与电阻R22并联以匹配不同功率大小。

本发明主要构思是能够限制IGBT正常开通下电压阀值最大值不超过18V，关断情况下突然开通的电压阀值不超过0V，主要原理设计情况如下：

①IGBT开通过程中限制电压不超过18V：

主要功能电路由D5、Q4、C10、R25、D8组成(如图2中10部分)，其中D5是一个18V的稳压二极管，当IGBT开通的阀值超过18V时，则三极管Q4的C极、E极导通，电流从C极、E极到达电容C10,从而C10把多余的能量进行吸收；IGBT关断时，则可以把该能量通过D8、R25把能量泄放掉，最终达到把门极正电压最大值限制在+18V以下。

②IGBT关断过程中突然出现的开通电平阀值不超过0V：

主要功能电路由Q3，C9，R21，D7，D10组成(图2中20部分)，当IGBT关断时，若门极前端的瞬时电压值大于驱动电阻前端的电压值(即图2中“1”点电压大于“2”点电压)，两者压差大于0.7V，D10导通，使Q3三极管导通，电流经通过C极、E极向下给电容C9充电，当电容C9吸收能量达到其容量时，剩余的能量由R21，R7消耗掉，这样就能够避免IGBT关断时门极电压冲过高的情况出现，保证了IGBT正常工作过程中不会直通短路的风险。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。