一种功率半导体器件门阴极电路、器件保护方法和设备

本发明涉及电力电子，特别涉及一种功率半导体器件门阴极电路、器件保护方法和设备。

背景技术：

1、功率半导体器件在驱动掉电时较大的电压变化率dv/dt所引起的位移电流，可能会触发器件意外导通，造成器件损坏。最初直流输电系统中采用晶闸管这种半控器件，由于其不需要主动关断，因此在结构上天生存在门阴极短路设计，电压变化率在器件及电容上产生的位移电流可以通过门阴极短路结构进行泄放，所以对于断态重复电压变化率的耐受能力较强，一般为几千伏每微秒量级。随着电力系统的发展，电压等级和输送功率在不断增加，因此电力电子器件也在逐渐优化迭代，大多数全控型功率半导体器件在使用时都需要配合相应的驱动电路，当存在驱动电路时，器件对于断态重复电压变化率的耐受能力也比较强，甚至超过了晶闸管，但是驱动电路采用的元器件较多，故障率较高，同时需要考虑供电稳定性，因此存在驱动电路故障或者驱动电路失电的情况。在这种情况下，器件断态重复电压变化率耐受能力会急剧下降，甚至在10v/us量级的电压变化率下都存在导通的可能性，而器件在不应该导通的时候导通就可能存在损坏的风险。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，发明人做出本发明，通过具体实施方式，提供一种功率半导体器件门阴极电路、器件保护方法和设备。

2、第一方面，本发明实施例提供一种功率半导体器件门阴极电路，包括：并联在功率半导体器件门极和阴极之间的bod电路、驱动电路和rd电路；所述bod电路用于对所述驱动电路进行掉电检测；当所述驱动电路失电且未达到bod电路触发电压时，所述rd电路用于泄放电压变化率在所述功率半导体器件上产生的位移电流。

3、可选的，所述rd电路包括串联的电阻和二极管。

4、可选的，所述功率半导体器件为全控型功率半导体器件。

5、具体的，当所述驱动电路失电且达到bod电路触发电压时，所述bod电路产生能够使所述功率半导体器件导通的触发电流。

6、具体的，当所述驱动电路带电且开通所述功率半导体器件时，在所述功率半导体器件门极注入调整后的电流，使所述功率半导体器件导通，所述调整后的电流在被所述rd电路分流后的剩余电流不小于所述功率半导体器件导通的触发电流。

7、具体的，当所述驱动电路带电且关断所述功率半导体器件时，所述驱动电路产生负电压，关断电流从所述驱动电路流过。

8、可选的，所述rd电路的阻抗大于所述驱动电路的阻抗。

9、第二发明，本发明实施例提供一种功率半导体器件保护方法，包括以下步骤：

10、在所述功率半导体器件的门极和阴极之间并联bod电路、驱动电路和rd电路；使用所述bod电路对所述驱动电路进行掉电检测，当所述驱动电路失电且未达到bod电路触发电压时，通过所述rd电路泄放电压变化率在所述功率半导体器件上产生的位移电流。

11、具体的，所述的功率半导体器件保护方法还包括以下步骤：

12、当所述驱动电路失电且达到bod电路触发电压时，所述bod电路产生触发电流，使所述功率半导体器件导通；当所述驱动电路带电且开通所述功率半导体器件时，在所述功率半导体器件门极注入调整后的电流，使所述功率半导体器件导通，所述调整后的电流在被所述rd电路分流后的剩余电流不小于所述功率半导体器件导通的触发电流；当所述驱动电路带电且关断所述功率半导体器件时，所述驱动电路产生负电压，关断电流从所述驱动电路流过。

13、基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种功率半导体器件保护设备，采用如前述的功率半导体器件保护方法对功率半导体器件进行保护，或包括如前述的功率半导体器件门阴极电路。

14、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

15、本发明能够解决功率半导体器件在驱动掉电时较大的电压变化率dv/dt在器件内部及电容上产生的位移电流触发器件的问题，避免了位移电流作为触发电流将器件意外导通而造成的器件损坏，提高了功率半导体器件断态重复电压变化率耐受能力，并且能够实现与bod电路的配合，以及实现驱动上电后的器件正常工作。

16、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

17、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种功率半导体器件门阴极电路，其特征在于，包括：并联在功率半导体器件门极和阴极之间的bod电路、驱动电路和rd电路；

2.如权利要求1所述的功率半导体器件门阴极电路，其特征在于，所述rd电路包括串联的电阻和二极管。

3.如权利要求1所述的功率半导体器件门阴极电路，其特征在于，所述功率半导体器件为全控型功率半导体器件。

4.如权利要求1所述的功率半导体器件门阴极电路，其特征在于，当所述驱动电路失电且达到bod电路触发电压时，所述bod电路产生能够使所述功率半导体器件导通的触发电流。

5.如权利要求1所述的功率半导体器件门阴极电路，其特征在于，当所述驱动电路带电且开通所述功率半导体器件时，在所述功率半导体器件门极注入调整后的电流，使所述功率半导体器件导通，所述调整后的电流在被所述rd电路分流后的剩余电流不小于所述功率半导体器件导通的触发电流。

6.如权利要求1所述的功率半导体器件门阴极电路，其特征在于，当所述驱动电路带电且关断所述功率半导体器件时，所述驱动电路产生负电压，关断电流从所述驱动电路流过。

7.如权利要求1至6任一所述的功率半导体器件门阴极电路，其特征在于，所述rd电路的阻抗大于所述驱动电路的阻抗。

8.一种功率半导体器件保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的功率半导体器件保护方法，其特征在于，所述的功率半导体器件保护方法还包括以下步骤：

10.一种功率半导体器件保护设备，其特征在于，采用如权利要求8或9任一所述的功率半导体器件保护方法对功率半导体器件进行保护，或包括如权利要求1至7任一所述的功率半导体器件门阴极电路。

技术总结
本发明公开了一种功率半导体器件门阴极电路、器件保护方法和设备。包括：并联在功率半导体器件门极和阴极之间的BOD电路、驱动电路和RD电路；所述BOD电路用于对所述驱动电路进行掉电检测；当所述驱动电路失电且未达到BOD电路触发电压时，所述RD电路用于泄放电压变化率在所述功率半导体器件上产生的位移电流。本发明能够解决功率半导体器件在驱动掉电时较大的电压变化率dv/dt在器件内部及电容上产生的位移电流触发器件的问题，避免了位移电流作为触发电流将器件意外导通而造成的器件损坏，提高了功率半导体器件断态重复电压变化率耐受能力，并且能够实现与BOD电路的配合，以及实现驱动上电后器件正常工作。

技术研发人员：余占清,曾嵘,王宗泽,吴锦鹏,刘佳鹏,屈鲁,赵彪,尚杰,任春频
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15