一种IGBT驱动的有源钳位电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种IGBT驱动的有源钳位电路，包括依次连接在所述IGBT的集电极和栅极之间的第一瞬态电压抑制二极管、第二瞬态电压抑制二极管、二极管、限流电阻，所述第二瞬态电压抑制二极管并联有电容和放电电阻。实现了IGBT动态有源钳位和静态有源钳位的保护。该电路结构简单，通用性强，可以根据各种应用场合进行有源钳位电压的参数设置，可以应用在各种工况下的IGBT驱动电路设计中。

【技术实现步骤摘要】
—种IGBT驱动的有源钳位电路
本技术涉及电力机车用变流器，尤其涉及一种电力机车用变流器的IGBT驱动的有源钳位电路。
技术介绍
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)集功率场效应管(MOSFET)和双极性功率晶体管(BJT)的优点于一身，既具有输入阻抗高、开关速度快，热稳定性好和驱动电路简单的特点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此在现代电力电子技术中得到越来越广泛的应用。 IGBT应用的关键技术之一是过电压抑制。过电压抑制不仅直接关系到IGBT本身的工作特性和运行安全，还影响到整个系统的性能和安全。IGBT在正常情况关断时会产生一定的电压尖峰，但是数值不会太高，但在变流器过载或者桥臂短路时，如果要关断管子，产生的电压尖峰则非常高，此时IGBT非常容易被打坏。 有源钳位电路的目标是钳住IGBT的集电极电位，使其不要到达太高的水平，如果关断时产生的电压尖峰太高，或者太陡，都会使IGBT受到威胁。所以有源钳位电路通常在故障状态下才会动作，正常时不工作。 在现有技术方案中一种典型有源钳位电路，如图1所示。该电路结构简单，动态性能好，响应速度快。该电路属于静态有源钳位，在电力机车用的变流器应用中，由于母线电压较高且波动较大往往会高于有源钳位动作的电压点，若不处理，有源钳位会进入连续动作的状态，容易损坏驱动电路。针对此情况专业的IGBT驱动电路生产商CONCEPT公司开发的驱动核采用高级动态有源钳位DA2C技术，通过专用ASIC去控制部分TVS管短接来改变有源钳位电压阀值，如图2所示。 现有技术中，广泛使用的IGBT驱动电路是可以通过商业手段获得的独立集成驱动芯片，如CONCEPT公司；这种集成驱动芯片不仅驱动能力有限，而且很难实现对线路中的参数进行灵活调节，因此这种独立集成驱动芯片无法满足电力机车在不同应用场景下对IGBT驱动电路的驱动能力和线路保护能力进行灵活调节的需求；另一方面，由于电力机车上的电磁环境十分恶劣，而独立集成驱动芯片很容易会受到电磁干扰发生故障，因此现有技术中，独立集成驱动芯片往往无法在电力机车的复杂环境下保证IGBT变流器能够安全可靠运行，基本采用专门设计的驱动电路。
技术实现思路
本技术的主要目的是提供一种电力机车用变流器的IGBT驱动的有源钳位电路，该电路在典型有源钳位电路的基础上进行改进，实现了 IGBT动态有源钳位和静态有源钳位的保护。该电路结构简单，通用性强，可以根据各种应用场合进行有源钳位电压的参数设置，可以应用在各种工况下的IGBT驱动电路设计中。 本技术的目的是通过以下技术方案实现的: 本技术的IGBT驱动的有源钳位电路，该部分电路为IGBT驱动电路的一部分，连接在变流器的IGBT的集电极和栅极之间，包括依次连接在所述IGBT的集电极和栅极之间的第一瞬态电压抑制二极管、第二瞬态电压抑制二极管、二极管、限流电阻，所述第二瞬态电压抑制二极管并联有电容和放电电阻。 由上述本技术提供的技术方案可以看出，本技术实施例所提供的IGBT驱动的有源钳位电路，由于包括依次连接在所述IGBT的集电极和栅极之间的第一瞬态电压抑制二极管、第二瞬态电压抑制二极管、二极管、限流电阻，所述第二瞬态电压抑制二极管并联有电容和放电电阻，实现了动态有源钳位和静态有源钳位的结合:当IGBT导通瞬态时，IGBT的集-射电压被钳位在稳压值Utvs = UTVS1+UTVS2，此时有源钳位电路相当于一个保护电路，避免过电压发生；当IGBT关断瞬态时分三种情况，当IGBT的集-射电压小于UTVSi时，此时有源钳位电路不需要工作，IGBT的功率损耗也较低；当IGBT的集-射电压大于UTVSi时，瞬态电压抑制二极管TVSl被击穿，电容c流过反馈电流Ic = CdVCE/dt，该电流对门级充电，使得VGE电压下降变缓，保持在IGBT栅级阀值电压以上，此时集电极电流处于可控状态，也可理解为电容c并联在IGBT的栅-集极之间，增大了 IGBT的栅-集极电容Cgc ;当IGBT的集-射电压大于Utvs时，即出现过电压，瞬态电压抑制二极管TVSl和TVS2都导通，IGBT和TVS相互作用抑制过电压等同于典型有源钳位电路。 【附图说明】 图1为现有技术方案典型IGBT驱动有源钳位电路的结构示意图； 图2为现有技术方案CONCEPT驱动提供的动态有源钳位电路的结构示意图； 图3为本技术实施例提供的IGBT驱动的有源甜位电路的结构不意图； 图4为本技术实施例提供的IGBT驱动的有源甜位电路的电路原理图。 【具体实施方式】 下面结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。 本技术的IGBT驱动的有源钳位电路，该部分电路为IGBT驱动电路的一部分，连接在变流器的IGBT的集电极和栅极之间，包括依次连接在所述IGBT的集电极C和栅极G之间的第一瞬态电压抑制二极管TVS1、第二瞬态电压抑制二极管TVS2、二极管D、限流电阻R，所述第二瞬态电压抑制二极管TVS2并联有电容c和放电电阻Re。 所述IGBT的集电极C与所述第一瞬态电压抑制二极管TVSl的阴极电连接，所述第一瞬态电压抑制二极管TVSl的阳极与所述第二瞬态电压抑制二极管TVS2的阴极电连接，所述第二瞬态电压抑制二极管TVS2的阳极与二极管D的阳极电连接，所述二极管D的阴极与所述限流电阻R的一端连接，所述限流电阻R的另一端连接到所述IGBT的栅极G。 需要说明的是，本技术实施例所提供的IGBT驱动有源钳位电路主要适用于电压为3300V甚至更高的电力机车变流器。下面开始对该IGBT有源钳位电路驱动电路进行详细描述。 如图3所示，一种IGBT驱动有源钳位电路为IGBT驱动电路的一部分，连接在变流器的IGBT的集电极和栅极之间，其具体结构可以包括:瞬态电压抑制二极管TVSl和TVS2、二极管D、电容c、放电电阻Re、限流电阻R。 TVSl构成动态有源钳位电压阀值，当IGBT的集-射电压大于UTVSl时，瞬态电压抑制二极管TVSl被击穿，电容C流过反馈电流Ic = CXdVo/dt,该电流对门级充电,使得 电压下降变缓，保持在IGBT栅级阀值电压以上，此时集电极电流处于可控状态。TVSl和TVS2构成静态有源钳位电压阀值，当判定Vra过电压时，即当IGBT的集-射电压大于Utvs =UTVS1+UTVS2时，瞬态电压抑制二极管TVSl和TVS2都导通，IGBT和TVS相互作用抑制VCE电压在额定电压之下，此时电容c不起作用，寄生电感能量消耗在IGBT和TVS中。 二极管D的作用是防止IGBT栅级电压流向集电极。电容c为动态有源钳位时并联在IGBT的栅-集极之间，增大了 IGBT的栅-集极电容Cgc。放电电阻Re为当IGBT处于关断稳态是电容c对其放电，同时当IGBT串联使用时，其也可作为静态均压电阻。限流电阻R起保护瞬态电压抑制二级管的限流作用。 具体地,该IGBT驱动有源钳位电路具体实施方案可以包括: (I)TVS管的阀值选取和选型:TVS1管的阀值根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT驱动的有源钳位电路，该部分电路为IGBT驱动电路的一部分，连接在变流器的IGBT的集电极和栅极之间，其特征在于，包括依次连接在所述IGBT的集电极(C)和栅极(G)之间的第一瞬态电压抑制二极管(TVS1)、第二瞬态电压抑制二极管(TVS2)、二极管(D)、限流电阻(R)，所述第二瞬态电压抑制二极管(TVS2)并联有电容(c)和放电电阻(Rc)。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT驱动的有源钳位电路，该部分电路为IGBT驱动电路的一部分，连接在变流器的IGBT的集电极和栅极之间，其特征在于，包括依次连接在所述IGBT的集电极(C)和栅极(G)之间的第一瞬态电压抑制二极管(TVSl)、第二瞬态电压抑制二极管(TVS2)、二极管(D)、限流电阻(R)，所述第二瞬态电压抑制二极管(TVS2)并联有电容(c)和放电电阻(Re)。2.根据权利要求1所述的IGBT...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志华，贺觅知，赵利忠，仝超，
申请(专利权)人：北京赛德高科铁道电气科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京;11