一种大功率IGBT柔性驱动和保护电路制造技术

本发明专利技术提供一种大功率IGBT柔性驱动和保护电路，包括:工作电源电路、推挽式驱动电路、串联雪崩二极管反馈回路和保护阈值调节电路，采用雪崩二极管对IGBT开通和关断产生的电压尖峰进行闭环控制，同时，对大功率IGBT门极IG开通和关断的阻抗分别控制及对集射极电压尖峰的两级闭环控制，改变门极驱动电流的变化率，使得IGBT工作状态维持在线性区一段时间，达到限制IGBT集射极尖峰电压柔性驱动的目的，通过保护阈值调节电路对串联雪崩二极管反馈回路中雪崩二极管的短路调节，完成对IGBT保护阈值的两级控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路。
技术介绍
大功率IGBT (Insulated GateBipolar Transistor)，即绝缘棚.双极型晶体管，自80年代成功的研发和工业化使用以来，广泛应用于直流电压为600V及以上的变流系统中，如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。在传统的设计和使用中，为了保证IGBT器件的可靠性，基本上都是采用粗放式的设计模式，选用器件的容量远大于工作所需，驱动电路简单，多以RCD吸收回路吸收为主，驱动和保护系统庞大，即使是这样，仍无法抵抗来自外界的干扰和自身系统引起的各种失效问题。例如在门极和发射极之间设置并联电阻和正负向的稳压电路，以消除在栅极电荷积累及栅源电压出现尖峰损坏IGBT，而稳压管在此的响应时间和过电流能力远远不足，从而导致IGBT过压而损坏。还有为吸收大功率IGBT的开通和关断尖峰而设计的RCD吸收电路，因为参数设计困难，器件体积太大，结构布置不方便，发热严重，故障率高，使得大功率IGBT频频失效。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路，解决大功率IGBT因电压尖峰过高被击穿和开通、关断响应慢的问题。为解决上述的技术问题，本专利技术采用如下的技术方案: 一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路，包括工作电源电路，其特征在于还包括:推挽式驱动电路，所述推挽式驱动电路接收所述工作电源电路的电流信号，输出端连接IGBT的门极；用于对控制系统传送的控制信号进行功率放大，完成对IGBT的门极开通和关断的阻抗分别控制。串联雪崩二极管反馈回路，包括两个尖峰电压反馈回路: 第一反馈回路，包括第一快速二极管和第一串联雪崩二极管组串联结构，第一串联雪崩二极管组的信号输入端连接IGBT的集电极，输出端经第一快速二极管连接IGBT的门极；当IGBT开通和关断产生的电压尖峰超过第一串联雪崩二极管组设定的电压阈值时，将会在串联支路里面产生电流信号，电流信号通过第一快速二极管作用于IGBT的门极，减缓IGBT的开通和关断产生的电压尖峰，完成无增益电流闭环。第二反馈回路，包括第二串联雪崩二极管组、高压突波电容和第二快速二极管；第二串联雪崩二极管组的电流信号输入端与IGBT的集电极连接，所述第二串联雪崩二极管组输出的电流信号经高压突波电容吸收，并通过缓冲电阻，被第二快速二极管引入所述推挽式驱动电路的电流信号输入端；所述第二串联雪崩二极管组是所述第一串联雪崩二极管组的一部分；第二反馈回路中的电流信号通过高压突波吸收电容和所述第二快速二极管，将电流引入推挽式驱动电路，与第一个尖峰电压反馈回路汇合，完成高增益电流闭环。第二反馈回路中的电流会早于第一反馈回路中的电流，更为灵敏。保护阈值调节电路，包含开关MOSFET器件，用于在IGBT开通时，降低所述串联雪崩二极管反馈回路中的击穿电压总值。更具体的，所述串联雪崩二极管反馈回路包括雪崩二极管Tl?T7、第一快速二极管V5、高压突波电容Cl、高压突波电容C2、缓冲电阻R8、缓冲电阻R9和第二快速二极管V4;所述雪崩二极管Tl?T7按阴极连接阳极的方式依次串联，雪崩二极管T7的阴极连接IGBT的集电极1C，雪崩二极管Tl的阳极连接第一快速二极管V5的阳极，第一快速二极管V5的阴极连接IGBT的门极IG;所述高压突波电容C2与所述雪崩二极管T3并联，所述高压突波电容Cl、缓冲电阻R9和第二快速二极管V4依次串联，所述高压突波电容Cl的开放端连接雪崩二极管T2的阴极，所述第二快速二极管V4的阴极连接所述推挽式驱动电路的电流信号输入端，所述缓冲电阻R8连接在第一快速二极管V5的阳极和第二快速二极管V4的阳极之间。所述依次串联的雪崩二极管Tl?T7组成第一串联雪崩二极管组，依次串联的T3?T7组成第二串联雪崩二极管组。第一反馈回路由第一串联雪崩二极管组和第一快速二极管V5组成，第二反馈回路由第二串联雪崩二极管、所述高压突波电容Cl、所述高压突波电容C2、缓冲电阻R8、缓冲电阻R9和第二快速二极管V4。作为本专利技术的进一步改进，所述保护阈值调节电路中，包含开关MOSFET V6器件，开关MOSFET V6的门极MG连接到IGBT的门极IG，开关MOSFET V6的漏极MD连接到雪崩二极管的T2的阴极，开关MOSFET V6的源极MS连接到第一快速二极管V5的阳极。当IGBT开通时，开关M0SFETV6也开通，将会把雪崩二极管Tl、T2短路，这样就降低了串联雪崩二极管的击穿电压总值，确保在开通过程中，保证IGBT的可靠保护阈值。当IGBT关断时，开关MOSFET V6也关断，将会把雪崩二极管Tl、T2继续加入雪崩二极管串联电路，这样就提高了串联雪崩二极管的击穿电压总值，确保在关断过程中，保证IGBT的可靠耐压阈值。采用雪崩二极管对IGBT开通和关断产生的电压尖峰进行闭环控制，同时，对大功率IGBT门极IG开通和关断的阻抗分别控制及对集射极电压尖峰的两级闭环控制，改变门极驱动电流的变化率，使得IGBT工作状态维持在线性区一段时间，达到限制IGBT集射极尖峰电压柔性驱动的目的。本专利技术所述的一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路，有益效果是:保护电路以纳秒级速度工作，提高IGBT工作频率，降低尖峰吸收回路损耗，代替了传统RCD尖峰吸收电路，减小了 IGBT的驱动和保护电路，易于PCB贴片化设计，柔性开通关断大功率IGBT器件，提高器件和设备可靠性。【附图说明】图1本专利技术一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路的系统结构示意图； 图2本专利技术一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路的原理示意图。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术做进一步阐述。如图1所示，一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路，包括工作电源电路、推挽式驱动电路、串联雪崩二极管反馈电路和保护阈值调节电路。工作电源电路，包含VCC、VEE,为推挽式驱动电路提供可靠的工作电源。推挽式驱动电路，包含的器件有大功率三极管Vl和V2，大功率三极管Vl和V2并联，用于对控制系统传送的控制信号进行功率放大。同时配合门极驱动网络，门极驱动网络包含的器件有电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7和快速二极管VI，可以完成对门极开通和关断的阻抗分别控制，最终连接到IGBT的门极IG。所述串联雪崩二极管反馈回路包括雪崩二极管Tl?T7、第一快速二极管V5、高压突波电容Cl、高压当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型大功率IGBT柔性驱动和保护电路，包括工作电源电路，其特征在于还包括：推挽式驱动电路，所述推挽式驱动电路接收所述工作电源电路的电流信号,输出端连接IGBT的门极IG；用于对控制系统传送的控制信号进行功率放大，完成对IGBT的门极IG开通和关断的阻抗分别控制；串联雪崩二极管反馈回路，包括两个尖峰电压反馈回路：第一反馈回路，包括第一快速二极管和第一串联雪崩二极管组串联结构，第一串联雪崩二极管组的信号输入端连接IGBT的集电极，输出端经第一快速二极管连接IGBT的门极IG；第二反馈回路，包括第二串联雪崩二极管组、高压突波电容和第二快速二极管；第二串联雪崩二极管组的电流信号输入端与IGBT的集电极连接，所述第二串联雪崩二极管组输出的电流信号经高压突波电容吸收，并通过缓冲电阻，被第二快速二极管引入所述推挽式驱动电路的电流信号输入端；所述第二串联雪崩二极管组是所述第一串联雪崩二极管组的一部分；保护阈值调节电路，包含开关MOSFET 器件，用于在IGBT开通时，降低所述串联雪崩二极管反馈回路中的击穿电压总值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马保慧，王有云，林鸿元，尚庆华，刘伟，袁小伟，蒋佳琛，
申请(专利权)人：天水电气传动研究所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62