CN102082429A - 一种igbt关断浪涌电压箝位及抑制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路，包括：双电源驱动放大电路、瞬态抑制二极管电路、IGBT薄膜吸收电容、VCE检测电路以及IGBT驱动芯片，其中双电源驱动放大电路包括正电源(VCC)、负电源(VEE)、PNP三极管(Q1)、NPN三极管(Q2)、门极关断电阻(R2)、门极开启电阻(R3)以及限流电组(R1)，PNP三极管(Q1)和NPN三极管(Q2)组成集电极互补推挽功率驱动放大电路。本发明提供的电路首先从源头减小IGBT关断时产生的浪涌电压值，其次使用瞬态抑制电路和薄膜电容对已产生的关断浪涌电压进行箝位和抑制，非常可靠和有效的保证了电机驱动系统的正常运行。
Description
技术领域
本发明属于电子电路领域，具体涉及一种IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路。
背景技术
由于绝缘栅双极晶体管IGBT具有易驱动、开关频率高、外壳绝缘等优点，目前已成为电机驱动控制器使用的主流开关器件。IGBT的电压等级(Vces)是其承受正向阻断电压的极限值，超过该值IGBT就会被击穿烧毁，因此IGBT运行中母线电压尖峰的箝位及抑制是关系到该器件系统使用可靠性的一个重要指标。
由于主电路存在杂散电感和IGBT元件内部的分布电感，IGBT关断时会产生一高于母线直流电压的电压尖峰，其中超出母线电压的部分称为关断过电压或关断浪涌电压ΔVCE。ΔVCE＝Lσ×dioff/dt，Lσ为主电路杂散电感和I GBT元件内部的分布电感之和，dioff/dt为IGBT元件电流下降率。以600V/400A的IGBT模块为例，当母线电压采用350V系统时，如果驱动电机的相电流有效值达到250A时，电机驱动系统产生的关断浪涌电压ΔVCE就很容易超过250V，这样直流母线电压的电压尖峰值就超过了IGBT的电压等级600V，IGBT就会过压击穿烧毁。所以设计一种IGBT的关断浪涌电压箝位及抑制电路来保证电机驱动系统的可靠运行是很有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题，就在于设计一种IGBT的关断浪涌电压箝位及抑制电路，用于实现对电机驱动系统中IGBT关断时产生的电压尖峰进行抑制，以保护系统的可靠运行。
本发明具体公开了一种IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路，其特征在于，包括：双电源驱动放大电路、瞬态抑制二极管电路、IGBT薄膜吸收电容、VCE检测电路以及IGBT驱动芯片，其中双电源驱动放大电路包括正电源、负电源、PNP三极管、NPN三极管、门极关断电阻、门极开启电阻以及限流电组，PNP三极管和NPN三极管组成集电极互补推挽功率驱动放大电路。
进一步，PNP三极管的基极与限流电组相连，集电极与正电源相连，发射极接门极开启电阻后与IGBT的门极端相连，为IGBT的开启提供正向偏压；NPN三极管的基极与限流电组相连，集电极与负电源相连，发射极接门极关断电阻后与IGBT的门极端相连，为IGBT的关断提供负向偏压。
进一步，门极关断电阻的阻值大于门极开启电阻的阻值。
进一步，瞬态抑制二极管电路并联在IGBT的C-E极上。
进一步，瞬态抑制二极管电路包括瞬态电压抑制二极管、快恢复可控整流二极管和双向瞬态电压抑制二极管，其中瞬态电压抑制二极管和快恢复可控整流二极管并联在IGBT的C-G极之间，双向瞬态电压抑制二极管并联在IGBT的G-E极之间。
进一步，IGBT驱动芯片的驱动信号引脚经限流电阻连接到PNP三极管和NPN三极管的基极。
进一步，IGBT薄膜吸收电容并联在IGBT的C-E极上，且尽量与C-E极的连线短，用于吸收高频的母线电压尖峰。
本发明提供的IGBT的关断浪涌电压箝位及抑制电路具体如下优点：首先从源头减小IGBT关断时产生的浪涌电压值，其次使用瞬态抑制电路和薄膜电容对已产生的关断浪涌电压进行箝位和抑制，非常可靠和有效的保证了电机驱动系统的正常运行。
附图说明
图1是本发明的电路模块结构示意图；
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路包括：双电源驱动放大电路、瞬态抑制二极管电路、IGBT薄膜吸收电容、VCE检测电路以及IGBT驱动芯片。结合图2，其中的双电源驱动放大电路包括正电源VCC、负电源VEE、PNP三极管Q1、NPN三极管Q2、门极关断电阻R2、门极开启电阻R3以及限流电组R1，PNP开关功率三极管Q1和NPN开关功率三极管Q2组成集电极互补推挽功率驱动放大电路；瞬态抑制二极管电路包括瞬态电压抑制二极管D1、快恢复可控整流二极管D2和双向瞬态电压抑制二极管D3。
IGBT驱动芯片的驱动信号引脚经限流电阻R1连接到驱动放大电路。三极管Q1的基极与R1相连，集电极与正电源VCC相连，发射极接门极开启电阻R2后与IGBT的门极端G相连，为IGBT的开启提供正向偏压；三极管Q2的基极也与R1相连，集电极与负电源VEE相连，发射极接门极关断电阻R3后与IGBT的门极端G相连，为IGBT的关断提供负向偏压。电路工作时，正电源VCC开启IGBT，负电源VEE关断IGBT，来防止系统干扰等引起IGBT误开启而导致的IGBT上下桥臂直通。
该双电源驱动放大电路中使用不同的门极电阻RG，且门极关断电阻R3大于门极开启电阻R2，因为RG增加，将使IGBT的开通与关断时间增加，使IGBT元件电流下降率dioff/dt减小，根据ΔVCE＝Lσ×dioff/dt(式中，Lσ为主电路杂散电感和IGBT元件内部的分布电感之和)，使用大的门极关断电阻R3可以减小关断浪涌电压ΔVCE。
瞬态抑制二极管电路并联在IGBT的C-E极上，进一步，D1、D2并联在IGBT的C-G极之间，D3并联在IGBT的G-E极之间，IGBT关断时，一旦C-E极间电压VCE超过瞬态抑制二极管D1的阈值，D1导通，IGBT门极电压VGE上升，IGBT重新导通，使VCE电压下降，从而将关断浪涌电压ΔVCE箝位在瞬态抑制二极管D1的阈值范围内。
IGBT薄膜吸收电容C1也并联在IGBT的C-E极上，且尽量与C-E极的连线短，通过薄膜电容C1的滤波能力来吸收高频的母线电压尖峰，从而抑制IGBT关断时产生的关断浪涌电压ΔVCE。
本发明并不局限于上述具体实施方式，凡是依据本发明技术方案所作的显而易见的技术变形，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路，其特征在于，包括：双电源驱动放大电路、瞬态抑制二极管电路、IGBT薄膜吸收电容、VCE检测电路以及IGBT驱动芯片，其中双电源驱动放大电路包括正电源(VCC)、负电源(VEE)、PNP三极管(Q1)、NPN三极管(Q2)、门极关断电阻(R2)、门极开启电阻(R3)以及限流电组(R1)，PNP三极管(Q1)和NPN三极管(Q2)组成集电极互补推挽功率驱动放大电路。
2.根据权利要求1所述的IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路，其特征在于，PNP三极管(Q1)的基极与限流电组(R1)相连，集电极与正电源(VCC)相连，发射极接门极开启电阻(R2)后与IGBT的门极端(G)相连，为IGBT的开启提供正向偏压；NPN三极管(Q2)的基极与限流电组(R1)相连，集电极与负电源(VEE)相连，发射极接门极关断电阻(R3)后与IGBT的门极端(G)相连，为IGBT的关断提供负向偏压。
3.根据权利要求2所述的IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路，其特征在于，门极关断电阻(R3)的阻值大于门极开启电阻(R2)的阻值。
4.根据权利要求2或3所述的IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路，其特征在于，瞬态抑制二极管电路并联在IGBT的C-E极上。
5.根据权利要求4所述的IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路，其特征在于，瞬态抑制二极管电路包括瞬态电压抑制二极管(D1)、快恢复可控整流二极管(D2)和双向瞬态电压抑制二极管(D3)，其中瞬态电压抑制二极管(D1)和快恢复可控整流二极管(D2)并联在IGBT的C-G极之间，双向瞬态电压抑制二极管(D3)并联在IGBT的G-E极之间。
6.根据权利要求2-5任一项所述的IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路，其特征在于，IGBT驱动芯片的驱动信号引脚经限流电阻(R1)连接到PNP三极管(Q1)和NPN三极管(Q2)的基极。
7.根据权利1-6任一项所述的IGBT关断浪涌电压箝位及抑制电路，其特征在于，IGBT薄膜吸收电容(C1)并联在IGBT的C-E极上，且尽量与C-E极的连线短，用于吸收高频的母线电压尖峰。
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