CN103296875B - 一种驱动尖峰电压抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种驱动尖峰电压抑制电路，该电路包括：三极管、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容及至少两个IGBT管；第一电阻与第一电容连接之后并联到驱动电源上，第一电阻与第一电容连接的一端与第一二极管连接，第一二极管的另一端与三极管的基极连接；三极管的集电极还与第二二极管的一端连接，第二二极管的另一端与驱动电源的连接；IGBT管的栅极与三极管的发射极相连，第二电容连接三极管的集电极及IGBT管的发射极，IGBT管的集电极与直流输入电压的输入端连接；第二电阻与驱动电源及三极管的发射极连接，通过第二电容抑制电压突变，能够有效的实现对驱动尖峰电压的抑制。

Description

一种驱动尖峰电压抑制电路

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种驱动尖峰电压抑制电路。

背景技术

在目前的大多数电力逆变装置中，绝缘栅双极型晶体管(英文全称为：Insulated Gate Bipolar Transistor，缩写为：IGBT)米勒电容引发的驱动尖峰是显而易见的现象，请参阅图1，图1为现有技术中的IGBT米勒效应原理电路图，其中，V_GE所在的箭头所指的点是指该点的电压为V_GE，I_m所在的曲线箭头所指的方向是指该电路中的电流I_m流动方向，在IGBT管S2关断，IGBT管S1开通时，在IGBT管S2的栅极会产生dV_ce/dt的电压变化量，电流I_m流经IGBT管S2的米勒电容C_CG，驱动电阻R_G和驱动光耦内部电阻R_driver产生压降V_GE，米勒效应电流I_m≈C_CG*dV_ce/dt，电压V_GE＝I_m*(R_G+R_driver)，然而，当V_GE超过IGBT管栅极的门极阈值时，IGBT管S2将导通，即IGBT管S1和IGBT管S2同时导通，将导致IGBT管S1或S2损坏，逆变桥壁直通引起炸机，且由于在电力转换装置中的逆变器采用单个或多个IGBT管并联使用，在多个IGBT管并联情况下，米勒电容也将并联，得到的米勒效应电流I_m≈(C_CG1+C_CG2+C_CG3+…….+C_CGn)*dV_ce/dt，因此，在多个IGBT管并联导通的情况下，电流中的驱动尖峰电压V_GE几乎成倍数增长，将导致电路更大的损坏。

在现有技术中，抑制驱动尖峰电压的快速增长的方法主要有1、在IGBT管的栅极(G)和发射极(E)之间增加电容；2、增加与栅极上的驱动电阻；3、使用正负电源供电；4、使用驱动光耦米勒箝位功能，然而，方法1和2均是以增加IGBT管的开关损耗为代价，且对驱动尖峰电压的抑制能力不强，特别是多个IGBT管并联使用时驱动尖峰电压的抑制效果更差，其中，方法3和4在柜式机器上使用效果不理想，主要是柜式机器驱动引线长，引线电感抑制电流瞬间突变，抑制能力与引线杂散电感量成正比，导致使用方法3和4也难以得到较好的驱动尖峰电压的抑制效果。因此，目前并没有一种有效的抑制驱动尖峰电压的电路，且驱动尖峰电压的抑制仍然是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种驱动尖峰电压抑制电路，能够有效的抑制IGBT管的驱动尖峰电压。

本发明提供了一种驱动尖峰电压抑制电路，可包括：

三极管、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容及至少两个IGBT管；

所述第一电阻与所述第一电容连接之后并联到驱动电源的第一输出端和第二输出端上，所述第一电阻与所述第一电容的相互连接的一端与所述第一二极管的一端连接，所述第一二极管的另一端与所述三极管的基极连接；

所述三极管的集电极还与第二二极管的一端连接，所述第二二极管的另一端与所述驱动电源的所述第一输出端连接；

所述至少两个IGBT管串联，其中一个IGBT管的栅极与所述三极管的发射极相连，所述第二电容的一端连接所述三极管的集电极，所述第二电容的另一端连接所述其中一个IGBT管的发射极，其中另外一个IGBT管的集电极与直流输入电压的输入端连接；

所述第二电阻的一端与所述驱动电源的所述第一输出端连接，所述第二电阻的另一端与所述三极管的发射极连接。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

驱动尖峰抑制电压抑制电路包括三极管、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容及至少两个IGBT管，其中，第一电阻与第一电容连接之后并联到驱动电源的第一输出端和第二输出端上，第一电阻与第一电容相互连接的一端与第一二极管的一端连接，且第一二极管的另一端与三极管的基极连接，其中，三极管的集电极还与第二二极管的一端连接，第二二极管的另一端与驱动电源的第一输出端连接；其中，至少两个IGBT管串联，且IGBT管的栅极与三极管的发射极相连，第二电容的一端连接三极管的集电极，且该第二电容的另一端连接IGBT管的发射极，且IGBT管的集电极与直流输入电压的输入端连接，其中，第二电阻的一端与驱动电源的第一输出端连接，第二电阻的另一端与三极管的发射极连接，通过第二电容抑制电压突变，能够有效的实现对驱动尖峰电压的抑制。

附图说明

图1为现有技术中的IGBT米勒效应原理电路图；

图2为本发明实施例中驱动尖峰电压抑制电路的电路图；

图3为本发明实施例中驱动尖峰电压抑制电路的另一电路图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种驱动尖峰电压抑制电路，用于对IGBT管产生的驱动尖峰电压进行抑制。

请参阅图2，为本发明实施例中驱动尖峰电压抑制电路的实施例，包括：

三极管Q2、第一二极管D8、第二二极管D10、第一电阻R15、第二电阻R4、及第一电容C5、第二电容C9及至少两个IGBT管(本发明实施例中以两个IGBT管为例进行说明，分别是图2所示电路图中的IGBT管S1和IGBT管S2)；

其中，第一电阻R15与第一电容C5连接之后并联到驱动电源的第一输出端GU+和第二输出端VU上，即第一电阻R15的一端与第一电容C5的一端连接，第一电阻R15的另一端与驱动电源的第一输出端GU+连接，第一电容C5的另一端与驱动电源的第二输出端VU连接。

其中，第一电阻R15与第一电容C5的相互连接的一端与第一二极管D8的一端连接，第一二极管D8的另一端与三极管Q2的基极连接，具体为，第一电阻R15与第一电容C5相互连接的一端与第一二极管D8的负极连接，第一二极管D8的正极与三极管Q2的基极B连接。

其中，三极管Q2的集电极C还与第二二极管D10的一端连接，第二二极管D10的另一端与驱动电源的第一输出端GU+连接，具体可以为：三极管Q2的集电极C与第二二极管D10的正极连接，第二二极管的负极与驱动电源的第一输出端GU+连接。

其中，两个IGBT管串联，在本发明实施例中即为IGBT管S1和IGBT管S2串联，IGBT管S2的栅极G与三极管Q2的发射极E相连，第二电容C9的一端连接三极管Q2的集电极C，第二电容C9的另一端连接IGBT管S2的发射极E，且IGBT管S1的集电极C与直流输入电压的输入端DC+连接；

在其他实施方式中，也可以是三个IGBT管串联，即为IGBT管S1、IGBT管S2和IGBT管S3(图中未画出)串联，IGBT管S3的栅极G与三极管Q2的发射极E相连，第二电容C9的一端连接三极管Q2的集电极C，第二电容C9的另一端连接IGBT管S3的发射极E，且IGBT管S1的集电极C与直流输入电压的输入端DC+连接；

在其他实施方式中，也可以是四个IGBT管串联，即为IGBT管S1、IGBT管S2、IGBT管S3(图中未画出)和IGBT管S4(图中未画出)串联，IGBT管S4的栅极G与三极管Q2的发射极E相连，第二电容C9的一端连接三极管Q2的集电极C，第二电容C9的另一端连接IGBT管S4的发射极E，且IGBT管S1的集电极C与直流输入电压的输入端DC+连接；

当然，在IGBT管串联的数目超过四个以上时，其中与直流电压的输入端DC+的连接方式，与第二电容C9的连接方式，以及与三极管Q2连接方式均与两个IGBT管串联时的连接方式相同，可以参照上述的描述，在此就不一一进行例举。

其中，第二电阻R4的一端与驱动电源的第一输出端GU+连接，第二电阻R4的另一端与三极管Q2的发射极E连接。在本发明实施例中，三极管Q2为PNP型三极管。

下面将基于图2所示实施例中描述的驱动尖峰电压抑制电路描述该电路抑制驱动尖峰电压的原理，为了更好的理解，以在IGBT管S2断开，IGBT管S1开通时为例进行说明。

当IGBT管S2断开后IGBT管S2的栅极G处的电压将被下拉至驱动电源的负电压；在死区时间内第一电容C5通过第一电阻R15放电，此时，第二电容C9的电压被第二二极管D10箝位在V_EE+D_f1，其中，V_EE为驱动电源的负电压，D_f1为第二二极管D10的管压降，死区时间过后，IGBT管S1开通，IGBT管S2的栅极引入驱动尖峰电压V_GE，且当该驱动尖峰电压V_GE大于V_BE+D_f2(V_BE为三极管Q2的基极与集电极之间的压降，D_f2为第一二极管D8的管压降)时，三极管Q2的发射极E和集电极C之间导通，米勒效应电流的一部分经过三极管Q2的发射极E、第一二极管D8向第一电容C5充电，米勒效应电流的另一部分经过三极管Q2的发射极E和集电极C向第二电容C9充电，使得尖峰能量瞬间存储在第二电容C9中并通过第二二极管D10流至驱动电源的第一输出端GU+，由于第二电容C9的电压不能瞬间突变，因此，能够有效的抑制三极管Q2的集电极C处的电压，且由于三极管Q2导通时发射极E与集电极C之间的压降范围有限，使得IGBT管S2的V_GE电压低于IGBT管S2的导通阈值，有效的实现的驱动尖峰电压的抑制。

需要说明的是，在实际应用中，可根据需要调节三极管Q2的发射极E和集电极C之间的电流的裕量和第二电容C9的容量实现对不同强度驱动尖峰电压的进行抑制的需求。

需要说明的是，在图2所示实施例中的驱动尖峰电压的抑制电路中，在IGBT管S1关断且IGBT管S2开通的情况下，也能够有效抑制驱动尖峰电压，原理与上述描述的原理一致，此处不再赘述。

在本发明实施例中，驱动尖峰电压抑制电路中的第二电容C9能够提供一个瞬间回路，存储三极管Q2导通时的部分驱动尖峰电压，能够有效的抑制在IGBT的关断时间内电路中的驱动尖峰电压，有效的保护电路。

在本发明实施例中，为了更好的对图2所示实施例中的驱动尖峰电压抑制电路进行保护，还可在图2所示的电路图中增加其他的元器件以实现对电路的保护，请参阅图3，图3为本发明实施例中的驱动尖峰电压抑制电路的另一电路图，包括：

如图2所示实施例中描述的IGBT管S1、IGBT管S2、三极管Q2、第一二极管D8、第二二极管D10、第一电阻R15、第二电阻R4、及第一电容C5、第二电容C9，且与图2所示实施例中描述的内容相似，此处不再赘述。

在本发明实施例中，驱动尖峰电压抑制电路还包括第三电阻R5，该第三电阻R5的一端与驱动电源的第二输出端VU连接，第三电阻R5与IGBT管S2的发射极E连接。

在本发明实施例中，为了使得驱动尖峰电压抑制电路更加稳定，该驱动尖峰电压抑制电路中还包括保护电路，该保护电路的一端连接IGBT管S2的栅极G，且该保护电路的另一端连接IGBT管S2的发射极E，其中，该保护电路包括稳压二极管Z1、第四电阻R9、第三电容C1，且稳压二极管Z1、第四电阻R9及第三电容C1相互并联构成该保护电路，其中，稳压二极管Z1起稳压作用，第四电阻R9用于门极电荷放电，第三电容C1用于滤除高频噪声。

需要说明的是，在本发明实施例中，图3所示实施例中的电路抑制驱动尖峰电压的原理与图2所示实施例中的电路抑制驱动尖峰电压的原理相似，此处不再赘述。

在本发明实施例中，驱动尖峰电压抑制电路中的第二电容C9能够提供一个瞬间回路，存储三极管Q2导通时的部分驱动尖峰电压，能够有效的抑制在IGBT的关断时间内电路中的驱动尖峰电压，有效的保护电路。

以上对本发明所提供的一种驱动尖峰电压抑制电路进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种驱动尖峰电压抑制电路，其特征在于，包括：

三极管、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容及至少两个IGBT管；

所述第一电阻与所述第一电容连接之后并联到驱动电源的第一输出端和第二输出端上，所述第一电阻与所述第一电容的相互连接的一端与所述第一二极管的一端连接，所述第一二极管的另一端与所述三极管的基极连接,具体为，第一电阻与第一电容相互连接的一端与第一二极管的负极连接，第一二极管的正极与三极管的基极连接；

所述三极管的集电极还与第二二极管的一端连接，所述第二二极管的另一端与所述驱动电源的所述第一输出端连接；

所述至少两个IGBT管串联，其中一个IGBT管的栅极与所述三极管的发射极相连，所述第二电容的一端连接所述三极管的集电极，所述第二电容的另一端连接所述其中一个IGBT管的发射极，其中另外一个IGBT管的集电极与直流输入电压的输入端连接；

所述第二电阻的一端与所述驱动电源的所述第一输出端连接，所述第二电阻的另一端与所述三极管的发射极连接。

2.根据权利要求1所述的驱动尖峰电压抑制电路，其特征在于，所述三极管为PNP型三极管。

3.根据权利要求1所述的驱动尖峰电压抑制电路，其特征在于，所述第二二极管的负极与所述驱动电源的所述第一输出端连接，所述第二二极管的正极与所述三极管的集电极连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的驱动尖峰电压抑制电路，其特征在于，还包括：第三电阻，所述第三电阻的一端与所述驱动电源的第二输出端连接，所述第三电阻的另一端与所述其中一个IGBT管的发射极连接。

5.根据权利要求4所述的驱动尖峰电压抑制电路，其特征在于，还包括保护电路，所述保护电路的一端连接所述其中一个IGBT管的栅极，所述保护电路的另一端连接所述其中一个IGBT管的发射极。

6.根据权利要求5所述的驱动尖峰电压抑制电路，其特征在于，所述保护电路包括：稳压二极管、第四电阻、第三电容，所述稳压二极管、第四电阻及第三电容相互并联构成所述保护电路。