CN104038044A - Igbt缓冲电路、pfc电路和空调控制系统 - Google Patents

Igbt缓冲电路、pfc电路和空调控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种IGBT缓冲电路，包括钳位单元、缓冲单元和限压单元，钳位单元连接于IGBT的集电极和缓冲单元之间，用于当IGBT处于导通状态时，钳位IGBT的瞬变电压，阻止缓冲单元存储的电能通过IGBT；限压单元连接于缓冲单元和负载之间，用于当IGBT处于关断瞬间状态，IGBT的集电极与发射极之间的电压经由钳位单元向缓冲单元充电时，为缓冲单元提供对负载的放电通路，限制充电期间的电压峰值产生。本发明进一步提供一种PFC电路和空调控制系统。本发明所取得的有益效果为：降低开关损耗，对IGBT起到保护作用。

Description

IGBT缓冲电路、PFC电路和空调控制系统
技术领域
本发明涉及电力电子领域，尤其涉及IGBT缓冲电路、PFC电路和空调控制系统。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，是由BJT(Bipolar Junction Transistor，双极型三极管)和MOS(metal-oxide-semiconductor，绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属-氧化层半导体场效晶体管)的高输入阻抗和GTR(GiantTransistor，电力晶体管)的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低，被广泛使用在变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
在电力电子电路中，IGBT导通和关断时刻都要承受很大的电压、电流，通常IGBT都工作于通断状态，IGBT的导通和关断都不是瞬时完成的。IGBT刚刚导通时，IGBT的等效阻抗大，如果IGBT电流很快上升，就会造成很大的导通损耗；同样器件接近完全关断时，器件的电流还比较大，如果IGBT器件承受的电压迅速上升，也会造成很大的关断损耗。开关损耗会导致IGBT的发热甚至损坏，实际电力电子电路中，还常由于二极管的反向恢复电流而增加电力电子器件的开通电流，由于感性负载或导线的分布电感等原因造成器件关断时承受很高的感应电压，采用缓冲电路可以改善IGBT的开关工作条件。
如图1所示，为现有技术中最简单的单电容缓冲电路，对于抑制瞬变电压非常有效且成本较低，但由于电路中无阻尼元件随功率增大，易与线路杂散电感产生LC(电感L、电容C)振荡，故应选择无感电容或串入电阻。如图2所示，是一个单元RDC(resistance diode capacitance，电阻二极管电容)缓冲电路，由于其中的快速恢复二极管可钳位瞬变电压，从而可抑制谐振的发生，但随着功率等级的进一步加大，这种电路的回路寄生电感会变得很大，以至不能有效控制dv/dt(电压上升率)，因此，在使用功率器件IGBT时，如何抑制产生的较高浪涌电压和电流，是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种IGBT缓冲电路，旨在解决在使用功率器件IGBT时，产生的较高浪涌电压和电流对IGBT的影响以及避免尖峰电流过高而产生的系统误动作的问题。
为实现上述目的，本发明提供的IGBT缓冲电路，连接于IGBT和负载之间，包括钳位单元、缓冲单元和限压单元，其中，
所述钳位单元，连接于所述IGBT的集电极和所述缓冲单元之间，用于当所述IGBT处于导通状态时，钳位所述IGBT的瞬变电压，阻止缓冲单元存储的电能通过所述IGBT；所述限压单元，连接于所述缓冲单元和所述负载之间，用于当所述IGBT处于关断瞬间状态，所述IGBT的集电极与发射极之间的电压经由所述钳位单元向所述缓冲单元充电时，为所述缓冲单元提供对所述负载的放电通路，限制充电期间的电压峰值产生。
优选地，所述钳位单元为快速恢复二极管。
优选地，所述缓冲单元为缓冲电容。
优选地，所述限压单元为限压电阻，所述限压电阻一端连接于所述钳位单元和所述缓冲单元之间，所述限压电阻另一端与所述负载相连。
优选地，所述IGBT缓冲电路，还包括续流二极管，所述续流二极管的阳极与所述IGBT的发射极相连，所述续流二极管的阴极与所述IGBT的集电极相连。
本发明进一步提供一种PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路，包括IGBT缓冲电路。
优选地，还包括第一AC/DC转换器、输出电容，所述第一AC/DC转换器，与交流电压和IGBT缓冲电路的电压输入端相连，用于将交流电压转换为直流电压后提供给所述IGBT缓冲电路；所述输出电容，连接于IGBT缓冲电路的输出端和所述负载之间，用于将IGBT缓冲电路的输出电压滤波后得到的平滑的直流电压提供给所述负载。
优选地，所述PFC电路，还包括电感、第二二极管，所述电感一端与所述第一AC/DC转换器的正极输入端相连，所述电感另一端与所述IGBT的集电极相连，所述第二二极管一端与所述IGBT的集电极相连，所述第二二极管另一端与所述负载的正极输入端相连。
优选地，所述PFC电路，还包括第二AC/DC转换器，所述第二AC/DC转换器连接于交流电压和所述负载之间，用于将交流电压直接转换为直流电压后提供给所述负载。
本发明进一步提供一种空调控制系统，包括所述的PFC电路。
本发明IGBT缓冲电路，连接于IGBT和负载之间，包括钳位单元、缓冲单元和限压单元，其中，所述钳位单元，连接于所述IGBT的集电极和所述缓冲单元之间，用于当所述IGBT处于导通状态时，钳位所述IGBT的瞬变电压，阻止缓冲单元存储的电能通过所述IGBT；所述限压单元，连接于所述缓冲单元和所述负载之间，用于当所述IGBT处于关断瞬间状态，所述IGBT的集电极与发射极之间的电压经由所述钳位单元向所述缓冲单元充电时，为所述缓冲单元提供对所述负载的放电通路，限制充电期间的电压峰值产生。本发明所取得的有益效果为：不但能够在IGBT关断时，很好的抑制电压瞬变，降低缓冲单元充电带来的电流尖峰，降低开关损耗，还可以在IGBT导通时，有效地抑制电流波动，对IGBT起到很好的保护作用。
附图说明
图1为现有技术中单电容缓冲电路的电路图；
图2为现有技术中单元RDC缓冲电路的电路图；
图3为本发明IGBT缓冲电路一实施例的结构框图；
图4为本发明IGBT缓冲电路一实施例的电路图；
图5为本发明PFC电路一实施例的电路图；
图6为本发明PFC电路另一实施例的电路图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种IGBT缓冲电路，参照图3和图4，在一实施例中，IGBT缓冲电路10，连接于IGBT20和负载30之间，包括钳位单元11、缓冲单元12和限压单元13，其中，
所述钳位单元11，连接于所述IGBT20的集电极和所述缓冲单元12之间，用于当所述IGBT20处于导通状态时，钳位所述IGBT20的瞬变电压，阻止缓冲单元12存储的电能通过所述IGBT20。
参照图4，在本实施例中，钳位单元11为快速恢复二极管D1，缓冲单元12为缓冲电容C1，快速恢复二极管D1钳位IGBT20的瞬变电压，阻止缓冲电容C1存储的电能通过IGBT20，从而抑制当IGBT20导通时的电流上升率di/dt。
所述限压单元13，连接于所述缓冲单元12和所述负载30之间，用于当所述IGBT20处于关断瞬间状态，所述IGBT20的集电极与发射极之间的电压经由所述钳位单元11向所述缓冲单元12充电时，为所述缓冲单元12提供给所述负载30的放电通路，限制充电期间的电压峰值产生。
在本实施例中，所述限压单元13为限压电阻R1，所述限压电阻R1一端连接于所述钳位单元11和所述缓冲单元12之间，所述限压电阻R1另一端与所述负载30相连。
当IGBT20处于关断瞬间状态，IGBT20的集电极与发射极之间的电压Uce瞬间升高，IGBT20的集电极与发射极之间的电压Uce经由快速恢复二极管D1给缓冲电容C1充电，缓冲电容C1吸收部分变化量，达到缓冲效果；然后缓冲电容C1的充电电压通过限压电阻R1传输给负载30得以泻放，从而抑制当IGBT20关断时端电压的上升率dv/dt。
本实施例的IGBT缓冲电路10，连接于IGBT20和负载30之间，包括钳位单元11、缓冲单元12和限压单元13，其中，所述钳位单元11，连接于所述IGBT20的集电极和所述缓冲单元12之间，用于当所述IGBT20处于导通状态时，钳位所述IGBT20的瞬变电压，阻止缓冲单元12存储的电能通过所述IGBT20；所述限压单元13，连接于所述缓冲单元12和所述负载30之间，用于当所述IGBT20处于关断瞬间状态，所述IGBT20的集电极与发射极之间的电压经由所述钳位单元11向所述缓冲单元12充电时，为所述缓冲单元12提供对所述负载30的放电通路，限制充电期间的电压峰值产生。本实施例取得的有益效果为：不但能够在IGBT20关断时，很好的抑制电压瞬变，降低缓冲单元12充电带来的电流尖峰，降低开关损耗，还可以在IGBT20导通时，有效地抑制电流波动，对IGBT20起到很好的保护作用。
参见图3和图4，进一步地，所述IGBT缓冲电路10，还包括续流二极管D3，所述续流二极管D3的阳极与所述IGBT20的发射极相连，所述续流二极管D3的阴极与所述IGBT20的集电极相连。
续流二极管D3可以选用快速恢复二极管或者肖特基二极管，续流二极管D3在电路中用来保护IGBT20不被感应电压击穿或烧坏，以并联反向连接的方式与IGBT20的集电极和发射极两端相连，并与其形成回路，使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗，从而起到保护电路中的元件不被损坏。
在本实施例中，电阻R1和二极管D1也可以采用并联或串联的方式替换。
本发明进一步提供一种PFC电路，参见图5，在本发明PFC电路的一实施例中，PFC电路包括IGBT缓冲电路10、第一AC/DC转换器40及输出电容50。在本实施例中，所述第一AC/DC转换器40为整流桥DB1，与交流电压和IGBT缓冲电路10的电压输入端相连，用于将交流电压转换为直流电压后提供给所述IGBT缓冲电路10；所述输出电容50为滤波电容E1，连接于IGBT缓冲电路10的输出端和所述负载30之间，用于将IGBT缓冲电路10的输出电压滤波后得到的平滑的直流电压提供给所述负载30。
进一步地，所述PFC电路，还包括电感L1、第二二极管D2，所述电感L1一端与第一AC/DC转换器40的正极输入端相连，所述电感L1另一端与所述IGBT20的集电极相连，所述第二二极管D2一端与所述IGBT20的集电极相连，所述第二二极管D2另一端与所述负载30的正极输入端相连。
电感L1、第二二极管D2和IGBT20构成升压BOOST回路60，其作用是调制输入电流波形，使直流侧电压升高，升压BOOST回路60是一种常见的升压拓扑电路，在这里不再详述。
参见图6，在本发明PFC电路的另一实施例中，在前一实施例的基础上，本实施例的PFC电路还包括第二AC/DC转换器70，所述第二AC/DC转换器70为整流桥DB2，整流桥DB2连接于交流电压和所述负载30之间，用于将交流电压直接转换为直流电压后传输给所述负载30，以达到传输稳定的直流输出电压传输给负载30的目的。
本发明还进一步提供一种空调控制系统，包括以上所述的PFC电路，在此不再赘述。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种IGBT缓冲电路，其特征在于，连接于IGBT和负载之间，包括钳位单元、缓冲单元和限压单元，其中，
所述钳位单元，连接于所述IGBT的集电极和所述缓冲单元之间，用于当所述IGBT处于导通状态时，钳位所述IGBT的瞬变电压，阻止缓冲单元存储的电能通过所述IGBT；
所述限压单元，连接于所述缓冲单元和所述负载之间，用于当所述IGBT处于关断瞬间状态，所述IGBT的集电极与发射极之间的电压经由所述钳位单元向所述缓冲单元充电时，为所述缓冲单元提供对所述负载的放电通路，限制充电期间的电压峰值产生。
2.如权利要求1所述的IGBT缓冲电路，其特征在于，所述钳位单元为快速恢复二极管。
3.如权利要求1所述的IGBT缓冲电路，其特征在于，所述缓冲单元为缓冲电容。
4.如权利要求1所述的IGBT缓冲电路，其特征在于，所述限压单元为限压电阻，所述限压电阻一端连接于所述钳位单元和所述缓冲单元之间，所述限压电阻另一端与所述负载相连。
5.如权利要求1所述的IGBT缓冲电路，其特征在于，还包括续流二极管，所述续流二极管的阳极与所述IGBT的发射极相连，所述续流二极管的阴极与所述IGBT的集电极相连。
6.一种PFC电路，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的IGBT缓冲电路。
7.如权利要求6所述的PFC电路，其特征在于，还包括第一AC/DC转换器、输出电容，所述第一AC/DC转换器，与交流电压和IGBT缓冲电路的电压输入端相连，用于将交流电压转换为直流电压后提供给所述IGBT缓冲电路；所述输出电容，连接于IGBT缓冲电路的输出端和所述负载之间，用于将IGBT缓冲电路的输出电压滤波后得到的平滑的直流电压提供给所述负载。
8.如权利要求7所述的PFC电路，其特征在于，还包括电感、第二二极管，所述电感一端与所述第一AC/DC转换器的正极输入端相连，所述电感另一端与所述IGBT的集电极相连，所述第二二极管一端与所述IGBT的集电极相连，所述第二二极管另一端与所述负载的正极输入端相连。
9.如权利要求7所述的PFC电路，其特征在于，还包括第二AC/DC转换器，所述第二AC/DC转换器连接于交流电压和所述负载之间，用于将交流电压直接转换为直流电压后提供给所述负载。
10.一种空调控制系统，其特征在于，包括如权利要求6至9任一项所述的PFC电路。
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