CN104158385A

CN104158385A - 门极吸收抑制电路模块

Info

Publication number: CN104158385A
Application number: CN201410444912.8A
Authority: CN
Inventors: 牛勇; 张晋芳; 陈宏�; 刘革莉; 尹梅; 赵一洁
Original assignee: Yongji Xinshisu Electric Equipment Co Ltd
Current assignee: CRRC Yongji Electric Co Ltd
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2034-09-03
Also published as: CN104158385B

Abstract

本发明涉及IGBT抗干扰和过压保护技术，具体为一种门极吸收抑制电路模块。解决了目前IGBT功率器件所采用的保护电路抗电磁干扰能力差、无过压抑制保护功能使得IGBT容易误导通甚至损坏的技术问题。一种门极吸收抑制电路模块，包括上管IGBT门极吸收抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路；所述上管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D1、D2、D3、快速二极管D4及电阻R3，所述滤波吸收稳压电路包括电容C1、C2、C3、C4、双向稳压二极管D7、D8以及电阻R1、R2。本发明能够实现驱动信号的可靠工作，并有效抑制IGBT关断时产生的反向电压瞬时高脉冲，有效的保护的IGBT。

Description

门极吸收抑制电路模块

技术领域

本发明涉及IGBT抗干扰和过压保护技术，具体为一种门极吸收抑制电路模块。

背景技术

近年来，IGBT功率器件在电力变换电路中应用越来越广泛，IGBT工作在高电压和大电流状态下，周围电磁环境很复杂，来自IGBT驱动板的驱动信号在传输到IGBT的过程中，可能会受到电磁干扰，造成IGBT误导通或开关状态失控，进而造成电路故障或器件损坏；另外，IGBT在关断过程中，在C、E端子间会产生瞬间的电压上冲，这种瞬间的高反向电压有时高达几百到上千伏，对IGBT的安全工作造成极大威胁。现有技术中大部分低电压等级（3300V）的IGBT在应用时多是将门极吸收抑制电路设置在驱动电路板上。这种技术存在明显的缺点：1、抗电磁干扰能力较差，当驱动输出到IGBT的线路较长时，信号易受干扰，IGBT会误导通或开关失控；2、无过压抑制保护功能，IGBT可能因此损坏。

发明内容

本发明为解决目前IGBT功率器件所采用的保护电路抗电磁干扰能力差、无过压抑制保护功能使得IGBT容易误导通甚至损坏的技术问题，提供一种门极吸收抑制电路模块。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种门极吸收抑制电路模块，包括上管IGBT门极吸收抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路；所述上管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D1、D2、D3、快速二极管D4及电阻R3，所述D3的阴极与D2的阳极相连接，D2的阴极与D1的阳极相连接；D1的阴极与上管IGBT的集电极相连接；D4的阳极与D3的阳极相连接；R3与D4的阴极相连接；R3的另一端与上管IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容C1、C2、C3、C4、双向稳压二极管D7、D8以及电阻R1、R2；所述D7、R1、C1、C2分别连接在上管IGBT的门极和发射极之间，D8的一端与上管IGBT的门极相连接，D8的另一端通过R2与上管IGBT的发射极相连接；所述C3、C4的一端均与D8的另一端相连接；C3、C4的另一端均与上管IGBT的发射极相连接；所述下管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D11、D12、D13、快速二极管D14及电阻R13，所述D13的阴极与D12的阳极相连接，D12的阴极与D11的阳极相连接；D11的阴极与上管IGBT的发射极相连接；D14的阳极与D13的阳极相连接；R13与D14的阴极相连接；R13的另一端与下管IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容C11、C12、C13、C14、双向稳压二极管D17、D18以及电阻R11、R12；所述D17、R11、C11、C12分别连接在下管IGBT的门极和发射极之间，D18的一端与下管IGBT的门极相连接，D18的另一端通过R12与下管IGBT的发射极相连接；所述C13、C14的一端均与D18的另一端相连接；C13、C14的另一端均与下管IGBT的发射极相连接。

上管IGBT和下管IGBT的门极吸收抑制电路原理相同，下管电路的集电极（C1）和上管电路的发射极（E）端子连接在一起。

过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D1～D3(D11～D13)、快速二极管D4(D14)及电阻R3(R13)，过压抑制二极管起稳压作用，D14为单向导通。在IGBT反向关断过程中，集电极C上的高电压瞬时尖峰超过D1～D3(D11～D13)击穿电压时，过压抑制二极管上的电压将被箝位稳定在额定电压上，此时，将有电流从集电极C经过过压抑制电路流向门极G，减慢IGBT关断速度，从而有效抑制反向过压的进一步上升，电阻R3(R13)起限流作用。

滤波吸收稳压电路包括电容C1～C4（C11～C14）、双向稳压二极管D7～D8（D17～D18）及电阻R1-R2（R11-R12），此电路有两部分功能，描述如下：一方面，为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，由D7(D17)、D8(D18)、R2（R12）、C3～C4（C13～C14）实现IGBT的G、E端子间驱动脉冲的箝位稳压，其稳压值一般与驱动电压值相近，保证将驱动电压箝位在20V以下。

另一方面，当IGBT关断时，IGBT的栅射电压很容易受IGBT和电路寄生参数的干扰，使栅射电压波动引起器件误导通，为防止这种现象发生，设计了由电阻R1(R11)、C1～C2（C11～C12）组成的阻容电路，不但能够吸收干扰，还可以通过调整C1～C2（C11～C12）电容值，改善IGBT开通和关断时的性能表现。

本发明从提高IGBT驱动抗干扰性和反向过压保护的需求出发，采用滤波吸收电路和过压抑制电路，解决了以下方面问题：1、解决了驱动输出到IGBT的过程中，信号易受干扰的问题。2、解决了IGBT过流关断时，反向过电压太大，容易损坏IGBT的问题。

本发明能够实现驱动信号的可靠工作，并有效抑制IGBT关断时产生的反向电压瞬时高脉冲，有效的保护的IGBT，节约维修和维护的成本，有明显的经济和社会效益。

附图说明

图1本发明所述上管IGBT门极吸收抑制电路结构示意图。

图2本发明所述下管IGBT门极吸收抑制电路结构示意图。

图3本发明采用PrimePACK封装后的电路整体结构布局图。

具体实施方式

一种门极吸收抑制电路模块，包括上管IGBT门极吸收抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路；所述上管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D1、D2、D3、快速二极管D4及电阻R3，所述D3的阴极与D2的阳极相连接，D2的阴极与D1的阳极相连接；D1的阴极与上管IGBT的集电极相连接；D4的阳极与D3的阳极相连接；R3与D4的阴极相连接；R3的另一端与上管IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容C1、C2、C3、C4、双向稳压二极管D7、D8以及电阻R1、R2；所述D7、R1、C1、C2分别连接在上管IGBT的门极和发射极之间，D8的一端与上管IGBT的门极相连接，D8的另一端通过R2与上管IGBT的发射极相连接；所述C3、C4的一端均与D8的另一端相连接；C3、C4的另一端均与上管IGBT的发射极相连接；所述下管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D11、D12、D13、快速二极管D14及电阻R13，所述D13的阴极与D12的阳极相连接，D12的阴极与D11的阳极相连接；D11的阴极与上管IGBT的发射极相连接；D14的阳极与D13的阳极相连接；R13与D14的阴极相连接；R13的另一端与下管IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容C11、C12、C13、C14、双向稳压二极管D17、D18以及电阻R11、R12；所述D17、R11、C11、C12分别连接在下管IGBT的门极和发射极之间，D18的一端与下管IGBT的门极相连接，D18的另一端通过R12与下管IGBT的发射极相连接；所述C13、C14的一端均与D18的另一端相连接；C13、C14的另一端均与下管IGBT的发射极相连接。

所述上管IGBT门极吸收抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路采用1700V等级PrimePACK封装；PCB板焊盘上设有分别与IGBT上管的集电极辅助端子C、门极端子G和发射极辅助端子E相连接的端子C5、G4、E3端子以及分别与IGBT下管的门极端子G和发射极辅助端子E相连接的G1、E2端子，各端子之间通过螺栓和驱线束端子相连接。

如图3所示，端子C5、G4、E3分别连接IGBT上管的集电极辅助端子C、门极端子G和发射极辅助端子E，端子G1、E2分别连接在IGBT下管的门极端子G和发射极辅助端子E。直接利用PCB板焊盘通过螺栓与驱动输出的线束端子连接起来。

D1～D3为单向过压抑制二极管（稳压值300V--440V），D4为快速二极管，R3为电阻(阻值1R--5R)，它们共同组成了IGBT上管的过压抑制电路，有效箝位IGBT反向过压，并通过给门极提供驱动电流，减缓IGBT关断的速度，进一步遏制反向过压的继续上升。

C1～C4为电容（C1容值50nf—200nf, C2容值1nf—10nf, C3容值50nf—200nf, C4容值1nf—10nf），D7～D8为双向稳压二极管(D7稳压值16V—18V，D8稳压值18V—20V)，R1～R2为电阻，它们共同组成了IGBT上管的滤波吸收稳压电路，保证了门极驱动不受干扰，并可通过C1、C2电容灵活调整IGBT关断特性。

D11～D13为单向过压抑制二极管，D14为快速二极管，R13为电阻，它们共同组成了IGBT下管的过压抑制电路，有效箝位IGBT反向过压，并通过给门极提供驱动电流，减缓IGBT关断的速度，进一步遏制反向过压的继续上升。

C11～C14为电容，D17～D18为双向稳压二极管，R11～R12为电阻，它们共同组成了IGBT下管的滤波吸收稳压电路，保证了门极驱动不受干扰，并可通过C11、C12电容灵活调整IGBT关断特性。

电路模块上的所有电子元器件均采用贴片封装。滤波吸收稳压电路的元器件尽量靠近IGBT的门极与发射极，以便使稳压吸收效果最理想。

Claims

1.一种门极吸收抑制电路模块，其特征在于，包括上管IGBT门极吸收抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路；所述上管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D1、D2、D3、快速二极管D4及电阻R3，所述D3的阴极与D2的阳极相连接，D2的阴极与D1的阳极相连接；D1的阴极与上管IGBT的集电极相连接；D4的阳极与D3的阳极相连接；R3与D4的阴极相连接；R3的另一端与上管IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容C1、C2、C3、C4、双向稳压二极管D7、D8以及电阻R1、R2；所述D7、R1、C1、C2分别连接在上管IGBT的门极和发射极之间，D8的一端与上管IGBT的门极相连接，D8的另一端通过R2与上管IGBT的发射极相连接；所述C3、C4的一端均与D8的另一端相连接；C3、C4的另一端均与上管IGBT的发射极相连接；

所述下管IGBT门极吸收抑制电路包括过压抑制电路和滤波吸收稳压电路；所述过压抑制电路包括单向过压抑制二极管D11、D12、D13、快速二极管D14及电阻R13，所述D13的阴极与D12的阳极相连接，D12的阴极与D11的阳极相连接；D11的阴极与上管IGBT的发射极相连接；D14的阳极与D13的阳极相连接；R13与D14的阴极相连接；R13的另一端与下管IGBT的门极相连接；所述滤波吸收稳压电路包括电容C11、C12、C13、C14、双向稳压二极管D17、D18以及电阻R11、R12；所述D17、R11、C11、C12分别连接在下管IGBT的门极和发射极之间，D18的一端与下管IGBT的门极相连接，D18的另一端通过R12与下管IGBT的发射极相连接；所述C13、C14的一端均与D18的另一端相连接；C13、C14的另一端均与下管IGBT的发射极相连接。

2.如权利要求1所述的门极吸收抑制电路模块，其特征在于，所述上管IGBT门极吸收抑制电路和下管IGBT门极吸收抑制电路采用1700V等级PrimePACK封装；PCB板焊盘上设有分别与IGBT上管的集电极辅助端子C、门极端子G和发射极辅助端子E相连接的端子C5、G4、E3端子以及分别与IGBT下管的门极端子G和发射极辅助端子E相连接的G1、E2端子，各端子之间通过螺栓和驱线束端子相连接。