CN105406701A - Igbt过压保护电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种IGBT过压保护电路，包括IGBT、IGBT驱动模块及集电极过压保护模块。集电极过压保护模块用于监测IGBT的集电极的电压，当IGBT导通或关断时间小于预设时间时，集电极过压保护模块的电压基准值设为第一阈值，否则集电极过压保护模块的电压基准值调整为第二阈值，第二阈值大于第一阈值，集电极过压保护模块还在IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时，传输抑制电流使IGBT的基极电位上升以抑制IGBT的集电极电压的上升。本发明还提供一种IGBT过压保护方法。上述IGBT过压保护电路及方法避免了IGBT在关断期间电压上升使IGBT关断过压保护误动作，提高了电路的可靠性。

Description

IGBT过压保护电路及方法
技术领域
本发明涉及过压保护电路，尤其涉及一种包含IGBT的过压保护电路及方法。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor、IGBT)集功率晶体管和功率场效应管的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高的特点，广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS及逆变焊机当中，IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术。。
常用IGBT过压保护电路由TVS(瞬态抑制二极管)、普通快恢复二极管及电阻Z1和Z2构成，如附图1所示。当IGBT的集电极电位过高时，TVS被击穿，有电流流进门极，门极电位得以抬升，从而使关断电流变化缓慢，减小电压尖峰。IGBT关断期间，由于电网电压波动使变频器母线电压上升，当达到TVS的击穿电压时，TVS会被击穿，如果过电压持续时间较长，则TVS会因热击穿而损坏，造成驱动电路失效。因此有必要提出一种改进型的IGBT的过压保护电路来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，提供IGBT的过压保护电路，其能避免IGBT关断过压保护误动作，提高了IGBT驱动电路的可靠性。
本发明的另一目的在于，提供IGBT的过压保护方法，其能避免IGBT关断过压保护误动作，提高了IGBT驱动电路的可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供一种IGBT过压保护电路，用于变频器中，包括IGBT及电连接于所述IGBT的IGBT驱动模块。所述IGBT过压保护电路还包括集电极过压保护模块，电连接于所述IGBT及所述IGBT驱动模块，用于监测所述IGBT的集电极的电压，当所述IGBT导通或关断时间小于预设时间时，所述集电极过压保护模块的电压基准值为第一阈值，当所述IGBT关断时间不小于预设时间时，所述集电极过压保护模块的电压基准值为第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值，所述集电极过压保护模块还用于在所述IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时，传输抑制电流使所述IGBT的基极电位上升以抑制所述IGBT的集电极电压的上升。
优选地,所述IGBT驱动模块包括第一场效应管及第二场效应管，所述集电极过压保护模块包括控制器，所述控制器用于在所述IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时，控制所述第二场效应管截止，以避免所述抑制电流流经所述第二场效应管。
优选地,所述IGBT驱动模块还包括第一电阻及第二电阻，所述第一场效应管的漏极电连接于正基准电压，所述第一场效应管的源极电连接于所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端电连接于所述IGBT的基极，所述第一场效应管的栅极电连接于所述控制器，所述第二场效应管的漏极电连接于负基准电压，所述第二场效应管的源极电连接于所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端电连接于所述IGBT的基极，所述第二场效应管的栅极电连接于所述控制器。
优选地，所述集电极过压保护模块包括控制器、第一TVS管、第二TVS管及第三场效应管，所述第一TVS管的正极电连接于所述IGBT的基极，所述第一TVS管的负极电连接于所述第二TVS管的正极，所述第二TVS管的负极电连接于所述IGBT的集电极，所述第三场效应管的栅极电连接于所述控制器，所述第三场效应管的漏极电连接于所述IGBT的集电极，所述第三场效应管的源极电连接于所述第一TVS管与所述第二TVS管的公共端。
优选地，所述集电极过压保护模块还包括第三电阻及二极管，所述第三电阻的一端电连接于所述控制器，所述第三电阻的另一端电连接于所述第一TVS管的正极，所述二极管的正极电连接于所述第三电阻与所述第一TVS管的公共端，所述二极管的负极电连接于所述IGBT的基极。
为了实现上述目的，本发明提供还一种IGBT过压保护方法，包括以下步骤：集电极过压保护模块监测IGBT的集电极的电压；控制器获取所述IGBT的状态信息，及在所述IGBT导通或关断时间小于预设时间时，将集电极过压保护模块的电压基准值设为第一阈值，及在所述IGBT关断时间不小于预设时间时，将所述集电极过压保护模块的电压基准值设为第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值；集电极过压保护模块判断IGBT的集电极的电压是否大于当前电压基准值，及在IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时传输抑制电流使所述IGBT的基极电位上升以抑制所述IGBT的集电极电压的上升。
优选地，所述集电极过压保护模块通过TVS管监测所述IGBT的集电极的电压。
优选地，所述集电极过压保护模块包括串联连接的第一TVS管及第二TVS管，所述控制器通过控制是否旁路所述第二TVS管来调整所述集电极过压保护模块的电压基准值。
本发明的有益效果：本发明提供一种IGBT过压保护电路及方法，避免IGBT在关断期间电压上升使IGBT关断过压保护误动作，提高了电路的可靠性，同时提高了变频器适应输入电压波动的上限值，并通过对最后一级IGBT驱动电路的控制，使得IGBT集电极的电位得到了快速抑制。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为现有技术一实施方式中IGBT过压保护的电路图；
图2为本发明一实施方式中IGBT过压保护电路的模块图；
图3为本发明一实施方式中IGBT过压保护电路的电路图；
图4本发明一实施方式中IGBT过压保护方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
图2为本发明一实施方式中IGBT过压保护电路100的模块图。IGBT过压保护电路100可以使用在变频器中，当变频器的直流母线电压上升到临界值时，通过IGBT过压保护电路100能够有效抑制IGBT关断产生的过电压，提高变频器的可靠性。在本实施方式中，IGBT过压保护电路100包括IGBT(绝缘栅双极晶体管、InsulatedGateBipolarTransistor)、电连接于IGBT的IGBT驱动模块10及集电极过压保护模块20。IGBT驱动模块10用于驱动IGBT。集电极过压保护模块20电连接于IGBT及IGBT驱动模块10，集电极过压保护模块20用于监测IGBT的集电极的电压。集电极过压保护模块20设置有电压基准值，电压基准值是可调节的，在本实施方式中，电压基准值优选包括两种大小不同的电压基准值，集电极过压保护模块20是根据IGBT的运行状态来进行调节电压基准值。例如，当IGBT是导通状态或者IGBT处于关断状态且关断时间小于预设时间时，预设时间可以定义为20us，集电极过压保护模块20的电压基准值被设置为第一阈值，当IGBT处于关断状态且关断时间不小于预设时间20us时，集电极过压保护模块20的电压基准值被设置为第二阈值，其中，第二阈值大于第一阈值。集电极过压保护模块20还用于在IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时，传输抑制电流使IGBT的基极电位上升以抑制IGBT的集电极电压的上升。在IGBT关断期间，通过设置更高的阈值，实现允许变频器的直流母线电压上升到更高值，避免在IGBT关断期间母线电压上升产生过压保护误动作问题，同时也可以抵制电压升高对IGBT驱动保护电路造成的损坏，提高了变频器的可靠性。
请同时参阅图3，作为对本发明的进一步改进，IGBT驱动模块10包括第一场效应管Q1及第二场效应管Q2，集电极过压保护模块20包括控制器202，控制器202用于在IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时，控制第二场效应管Q2截止，以避免集电极过压保护模块20传输的抑制电流流经第二场效应管Q2，进而提升了IGBT过压保护电路100抑制过压的效果。在本实施方式中，第一场效应管Q1可以是NMOS管，第二场效应管Q2可以是PMOS管。
在本发明一实施方式中，IGBT驱动模块10还包括第一电阻R1及第二电阻R2，第一场效应管Q1的漏极电连接于正基准电压V1，第一场效应管Q1的源极电连接于第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端电连接于IGBT的基极，第一场效应管Q1的栅极电连接于控制器202，第二场效应管Q2的漏极电连接于负基准电压V2，第二场效应管Q2的源极电连接于第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端电连接于IGBT的基极，第二场效应管Q2的栅极电连接于控制器202。在IGBT导通时，控制器202控制第一场效应管Q1处于导通状态且第二场效应管Q2处于关断状态；在IGBT关断时，控制器202控制第一场效应管Q1处于关断状态且第二场效应管Q2处于导通状态；当IGBT关断大于预设时间20us且集电极电压大于当前电压基准值时，控制器202再控制第二场效应管Q2截止，从而来避免第二场效应管Q2旁路集电极过压保护模块20传输的抑制电流。在本实施方式中，正基准电压V1的电压值可以是15V，负基准电压V2的电压值可以是-15V。
在本发明一实施方式中，集电极过压保护模块还包括第一TVS管TVS1、第二TVS管TVS2及第三场效应管Q3。第一TVS管TVS1的正极电连接于IGBT的基极，第一TVS管TVS1的负极电连接于第二TVS管TVS2的正极，第二TVS管TVS2的负极电连接于IGBT的集电极，第三场效应管Q3的栅极电连接于控制器202，第三场效应管Q3的漏极电连接于IGBT的集电极，第三场效应管Q3的源极电连接于第一TVS管TVS1与第二TVS管TVS2的公共端。控制器202通过控制第三场效应管Q3导通与断开从来选择是否旁路第二TVS管TVS2，进而实现调整集电极过压保护模块20的电压基准值。当控制器202控制第三场效应管Q3导通时，集电极过压保护模块20的电压基准值等于第一TVS管TVS1的击穿电压；当控制器202控制第三场效应管Q3断开时，集电极过压保护模块20的电压基准值等于第一TVS管TVS1与第二TVS管TVS2的击穿电压之和。
在本发明一实施方式中，集电极过压保护模块还包括第三电阻R3及二极管D1。第三电阻R3的一端电连接于控制器202，第三电阻R3的另一端电连接于第一TVS管TVS1的正极，二极管D1的正极电连接于第三电阻R3与第一TVS管TVS1的公共端，二极管D1的负极电连接于IGBT的基极。
图4为本发明一实施方式中IGBT过压保护方法的流程图。在本实施方式中，IGBT过压保护方法包括以下步骤：S100，集电极过压保护模块20监测IGBT的集电极的电压；S102，控制器202获取IGBT的状态信息，及在IGBT导通或关断时间小于预设时间时，将集电极过压保护模块20的电压基准值设为第一阈值，及在IGBT关断时间不小于预设时间时，将集电极过压保护模块20的电压基准值设为第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值；S104，集电极过压保护模块20判断IGBT的集电极的电压是否大于当前电压基准值，及在IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时传输抑制电流使IGBT的基极电位上升以抑制IGBT的集电极电压的上升。
综上所述，本发明提供的IGBT过压保护电路及方法，避免IGBT在关断期间电压上升使IGBT关断过压保护误动作，提高了电路的可靠性，同时提高了变频器适应输入电压波动的上限值，并通过对最后一级IGBT驱动电路的控制，使得IGBT集电极的电位得到了快速抑制。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种IGBT过压保护电路，用于变频器中，包括IGBT及电连接于所述IGBT的IGBT驱动模块，其特征在于，所述IGBT过压保护电路还包括集电极过压保护模块，电连接于所述IGBT及所述IGBT驱动模块，用于监测所述IGBT的集电极的电压，当所述IGBT导通或关断时间小于预设时间时，所述集电极过压保护模块的电压基准值为第一阈值，当所述IGBT关断时间不小于预设时间时，所述集电极过压保护模块的电压基准值为第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值，所述集电极过压保护模块还用于在所述IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时，传输抑制电流使所述IGBT的基极电位上升以抑制所述IGBT的集电极电压的上升。
2.如权利要求1所述的IGBT过压保护电路,其特征在于,所述IGBT驱动模块包括第一场效应管及第二场效应管，所述集电极过压保护模块包括控制器，所述控制器用于在所述IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时，控制所述第二场效应管截止，以避免所述抑制电流流经所述第二场效应管。
3.如权利要求2所述的IGBT过压保护电路,其特征在于,所述IGBT驱动模块还包括第一电阻及第二电阻，所述第一场效应管的漏极电连接于正基准电压，所述第一场效应管的源极电连接于所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端电连接于所述IGBT的基极，所述第一场效应管的栅极电连接于所述控制器，所述第二场效应管的漏极电连接于负基准电压，所述第二场效应管的源极电连接于所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端电连接于所述IGBT的基极，所述第二场效应管的栅极电连接于所述控制器。
4.如权利要求1所述的IGBT过压保护电路，其特征在于，所述集电极过压保护模块包括控制器、第一TVS管、第二TVS管及第三场效应管，所述第一TVS管的正极电连接于所述IGBT的基极，所述第一TVS管的负极电连接于所述第二TVS管的正极，所述第二TVS管的负极电连接于所述IGBT的集电极，所述第三场效应管的栅极电连接于所述控制器，所述第三场效应管的漏极电连接于所述IGBT的集电极，所述第三场效应管的源极电连接于所述第一TVS管与所述第二TVS管的公共端。
5.如权利要求4所述的IGBT过压保护电路，其特征在于，所述集电极过压保护模块还包括第三电阻及二极管，所述第三电阻的一端电连接于所述控制器，所述第三电阻的另一端电连接于所述第一TVS管的正极，所述二极管的正极电连接于所述第三电阻与所述第一TVS管的公共端，所述二极管的负极电连接于所述IGBT的基极。
6.一种IGBT过压保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
集电极过压保护模块监测IGBT的集电极的电压；
控制器获取所述IGBT的状态信息，及在所述IGBT导通或关断时间小于预设时间时，将集电极过压保护模块的电压基准值设为第一阈值，及在所述IGBT关断时间不小于预设时间时，将所述集电极过压保护模块的电压基准值设为第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值；及
集电极过压保护模块判断所述IGBT的集电极的电压是否大于当前电压基准值，及在所述IGBT的集电极的电压大于当前电压基准值时传输抑制电流使所述IGBT的基极电位上升以抑制所述IGBT的集电极电压的上升。
7.如权利要求6所述的IGBT过压保护方法，其特征在于，所述集电极过压保护电路通过TVS管监测所述IGBT的集电极的电压。
8.如权利要求6所述的IGBT过压保护方法，其特征在于，所述集电极过压保护模块包括串联连接的第一TVS管及第二TVS管，所述控制器通过控制是否旁路所述第二TVS管来调整所述集电极过压保护模块的电压基准值。
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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160316

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