CN113193861A - 一种防止半导体开关器件误开通的电路以及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止半导体开关器件误开通的电路以及控制方法，电路包括：有源钳位电路、控制电路、功率放大电路以及干扰抑制电路；控制电路与功率放大电路的输入端耦接；功率放大电路的输出端与半导体开关器件的门极耦接；有源钳位电路的第一端与半导体开关器件的第一端连接，第二端与功率放大电路的输入端连接，有源钳位电路被配置为自半导体开关器件的第一端与第二端之间的电压大于预设电压时刻起的预设时间段内动作；干扰抑制电路包括可控开关；可控开关被配置为在有源钳位电路的动作完成后导通，使得功率放大电路的输入端的电位被钳位到固定电位。本发明能够有效防止有源钳位电路因增大注入开关器件的门极的能量而引起开关器件误开通。
Description
技术领域
本发明涉及大功率电路，具体地说，是涉及一种防止半导体开关器件误开通的电路以及控制方法。
背景技术
在大功率应用场合中，电路的杂散电感是无法避免的，当功率器件关断时，杂散电感感生的电动势与母线电压叠加，在功率器件两端产生很大的浪涌电压，若无任何防护措施，可能直接造成功率器件的过压损坏，因此需采取相应的电压抑制策略来保护功率器件。电压抑制策略主要包括无源缓冲电路与有源钳位电路，其中有源钳位电路相较于无源缓冲电路拥有更快的响应速度以及更低的开关损耗，被越来越广泛地应用于电力电子产品中。
目前传统有源钳位电路如图1所示，通常采用稳压二极管101、稳压二极管102串联其他电路连接在IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的集电极103与门极104或门极驱动电路之间，当集射极电压超过有源钳位的阈值电压时，稳压二极管101、稳压二极管102反向击穿，电荷注入门极104或门极驱动电路，使得IGBT的门极电压被抬高，集电极103与发射极105之间的阻抗减小，使电荷得以泄放，从而降低集射极之间电压，防止IGBT过压损坏。
因此设置有源钳位电路的目的是钳住IGBT的集射极的电压，防止IGBT过压损坏。但有源钳位电路的信号反馈是需要时间的，即从稳压二极管反向击穿到门极电压被抬升到IGBT的开通门槛电压有一定的延迟时间，在该延迟时间内，IGBT的集射极之间的电压会继续升高，直到门极电压达到开通门槛电压以上，该集射极之间的电压才得到限制，其根本原因是控制环路滞后于受控对象。在电压裕量小、开关速度快或者线路杂散电感大的应用场合，传统有源钳位电路的响应速度将无法满足有源钳位的要求，通常需要在传统有源钳位电路的稳压二极管上并联电容，其结构如图2所示，在稳压二极管上并联电容106可增大位移电流，使门极电压在稳压二极管击穿前达到开通门槛电压以上，以达到及时钳位集射极之间的电压的目的。
但在稳压二极管101上并联电容106将引入更大的驱动干扰，该干扰信号通过有源钳位电路注入IGBT的门极，使的IGBT的门极的能量增加，增大了IGBT误开通的风险。
由上可知，在功率器件开关速度快、电压裕量小的场合，通常需要通过有源钳位电路增大注入IGBT的门极的能量来获得更好的钳位效果，但同时也会带来更大的干扰信号。该干扰信号会通过有源钳位电路影响功率器件的驱动信号，进而导致功率器件误开通，这不仅关系到功率器件本身的运行安全，还影响到整个系统的性能和稳定。
因此，如何防止有源钳位电路因增大注入功率器件的门极的能量而引起功率器件误开通，是有待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种防止半导体开关器件误开通的电路以及控制方法，能够有效防止有源钳位电路因增大注入半导体开关器件的门极的能量而引起半导体开关器件误开通。
为了实现上述目的，本发明提供了一种防止半导体开关器件误开通的电路，包括：有源钳位电路、控制电路、功率放大电路以及干扰抑制电路；
所述控制电路与所述功率放大电路的输入端耦接；
所述功率放大电路的输出端与所述半导体开关器件的门极耦接；
所述有源钳位电路的第一端与所述半导体开关器件的第一端连接，所述有源钳位电路的第二端与所述功率放大电路的输入端连接，所述有源钳位电路被配置为自所述半导体开关器件的第一端与所述半导体开关器件的第二端之间的电压大于预设电压时刻起的预设时间段内动作；
所述干扰抑制电路包括可控开关；所述干扰抑制电路的第一端连接所述控制电路，所述干扰抑制电路的第二端连接所述功率放大电路的输入端，所述干扰抑制电路的第三端连接固定电位点；其中所述可控开关被配置为在所述有源钳位电路的动作完成后导通，使得所述功率放大电路的输入端的电位被钳位到固定电位。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，还包括输入电阻和驱动电阻；
所述输入电阻耦接于所述控制电路与所述功率放大电路的输入端之间；
所述驱动电阻耦接于所述功率放大电路的输出端与所述半导体开关器件的门极之间。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述可控开关被配置为当所述控制电路输出为高电平或者所述半导体开关器件的门极电压大于预设门极电压时关断。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述可控开关被配置为当所述有源钳位电路的动作完成后且所述半导体开关器件的门极电压为预设门极电压时导通，所述预设门极电压小于所述半导体开关器件的门极电压阈值。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述可控开关被配置为在所述有源钳位电路动作的所述预设时间段内关断。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述干扰抑制电路的第四端与所述半导体开关器件的门极耦接，用以接收所述半导体开关器件的门极电压。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述干扰抑制电路还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电阻以及第一电容；
所述第一二极管的阳极与所述干扰抑制电路的第一端耦接，所述第一二极管的阴极与所述可控开关的门极耦接；
所述第二二极管的阳极与所述干扰抑制电路的第二端耦接，所述第二二极管的阴极与所述可控开关的第一端耦接；
所述第一电容耦接于所述可控开关的第一端和所述可控开关的门极之间；
所述第一电阻和所述第三二极管串联连接后耦接于所述可控开关的门极与所述干扰抑制电路的第四端之间；
所述可控开关的第二端耦接于所述干扰抑制电路的第三端的固定电位点。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述第一电容为所述可控开关的第一端与所述可控开关的门极之间的寄生电容。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述可控开关的门极连接于所述干扰抑制电路的第一端，所述可控开关的第一端连接所述干扰抑制电路的第二端，所述可控开关的第二端耦接于所述干扰抑制电路的第三端；所述控制电路用于根据所述半导体开关器件的门极电压以及所述控制电路输出的控制信号控制所述控制开关的导通或关断。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述干扰抑制电路包括第四二极管、第五二极管、第六二极管、第二电阻和第二电容；
所述第四二极管的阳极与所述干扰抑制电路的第一端耦接，所述第四二极管的阴极与所述可控开关的门极耦接；
所述第五二极管的阳极与所述干扰抑制电路的第二端耦接，所述第五二极管的阴极与所述可控开关的第一端耦接；
所述第六二极管与第二电阻串联连接后耦接于所述可控开关的门极与所述第四二极管的阳极之间；
所述第二电容耦接于所述可控开关的第一端和所述可控开关的门极之间；
所述可控开关的第二端耦接于所述干扰抑制电路的第三端。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述固定电位小于所述半导体开关器件的门极电压阈值。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述可控开关为PNP型三极管；所述可控开关的第一端为所述PNP型三极管的发射极，所述可控开关的第二端为所述PNP型三极管的集电极。
上述的防止半导体开关器件误开通的电路中，所述有源电压钳位电路包括：
第七二极管、多个稳压管、至少一个第三电容和第四电阻；
所述多个稳压管、所述第七二极管以及所述第四电阻串联连接形成串联连接后连接于所述半导体开关器件的第一端和所述功率放大电路的输入端之间；其中，所述多个稳压管方向一致且与所述第七二极管方向相反，所述多个稳压管中的至少一个与至少一个所述第三电容并联连接。
为了更好的实现发明目的，本发明还提供了一种防止半导体开关误开通的控制方法，所述控制方法用于防止半导体开关器件误导通的电路中；所述防止半导体开关器件误导通的电路包括有源钳位电路、控制电路、功率放大电路以及干扰抑制电路；所述控制电路与所述功率放大电路的输入端耦接；所述功率放大电路的输出端与所述半导体开关器件的门极耦接；所述有源钳位电路的第一端与所述半导体开关器件的第一端连接，所述有源钳位电路的第二端与所述功率放大电路的输入端连接；所述干扰抑制电路包括可控开关；所述干扰抑制电路的第一端连接所述控制电路，所述干扰抑制电路的第二端连接所述功率放大电路的输入端，所述干扰抑制电路的第三端连接固定电位点；所述控制方法包括：
步骤a、根据所述半导体开关器件的第一端和所述半导体开关器件的第二端之间的电压确定所述有源钳位电路动作的预设时间段；
步骤b、在所述有源钳位电路动作完成后，导通所述可控开关，使得所述功率放大电路的输入端的电位被钳位到固定电位。
上述的防止半导体开关误开通的控制方法中，所述固定电位小于所述半导体开关器件的门极电压阈值。
上述的防止半导体开关误开通的控制方法中，当所述控制电路输出为高电平或者所述半导体开关器件的门极电压大于预设门极电压时，关断所述可控开关。
上述的防止半导体开关误开通的控制方法中，当所述有源钳位电路动作完成后且所述半导体开关器件的门极电压为预设门极电压时，导通所述可控开关。
上述的防止半导体开关误开通的控制方法中，在所述有源钳位电路动作的所述预设时间段内，关断所述可控开关。
上述的防止半导体开关误开通的控制方法中，所述有源钳位电路的动作开始时刻为所述半导体开关器件的第一端和第二端的电压大于预设电压的时刻；所述有源钳位电路的动作完成时刻为所述半导体开关器件的门极电压为预设门极电压。
采用本发明，通过设置了干扰抑制电路，使得在所述有源钳位电路完成电压钳位后将功率放大电路的输入端的电位钳位到固定电位，阻断干扰信号的传播途径，可以有效防止所述半导体开关器件误导通。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为传统有源钳位电路示意图；
图2为位移电流反馈型有源钳位电路示意图；
图3为本发明的防止半导体开关器件误开通的电路的第一实现方式的示意图；
图4为图3的控制时序图；
图5为本发明的防止半导体开关器件误开通的电路的第二实现方式的示意图；
图6为图5的控制时序图；
图7为本发明的干扰抑制电路的一实施例的示意图；
图8为本发明的防止半导体开关器件误开通的电路的第三实现方式的示意图；
图9为本发明的干扰抑制电路的一实施例的示意图；
图10为本发明中的方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
图3为本发明的防止半导体开关器件误开通的电路的第一实现方式的示意图；如图3所示，本发明的实施例提供一种防止半导体开关器件误开通的电路，包括：有源钳位电路31、控制电路32、功率放大电路33以及干扰抑制电路34。所述控制电路32与所述功率放大电路33的输入端耦接；
所述功率放大电路33的输出端与所述半导体开关器件的门极351耦接；
所述有源钳位电路31的第一端与所述半导体开关器件的第一端352连接，所述有源钳位电路31的第二端与所述功率放大电路33的输入端连接，所述有源钳位电路31被配置为自所述半导体开关器件的第一端352与所述半导体开关器件的第二端353之间的电压大于预设电压时刻起的预设时间段内动作；
所述干扰抑制电路34包括可控开关341；所述干扰抑制电路34的第一端342连接所述控制电路32，所述干扰抑制电路34的第二端343连接所述功率放大电路33的输入端，所述干扰抑制电路34的第三端344连接固定电位点36；其中所述可控开关341被配置为在所述有源钳位电路31的动作完成后导通，使得所述功率放大电路33的输入端的电位被钳位到固定电位。
可见，在有源钳位电路31的动作完成后，即有源钳位电路31完成电压钳位后，通过控制干扰抑制电路34的可控开关导通将功率放大电路33的输入端的电位钳位到固定电位，限制半导体开关器件的门极351的电位，使得半导体开关器件完全关断后有源钳位电路31被禁用，从而阻断了干扰信号的传播路径，在不影响功率放大电路33逻辑开通和有源钳位电路31正常功能的前提下，解决了半导体开关器件的误开通问题。
如图3所示，本发明的防止半导体开关器件误开通的电路包括输入电阻37和驱动电阻38；所述输入电阻37耦接于所述控制电路32与所述功率放大电路33的输入端之间；所述驱动电阻38耦接于所述功率放大电路33的输出端与所述半导体开关器件的门极351之间。
如图3所示，干扰抑制电路34还包括延时模块345，与干扰抑制电路34的第一端342和可控开关341分别耦接，用于接收控制电路32输出的控制信号，可以是脉宽调制信号(Pulse Width Modulation，PWM)，并延迟一预设延时时间控制可控开关341导通，使功率放大电路33的输入端的电位被钳位到固定电位，从而阻断了干扰信号的传播路径，在不影响半导体开关器件逻辑开通和有源钳位电路31正常功能的前提下，解决了半导体开关器件的误开通问题。
图4为图3的控制时序图。图4中，纵轴代表电压，横轴代表时间t，PWM代表控制电路32的控制信号，Vge线代表所述半导体开关器件的门极电压。如图4所示，阶段1：控制电路32输出的PWM信号为高电平，干扰抑制电路34的可控开关341根据该高电平处于关断状态，此时半导体开关器件导通，处于正常工作状态。阶段2：控制电路32输出的PWM信号为低电平，延时模块345动作；当半导体开关器件的第一端352和第二端353之间电压大于预设电压时，有源钳位电路31动作，此时从半导体开关器件的第一端352流出的电荷经过有源钳位电路31被注入到半导体开关器件的门极351，抬高了半导体开关器件的门极351的门极电压，使得门极电压大于预设门极电压，半导体开关器件被延迟关断，从而限制了半导体开关器件的第一端352和第二端353之间的电压尖峰，使半导体开关器件不被损坏。其中，有源钳位电路31的动作的预设时间段为自半导体开关器件的第一端352和第二端353之间电压大于预设电压时刻起至有源钳位电路31的动作完成时刻。阶段3：有源钳位电路31的动作完成，控制电路32输出的PWM信号仍然为低电平并且延时模块345动作完成，此时半导体开关器件的门极电压为预设门极电压，其中预设门极电压可以小于半导体开关器件的门极电压阈值，可控开关341被导通，功率放大电路33的输入端的电位被钳位到固定电位，以阻断干扰信号通过有源钳位电路影响半导体开关器件的关断，保证半导体开关器件的可靠关断，其中该固定电位可以低于半导体开关器件的门极电压阈值，例如当门极电压阈值为6v时，该固定电位小于6v，可以为0v到-20v之间的任意电压值。需要说明的是，延时模块345延迟的预设时间为上述的阶段2所在的时间段，即，预设延时时间自PWM信号从高电平转为低电平时刻起到有源钳位电路的动作完成时刻。
但在此方案中，预设延时时间需以最恶劣工况下的有源钳位电路的动作时间进行设计，由于不同工况的有源钳位电路的动作时间相差可达数个微秒，同时要考虑元件精度和温漂问题，导致预设延时时间远大于有源钳位电路的动作时间，使干扰抑制电路在有源钳位电路的动作完成后无法立即投入。此方案不仅设计复杂，同时会带来保护盲区，降低可靠性。需进一步改进。
图9为本发明的干扰抑制电路的一实施例的示意图。如图9所示，所述干扰抑制电路94包括第四二极管901、第五二极管902、第六二极管903、第二电阻904、第三电阻906和第二电容905。所述第四二极管901的阳极与所述干扰抑制电路94的第一端耦接，所述第四二极管901的阴极与所述可控开关941的门极耦接。所述第五二极管902的阳极与所述干扰抑制电路94的第二端耦接，所述第五二极管902的阴极与所述可控开关941的第一端耦接。所述第六二极管903与第二电阻904串联连接后耦接于所述可控开关941的门极与所述第四二极管901的阳极之间。所述第二电容905耦接于所述可控开关941的第一端和所述可控开关941的门极之间。第三电阻906连接在第五二极管902的阴极与第四二极管901的阴极之间。所述可控开关941的第二端耦接于所述干扰抑制电路94的第三端，所述干扰抑制电路94的第三端连接固定电位点96。
如图9所示，当PWM信号为高电平时，第四二极管901导通，将可控开关941的门极电位拉高，使可控开关941关断，PWM信号经过功率放大电路93放大后驱动半导体开关器件导通。当PWM信号为低电平时，如果半导体开关器件的第一端和第二端之间的电压大于预设电压，有源钳位电路动作，第五二极管902和第六二极管903导通，第二电容905通过第二电阻904进行放电，此时可控开关941处于关断状态，电流流入半导体开关器件的门极，使半导体开关器件的门极电压被抬升，半导体开关器件导通。待有源钳位电路动作完成后并且PWM信号仍然为低电平，若有干扰信号通过有源钳位电路注入到第二电容905，给第二电容905反向充电，使可控开关941的门极电压达到其门极开通阈值，可控开关941导通，此时功率放大电路93的输入端的电位被钳位到固定电位。
在本发明的实施例中，第二电阻904和第二电容905构成延时模块，当PWM信号为低电平时，延时模块产生预设延时时间，以确保可控开关941在有源钳位电路动作完成后导通。
本发明的实施例中，所述固定电位小于所述半导体开关器件的门极电压阈值，从而功率放大电路93的输入端的电位被钳位到固定电位，能够防止半导体开关器件误导通。
如图9所示，在本发明的一个实施例中，所述可控开关941为PNP型三极管；所述可控开关941的第一端为所述PNP型三极管的发射极，所述可控开关941的第二端为所述PNP型三极管的集电极。
图5为本发明的防止半导体开关器件误开通的电路的第二实现方式的示意图。如图5所示，本发明的实施例提供一种防止半导体开关器件误开通的电路，包括：有源钳位电路51、控制电路52、功率放大电路53以及干扰抑制电路54。所述控制电路52与所述功率放大电路53的输入端耦接；
所述功率放大电路53的输出端与所述半导体开关器件的门极551耦接；
所述有源钳位电路51的第一端与所述半导体开关器件的第一端552连接，所述有源钳位电路51的第二端与所述功率放大电路53的输入端连接，所述有源钳位电路51被配置为自所述半导体开关器件的第一端552与所述半导体开关器件的第二端553之间的电压大于预设电压时刻起的预设时间段内动作；
所述干扰抑制电路54包括可控开关541；所述干扰抑制电路54的第一端542连接所述控制电路52，所述干扰抑制电路54的第二端543连接所述功率放大电路53的输入端，所述干扰抑制电路54的第三端544连接固定电位点56，所述干扰抑制电路54的第四端545连接半导体开关器件的门极551；其中所述可控开关541被配置为在所述有源钳位电路51的动作完成后导通，即半导体开关器件的门极电压为预设门极电压，可控开关541导通，使得所述功率放大电路53的输入端的电位被钳位到固定电位。
图6为图5的控制时序图。图6中，纵轴代表电压，横轴代表时间t，PWM代表控制电路52的控制信号，Vge线代表所述半导体开关器件的门极电压。如图6所示，阶段1：控制电路52输出的PWM信号为高电平，此时可控开关541根据该高电平处于关断状态。阶段2：控制电路52输出的PWM信号为低电平；当半导体开关器件的第一端552和第二端553之间电压大于预设电压时，有源钳位电路51动作，此时半导体开关器件的门极电压大于预设门极电压，可控开关541处于关断状态。阶段3：有源钳位电路51的动作完成，并且控制电路52输出的PWM信号仍然为低电平，此时半导体开关器件的门极电压为预设门极电压，根据该预设门极电压控制可控开关541导通，功率放大电路53的输入端的电位被钳位到固定电位，其中预设门极电压小于半导体开关器件的门极电压阈值。该方案的可控开关的导通时刻可以跟随有源钳位电路的动作时间的长短自动调节，延时时间接近为零，极大的减小了保护盲区，提高了可靠性。
图7为本发明的干扰抑制电路的一实施例。如图7所示，本发明的实施例提供一种防止半导体开关器件误开通的电路，包括：有源钳位电路71、控制电路72、功率放大电路73以及干扰抑制电路74；
所述控制电路72与所述功率放大电路73的输入端耦接；
所述功率放大电路73的输出端与所述半导体开关器件的门极753耦接；
所述有源钳位电路71的第一端与所述半导体开关器件的第一端751连接，所述有源钳位电路71的第二端与所述功率放大电路73的输入端B连接，所述有源钳位电路71被配置为自所述半导体开关器件的第一端751与所述半导体开关器件的第二端752之间的电压大于预设电压时刻起的预设时间段内动作；
所述干扰抑制电路74包括可控开关741；所述干扰抑制电74路的第一端A连接所述控制电路72，所述干扰抑制电路的第二端连接所述功率放大电路73的输入端B，所述干扰抑制电路74的第三端连接固定电位点742，所述干扰抑制电路74的第四端连接到半导体开关器件的门极753；其中所述可控开关741被配置为在所述有源钳位电路71的动作完成后导通，使得所述功率放大电路73的输入端B的电位被钳位到固定电位。
可见，本发明实施例中，通过设置了干扰抑制电路74，使得在所述有源钳位电路71的工作完成后将功率放大电路73输入端B的电位钳位到固定电位，从而限制了所述半导体开关器件的门极753的电位，可以有效防止所述半导体开关器件误导通。
参考图7所示，在本发明的另一个实施例中，还包括输入电阻76和驱动电阻77；
所述输入电阻76耦接于所述控制电路72与所述功率放大电路73的输入端B之间；
所述驱动电阻77耦接于所述功率放大电路73的输出端与所述半导体开关器件的门极753之间。
结合图6和图7，所述可控开关741被配置为当所述控制电路72输出为高电平(阶段1)或者所述半导体开关器件的门极电压大于预设门极电压时(阶段2)关断。因此，在阶段1和阶段2可控开关741断开，干扰抑制电路不投入使用；
结合图6和图7，在本发明的另一个实施例中，所述可控开关741被配置为当所述有源钳位电路71的动作完成后且所述半导体开关器件的门极电压为预设门极电压时(阶段3)导通，所述预设门极电压小于所述半导体开关器件的门极电压阈值。可见，在阶段3是有源钳位电路71的非工作时间段，此时需要防止半导体开关器件误开通，可控开关741导通，干扰抑制电路投入使用，输入端B的电压被钳位到固定电位，有效防止半导体开关器件的误导通。
参考图7所示，在本发明的另一个实施例中，防止半导体开关器件误开通的电路，所述干扰抑制电路74的第四端与所述半导体开关器件的门极耦接于点C，用以接收门极电压。从而利用门极电压完成图6中阶段2的确定。
参考图7所示，在本发明的另一个实施例中，所述干扰抑制电路74还包括第一二极管742、第二二极管743、第三二极管744、第一电阻745以及第一电容746；
所述第一二极管742的阳极与所述干扰抑制电路74的第一端耦接，所述第一二极管742的阴极与所述可控开关741的门极耦接；
所述第二二极管743的阳极与所述干扰抑制电路74的第二端耦接，所述第二二极管743的阴极与所述可控开关741的第一端耦接；
所述第一电容746耦接于所述可控开关741的第一端和所述可控开关741的门极之间；
所述第一电阻745和所述第三二极管744串联连接后耦接于所述可控开关的门极与所述干扰抑制电路74的第四端之间；
所述可控开关741的第二端耦接于所述干扰抑制电路74的第三端，所述干扰抑制电路74的第三端连接固定电位点742。
在本发明的另一个实施例中，所述第一电容746为所述可控开关741的第一端与所述可控开关的门极之间的寄生电容。
如图7所示，在本发明的一个实施例中，所述可控开关741为PNP型三极管；所述可控开关741的第一端为所述PNP型三极管的发射极，所述可控开关741的第二端为所述PNP型三极管的集电极。
参考图7所示，在本发明的一个实施例中，所述有源电压钳位电路71包括：
第七二极管711、多个稳压管712、至少一个第三电容713和第四电阻714；
所述多个稳压管712、所述第七二极管711以及所述第四电阻714串联连接形成串联连接后连接于所述半导体开关器件的第一端751和所述功率放大电路73的输入端之间；其中，所述多个稳压管712方向一致且与所述第七二极管711方向相反，所述多个稳压管712中的至少一个与至少一个所述第三电容713并联连接。
如图7所示，当可控开关741导通，功率放大电路73的输入端B的电位被钳位到一个较低的固定电位，此时有源钳位电路71反馈能量流向门极的传输路径被阻断。当可控开关741关断，有源钳位电路71反馈能量向门极的传输路径将重新打开。电路的控制时序如图6所示，阶段1，PWM信号为高电平，此时A点电位高于B点的电位，使可控开关741基射极反偏关断；阶段2，有源钳位电路动作过程中，B点的电位低于半导体开关器件的门极753的电位，可控开关741基射极反偏断开；阶段3有源钳位电路动作完成，可控开关741基极与门极的电位为低电平，此时有干扰能量经有源钳位电路注入，使B点的电位将瞬间增加，使可控开关741基射极正偏导通，从而将干扰能量注入固定电位中，避免IGBT(半导体开关器件)误开通。
图8为本发明的防止半导体开关器件误开通的电路的第三实现方式的示意图。电路包括一个全控型开关Q构成，全控型开关Q的门极连接于所述干扰抑制电路84的第一端，全控型开关Q的第一端连接所述干扰抑制电路84的第二端(图中B点处)，全控型开关Q的第二端耦接于所述干扰抑制电路84的第三端(固定电位点86处)；所述控制电路82用于根据有源钳位电路的工作状态以及所述控制电路82输出的控制信号控制所述控制全控型开关Q的导通或关断。在IGBT开通和有源钳位电路动作阶段控制电路82关断全控型开关Q；在有源钳位电路动作完成后开通全控型开关Q，将功率放大电路83输入端B点的电位拉到低电位。其控制时序如图6所示，具体控制过程如下：当控制器发出PWM信号为高电平的同时，给全控型开关Q发出关断信号；当控制器判断有源钳位电路动作阶段结束，控制器开通全控型开关Q，禁用有源钳位电路，有源钳位阶段结束的判断信号可以是IGBT的门极电压，也可以是其他信号。若以半导体开关器件的门极电压为全控型开关Q的开通信号，可作如下设计，当半导体开关器件的门极电压小于电压b时开通全控型开关Q，b值的设定应避免影响有源钳位的功能，b值越低，对电压钳位的影响越小。
图10为本发明中的方法的步骤流程图，参考图3和图10所示，本发明实施例还提供了一种防止半导体开关误开通的控制方法，所述控制方法用于防止半导体开关器件误导通的电路中；所述防止半导体开关器件误导通的电路包括有源钳位电路31、控制电路32、功率放大电路33以及干扰抑制电路34；所述控制电路32与所述功率放大电路33的输入端耦接；所述功率放大电路33的输出端与所述半导体开关器件的门极351耦接；所述有源钳位电路31的第一端与所述半导体开关器件的第一端352连接，所述有源钳位电路31的第二端与所述功率放大电路33的输入端连接；所述干扰抑制电路34包括可控开关341；所述干扰抑制电路34的第一端连接所述控制电路32，所述干扰抑制电路34的第二端连接所述功率放大电路33的输入端，所述干扰抑制电路34的第三端连接固定电位点36；所述控制方法包括：
步骤210、根据所述半导体开关器件的第一端和所述半导体开关器件的第二端之间的电压确定所述有源钳位电路动作的预设时间段；
步骤220、在所述有源钳位电路动作完成后，导通所述可控开关，使得所述功率放大电路的输入端的电位被钳位到固定电位。
本发明的一个方法实施例中，在控制电路32输出的PWM信号为高电平时，驱动半导体开关器件导通以及关断可控开关。当控制电路32输出的PWM信号由高电平转换为低电平后且所述半导体开关器件的第一端和所述半导体开关器件的第二端之间的电压大于预设电压时，有源钳位电路开始动作。
可见，在本发明方法实施例中，在所述控制电路输出的PWM信号为低电平且所述有源钳位电路的不工作的时间段内，通过干扰抑制电路进行电位钳位，阻止半导体开关器件的门极电压超过门极电压阈值，从而防止误导通。
在本发明的一个方法实施例中，所述固定电位小于所述半导体开关器件的门极电压阈值。
在本发明的一个方法实施例中，当所述控制电路输出为高电平或者所述半导体开关器件的门极电压大于预设门极电压时，关断所述可控开关。
在本发明的一个方法实施例中，当所述有源钳位电路动作完成后且所述半导体开关器件的门极电压为预设门极电压时，导通所述可控开关。
在本发明的一个方法实施例中，在所述有源钳位电路动作的所述预设时间段内，关断所述可控开关。
在本发明的一个方法实施例中，所述有源钳位电路的动作开始时刻为所述半导体开关器件的第一端和第二端的电压大于预设门极电压的时刻；所述有源钳位电路的动作完成时刻为所述半导体开关器件的门极电压为预设门极电压。
由上可知，本发明实施例具有以下优点：
1、本发明不仅适用于半导体开关器件，也适用于电压裕量小、开关速度快的应用场合，有效解决半导体开关器件的门极驱动干扰问题。
2、本发明适用范围广，该抗干扰电路可结合各种有源钳位电路使用。
3、本发明中的防误开通电路实施例参数设计简单，无需根据有源钳位电路动作时间长短设计延迟参数。
4、本发明可靠性高，该电路实现了延迟时间最小化，极大的减小了保护盲区。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (20)
1.一种防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，包括：有源钳位电路、控制电路、功率放大电路以及干扰抑制电路；
所述控制电路与所述功率放大电路的输入端耦接；
所述功率放大电路的输出端与所述半导体开关器件的门极耦接；
所述有源钳位电路的第一端与所述半导体开关器件的第一端连接，所述有源钳位电路的第二端与所述功率放大电路的输入端连接，所述有源钳位电路被配置为自所述半导体开关器件的第一端与所述半导体开关器件的第二端之间的电压大于预设电压时刻起的预设时间段内动作；
所述干扰抑制电路包括可控开关；所述干扰抑制电路的第一端连接所述控制电路，所述干扰抑制电路的第二端连接所述功率放大电路的输入端，所述干扰抑制电路的第三端连接固定电位点；其中所述可控开关被配置为在所述有源钳位电路的动作完成后导通，使得所述功率放大电路的输入端的电位被钳位到固定电位。
2.根据权利要求1所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，还包括输入电阻和驱动电阻；
所述输入电阻耦接于所述控制电路与所述功率放大电路的输入端之间；
所述驱动电阻耦接于所述功率放大电路的输出端与所述半导体开关器件的门极之间。
3.根据权利要求1所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述可控开关被配置为当所述控制电路输出为高电平或者所述半导体开关器件的门极电压大于预设门极电压时关断。
4.根据权利要求1所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述可控开关被配置为当所述有源钳位电路的动作完成后且所述半导体开关器件的门极电压为预设门极电压时导通，所述预设门极电压小于所述半导体开关器件的门极电压阈值。
5.根据权利要求1所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述可控开关被配置为在所述有源钳位电路动作的所述预设时间段内关断。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述干扰抑制电路的第四端与所述半导体开关器件的门极耦接，用以接收所述半导体开关器件的门极电压。
7.根据权利要求6所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述干扰抑制电路还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电阻以及第一电容；
所述第一二极管的阳极与所述干扰抑制电路的第一端耦接，所述第一二极管的阴极与所述可控开关的门极耦接；
所述第二二极管的阳极与所述干扰抑制电路的第二端耦接，所述第二二极管的阴极与所述可控开关的第一端耦接；
所述第一电容耦接于所述可控开关的第一端和所述可控开关的门极之间；
所述第一电阻和所述第三二极管串联连接后耦接于所述可控开关的门极与所述干扰抑制电路的第四端之间；
所述可控开关的第二端耦接于所述干扰抑制电路的第三端的固定电位点。
8.根据权利要7所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述第一电容为所述可控开关的第一端与所述可控开关的门极之间的寄生电容。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的防止半导体开关器件误开通的电路其特征在于，所述可控开关的门极连接于所述干扰抑制电路的第一端，所述可控开关的第一端连接所述干扰抑制电路的第二端，所述可控开关的第二端耦接于所述干扰抑制电路的第三端；所述控制电路用于根据所述半导体开关器件的门极电压以及所述控制电路输出的控制信号控制所述控制开关的导通或关断。
10.根据权利要求1-5任意一项所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述干扰抑制电路包括第四二极管、第五二极管、第六二极管、第二电阻和第二电容；
所述第四二极管的阳极与所述干扰抑制电路的第一端耦接，所述第四二极管的阴极与所述可控开关的门极耦接；
所述第五二极管的阳极与所述干扰抑制电路的第二端耦接，所述第五二极管的阴极与所述可控开关的第一端耦接；
所述第六二极管与第二电阻串联连接后耦接于所述可控开关的门极与所述第四二极管的阳极之间；
所述第二电容耦接于所述可控开关的第一端和所述可控开关的门极之间；
所述可控开关的第二端耦接于所述干扰抑制电路的第三端。
11.根据权利要求1所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述固定电位小于所述半导体开关器件的门极电压阈值。
12.根据权利要求7所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述可控开关为PNP型三极管；所述可控开关的第一端为所述PNP型三极管的发射极，所述可控开关的第二端为所述PNP型三极管的集电极。
13.根据权利要求10所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述可控开关为PNP型三极管；所述可控开关的第一端为所述PNP型三极管的发射极，所述可控开关的第二端为所述PNP型三极管的集电极。
14.根据权利要求1所述的防止半导体开关器件误开通的电路，其特征在于，所述有源电压钳位电路包括：
第七二极管、多个稳压管、至少一个第三电容和第四电阻；
所述多个稳压管、所述第七二极管以及所述第四电阻串联连接形成串联连接后连接于所述半导体开关器件的第一端和所述功率放大电路的输入端之间；其中，所述多个稳压管方向一致且与所述第七二极管方向相反，所述多个稳压管中的至少一个与至少一个所述第三电容并联连接。
15.一种防止半导体开关误开通的控制方法，其特征在于，所述控制方法用于防止半导体开关器件误导通的电路中；所述防止半导体开关器件误导通的电路包括有源钳位电路、控制电路、功率放大电路以及干扰抑制电路；所述控制电路与所述功率放大电路的输入端耦接；所述功率放大电路的输出端与所述半导体开关器件的门极耦接；所述有源钳位电路的第一端与所述半导体开关器件的第一端连接，所述有源钳位电路的第二端与所述功率放大电路的输入端连接；所述干扰抑制电路包括可控开关；所述干扰抑制电路的第一端连接所述控制电路，所述干扰抑制电路的第二端连接所述功率放大电路的输入端，所述干扰抑制电路的第三端连接固定电位点；所述控制方法包括：
步骤a、根据所述半导体开关器件的第一端和所述半导体开关器件的第二端之间的电压确定所述有源钳位电路动作的预设时间段；
步骤b、在所述有源钳位电路动作完成后，导通所述可控开关，使得所述功率放大电路的输入端的电位被钳位到固定电位。
16.如权利要求15所述的防止半导体开关误开通的控制方法，其特征在于，所述固定电位小于所述半导体开关器件的门极电压阈值。
17.如权利要求15所述的防止半导体开关误开通的控制方法，其特征在于，当所述控制电路输出为高电平或者所述半导体开关器件的门极电压大于预设门极电压时，关断所述可控开关。
18.如权利要求15所述的防止半导体开关误开通的控制方法，其特征在于，当所述有源钳位电路动作完成后且所述半导体开关器件的门极电压为预设门极电压时，导通所述可控开关。
19.如权利要求15所述的防止半导体开关误开通的控制方法，其特征在于，在所述有源钳位电路动作的所述预设时间段内，关断所述可控开关。
20.如权利要求15所述的防止半导体开关误开通的控制方法，其特征在于，所述有源钳位电路的动作开始时刻为所述半导体开关器件的第一端和第二端的电压大于预设电压的时刻；所述有源钳位电路的动作完成时刻为所述半导体开关器件的门极电压为预设门极电压。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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