CN202940722U

CN202940722U - 一种带电压过冲门槛限制的igbt串联动静态均压电路

Info

Publication number: CN202940722U
Application number: CN 201220650690
Authority: CN
Inventors: 张茂强; 汪涛; 李乐乐; 刘磊; 陈赤汉
Original assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2022-11-30

Abstract

本实用新型公开一种带电压过冲门槛限制的IGBT串联动静态均压电路，包括两个均压电容、两个均压电阻、门极电阻、均压二极管、门极二极管和门极TVS管，第一均压电阻与第一均压电容并联后，一端连接IGBT的集电极，另一端分别连接第二均压电容的一端、均压二极管的阳极和门极二极管的阳极，均压二极管的阴极经由第二均压电阻连接第二均压电容的另一端；门极二极管的阴极与门极TVS管的阴极连接，门极TVS管的阳极经由门极电阻连接IGBT的门极，IGBT的功率发射极连接在第二均压电容与第二均压电阻之间。此电路在实现串联IGBT动静态均压的基础上，可对超过设定门槛值的关断电压过冲进行限制，使IGBT能够安全高效运行。

Description

一种带电压过冲门槛限制的IGBT串联动静态均压电路

技术领域

本实用新型涉及一种IGBT串联应用的带关断电压过冲门槛限制的动静态均压电路，应用于需要IGBT串联的需要更高耐压的电力系统场合。

背景技术

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）以较高的工作频率、相对较大的工作电压、电流在电气设备领域得到广泛的应用。但是，由于单个IGBT电压等级（目前IGBT的最高电压等级为6500V）的限制，在更高电压等级的应用场合，比如高压逆变器、变频器、静态无功发生装置等，单个IGBT已不能满足电压等级的要求，需要多个IGBT串联使用。

在IGBT串联应用场合，由于串联的IGBT开关特性及静态特性不一致、IGBT驱动信号不同步等原因会造成串联的各个IGBT上的电压不均衡，系统内的杂散电感在IGBT关断过程中会产生电压尖峰，这些都容易造成IGBT的损坏。国内外有较多关于串联IGBT动静态均压的技术，例如国外专利US6320362B1所述，在图1所示电路中，通过电阻R1、R2实现IGBT静态均压，通过电容C1、C2实现IGBT动态均压。但图1中电路在IGBT集射极电压提高后，由于电阻R2阻值较小，电容C2上的电压通过电阻R2充放电，电阻R2的损耗会很大，因此国内专利CN200520050491.7对此进行了改进，如图2所示，均压电阻上串联了均压二极管，使均压电阻的损耗大大降低。

但专利US6320362B1和CN200520050491.7均是IGBT在关断时刻一旦有电压过冲，即使这个电压过冲对IGBT的安全工作并没有造成影响，就已经通过门极二极管和门极电阻充电，减缓了IGBT的关断速度，造成IGBT关断损耗的增加。

鉴于以上分析，本发明人针对现有的IGBT均压电路进行改进，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种带电压过冲门槛限制的IGBT串联动静态均压电路，其在实现串联IGBT动静态均压的基础上，可对超过设定门槛值的关断电压过冲进行限制，使IGBT能够安全高效运行。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种带电压过冲门槛限制的IGBT串联动静态均压电路，包括两个均压电容、两个均压电阻、门极电阻、均压二极管、门极二极管和门极TVS管，其中，第一均压电阻与第一均压电容并联后，该并联电路的一端连接IGBT的集电极，另一端分别连接第二均压电容的一端、均压二极管的阳极和门极二极管的阳极，所述均压二极管的阴极则经由第二均压电阻连接第二均压电容的另一端；所述门极二极管的阴极与门极TVS管的阴极连接，而门极TVS管的阳极经由门极电阻连接IGBT的门极，所述IGBT的功率发射极连接在第二均压电容与第二均压电阻之间。

上述第一均压电阻的阻值是第二均压电阻的阻值的至少10倍，第一均压电容的容值是第二均压电容的容值的至少10倍，均压二极管的反向耐压值大于IGBT关断后其集电极与功率发射极之间的电压值。

采用上述方案后，本实用新型的有益效果是：本实用新型可以对IGBT关断电压过冲进行门槛设定，既保证了IGBT的安全运行，又提高了IGBT的工作效率。

附图说明

图1是专利US6320362B1所提供的电路原理图；

图2是专利CN200520050491.7所提供的电路原理图；

图3是本实用新型的电路原理图；

图4是本实用新型的试验原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。

本实用新型提供一种带电压过冲门槛限制的IGBT串联动静态均压电路，如图3所示，其是将2只IGBT串联的连接结构示意图（可扩充至N只IGBT串联），其中，IGBT1和IGBT2是同一规格的带体二极管的IGBT模块，以IGBT1为例，所述带电压过冲门槛限制的动静态均压电路包括均压电容C1、C2、均压电阻R1、R2、门极电阻Rg1、均压二极管D1、门极二极管D2和门极TVS管TVS1，其电路连接方式为：均压电阻R1与均压电容C1并联后，该并联电路的一端连接IGBT1的集电极，另一端分别连接均压电容C2的一端、均压二极管D1的阳极和门极二极管D2的阳极，所述均压二极管D1的阴极则经由均压电阻R2连接均压电容C2的另一端；所述门极二极管D2的阴极与门极TVS管TVS1的阴极连接，而门极TVS管TVS1的阳极经由门极电阻Rg1连接IGBT1的门极，所述IGBT1的功率发射极连接在均压电容C2与均压电阻R2之间；对应IGBT2的动静态均压电路包括均压电容C3、C4、均压电阻R3、R4、门极电阻Rg2、均压二极管D3、门极二极管D4和门极TVS管TVS2，其连接结构与对应IGBT1的动静态均压电路连接结构相同，并将IGBT1的功率发射极连接IGBT2的集电极，图3已经给出清楚的连接关系，在此不再赘述；前述电路通过对超过规定门槛值的关断电压进行限制，使IGBT1、IGBT2能够安全高效运行。

在本实施例中，均压电阻R1、R3的阻值相同，均压电阻R2、R4的阻值相同，门极电阻Rg1、Rg2的阻值相同，均压电容C1、C3的容值相同，均压电容C2、C4的容值相同，均压二极管D1、D3的型号一致，门极二极管D2、D4的型号一致，门极TVS管TVS1、TVS2的型号一致；同时，均压电容C1的容值是均压电容C2的容值的至少10倍，均压电阻R1的阻值是均压电阻R2的阻值的至少10倍，均压二极管D1的反向耐压值应大于IGBT1关断时刻所承受的电压值，对于高压应用场合，可以采用多个快恢复高压二极管串联；门极二极管D2的反向耐压值应大于IGBT1的门极耐压值，正向可重复峰值电流应大于驱动电路关断IGBT1时从门极抽取电流的峰值Ig；门极TVS管TVS1的击穿电压值应等于设定的关断电压过冲门槛值；门极电阻Rg1的阻值至少在IGBT1推荐门极电阻的10倍以上。

试验电路如图4所示，试验高压直流电源Vi的正端与负载电感L和续流二极管D阴极的并联接点连接，负载电感L的另一端与续流二极管D的阳极并联后与IGBT1的集电极连接，IGBT2的发射极与高压直流电源Vi的负端连接。该实验电路的几种实验情况，如下所示：

1）在IGBT关断状态下：IGBT1和IGBT2通过均压电阻R1、R2和R3、R4均压，每个IGBT上的电压应相等，为Vi/2；

2）假设IGBT1比IGBT2开通较早：IGBT1的集射极电压下降较快，由于均压电容C1的容值是均压电容C2的容值的至少10倍，均压电容C3的容值是均压电容C4的容值的至少10倍，C1、C3上的电压变化非常缓慢，可以认为C1、C3上的电压稳定并且等于IGBT1、IGBT2关断状态下的集射极电压Vi/2，C2、C4上的电压变化非常迅速；IGBT1先开通后其集射极电压降至0V，因此C2上的电压Vc2降至-Vc1，直流电压Vi全部加在IGBT2上；C3上的电压Vc3稳定在Vi/2，C4上的电压则会迅速充电，如果C4上的电压大于TVS2的反向耐压值，则C4就会通过D4，TVS2，Rg2向IGBT2门极充电，抬升IGBT2的门极电压使其开通，降低IGBT2的集射极电压，保证IGBT2的安全；

3）假设IGBT2比IGBT1关断较早：Vi电压将全部加在IGBT2的集射极两端，C3上的电压稳定为Vi/2，C4上的电压则会迅速充电至Vi/2，如果Vi/2大于TVS2的反向耐压值，则C4就会通过D4，TVS2，Rg2向IGBT2的门极充电，抬升IGBT2的门极电压使其再次开通，降低IGBT2的集射极电压，保证IGBT2的安全；

4）同上述2）、3）分析，当IGBT2比IGBT1开通较早或IGBT1比IGBT2关断较早并且C2上的电压大于TVS1的反向耐压值时，C2就会通过D2，Rg1向IGBT1门极充电，抬升IGBT1的门极电压使其开通，降低IGBT1的集射极电压，保证IGBT1的安全。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims

1.一种带电压过冲门槛限制的IGBT串联动静态均压电路，其特征在于：包括两个均压电容、两个均压电阻、门极电阻、均压二极管、门极二极管和门极TVS管，其中，第一均压电阻与第一均压电容并联后，该并联电路的一端连接IGBT的集电极，另一端分别连接第二均压电容的一端、均压二极管的阳极和门极二极管的阳极，所述均压二极管的阴极则经由第二均压电阻连接第二均压电容的另一端；所述门极二极管的阴极与门极TVS管的阴极连接，而门极TVS管的阳极经由门极电阻连接IGBT的门极，所述IGBT的功率发射极连接在第二均压电容与第二均压电阻之间。

2.如权利要求1所述的一种带电压过冲门槛限制的IGBT串联动静态均压电路，其特征在于：所述第一均压电阻的阻值是第二均压电阻的阻值的至少10倍，第一均压电容的容值是第二均压电容的容值的至少10倍，均压二极管的反向耐压值大于IGBT关断后其集电极与功率发射极之间的电压值。