CN203039657U - 一种igbt缓冲电路 - Google Patents

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帅智康
陈功
沈征
尹新
廖淋圆
唐开毅
孙冰冰
周猛
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Abstract

本实用新型公开了一种IGBT缓冲电路，包括两个RCD缓冲单元，还包括分压单元，第一RCD缓冲单元并联接入主IGBT的集电极和发射极之间，第二RCD缓冲单元的电容与辅助IGBT的集电极或MOS管的漏极连接，所述分压单元并联接入所述第一RCD缓冲单元和第二RCD缓冲单元之间，所述分压单元通过一个运算放大器与所述辅助IGBT的栅极或MOS管的栅极连接。本实用新型有效地克服了缓冲电容和关断时间及关断损耗的矛盾。

Description

一种IGBT缓冲电路
技术领域
本实用新型涉及一种半导体器件过电压抑制电路,特别是一种IGBT缓冲电路。 
背景技术
随着IGBT技术的成熟和容量的提高，IGBT的应用越来越广泛，但由于IGBT的开通和关断速度快，受电路的杂散电感影响和串联的IGBT分压的不均衡，需要通过RCD缓冲电路来抑制IGBT集电极发射极关断过电压。特别在轻型直流输电等大功率IGBT的应用场合中，通常在每一个IGBT的集电极和发射极两端并联RCD缓冲电路来抑制过电压从而实现电压均衡。传统的IGBT串联中的RCD缓冲电路是通过电容对电压的抑制作用来减小过电压尖峰的出现。当IGBT串联阀开始关断，IGBT的集电极-发射机开始承受电压，此时并联在IGBT集电极-发射极的缓冲电容就开始充电来减缓关断速度，直到关断结束IGBT的集电极-发射级电压恒定后，缓冲电容才停止工作。为下一个关断做准备，缓冲电容上吸收的能量将在IGBT导通时间内通过电阻释放。
RCD缓冲电路特点是电路简单，可靠性好，但是RCD缓冲电路吸收的能量直接消耗在电阻上，因而损耗比较大，而且缓冲电容的体积比较大，成本较高。缓冲电容的大小和关断时间是一对矛盾的参数，缓冲电容越大，均压效果会更好，但是关断时间会延长，因而相应损耗会增加。但是缓冲电容较小时，虽然关断时间较短，但是IGBT集电极-发射极两端承受的过电压尖峰可能较大，从而均压效果可能会不是很理想。正常情况下，IGBT栅极不同步在20ns以内，因而正常情况下栅极延时引起的电压不均衡较小，因而在IGBT的集电极-发射极并联一个较小的缓冲电容即可满足均压需求。但是当出现特殊情况的栅极信号不同步时间较长或其他原因引起电压不均衡比较大时，为了确保IGBT串联换流阀能正常工作，需要较大的缓冲电容才能抑制过电压尖峰，实现较好的均压效果。在实际的工程应用中，必须从系统的稳定可靠性考虑，因此IGBT串联换流阀是针对最极端情况来选择缓冲电容的大小，从而IGBT串联阀的关段时间较长，关断损耗较大。 
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种IGBT缓冲电路，解决缓冲电容和关断时间及关断损耗矛盾的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种IGBT缓冲电路，包括两个RCD缓冲单元，还包括分压单元，第一RCD缓冲单元并联接入主IGBT的集电极和发射极之间，第二RCD缓冲单元的电容与辅助IGBT的集电极或MOS管的漏极连接，所述分压单元并联接入所述第一RCD缓冲单元和第二RCD缓冲单元之间，所述分压单元通过一个运算放大器与所述辅助IGBT的栅极或MOS管的栅极连接。
作为优选方案，所述分压电路由两个电阻串联组成，所述运算放大器正输入端并联接入所述两个电阻之间，所述运算放大器输出端与所述运算放大器负输入端、辅助IGBT栅极或MOS管的栅极连接。
作为优选方案，所述RCD缓冲单元包括电阻、电容和二极管，所述电阻和所述二极管并联后与所述电容连接。
与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型可以通过对IGBT过电压尖峰的检测来决定参与工作的缓冲电容的大小，从而有效地克服了缓冲电容和关断时间及关断损耗的矛盾，在保证IGBT换流阀可靠运行且能实现较为理想均压效果的情况下，有效地减小了关断时间和关断损耗，这种RCD缓冲电路能够适应于各种IGBT应用场合的过电压抑制，以及各种半导体器件的过电压抑制。
附图说明
图1为本实用新型一实施例包括两个串联的IGBT的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的电路图包括两个串联的IGBT                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，电阻
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
缓冲电容支路，缓冲电容支路，运算放大器和（用作电压跟随器）,辅助电阻
Figure DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure DEST_PATH_IMAGE020
。
Figure 906491DEST_PATH_IMAGE010
缓冲电容支路并联在主IGBT的集电极-发射极之间，电阻
Figure 292472DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 993581DEST_PATH_IMAGE008
串联后并联在主IGBT
Figure 654370DEST_PATH_IMAGE022
的集电极-发射极之间，电压跟随器正输入端与
Figure 937583DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 228887DEST_PATH_IMAGE008
中间节点连接，输出端与辅助IGBT
Figure DEST_PATH_IMAGE024
栅极连接，辅助IGBT
Figure 682871DEST_PATH_IMAGE024
的发射极和主IGBT的发射极相连，辅助IGBT
Figure 350613DEST_PATH_IMAGE024
的集电极和电容
Figure DEST_PATH_IMAGE026
相连，
Figure 691596DEST_PATH_IMAGE010
缓冲电容支路连接在主IGBT集电极和辅助IGBT
Figure 950539DEST_PATH_IMAGE024
之间，其中"x"表示"1"或者"2"。
图中电阻
Figure 422977DEST_PATH_IMAGE006
和和电压跟随器
Figure DEST_PATH_IMAGE028
组成电压检测电路，若串联的IGBT均压效果比较理想，IGBT集电极-发射极出现的过电压比较小时，串联的
Figure 621057DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 254164DEST_PATH_IMAGE008
作为静态均压电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
缓冲电容支路作为动态均压电路。电阻
Figure 679811DEST_PATH_IMAGE008
检测的电压低于设定的阀值电压，从而
Figure 220513DEST_PATH_IMAGE024
的栅极-发射极电压将低于阀值电压，因此
Figure DEST_PATH_IMAGE032
组成的RCD缓冲单元不起作用，即
Figure 254197DEST_PATH_IMAGE022
的工作同于仅有
Figure 58205DEST_PATH_IMAGE010
缓冲单元参与的工作的情况。因为电容
Figure DEST_PATH_IMAGE034
取值较小，从而IGBT换流阀的关断时间和功率损耗也较小，一般正常情况下IGBT换流阀器件栅极信号同步较为理想因而电压不均衡较小，只需要较小的电容即可满足要求，因此该实用新型能有效地减小的正常工作状态下的关断时间，从而减小了关断损耗。若IGBT均压效果不是很理想，或者某个IGBT出现的过电压较大时，任意一个IGBT集电极-发射极电压还没有达到设定的过电压检测电路参考值以前，仍然只有
Figure 521548DEST_PATH_IMAGE010
缓冲单元工作。
Figure 69204DEST_PATH_IMAGE012
组成的RCD缓冲单元不起作用。当或者的集电极发射极电压达到设定的过电压参考值，
Figure 476417DEST_PATH_IMAGE008
上的分压超过
Figure 562185DEST_PATH_IMAGE024
的阀值电压，从而使对应的辅助IGBT
Figure 383510DEST_PATH_IMAGE024
导通，和
Figure 747681DEST_PATH_IMAGE012
都作为缓冲单元参与过电压的抑制，由于
Figure 637140DEST_PATH_IMAGE026
较大，因而对产生的过电压具有很好的抑制效果。针对特殊情况时，例如栅极信号不同步时间较长等，需要较大的缓冲电容才能实现较好的均压效果，这种情况下才会因缓冲电容较大而同传统RCD缓冲电路的关断时间和关断损耗接近。运放op一方面作为电压跟随器的作用，从而使检测的电压不受右侧辅助电路的干扰；另一方面能增加驱动能力，从而当需要
Figure 312972DEST_PATH_IMAGE024
导通来抑制过电压时快速导通
Figure 692001DEST_PATH_IMAGE024
。
辅助IGBT可以用MOS管代替。连接方案与采用IGBT的实施方案一样，即MOS管的漏极等效IGBT的集电极，MOS的源极等效IGBT的发射极。 

Claims (3)

1.一种IGBT缓冲电路，包括两个RCD缓冲单元，其特征在于，还包括分压单元，第一RCD缓冲单元并联接入主IGBT的集电极和发射极之间，第二RCD缓冲单元的电容与辅助IGBT的集电极或MOS管的漏极连接，所述分压单元并联接入所述第一RCD缓冲单元和第二RCD缓冲单元之间，所述分压单元通过一个运算放大器与所述辅助IGBT的栅极或MOS管的栅极连接。
2.根据权利要求1所述的IGBT缓冲电路，其特征在于，所述分压电路由两个电阻串联组成，所述运算放大器正输入端并联接入所述两个电阻之间，所述运算放大器输出端与所述运算放大器负输入端、辅助IGBT栅极或MOS管的栅极连接。
3.根据权利要求1所述的IGBT缓冲电路，其特征在于，所述RCD缓冲单元包括电阻、电容和二极管，所述电阻和所述二极管并联后与所述电容连接。
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