CN207652409U - 一种有源钳位电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种有源钳位电路，包括：串联在IGBT管的集电极以及栅极之间的第一二极管、第一电阻以及至少两个瞬态电压抑制二极管，其中全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容，具体可以是每个所述瞬态电压抑制二极管并联有至少一个电容，又或者是至少两个所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个电容，又或者是部分所述瞬态电压抑制二极管并联有电容，其余部分所述瞬态电压抑二极管串联后的支路并联有电容。可见，本实施例中全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容，即不存在单独设置的瞬态电压抑制二极管，因此从根源上避免了单独瞬态电压抑制二极管击穿时钳位电压不稳的问题，提高了IGBT的栅极钳位效果。

Description

一种有源钳位电路

技术领域

本实用新型涉及新能源发电技术领域，具体涉及一种有源钳位电路。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管IGBT凭借其集成有场效应管MOSFET以及双极性功率晶体管BJT的特性，如具有输入阻抗高、开关速度快、稳定性好、耐压高、承受电流大以及驱动电路简单等，得到了较为广泛的应用。

但IGBT在多电平电路中关断时，会产生较高的电压尖峰，导致器件烧毁。因此，需要对IGBT设置有源钳位电路，使得IGBT的集电极以及栅极的电压钳位到预设值，进而避免电压尖峰导致的器件损坏的问题。

然而，发明人发现，目前常用的有源钳位电路如图1所示，包括串接在IGBT的集电极以及栅极之间的第一瞬态电压抑制二极管、第二瞬态电压抑制二极管、二极管以及电流电阻。其中，在第二瞬态电压抑制二极管上并联有电容和放电电阻。该有源钳位电路检测IGBT集电极上的尖峰电压变化率，反馈电流流过电容对IGBT的栅极充电，以使所述IGBT的栅极电压保持在开通阈值以上，即此时IGBT一直导通，进而降低了IGBT的集电极的尖峰电压。

然而，上述有源钳位电路在IGBT关断时，电流会首先流经已经反向击穿的第一瞬态电压抑制二极管，该第一瞬态电压抑制二极管两端的电压随着流入该第一瞬态电压抑制二极管的击穿电流过大而增大，无法稳住第一瞬态电压抑制二极管的钳位电压，钳位效果较差。

因此，如何提供一种有源钳位电路，提高IGBT栅极的钳位效果，是本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种有源钳位电路，其中，该电路内包含的所有瞬态电压抑制二极管均并联有电容，以避单独瞬态电压抑制二极管击穿时钳位电压不稳的问题，提高了IGBT的栅极钳位效果。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种有源钳位电路，包括：串联在IGBT管的集电极以及栅极之间的第一二极管、第一电阻以及至少两个瞬态电压抑制二极管，

每个所述瞬态电压抑制二极管并联有至少一个电容，

或，

至少两个所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个电容，且，全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容，

或，

部分所述瞬态电压抑制二极管并联有电容，其余部分所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有电容。

可选的，还包括：驱动控制电路，

所述驱动控制电路设置在所述IGBT的栅极以及所述瞬态电压抑制二极管的击穿电流末端之间，用于将所述击穿电流放大后作用于所述IGBT的栅极。

可选的，还包括：推挽电路，

所述推挽电路包括第一开关管以及第二开关管，所述第一开关管以及所述第二开关管串接在预设电压与地之间，所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的控制端相连，且作为所述推挽电路的第一输入端，所述第二开关管的输入端作为所述推挽电路的第二输入端。

可选的，还包括推挽控制电路，

所述推挽控制电路包括第三开关管以及第二电阻；

所述第三开关管的输出端与所述推挽电路的第一输入端相连，所述第三开关管的输入端与电源相连，所述第三开关管的控制端通过所述第二电阻与所述瞬态电压抑制二极管的击穿电流末端相连。

可选的，所述驱动控制电路包括：第二二极管以及第四开关管；

所述第二二极管的阳极接所述电源，所述第二二极管的阴极与所述第四开关管的第一输入端相连，所述第四开关管的第二输入端与所述IGBT的栅极相连，所述第四开关管的控制端通过所述第一电阻与所述IGBT的栅极相连。

可选的，所述第一开关管、所述第二开关管以及所述第三开关管为三极管，所述第四开关管为MOS管。

可选的，每个所述瞬态电压抑制二极管并联有一个电容。

可选的，全部所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个电容。

可选的，至少一个所述瞬态电压抑制二极管并联有一个所述电容，且，至少两个所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个所述电容。

可选的，所述第一开关管以及所述第三开关管为高电平导通的三极管，所述第二开关管为低电平导通的三极管，所述第四开关管为高电平导通的MOS管。

基于上述技术方案，本实用新型实施例提供了一种有源钳位电路，包括：串联在IGBT管的集电极以及栅极之间的第一二极管、第一电阻以及至少两个瞬态电压抑制二极管，其中全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容，具体可以是每个所述瞬态电压抑制二极管并联有至少一个电容，又或者是至少两个所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个电容，又或者是部分所述瞬态电压抑制二极管并联有电容，其余部分所述瞬态电压抑二极管串联后的支路并联有电容。可见，本实施例中全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容，即不存在单独设置的瞬态电压抑制二极管，因此从根源上避免了单独瞬态电压抑制二极管击穿时钳位电压不稳的问题，提高了IGBT的栅极钳位效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中有源钳位电路的电路原理图；

图2为本实用新型实施例提供的一种有源钳位电路的电路原理图；

图3为本实用新型实施例提供的一种有源钳位电路的又一电路原理图；

图4为本实用新型实施例提供的一种有源钳位电路的又一电路原理图；

图5为本实用新型实施例提供的一种有源钳位电路的又一电路原理图；

图6为本实用新型实施例提供的一种有源钳位电路的又一电路原理图。

具体实施方式

请参阅图2，图2为本实用新型实施例提供的一种有源钳位电路，包括：串联在IGBT管的集电极以及栅极之间的第一二极管D1、第一电阻R1以及至少两个瞬态电压抑制二极管TVS。其中，在本实施例中，全部的瞬态电压抑制二极管均并联有一个电容，具体的，电容的并联方式可以为：

如图2所示，每个所述瞬态电压抑制二极管并联有至少一个电容。其中，图2中每个所述瞬态电压抑制二极管均并联有一个电容。

或，

如图3所示，至少两个所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个电容，且，全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容。

如图4所示，部分所述瞬态电压抑制二极管并联有电容，其余部分所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有电容。

具体为，至少一个所述瞬态电压抑制二极管并联有一个所述电容，且，至少两个所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个所述电容。

除此，还可以为全部所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个电容，如图5所示。

可见，本实施例中全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容，即不存在单独设置的瞬态电压抑制二极管，因此从根源上避免了单独瞬态电压抑制二极管击穿时钳位电压不稳的问题，提高了IGBT的栅极钳位效果。

除此，在上述实施例的基础上，本实施例还提供了一种有源钳位电路，如图6所示，还包括驱动控制电路61。

该驱动控制电路61设置在所述IGBT的栅极以及所述瞬态电压抑制二极管的击穿电流末端之间，用于将所述击穿电流放大后作用于所述IGBT的栅极。

具体的，该驱动控制电路包括：第二二极管D2以及第四开关管Q1。其中各个器件的连接关系为：所述第二二极管的阳极接所述电源，所述第二二极管的阴极与所述第四开关管的第一输入端相连，所述第四开关管的第二输入端与所述IGBT的栅极相连，所述第四开关管的控制端通过所述第一电阻与所述IGBT的栅极相连。

除此，本实施例提供的有源钳位电路，还可以包括：推挽电路。

该推挽电路包括第一开关管VT1以及第二开关管VT2。其中，所述第一开关管以及所述第二开关管串接在预设电压与地之间，所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的控制端相连，且作为所述推挽电路的第一输入端，所述第二开关管的输入端作为所述推挽电路的第二输入端。

在上述实施例的基础上，本实施例提供的有源钳位电路还包括推挽控制电路51。

所述推挽控制电路包括第三开关管以及第二电阻；

所述第三开关管的输出端与所述推挽电路的第一输入端相连，所述第三开关管的输入端与电源相连，所述第三开关管的控制端通过所述第二电阻与所述瞬态电压抑制二极管的击穿电流末端相连。

结合上述电路的连接关系，本实施例提供的有源钳位电路的工作原理如下：

当IGBT关断时，回路杂散电感产生集电极尖峰电压击穿第一瞬态电压抑制二极管TVS1、第二瞬态电压抑制二极管TVS2以及第n瞬态电压抑制二极管TVSn管，电流流经瞬态电压抑制二极管TVS以及并联的电容由于电容C1，C2，...,Cn能够起到分流作用，因此，将瞬态电压抑制二极管(TVS1、TVS2、以及TVSn)两端的电压稳定在击穿电压附近，以保证电压钳位在预设值。

此时，电流经过第一电阻R1给IGBT的栅极充电，进而降低尖峰电压。

除此，电流流经第二电阻R2反馈至第三开关管VT3的控制端，使得第三开关管VT3导通。此时，电流通过第三开关管VT3的电流放大功能，将电流放大后输入到推挽电路的第一输入端，抬高前级驱动控制电路的输入端电压，此时，第一开关管VT1以及第二开关管VT2均进入线性区，提高了第一开关管VT1以及第二开关管VT2的输出阻抗，减小了从驱动电阻Rg流入推挽电路的电流。并且，此时，通过第一电阻R1的电流能够流向IGBT的栅极，即增加了流入IGBT栅极的电流，降低了集电极电压尖峰。

在上述基础上，当第一电阻R1上的电流过大时，第四开关管Q1导通，此时，通过第四开关管Q1的对钳位电流的放大作用，产生流入IGBT栅极的放大电流，对IGBT的栅极充电，减缓IGBT的关断时间，进一步降低集电极的尖峰电压Vce。

并且，本实施例在当集电极尖峰电压消除后，电容(C1，C2，...，Cn)通过并联的瞬态电压抑制二极管(TVS1、TVS2、……、TVSn)进行放电，当瞬态电压抑制二极管TVS两端的电压由击穿电压开始下降到最大工作电压时，瞬态电压抑制二极管TVS管反向击穿截止，此时，其并联的电容上的电压等于瞬态电压抑制二极管TVS管最大工作电压并且停止放电，此时，钳位电路电压稳定在瞬态电压抑制二极管TVS1、TVS2、……、TVSn的最大工作电压累加值附近。经实验证明，此时集电极电压在正常范围内波动不会对IGBT的栅极进行扰动。

需要说明的是，在本实施例中，所述第一开关管、所述第二开关管以及所述第三开关管为三极管，所述第四开关管为MOS管。具体的，所述第一开关管以及所述第三开关管为高电平导通的三极管，所述第二开关管为低电平导通的三极管，所述第四开关管为高电平导通的MOS管。

综上，本实用新型实施例提供了一种有源钳位电路，包括：串联在IGBT管的集电极以及栅极之间的第一二极管、第一电阻以及至少两个瞬态电压抑制二极管，其中全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容，具体可以是每个所述瞬态电压抑制二极管并联有至少一个电容，又或者是至少两个所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个电容，又或者是部分所述瞬态电压抑制二极管并联有电容，其余部分所述瞬态电压抑二极管串联后的支路并联有电容。可见，本实施例中全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容，即不存在单独设置的瞬态电压抑制二极管，因此从根源上避免了单独瞬态电压抑制二极管击穿时钳位电压不稳的问题，提高了IGBT的栅极钳位效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种有源钳位电路，其特征在于，包括：串联在IGBT管的集电极以及栅极之间的第一二极管、第一电阻以及至少两个瞬态电压抑制二极管，

每个所述瞬态电压抑制二极管并联有至少一个电容，

或，

至少两个所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个电容，且，全部所述瞬态电压抑制二极管均并联有电容，

或，

部分所述瞬态电压抑制二极管并联有电容，其余部分所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有电容。

2.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，还包括：驱动控制电路，

所述驱动控制电路设置在所述IGBT的栅极以及所述瞬态电压抑制二极管的击穿电流末端之间，用于将所述击穿电流放大后作用于所述IGBT的栅极。

3.根据权利要求2所述的有源钳位电路，其特征在于，还包括：推挽电路，

所述推挽电路包括第一开关管以及第二开关管，所述第一开关管以及所述第二开关管串接在预设电压与地之间，所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的控制端相连，且作为所述推挽电路的第一输入端，所述第二开关管的输入端作为所述推挽电路的第二输入端。

4.根据权利要求3所述的有源钳位电路，其特征在于，还包括推挽控制电路，

所述推挽控制电路包括第三开关管以及第二电阻；

所述第三开关管的输出端与所述推挽电路的第一输入端相连，所述第三开关管的输入端与电源相连，所述第三开关管的控制端通过所述第二电阻与所述瞬态电压抑制二极管的击穿电流末端相连。

5.根据权利要求4所述的有源钳位电路，其特征在于，所述驱动控制电路包括：第二二极管以及第四开关管；

所述第二二极管的阳极接所述电源，所述第二二极管的阴极与所述第四开关管的第一输入端相连，所述第四开关管的第二输入端与所述IGBT的栅极相连，所述第四开关管的控制端通过所述第一电阻与所述IGBT的栅极相连。

6.根据权利要求5所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管以及所述第三开关管为三极管，所述第四开关管为MOS管。

7.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，每个所述瞬态电压抑制二极管并联有一个电容。

8.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，全部所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个电容。

9.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，至少一个所述瞬态电压抑制二极管并联有一个所述电容，且，至少两个所述瞬态电压抑制二极管串联后的支路并联有至少一个所述电容。

10.根据权利要求6所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第一开关管以及所述第三开关管为高电平导通的三极管，所述第二开关管为低电平导通的三极管，所述第四开关管为高电平导通的MOS管。