CN211981740U - Igbt有源钳位电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种IGBT有源钳位电路，连接在IGBT的集电极和栅极之间，包括：与IGBT的集电极连接的第一瞬态电压抑制二极管；与所述第一瞬态电压抑制二极管连接的第二瞬态电压抑制二极管；与所述第二瞬态电压抑制二极管连接的第一电阻；与所述第一电阻连接的电容；与所述电容连接的第二电阻，所述第二电阻的另一端与IGBT的栅极连接；以及栅极接入所述电容与所述第一电阻之间的MOS管，所述MOS管的源极与IGBT的栅极连接，所述MOS管的漏极连接第三电阻与电源。本实用新型的IGBT有源钳位电路缓解了关断电流，从而减小了关断速度，可降低关断电压尖峰。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，特指一种IGBT有源钳位电路。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是集双极性晶体管(BJT)和金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关管频率高的特点，近年来被广泛应用于高电压、大功率场合。IGBT的关断保护是电机驱动器应用设计很重要的一点。在电机控制器应用场合，主电路(直流电容到IGBT模块间)存在较大杂散电感(几十nH)。IGBT关断时，集电极电流下降的di/dt，在杂散电感两端感应出电动势，方向与直流母线电压一致，并与直流母线一起叠加在IGBT两端。从而使IGBT ce(集电极与发射极)间产生很大的电压尖峰，甚至会超过IGBT额定集射极电压，使IGBT损坏。
有源钳位电路是一种加在IGBT集电极与栅极之间的负反馈电路，遏制过高的电压尖峰。现有技术中，有高级有源钳位电路和初级有源钳位电路两种，其中的高级有源钳位电路需要用到电压源、电流源等电路，电路复杂，且成本高；初级有源钳位电路中只有TVS(瞬态电压抑制二极管)，TVS工作在深度击穿状态，击穿电流大导致TVS功耗大，且击穿电压不稳，保护效果不好。因此需要设计一种能够减低成本且保护效果好的有源钳位电路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种IGBT有源钳位电路，解决现有的高级有源钳位电路存在电路复杂和成本高的问题以及初级有源钳位电路存在击穿电压不稳和保护效果不好的问题。
实现上述目的的技术方案是：
本实用新型提供了一种IGBT有源钳位电路，连接在IGBT的集电极和栅极之间，所述IGBT有源钳位电路包括：
与IGBT的集电极连接的第一瞬态电压抑制二极管；
与所述第一瞬态电压抑制二极管连接的第二瞬态电压抑制二极管；
与所述第二瞬态电压抑制二极管连接的第一电阻；
与所述第一电阻连接的电容；
与所述电容连接的第二电阻，所述第二电阻的另一端与IGBT的栅极连接；以及
栅极接入所述电容与所述第一电阻之间的MOS管，所述MOS管的源极与IGBT的栅极连接，所述MOS管的漏极连接第三电阻与电源。
本实用新型的IGBT有源钳位电路，在IGBT关断时，若产生电压尖峰超过第一、第二瞬态电压抑制二极管的击穿电压和，将导致有源钳位电路击穿，IGBT的发射极与集电极间的电压(VCE)通过第一、第二瞬态电压，第一电阻和电容为MOS管充电，将MOS管导通，随后电源通过第三电阻和MOS管对IGBT的栅极和发射极的电压(VGE)形成下拉，缓解了关断电流，从而减小了关断速度，可降低关断电压尖峰。
本实用新型IGBT有源钳位电路的进一步改进在于还包括与所述第一电阻和所述电容并联的第三瞬态电压抑制二极管。
本实用新型IGBT有源钳位电路的进一步改进在于，还包括一端与所述MOS管的栅极连接的第四瞬态电压抑制二极管，所述第四瞬态电压抑制二极管的另一端与所述IGBT的栅极连接。
本实用新型IGBT有源钳位电路的进一步改进在于，所述IGBT的栅极还连接有电流放大电路；
所述第二电阻和所述MOS管的源极连接在所述电流放大电路和所述IGBT的栅极之间。
附图说明
图1为本实用新型IGBT有源钳位电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
参阅图1，本实用新型提供了一种IGBT有源钳位电路，具有低成本和保护效果好的特点。本实用新型通过加入分立元件构成的电流放大电路减小瞬态电压抑制二极管的击穿深度，稳定电压击穿点，从而使得过压保护更有效。本实用新型的IGBT有源钳位电路可应用在新能源汽车电机控制器中。下面结合附图对本实用新型IGBT有源钳位电路的结构进行说明。
参阅图1，显示了本实用新型IGBT有源钳位电路的电路图。下面结合图1，对本实用新型IGBT有源钳位电路进行说明。
如图1所示，本实用新型的IGBT有源钳位电路连接在IGBT的集电极和栅极之间，该IGBT有源钳位电路包括第一瞬态电压抑制二极管TVS1、第二瞬态电压抑制二极管TVS2、第一电阻R1、电容C1、第二电阻R2以及MOS管Q1，其中的第一瞬态电压抑制二极管TVS1、第二瞬态电压抑制二极管TVS2、第一电阻R1、电容C1以及第二电阻R1依序连接在IGBT的集电极和栅极之间，MOS管Q1的栅极接入电容C1和第二电阻R2之间，MOS管Q1的源极与IGBT的栅极连接，MOS管的漏极连接第三电阻R3和电源VCC2。
具体地，第一瞬态电压抑制二极管TVS1的阴极与IGBT的集电极连接，第一瞬态电压抑制二极管TVS1的阳极与第二瞬态电压抑制二极管TVS2的阴极连接，第二瞬态电压抑制二极管TVS2的阳极与第一电阻R1连接。
在本实用新型的一种具体实施方式中，本实用新型的IGBT有源钳位电路还包括第三瞬态电压抑制二极管TVS3，该第三瞬态电压抑制二极管TVS3与第一电阻R1和电容C1并联，该第三瞬态电压抑制二极管TVS3的阴极与第二瞬态电压抑制二极管TVS2的阳极连接，第三瞬态电压抑制二极管TVS3的阳极与电容C1和第二电阻R2连接。该第三瞬态电压抑制二极管TVS3用于抑制稳态下由于母线电压异常上升引起的有源钳位误动作。
设置第三瞬态电压抑制二极管TVS3后，静态电压必须超过第一、第二以及第三瞬态电压抑制二极管的击穿电压和才会触发有源钳位动作，因此可以用于静态下有源钳位误动作的抑制。第三瞬态电压抑制二极管TVS3的两端并联一个RC网络，用于旁路快速变化的小信号。
在本实用新型的一种具体实施方式中，本实用新型的IGBT有源钳位电路还包括第四瞬态电压抑制二极管TVS4，该第四瞬态电压抑制二极管TVS4的一端与MOS管Q1的栅极连接，第四瞬态电压抑制二极管TVS4的另一端与IGBT的栅极连接。第四瞬态电压抑制二极管TVS4与第二电阻R2并联。第四瞬态电压抑制二极管TVS4的阴极与MOS管Q1的栅极连接，第四瞬态电压抑制二极管TVS4的阳极与IGBT的栅极连接。
在本实用新型的一种具体实施方式中，IGBT的栅极还连接有电流放大电路；第二电阻R1和MOS管Q1的源极连接在电流放大电路和IGBT的栅极之间。
电流放大电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、三级管T1和三极管T2，电阻R4连接三极管T1和三极管T2的基极，电阻R5连接三极管T1的发射极，电阻R6连接三极管T2的发射极，三极管T1的集电极连接电源VCC2，三极管T2的集电极连接电源VEE2。电阻R5和电阻R6与IGBT的栅极连接。在电流放大电路的前端设有驱动芯片IC1，该驱动芯片IC1的OUT接口与电阻R4连接，驱动芯片IC1的输入端输入PWM(脉冲宽度调整技术)。
正常工作时，驱动芯片IC1的输出OUT经过电阻R4、三极管T1、三极管T2、电阻R5和电阻R6构成的电流放大电路执行IGBT的快速开通和关断。
当电机控制器出现故障导致关断的di/dt过大时，将导致由第一瞬态电压抑制二极管TVS1，第二瞬态电压抑制二极管TVS2，第三瞬态电压抑制二极管TVS3，第一电阻R1，电容C1，第二电阻R2以及MOS管Q1组成的有源钳位电路动作，从而延缓IGBT栅极电压的关断速度，将关断电压尖峰拉下来。
具体地，当IGBT关断时，由于寄生电感L和关断电流产生的di/dt，将导致IGBT的CE(集电极与发射极)之间的电压为Vdcbus+L*di/dt，电压尖峰超过VTVS1+VTVS2的击穿电压和时，将导致有源钳位电路击穿，即VCE通过路径TVS1，TVS2，R1，C1给Q1的Ciss充电，将Q1开通，随后VCC2通过R3和Q1的Rds_on对IGBT的VGE(栅极与发射极间的电压)形成下拉，缓解了关断电流，从而减小了关断速度di/dt，可降低关断电压尖峰。
以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种IGBT有源钳位电路，连接在IGBT的集电极和栅极之间，其特征在于，所述IGBT有源钳位电路包括：
与IGBT的集电极连接的第一瞬态电压抑制二极管；
与所述第一瞬态电压抑制二极管连接的第二瞬态电压抑制二极管；
与所述第二瞬态电压抑制二极管连接的第一电阻；
与所述第一电阻连接的电容；
与所述电容连接的第二电阻，所述第二电阻的另一端与IGBT的栅极连接；以及
栅极接入所述电容与所述第一电阻之间的MOS管，所述MOS管的源极与IGBT的栅极连接，所述MOS管的漏极连接第三电阻与电源。
2.如权利要求1所述的IGBT有源钳位电路，其特征在于，还包括与所述第一电阻和所述电容并联的第三瞬态电压抑制二极管。
3.如权利要求1所述的IGBT有源钳位电路，其特征在于，还包括一端与所述MOS管的栅极连接的第四瞬态电压抑制二极管，所述第四瞬态电压抑制二极管的另一端与所述IGBT的栅极连接。
4.如权利要求1所述的IGBT有源钳位电路，其特征在于，所述IGBT的栅极还连接有电流放大电路；
所述第二电阻和所述MOS管的源极连接在所述电流放大电路和所述IGBT的栅极之间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020919821.6U CN211981740U (zh) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Igbt有源钳位电路 |
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| CN202020919821.6U CN211981740U (zh) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Igbt有源钳位电路 |
Publications (1)
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| CN202020919821.6U Active CN211981740U (zh) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Igbt有源钳位电路 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN211981740U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115632642A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-01-20 | 杭州飞仕得科技股份有限公司 | 一种igbt关断电压尖峰抑制电路及相关设备 |
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2020
- 2020-05-27 CN CN202020919821.6U patent/CN211981740U/zh active Active
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