CN216134464U - 一种igbt负载回路滤波电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种IGBT负载回路滤波电路，目的是在外部信号的驱动下IGBT进行接通关断控制功率端进行接通关断，在关断过程中，若采用高边驱动(指开关位于电源和负载之间)可采用本实用新型第一种电路结构进行滤除，主要采用电容、电阻及二极管并联至IGBT的C极(集电极)E极(发射极)中，续流二极管反向并联至IGBT的CE两端，进行滤波。若采用低边驱动(指开关位于负载和地之间)可采用本实用新型第二种电路结构进行滤除，主要采用电容、电阻及二极管对负载及IGBT的CE端进行滤波。电容主要进行尖峰电压的吸收，二极管起反向截止功能，电阻对电容所吸收的尖峰进行消耗使其可持续吸收后续尖峰。

Description

一种IGBT负载回路滤波电路

技术领域

本实用新型属于电子电路领域，尤其是涉及一种IGBT负载回路滤波电路。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型半导体器件)凝聚了高电压大电流晶闸管制造技术和大规模集成电路微细加工技术的精华。其在导通状态或短路状态都可以承受电流冲击。在设计上将MOS和双极型晶体管结合起来，性能上兼备双极型器件压降小、电流密度大和MOS器件开关快、频率特性好等双重优点。

反向电动势主要由电路回路中的杂散电感及感性负载在高频率的接通关断瞬间所产生的，其在电子电路设计中危害极大，所产生的反向电压尖峰极易损坏其它器件。如IGBT通断瞬间，负载回路中的杂散电感及感性负载所产生的反向电动势会影响IGBT原有的接通关断时间；同时，产生的反向电动势形成的电压尖峰可能导致IGBT被击穿，导致无法使用，所以在电路设计中需对其进行滤除以保证系统的安全运作。

实用新型内容

本实用新型在此的目的在于提供一种IGBT负载回路滤波电路，该电路可以对IGBT负载回路中的杂散电感及感性负载所产生的反向电动势进行有效的滤除，并且不会影响IGBT原有的接通关断时间；可有效地保护IGBT不会在反向电动势所产生的电压尖峰下击穿。

为实现本实用新型的目的，在此提供的IGBT负载回路滤波电路包括以下两种结构：

第一种结构，包括续流二极管D1和并联于所述续流二极管D1两端的RCD电路，所述续流二极管D1的阳极作为滤波电路的一连接端用于接IGBT的发射极，阴极作为滤波电路的另一连接端用于接IGBT的集电极。

第二种结构，包括续流二极管D4、电容C2、二极管D6和二极管D3，所述电容C2的第一极板接所述续流二极管D4的阳极，第二极板分别接所述二极管D6的阳极和所述二极管D3的阴极，所述二极管D6的阴极和所述二极管D3的阳极分别接所述续流二极管D4的阴极；所述续流二极管D4的阳极作为滤波电路的一连接端，用于连接IGBT的集电极和负载RL的一端，阴极作为滤波电路的另一连接端，用于连接负载RL的另一端。

进一步的，在第二种结构的基础上，还包括串联于所述电容C2和所述二极管D6之间的电阻R2，和/或串联于所述电容C2和所述二极管D3之间的电阻R3。

进一步的，在第二种结构的基础上，还包括二极管D5、电阻R4和电容C1，所述二极管D5和所述电阻R4并联，两者相连接的一端用于与IGBT集电极连接，相连接的另一端通过所述电容C1用于与IGBT发射极连接。

本实用新型提供的滤波电路目的是在外部信号的驱动下IGBT进行接通关断控制功率端进行接通关断，在关断过程中，若采用高边驱动(指开关位于电源和负载之间)可采用本实用新型第一种电路结构进行滤除，主要采用电容、电阻及二极管并联至IGBT的C极(集电极)E极(发射极)中，续流二极管反向并联至IGBT的CE两端，进行滤波。若采用低边驱动(指开关位于负载和地之间)可采用本实用新型第二种电路结构进行滤除，主要采用电容、电阻及二极管对负载及IGBT的CE端进行滤波；电容主要进行尖峰电压的吸收，二极管起反向截止功能，电阻对电容所吸收的尖峰进行消耗使其可持续吸收后续尖峰。

采用本实用新型技术方案，达到的有益效果是：实现了对IGBT负载回路中的杂散电感及感性负载所产生的反向电动势进行有效的滤除，并且不会影响IGBT原有的接通关断时间；且有效地保护IGBT不会在反向电动势所产生的电压尖峰下击穿。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本实用新型提供的IGBT负载回路滤波电路的第一种电路结构；

图2为本实用新型提供的IGBT负载回路滤波电路的第二种电路结构；

图3为未使用滤波电路的波形图；

图4为使用滤波电路后的波形图；

附图3、4中：VCC＝200V；通道2为电压信号，通道3为电流信号(图3电压为50V，图4为200V。对比是图3中未使用滤波电路50V电压下尖峰会达到900V，但加上滤波电路后200V电压下尖峰仅约230V)。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

IGBT负载回路中的杂散电感及感性负载在高频率的接通关断瞬间所产生的，其在电子电路设计中危害极大，所产生的反向电压尖峰极易损坏其他器件，所以在电路设计中需对其进行滤除以保证系统的安全运作。

本文提供的滤波电路是由线路中的杂散电感及负载感性在关断时所产生的反向电动势的吸收电路，滤波电路分为高边驱动滤波电路及低边驱动滤波电路；下面对本设计的关键技术及器件选型作进一步阐述。

高边驱动下，滤波电路见附图1所示，包括续流二极管D1和并联于续流二极管D1两端的RCD电路，续流二极管D1的阳极作为滤波电路的一连接端用于接IGBT的发射极，阴极作为滤波电路的另一连接端用于接IGBT的集电极。

由于采用的是高边驱动，所以负载的感性及杂散电感主要在发射极一端产生反向电动势，所以在IGBT的发射极到集电极并联一个续流二极管D1，该续流二极管建议采用快恢复二极管，若为高压产品快恢复二极管的续流能力也应提高。

另在负载RL的正端到功率正端设计RCD滤波电路，该RCD电路包括电阻R1、电容C和二极管D2，电容C的第一极板接续流二极管D1的阴极，第二极板分别通过电阻R1和二极管D2接续流二极管D1的阳极；二极管D2的阴极接电容C的第二极板，阳极接续流二极管D1的阳极。当产生电压尖峰时，二极管D2导通给电容C进行充电在关断过程完成后通过电阻R1对电容内充的电进行释放以便于下次进行充电滤波，此电路中二极管D1采用JHRC1000E13，二极管D2采用HER308，电容C为无感滤波电容，电阻R1为20W的水泥电阻(在快速接通关断中功耗会比较大)，其中电容容值及电阻阻值根据具体负载及功率情况进行调节。

在图1所示的电路结构中，续流二极管D1采用的是JHRC1000E13快恢复二极管，峰值电压1200V，正向电流150A，反向恢复时间为150ns(VR＝30V，IF＝1A)可以保证在高频率的接通关断过程中续流二极管可快速反应以达到续流作用，在RCD滤波电路中采用二极管D2在尖峰瞬间对电容C进行充电消除尖峰效应，在稳态过程中通过电阻R1进行放电，确保下次尖峰可继续滤除，其中二极管D1、D2选型应为快恢复二极管，若IGBT开关频率更高应选取超快恢复二极管，并应注意此处续流二极管的反向耐压值，电阻R1采用水泥电阻，若开关频率快可采用更高功率的电阻，该电阻作用是形成电容的放电回路，所以电阻取值应在0～10Ω之间，具体参数需根据实际情况调节，电容C主要是进行尖峰的吸收，可采用无感滤波电容，容值越大IGBT的接通关断时间越慢，容值过小会导致尖峰吸收不完美，需寻找中间点进行调节。

低边驱动下，滤波电路见附图2所示，包括续流二极管D4、电容C2、二极管D6和二极管D3，电容C2的第一极板接续流二极管D4的阳极，第二极板分别接二极管D6的阳极和二极管D3的阴极，二极管D6的阴极和二极管D3的阳极分别接续流二极管D4的阴极；续流二极管D4的阳极作为滤波电路的一连接端，用于连接IGBT的集电极和负载RL的一端，阴极作为滤波电路的另一连接端，用于连接负载RL的另一端。其中续流二极管D4采用HER608快恢复二极管，其峰值电压为1000V，正向电流6A，反向恢复时间为75ns(VR＝30V，IF＝1A)，低边驱动下的续流二极管的正向电流较小。

低边驱动下，滤波电路还包括串联于电容C2和二极管D6之间的电阻R2，和/或串联于电容C2和二极管D3之间的电阻R3。

此外，低边驱动下，还包括二极管D5、电阻R4和电容C1，二极管D5和电阻R4并联，两者相连接的一端用于与IGBT集电极连接，相连接的另一端通过电容C1用于与IGBT发射极连接。

参照图2所示，本文的滤波电路应用于低边驱动时，采用双重滤波电路对IGBT进行滤波处理。位于负载RL两端的滤波电路由二极管D6、D3、D4及电容C2电阻R2、R3组成，其中二极管D4主要做为续流二极管使用，在IGBT集电极端有电压尖峰产生时，尖峰电压通过电容C2电阻R2及二极管D6组成充电吸收电路，在电路达到稳态时通过电容C2、二极管D4、D3及电阻R3组成放电回路以保证在下次尖峰产生后回路可继续进行吸收滤波。其中二极管D4采用快速恢复二极管，如HER608快恢复二极管，其峰值电压为1000V，正向电流6A，反向恢复时间为75ns(VR＝30V，IF＝1A)，低边驱动下的续流二极管的正向电流较小；二极管D6、D3同样可以采用快速恢复二极管，如HER308快恢复二极管。

位于IGBT集电极和发射极两端的滤波电路采用二极管D5、电阻R4及电容C1组成，其中当尖峰产生时二极管D5对电容C1进行充电吸收尖峰，待回路达到稳态时通过电阻R4进行放电以达到下次滤波准备；其中二极管D5采用HER308快恢复二极管。

本文滤波电路应用于低边驱动时，对于负载两端的滤波电路上的二极管D6及D3作用是让充电回路中电阻阻值小一点，放电回路中电阻阻值大一点，使其充放电不在同一回路中以达到更完美的滤波效果，电容C1、C2为无感滤波电容且C1比C2的容值小一点，作用与高边驱动中电容作用一致；由于电压尖峰主要产生于负载RL两端，产生尖峰频率低但能量高，所以采用比电容C1高的电容C2对其进行滤波并削弱尖峰能量。电容C1主要对IGBT两端尖峰进行滤除，该处尖峰频率高但能量小，所以采用小电容滤波方式。电阻R2、R3和R4采用20W的水泥电阻，作用与高边驱动下的作用一致。

当然，本文中的二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6也可以采用其它二极管，并不限于此所记载的快速恢复二极管。

本文提供的IGBT的回路滤波中主要采用电容、电阻及二极管设计产生，不同的参数及连接方法适用于不同的功率回路中，设计中主要针对于电压尖峰值及开关频率进行设计。

本文提供的滤波电路对IGBT负载回路中的杂散电感及感性负载所产生的反向电动势具有有效的滤除效果，分别请参见图3、图4所示，其中，图3为未使用滤波电路的波形图，图4为使用滤波电路后的波形图。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的修改或等同替换，只要不脱离本发明的技术方案的精神和范围，均涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种IGBT负载回路滤波电路，其特征在于：该电路包括续流二极管D1和并联于所述续流二极管D1两端的RCD电路，所述续流二极管D1的阳极作为滤波电路的一连接端用于接IGBT的发射极，阴极作为滤波电路的另一连接端用于接IGBT的集电极；所述RCD电路包括电阻R1、电容C和二极管D2，所述电容C的第一极板接所述续流二极管D1的阴极，第二极板分别通过所述电阻R1和所述二极管D2接所述续流二极管D1的阳极；所述二极管D2的阴极接所述电容C的第二极板，阳极接所述续流二极管D1的阳极。

2.根据权利要求1所述的IGBT负载回路滤波电路，其特征在于：所述电阻R1为水泥电阻，所述电容C为无感滤波电容。

3.一种IGBT负载回路滤波电路，其特征在于：该电路包括续流二极管D4、电容C2、二极管D6和二极管D3，所述电容C2的第一极板接所述续流二极管D4的阳极，第二极板分别接所述二极管D6的阳极和所述二极管D3的阴极，所述二极管D6的阴极和所述二极管D3的阳极分别接所述续流二极管D4的阴极；所述续流二极管D4的阳极作为滤波电路的一连接端，用于连接IGBT的集电极和负载RL的一端，阴极作为滤波电路的另一连接端，用于连接负载RL的另一端。

4.根据权利要求3所述的IGBT负载回路滤波电路，其特征在于：还包括串联于所述电容C2和所述二极管D6之间的电阻R2，和/或串联于所述电容C2和所述二极管D3之间的电阻R3。

5.根据权利要求3或4所述的IGBT负载回路滤波电路，其特征在于：还包括二极管D5、电阻R4和电容C1，所述二极管D5和所述电阻R4并联，两者相连接的一端用于与IGBT集电极连接，相连接的另一端通过所述电容C1用于与IGBT发射极连接。

6.根据权利要求5所述的IGBT负载回路滤波电路，其特征在于：所述电容C1的容值小于所述电容C2的容值。

7.根据权利要求5所述的IGBT负载回路滤波电路，其特征在于：所述电容C1和所述电容C2为无感滤波电容。

8.根据权利要求5所述的IGBT负载回路滤波电路，其特征在于：所述电阻R4为水泥电阻。

9.根据权利要求3所述的IGBT负载回路滤波电路，其特征在于：所述电容C2为无感滤波电容。

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