CN216564500U

CN216564500U - 关断电路以及电子设备

Info

Publication number: CN216564500U
Application number: CN202121644539.2U
Authority: CN
Inventors: 韩俭; 于慧杰
Original assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2031-07-16

Abstract

本实用新型涉及一种关断电路，包括：控制模块，以及与所述控制模块连接的电阻模块；所述电阻模块中包括多个电阻；所述电阻模块与功率模块连接；所述控制模块被配置为根据所述功率模块的关断状态，控制不同阻值的电阻与所述功率模块连通。根据本实用新型，可以通过简单的电路结构，根据功率模块的关断状态选择不同数量的电阻降低功率模块的电压尖峰，有效保护功率模块。

Description

关断电路以及电子设备

技术领域

本实用新型涉及IGBT控制技术领域，更具体地，涉及一种关断电路以及电子设备。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，又称绝缘栅双极型晶体管，是由BJT和MOS管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼备MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，故其在电力电子设备中的运用越来越广泛。

功率器件的负载通常都是感性负载，这就导致功率器件在关断的过程中会产生反电动势，造成功率模块两端的电压升高，即，产生电压尖峰，且功率模块的关闭速度越快，所产生的电压尖峰就越大。

为了抑制电压尖峰，常用的关断方法包括：对IGBT模块开关周期内的母线电压值以及输出电流值进行读取并分析，然后通过控制器控制开启和关断不同栅极电压实现多级关断，或者通过识别脉冲宽度来实现IGBT模块的软关断。但现有的关断方法都较为复杂，且实现的成本较高。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种新的关断电路的技术方案。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种关断电路，包括：控制模块，以及与所述控制模块连接的电阻模块；所述电阻模块中包括多个电阻；

所述电阻模块与功率模块连接；

所述控制模块被配置为根据所述功率模块的关断状态，控制不同数量的电阻与所述功率模块连通。

可选地，所述控制模块为电压比较器；所述电阻模块包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述功率模块的第一端连接；

所述电压比较器的第一输入端为基准电压，所述电压比较器的第二输入端与所述第一电阻的第一端连接，所述电压比较器的输出端连接在所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端之间。

可选地，所述控制模块包括数字控制器，第一开关器件，第一电压比较器，第二开关器件和第二电压比较器；

所述第一开关器件的第一端和所述第二开关器件的第一端均与所述数字控制器的第一端连接；所述第一开关器件的第二端与所述第一电压比较器的第一输入端连接；所述第一电压比较器的第二输入端与所述数字控制器的第二端连接；所述第一电压比较器的输出端与所述电阻模块连接；

所述第二开关器件的第二端与所述第二电压比较器的第一输入端连接，所述第二电压比较器的第二输入端与所述数字控制器的第二端连接；所述第二电压比较器的输出端与所述电阻模块连接。

可选地，所述电阻模块包括：第一电阻，第二电阻，第三电阻和第四电阻；

所述第一电阻的第一端与所述第一电压比较器的第一输入端连接，所述第二电阻的第一端与所述第一电压比较器的输出端连接；所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端均与所述功率模块的第一端连接；

所述第三电阻的第一端与所述第二电压比较器的第一输入端连接，所述第四电阻的第一端与所述第二电压比较器的输出端连接；所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第二端均与所述功率模块的第一端连接。

可选地，第一开关器件为NPN型三极管，所述第二开关器件为PNP型三极管。

可选地，所述第一开关器件的第三端与第一电源连接。

可选地，所述第二开关器件的第三端与第二电源连接。

可选地，所述功率模块为绝缘栅双极型晶体管。

根据本实用新型的第二方面，还提供一种电子设备，包括功率模块，以及如本实用新型的第一方面中任一项所述的关断电路。

根据本实用新型的一个实施例，通过在关断电路中设置控制模块，以及与所述控制模块连接的电阻模块；所述电阻模块中包括多个电阻；所述电阻模块与功率模块连接；所述控制模块被配置为根据所述功率模块的关断状态，控制不同阻值的电阻与所述功率模块连通。可以通过简单的电路结构，根据功率模块的关断状态选择不同数量的电阻降低功率模块的电压尖峰，有效保护功率模块。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1为本实用新型实施例一的关断电路的示意图；

图2为本实用新型实施例二的关断电路的原理框图；

图3为本实用新型实施例二的关断电路的示意图；

图4为应用本实用新型实施例二的关断电路的功率器件关断波形示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在关断电路的设计中，现有技术主要考虑通过对电压和电流值进行分析，从而控制不同栅极电压和通过对脉冲宽度进行识别来控制隔离变压器，最终实现IGBT的软关断，较为复杂，成本较高。

基于此，本实用新型实施例提出一种关断电路，通过在功率模块处于不同关断状态时，控制不同数量的驱动电阻与功率模块连通，从而控制功率模块的开关速度，降低关断时的电压尖峰，从而有效保护功率模块，防止其因过高的电压尖峰而损坏。

在本实用新型实施例中，所述关断电路包括：控制模块，以及与所述控制模块连接的电阻模块；所述电阻模块中包括多个电阻；所述电阻模块与功率模块连接；所述控制模块被配置为根据所述功率模块的关断状态，控制不同数量的电阻与所述功率模块连通。

本实施例中提出两种方案，在一个方案中，控制模块可以是电压比较器，通过电压比较器对功率模块的关断电压进行控制，实现变电阻关断。在另一个方案中，控制模块可以是数字控制器31，通过数字控制器31控制在不同关断状态时与功率模块连通的电阻的数量，实现变电阻关断。具体的，所述功率模块可以为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

需要说明的是，所述功率模块具有第一关断状态和第二关断状态。其中，第一关断状态是初始关断状态，第二关断状态为后期关断状态。在初始关断状态，所述功率模块需要接入阻值较大的电阻来减缓所述功率模块的关断速度，在后期关断状态需要接入阻值较小的电阻来加快功率模块的关断速度，降低功率模块由于发热导致的功率损耗。

下面结合附图对本实用新型实施例的方案进行详细说明。

如图1所示，在一个可行的实现方式中，所述控制模块为电压比较器；所述电阻模块包括第一电阻R1和第二电阻R2。

其中，所述第一电阻R1的第二端与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述功率模块的第一端连接；所述电压比较器的第一输入端为基准电压，所述电压比较器的第二输入端与所述第一电阻R1的第一端连接，所述电压比较器的输出端连接在所述第一电阻R1的第二端和所述第二电阻R2的第一端之间。

具体的，所述电压比较器的第一输入端为基准电压V₀，在实际应用中，基准电压V₀的数值可结合所匹配的功率模块进行设置。在实际应用中，使用如图1所示的关断电路，在功率模块关断过程中，是通过比较门极电压V_GE与基准电压V₀的大小，根据比较结果控制接入的电阻数量，来实现变电阻关断的。

表一中提供了不同开启电压下电压比较器的输出情况，以及接入电路的电阻阻值列表。

表一

模式	情况	比较器输出	电阻阻值
				1	VGE＞V0	断开	R＝R1+R2
2	VGE＜V0	负电压	R＝R2

在本例中，当门极电压V_GE大于基准电压V₀时，所述电压比较器断开，第一电阻R1与第二电阻R2串联，与功率模块连通的电阻为R＝R1+R2。

当门极电压V_GE小于基准电压V₀时，所述电压比较器的输出端输出负电源值，第一电阻R1被短路，与功率模块连通的电阻为R＝R2。

可见，在本实施例中，当门极电压V_GE大于电压比较器的基准电压V₀时，会接入单电阻，即，仅接入第二电阻R2，当门极电压V_GE小于电压比较器的基准电压V₀时，会接入串联电阻，即，接入第一电阻R1和第二电阻R2，从而实现功率模块在关断过程中接入不同数量的电阻，实现了功率模块的多级关断。

如图2及图3所示，在另一个可行的实现方式中，所述控制模块包括数字控制器31第一开关器件11，第二开关器件21和门极驱动器32；其中，所述门极驱动器32包括第一电压比较器S1和第二电压比较器S2。

其中，所述第一开关器件11的第一端和所述第二开关器件21的第一端均与所述数字控制器31的第一端连接；所述第一开关器件11的第二端与所述第一电压比较器S1的第一输入端连接；所述第一电压比较器S1的第二输入端与所述数字控制器31的第二端连接；所述第一电压比较器S1的输出端与所述电阻模块连接。

所述第二开关器件21的第二端与所述第二电压比较器S2的第一输入端连接，所述第二电压比较器S2的第二输入端与所述数字控制器31的第二端连接；所述第二电压比较器S2的输出端与所述电阻模块连接。

所述电阻模块包括：第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3和第四电阻R4；所述第一电阻R1的第一端与所述第一电压比较器S1的第一输入端连接，所述第二电阻R2的第一端与所述第一电压比较器S1的输出端连接；所述第一电阻R1的第二端和所述第二电阻R2的第二端均与所述功率模块的第一端连接；所述第三电阻R3的第一端与所述第二电压比较器S2的第一输入端连接，所述第四电阻R4的第一端与所述第二电压比较器S2的输出端连接；所述第三电阻R3的第二端和所述第四电阻R4的第二端均与所述功率模块的第一端连接。

可选地，在上述功率开关的关断电路中，第一开关器件11为NPN型三极管，所述第二开关器件21为PNP型三极管。其中，三极管的第一端为基极，所述三极管的第二端为集电极，所述三极管的第三端为发射极。

所述第一开关器件11的第三端与第一电源连接。所述第二开关器件21的第三端与第二电源连接。在本实施例中，所述第一电源为正15V电源，所述第二电源为负8V电源。

在实际应用中，所述数字控制器31可以识别功率模块的关断状态，来确定对应关断状态下的接入电路中的电阻的数量。

在一个例子中，在识别功率模块的关断状态时，所述数字控制器31可以根据预先设定的时间程序来识别，即，假设预先设定了在第一时间段内所述功率模块处于第一关断状态，在第二时间段内所述功率模块处于第二关断状态，则所述数字控制器31可以通过计时来确定，此时功率模块处于哪个关断状态。

在另一个例子中，所述数字控制器31可以根据电路中电流的变化率来识别功率模块处于哪个关断状态。具体的，当电路中电流较大时，所述数字控制器31可以确定所述功率模块处于第一关断状态，当电路中电流较小时，所述数字控制器31可以确定所述功率模块处于第二关断状态。

在又一个例子中，所述数字控制器31可以通过检测母线电压来识别功率模块处于哪个关断状态。具体的，当母线电压达到预设控制电压时，确定所述功率模块处于第一关断状态，当母线电压低于预设安全电压时，确定所述功率模块处于第二关断状态。

所述数字控制器31在识别出所述功率模块所处的关断状态时，即可通过控制连通的电阻数量来降低功率模块的电压尖峰，保护功率模块。

在不同的关断状态下，连通的电阻数量及电阻阻值如表二所示。为方便描述，在表二中，用S1表示第一电压比较器，用S2表示第二电压比较器，R1表示第一电阻，R2表示第二电阻，R3表示第三电阻，R4表示第四电阻。

表二

模式	情况	开关情况	电阻阻值
				1	大电阻开通	S1开路	R<sub>GON</sub>＝R1
2	正常开通	S1闭合	R<sub>GON</sub>＝R1*R2/(R1+R2)
				3	大电阻关断	S2开路	R<sub>GOFF</sub>＝R3
4	正常关断	S2闭合	R<sub>GOFF</sub>＝R3*R4/(R3+R4)

具体的，大电阻开通时，所述数字控制器31识别该关断状态为模式1，所述第一电压比较器S1开路，该状态下开通电阻为所述第一电阻R1。正常开通时可选用较小的驱动电阻，即工作模式2，将所述第一电压比较器S1闭合，该状态下开通电阻为所述第一电阻R1和所述第二电阻R2并联，接入电路中的电阻阻值为R_GON＝R1*R2/(R1+R2)。大电阻关断时，识别为工作模式3，所述第二电压比较器S2开路，该状态下关断电阻为第三电阻R3。正常关断时可选用较小的驱动电阻，即工作模式4，将所述第二电压比较器S2闭合，该状态下关断电阻为所述第三电阻R2和所述第四电阻R4并联，所述关断电阻的阻值为R_GOFF＝R3*R4/(R3+R4)。

如图4所示，在实际应用中，在关断功率模块的t_off阶段，会产生较大的电压尖峰，此时可选择上表中的模式3大电阻关断功率模块，有效减小关断时在母线上产生的电压尖峰V_DS，在关断功率模块的t_x阶段，母线电压V_DS较为平稳，选择上表中的模式4正常电阻关断。

具体时间或者基准电压可根据不同功率模块开关特性进行设置。本实施例的关断电路中可以在不同的关断时间选择不同的关断电阻，不仅可以在电压尖峰较大时段选择加大门极关断电阻，减小尖峰，还可以在电压平稳阶段选择较小门极电阻，降低损耗。进一步地，还可以在功率模块冷启动状态下选择大电阻关断，从而有效减缓模块第一次关断时的dv/dt。

由此可以看出，本实施例提出的功率模块的关断电路中，均可以对关断电阻的数量，即接入电路中的阻值进行调节，实现在需要保护电路的时间选用大关断电阻，有效保护电路，在正常状态下选用小关断电阻，保证功率模块正常开关情况下，还可减小损耗。

本实施例的功率模块的关断电路，通过在功率模块的关断电路中设置控制模块，以及与所述控制模块连接的电阻模块；所述电阻模块中包括多个电阻；所述电阻模块与所述功率模块连接；所述控制模块被配置为根据所述功率模块的关断状态，控制不同阻值的电阻与所述功率模块连通。可以通过简单的电路结构，根据功率模块的关断状态选择不同数量的电阻降低功率模块的电压尖峰，有效保护功率模块。且在关断电压平稳阶段，选择较小的电阻，可有效降低电路中的损耗，提升功率模块的关断效率。

本实用新型实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括功率模块，以及如上述实施例中所述的关断电路。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种关断电路，其特征在于，包括：控制模块，以及与所述控制模块连接的电阻模块；所述电阻模块中包括多个电阻；

所述电阻模块与功率模块连接；

所述控制模块被配置为根据所述功率模块的关断状态，控制不同数量的电阻与所述功率模块连通；

所述控制模块包括数字控制器，第一开关器件，第一电压比较器，第二开关器件和第二电压比较器；

2.根据权利要求1所述的关断电路，其特征在于，所述控制模块为电压比较器；所述电阻模块包括第一电阻和第二电阻；

3.根据权利要求1所述的关断电路，其特征在于，所述电阻模块包括：第一电阻，第二电阻，第三电阻和第四电阻；

4.根据权利要求1所述的关断电路，其特征在于，第一开关器件为NPN型三极管，所述第二开关器件为PNP型三极管。

5.根据权利要求1所述的关断电路，其特征在于，所述第一开关器件的第三端与第一电源连接。

6.根据权利要求1所述的关断电路，其特征在于，所述第二开关器件的第三端与第二电源连接。

7.根据权利要求1~6中任一项所述的关断电路，其特征在于，所述功率模块为绝缘栅双极型晶体管。

8.一种电子设备，其特征在于，包括功率模块，以及如权利要求1~7任一项所述的关断电路。