本實(shí)用新型涉及一種驅(qū)動(dòng)電路，尤其是一種IGBT動(dòng)態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，屬于IGBT驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

絕緣柵雙極晶體管IGBT是MOSFET與雙極晶體管的復(fù)合器件。它既具有功率MOSFET輸入阻抗高、工作速度快、易驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極達(dá)林頓功率管GTO飽和電壓低、電流容量大、耐壓高的優(yōu)點(diǎn)，能正常工作于幾十千赫茲頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率設(shè)備（如變頻器、UPS電源、光伏逆變器、高頻焊機(jī)等）應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

IGBT應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一是過(guò)電壓抑制。過(guò)電壓抑制不僅關(guān)系到IGBT本身的工作特性和運(yùn)行安全，還會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和安全。由于電路中雜散電感的存在，IGBT在正常情況關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定電壓尖峰，但是數(shù)值不會(huì)太高，但在變流器過(guò)載或者橋臂發(fā)生短路的情況下，關(guān)斷IGBT時(shí)集電極會(huì)產(chǎn)生非常高的尖峰電壓，過(guò)高的尖峰電壓很容易使IGBT受到損壞。

有源鉗位電路的目標(biāo)是鉗住IGBT的集電極電位，使其不要到達(dá)太高的水平，如果關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰太高，或者太陡，都會(huì)使IGBT受到威脅。所以有源鉗位電路通常在故障狀態(tài)下才會(huì)動(dòng)作，正常時(shí)不工作。

目前，IGBT有源鉗位電路有圖1和圖2兩種方式。其中，圖1電路屬于靜態(tài)有源鉗位，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于母線電壓較高且波動(dòng)較大往往會(huì)高出有源鉗位的電壓點(diǎn)，若不處理，有源鉗位電路會(huì)進(jìn)入連續(xù)動(dòng)作的狀態(tài)，容易損壞驅(qū)動(dòng)電路。針對(duì)此情況，提出圖2所示的改進(jìn)方案，通過(guò)在TVS管并聯(lián)有電容和放電電阻，這樣可以類似動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)有源鉗位的閾值，但并聯(lián)有電容和放電電阻后加大了損耗，影響有源鉗位的動(dòng)作時(shí)間。

圖1和圖2針對(duì)母線電壓變化較大的場(chǎng)合（如太陽(yáng)能逆變器、APF、牽引變流器等），無(wú)法滿足在不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)能力和線路保護(hù)能力的靈活調(diào)節(jié)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種IGBT動(dòng)態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，安全可靠，能有效保護(hù)IGBT驅(qū)動(dòng)及本身。

按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述IGBT動(dòng)態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，包括IGBT器件，其特征是：在所述IGBT器件的集電極和柵極之間依次連接若干瞬態(tài)電壓抑制二極管組群、二極管D3、限流電阻R1和吸收電容C1，所述瞬態(tài)電壓抑制二極管組群包括若干瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS，從IGBT器件的集電極方向的第n個(gè)瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS兩端并聯(lián)有n個(gè)可控開(kāi)關(guān)，n為正整數(shù)；所述可控開(kāi)關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)處理控制電路連接，所述信號(hào)處理控制電路與用于檢測(cè)直流母線電壓的電壓檢測(cè)電路連接。

進(jìn)一步的，所述電壓檢測(cè)電路包括高壓差分運(yùn)算放大器及其調(diào)理電路，電壓檢測(cè)電路設(shè)置于IGBT器件的集電極或直流母線上。

進(jìn)一步的，所述可控開(kāi)關(guān)包括MOS管，MOS管的源極端、漏極端分別與瞬態(tài)電壓抑制二極管并聯(lián)連接，MOS管的柵極端與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接。

進(jìn)一步的，所述吸收電容C1并聯(lián)有限流電阻R1的兩端。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)電壓檢測(cè)電路對(duì)直流母線電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，信號(hào)處理控制電路根據(jù)直流母線電壓的大小確定有源鉗位電壓，并根據(jù)有源鉗位電壓向開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路傳輸開(kāi)關(guān)使能信號(hào)，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)開(kāi)關(guān)使能信號(hào)確定接入瞬態(tài)電壓抑制二極管的數(shù)量以及相應(yīng)導(dǎo)通的可控開(kāi)關(guān)，從而將有源鉗位的動(dòng)作門檻設(shè)置成動(dòng)態(tài)的，能夠有效避免有源鉗位電路的連續(xù)動(dòng)作，進(jìn)而避免IGBT工作在線性區(qū)，防止IGBT器件損壞。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)方案典型IGBT驅(qū)動(dòng)有源鉗位電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)方案改進(jìn)型IGBT驅(qū)動(dòng)有源鉗位電路示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖3所示，本實(shí)用新型所述IGBT動(dòng)態(tài)有源鉗位保護(hù)電路包括IGBT器件，在IGBT器件的集電極和柵極之間依次連接若干瞬態(tài)電壓抑制二極管組群、二極管D3、限流電阻R1和吸收電容C1，所述瞬態(tài)電壓抑制二極管組群包括若干瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS，從IGBT器件的集電極方向的第n個(gè)瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS兩端并聯(lián)有n個(gè)可控開(kāi)關(guān)，n為正整數(shù)；所述可控開(kāi)關(guān)包括MOS管，MOS管的源極端、漏極端分別與瞬態(tài)電壓抑制二極管并聯(lián)連接，MOS管的柵極端與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路1的輸出端連接；所述可控開(kāi)關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路1連接，所述開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路1與信號(hào)處理控制電路2連接，所述信號(hào)處理控制電路2與用于檢測(cè)直流母線電壓的電壓檢測(cè)電路3連接。因此，當(dāng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路1控制可控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，則與所述可控開(kāi)關(guān)連接的瞬態(tài)電壓抑制二極管會(huì)被短路掉，即開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路1通過(guò)控制不同可控開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)，能調(diào)整瞬態(tài)電壓抑制二極管數(shù)量，即可以調(diào)節(jié)有源鉗位電壓。

所述電壓檢測(cè)電路3將檢測(cè)到的直流母線電壓傳輸至信號(hào)處理控制電路2內(nèi)，信號(hào)處理控制電路2根據(jù)接收到的直流母線電壓確定有源鉗位電壓，并根據(jù)確定的有源鉗位電壓向開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路1輸出對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)使能信號(hào)；所述開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路1接收開(kāi)關(guān)使能信號(hào)，并根據(jù)開(kāi)關(guān)使能信號(hào)向?qū)?yīng)的可控開(kāi)關(guān)輸出開(kāi)通驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以通過(guò)開(kāi)通驅(qū)動(dòng)信號(hào)打開(kāi)對(duì)應(yīng)的可控開(kāi)關(guān)，使得接入的瞬態(tài)電壓抑制二極管組群與有源鉗位電壓相匹配。

所述電壓檢測(cè)電路3包括高壓差分運(yùn)算放大器及其調(diào)理電路，將高壓差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成低壓差分信號(hào)，電壓檢測(cè)電路3設(shè)置于IGBT器件連接的母線上。在具體實(shí)施時(shí)，電壓檢測(cè)電路3還可以采用其他的實(shí)現(xiàn)形式，只要能檢測(cè)到直流母線電壓即可。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，信號(hào)處理控制電路2可以采用AD7674全差分輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片和51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，低壓差分信號(hào)經(jīng)過(guò)AD7674的模擬差分輸入端，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)控信號(hào)，再給51單片機(jī)進(jìn)行處理，得出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)，進(jìn)而來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路1，實(shí)現(xiàn)可控開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，內(nèi)部詳細(xì)的數(shù)模轉(zhuǎn)換控制為本領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。也可以采用相應(yīng)的邏輯電路實(shí)現(xiàn)，只要能實(shí)現(xiàn)對(duì)直流母線電壓進(jìn)行處理并輸出開(kāi)關(guān)使能信號(hào)即可。

一般地，當(dāng)瞬態(tài)電壓抑制二極管組群內(nèi)所有的MOS管均處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，則接入IGBT器件集柵極間的瞬態(tài)電壓抑制二極管的數(shù)量即為所有瞬態(tài)電壓抑制二極管的總和。而當(dāng)有多個(gè)MOS管導(dǎo)通時(shí)，則相應(yīng)并聯(lián)的瞬態(tài)電壓抑制二極管組群將短路，從而能夠得到所需的有源鉗位電壓值。具體實(shí)施時(shí)，瞬態(tài)電壓抑制二極管組群內(nèi)的瞬態(tài)電壓抑制二極管均為正溫度特性，溫度系數(shù)較小的TVS管，TVS管的具體電壓大小可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇確定，TVS管可以采用ST公司的SMBJ系列。此外，MOS管應(yīng)選取內(nèi)阻大、飽和壓降小的類型，可以采用IR的低壓CoolMOS管。

本實(shí)用新型通過(guò)電壓檢測(cè)電路對(duì)直流母線電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，信號(hào)處理控制電路根據(jù)直流母線電壓確定有源鉗位電壓，并根據(jù)直流母線電壓向開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路傳輸開(kāi)關(guān)使能信號(hào)，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)開(kāi)關(guān)使能信號(hào)確定接入瞬態(tài)電壓抑制二極管的數(shù)量以及相應(yīng)需導(dǎo)通的可控開(kāi)關(guān)，從而能使得瞬態(tài)電壓抑制二極管組群內(nèi)的有源鉗位電壓與直流母線電壓相匹配，能夠有效避免有源鉗位電路的連續(xù)動(dòng)作，最大限度地保證IGBT器件及驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)行安全，還可以簡(jiǎn)化操作，實(shí)現(xiàn)靈活應(yīng)用。

另外，在所述IGBT器件的柵極和發(fā)射極之間連接箝位二極管D1，在IGBT器件的柵極連接推挽電路，推挽電路與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接。

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種IGBT動(dòng)態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，屬于IGBT驅(qū)動(dòng)的技術(shù)領(lǐng)域。按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述IGBT動(dòng)態(tài)有源鉗位保護(hù)電路，包括IGBT器件，還包括依次連接在所述IGBT的集電極和柵極之間的若干瞬態(tài)電壓抑制二極管組群、二極管、限流電阻、吸收電容、箝位二極管，所述瞬態(tài)電壓抑制二極管組群按照1個(gè)、2個(gè)???n個(gè)遞增的方式并聯(lián)有可控開(kāi)關(guān)，可控開(kāi)關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)處理控制電路連接，信號(hào)處理控制電路與用于檢測(cè)直流母線電壓的電壓檢測(cè)電路連接；本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了IGBT動(dòng)態(tài)有源鉗位的保護(hù)，能有效延長(zhǎng)IGBT的使用壽命，提高IGBT電路的工作效率，安全可靠?？梢愿鶕?jù)不同應(yīng)用條件下動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)有源鉗位電壓，可以應(yīng)用在各種不同工況下的IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中。