[实用新型]一种大功率绝缘栅双极性晶体管的两级有源门极控制电路

说明书

技术领域

本实用新型属于绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的应用领域，涉及一种大功率绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的驱动电路，尤其是一种大功率绝缘栅双极性晶体管的两级有源门极控制电路。

背景技术

在绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的使用中通常采用门极串联驱动电阻的方法，结合并联于IGBT集电极与发射极间的无源缓冲电路，实现IGBT的正常开关，并保证IGBT工作于安全工作区内。然而，对于大功率IGBT，其所处理的电能量具有电压高，电流大的特点，因此，在无源缓冲电路中产生大量的损耗，影响整个电能转换系统的可靠性；并且，由于无源器件体积的问题，其安装也存在很大困难。

上世纪九十年代，开始有国外学者从IGBT器件的全控性入手，提出通过改变开关过程中门极电压的方法取代传统的无源缓冲电路，称之为有源门极控制技术(Active Gate Control)。其中，针对IGBT关断过电压的有源门极控制技术研究最为广泛。已有的方法多采用一级反馈网络实现对IGBT关断电压的控制，通常延长了IGBT的整个关断过程，使得IGBT需要承受更大的损耗。也有方法为了提高IGBT的响应速度，将反馈环节的增益设置得很大，使得IGBT的关断电压很容易产生震荡。以上两种方法都需要使用与IGBT同电压等级的高压电容组成反馈环节。还有方法通过高速数字处理器在IGBT关断过程中切换不同的门极驱动电阻，这种方法成本高，电路复杂，可靠性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种大功率绝缘栅双极性晶体管的两级有源门极控制电路，该控制电路针对现存的有源门极控制技术中存在的问题，在IGBT关断过程中引入两级反馈，对IGBT的关断过程进行精确控制，从而提高有源门极控制技术在损耗、稳定性、可靠性、性价比方面的性能。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种大功率绝缘栅双极性晶体管的两级有源门极控制电路，包括绝缘栅双极性晶体管，其特征在于：在绝缘栅双极性晶体管的集电极和门极之间连接一路瞬态抑制二极管电路组，所述瞬态抑制二极管电路组由第一TVS串联组和第二TVS串联组串联组成，瞬态抑制二极管电路组的阴极端与绝缘栅双极性晶体管的集电极连接，瞬态抑制二极管电路组的阳极端通过第一二极管与绝缘栅双极性晶体管的门极连接，所述第一TVS串联组并联有第一电容，第一TVS串联组的阳极端连接有第二电容和第二二极管的串联电路，所述第二二极管的正极连接有第二三极管和第三三极管，所述第二三极管和第三三极管的基极均与第二二极管的正极连接，第二三极管与第三三极管的发射极连接，第二三极管的发射极还连接有第一电阻，第一电阻连接到绝缘栅双极性晶体管的门极，第三三极管的集电极通过第三三极管与第二三极管的负极连接，第二三极管的正极还连接有第二电阻，第二电阻连接有脉冲宽度调制。

上述第二三极管是NPN型三极管，所述第三三极管是PNP型三极管。

上述第二二极管的负极与第二电容连接。

本实用新型通过对IGBT关断过程分段处理，利用TVS的电压嵌位特性将关断电压上升率在关断过程的不同阶段以不同的反馈系数反馈回IGBT门极电压控制电路，通过动态的控制关断过程中IGBT门极电压，从而动态的控制IGBT的关断电流变化，高效的控制了IGBT的关断过电压，优化了由于延长关断时间所带来的关断损耗，同时可以达到关断电压上升率的分段控制。

本实用新型取代了传统的无源缓冲电路，相比现存的有源门极控制技术降低了关断损耗，电路结构简单，可靠性高。电路中组成反馈网络所使用的电容C₁、C₂的电压等级都远低于IGBT的电压等级。同时，由于维持IGBT门极电压在米勒平台所需的反馈增益远小于V_CE过电压抑制时所需的增益，因此C₁远小于C₂。对于变频器的应用，为了降低EMI，通常需要降低IGBT关断过程的dV_CE/dt，此时，可以通过调节C₁的值实现。通过采用此实用新型，就可以实现了对关断电压变化率和关断过电压的独立控制。此外，本实用新型并未大幅改变传统的IGBT驱动电路，易于叠加在已有驱动电路之上。

附图说明

图1是IGBT的关断波形以及关断过程分段时间定义；

图2是本实用新型的电路结构图；

图3是采用本实用新型前后IGBT关断波形对比图；

图4是使用基本有源控制方法的电路结构图。

具体实施方式