[发明专利]一种IGBT驱动的有源钳位电路

说明书

技术领域

本发明涉及电力机车用变流器，尤其涉及一种电力机车用变流器的IGBT驱动的有源钳位电路。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)集功率场效应管(MOSFET)和双极性功率晶体管(BJT)的优点于一身，既具有输入阻抗高、开关速度快，热稳定性好和驱动电路简单的特点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此在现代电力电子技术中得到越来越广泛的应用。

IGBT应用的关键技术之一是过电压抑制。过电压抑制不仅直接关系到IGBT本身的工作特性和运行安全，还影响到整个系统的性能和安全。IGBT在正常情况关断时会产生一定的电压尖峰，但是数值不会太高，但在变流器过载或者桥臂短路时，如果要关断管子，产生的电压尖峰则非常高，此时IGBT非常容易被打坏。

有源钳位电路的目标是钳住IGBT的集电极电位，使其不要到达太高的水平，如果关断时产生的电压尖峰太高，或者太陡，都会使IGBT受到威胁。所以有源钳位电路通常在故障状态下才会动作，正常时不工作。

在现有技术方案中一种典型有源钳位电路，如图1所示。该电路结构简单，动态性能好，响应速度快。该电路属于静态有源钳位，在电力机车用的变流器应用中，由于母线电压较高且波动较大往往会高于有源钳位动作的电压点，若不处理，有源钳位会进入连续动作的状态，容易损坏驱动电路。针对此情况专业的IGBT驱动电路生产商CONCEPT公司开发的驱动核采用高级动态有源钳位DA²C技术，通过专用ASIC去控制部分TVS管短接来改变有源钳位电压阀值，如图2所示。

现有技术中，广泛使用的IGBT驱动电路是可以通过商业手段获得的独立集成驱动芯片，如CONCEPT公司；这种集成驱动芯片不仅驱动能力有限，而且很难实现对线路中的参数进行灵活调节，因此这种独立集成驱动芯片无法满足电力机车在不同应用场景下对IGBT驱动电路的驱动能力和线路保护能力进行灵活调节的需求；另一方面，由于电力机车上的电磁环境十分恶劣，而独立集成驱动芯片很容易会受到电磁干扰发生故障，因此现有技术中，独立集成驱动芯片往往无法在电力机车的复杂环境下保证IGBT变流器能够安全可靠运行，基本采用专门设计的驱动电路。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电力机车用变流器的IGBT驱动的有源钳位电路，该电路在典型有源钳位电路的基础上进行改进，实现了IGBT动态有源钳位和静态有源钳位的保护。该电路结构简单，通用性强，可以根据各种应用场合进行有源钳位电压的参数设置，可以应用在各种工况下的IGBT驱动电路设计中。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的IGBT驱动的有源钳位电路，该部分电路为IGBT驱动电路的一部分，连接在变流器的IGBT的集电极和栅极之间，包括依次连接在所述IGBT的集电极和栅极之间的第一瞬态电压抑制二极管、第二瞬态电压抑制二极管、二极管、限流电阻，所述第二瞬态电压抑制二极管并联有电容和放电电阻。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的IGBT驱动的有源钳位电路，由于包括依次连接在所述IGBT的集电极和栅极之间的第一瞬态电压抑制二极管、第二瞬态电压抑制二极管、二极管、限流电阻，所述第二瞬态电压抑制二极管并联有电容和放电电阻，实现了动态有源钳位和静态有源钳位的结合：当IGBT导通瞬态时，IGBT的集-射电压被钳位在稳压值U_TVS＝U_TVS1+U_TVS2，此时有源钳位电路相当于一个保护电路，避免过电压发生；当IGBT关断瞬态时分三种情况，当IGBT的集-射电压小于U_TVS1时，此时有源钳位电路不需要工作，IGBT的功率损耗也较低；当IGBT的集-射电压大于U_TVS1时，瞬态电压抑制二极管TVS1被击穿，电容c流过反馈电流Ic＝CdVCE/dt，该电流对门级充电，使得VGE电压下降变缓，保持在IGBT栅级阀值电压以上，此时集电极电流处于可控状态，也可理解为电容c并联在IGBT的栅-集极之间，增大了IGBT的栅-集极电容Cgc；当IGBT的集-射电压大于U_TVS时，即出现过电压，瞬态电压抑制二极管TVS1和TVS2都导通，IGBT和TVS相互作用抑制过电压等同于典型有源钳位电路。

附图说明

图1为现有技术方案典型IGBT驱动有源钳位电路的结构示意图；