[实用新型]一种开关元件的门极驱动关断电路及开关元件

说明书

本实用新型公开了一种开关元件的门极驱动关断电路，包括电容堆、驱动电阻单元和MOSFET堆，电容堆中各个电容均安装于开关元件本体的阴极面且呈环状安装于开关元件本体的周侧；MOSFET堆中各个MOSFET元件均安装于开关元件本体的门极面且呈环状安装于开关元件本体的周侧；驱动电阻单元中各个驱动电阻均安装于开关元件本体的门极面且呈环状安装于开关元件本体的周侧。本实用新型还公开了一种开关元件，包括电路板、开关元件本体和如上所述的关断电路，开关元件本体呈圆环状封装在电路板上；关断电路呈环状安装于开关元件本体周侧的电路板上。本实用新型的关断电路及开关元件均具有降低寄生电感、增大关断换流di/dt、减小换流时间、提升关断电流能力等优点。

技术领域

本实用新型主要涉及电子电路技术领域，特指一种开关元件的门极驱动关断电路及开关元件。

背景技术

IGCT器件的换流关断功能由其门极驱动单元（GU）的关断电路实现，包含MOSFET堆和电解电容（EC）堆，kA级关断电流流经此关断回路，回路中走线杂散电感及元器件本身寄生参数会对电流关断能力造成影响，其中回路寄生电感越小，换流di/dt越大，换流时间越短，关断能力越强，功率等级越高。

GU的关断工作原理图如图1所示：静态上电时，电容堆Coff为阴极K对内部地的20V直流电压，关断脉冲由控制单元控制，初始态为高电平，使MOSFET管导通，门极G接地，门阴极为-20V反压，保持GCT关断状态；开通时，关断脉冲变为低电平，MOS管关断，由开通电路提供GK触发电流，门极电压高于阴极电压，GCT导通；关断时，关断脉冲变为高电平，MOS管开通，门极接地，门阴极反压使GCT关断，阳极电流从阳极通过门极G-Soff-Coff-阴极K流通。

随着IGCT大功率半导体器件的关断能力从几千安到万安以上等级提升，需对GU进行相应的性能改变，现有的GU关断回路使用铝电解电容（EC）堆（Coff）、MOSFET堆（Soff），其关断电路的器件布局如图2所示，EC和MOSFET放置在GCT器件的同一端且分别位于电路板的两侧，关断电流路径为从GCT的门极环-经BOTTOM层到MOSFET的漏极-MOSFET的源极-EC的负极-EC的正极-经BOTTOM层回到GCT的阴极环，路径回路长，且存在多次换层，受器件及其布局影响，4寸器件配套门极驱动关断能力在6kA左右，6寸器件配套门极驱动关断能力在1wA左右。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种降低寄生电感及阻抗，增大关断换流di/dt，减小换流时间，提升关断电流能力的开关元件的门极驱动关断电路及开关元件。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种开关元件的门极驱动关断电路，包括电容堆、驱动电阻单元和MOSFET堆，所述电容堆中各个电容均安装于开关元件的开关元件本体的阴极面且呈环状安装于开关元件本体的周侧；所述MOSFET堆中各个MOSFET元件均安装于开关元件本体的门极面且呈环状安装于开关元件本体的周侧；所述驱动电阻单元中各个驱动电阻均安装于开关元件本体的门极面且呈环状安装于开关元件本体的周侧。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述MOSFET堆中各个MOSFET元件均紧靠于所述开关元件本体的门极环。

所述驱动电阻单元中各个驱动电阻均位于对应MOSFET元件外侧。

所述电容堆中各个电容均紧靠于所述开关元件本体的阴极环。

所述电容堆中的各个电容均为片式多层陶瓷电容。

本实用新型还公开了一种开关元件，包括电路板和开关元件本体，还包括如上所述的开关元件的门极驱动关断电路，所述开关元件本体呈圆环状封装在电路板上；所述门极驱动关断电路呈环状安装于开关元件本体周侧的电路板上。