[实用新型]高压尖峰吸收电路模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电路结构，具体为高压尖峰吸收电路模块。用于铁路机车、动车组变流装置、电力机车变流装置等应用领域，保护高电压大电流IGBT。

背景技术

随着科学技术、大功率电力电子半导体器件的发展，高电压、大电流的IGBT相继出现，并得到广泛应用；随着中国铁路的高速发展，高速大编组的动车组CRH1、CRH2、CRH3、CRH5，以及高速大功率的HXD1、HXD2电力机车越来越多，因此为其提供牵引动力的大功率铁路机车、动车牵引辅助变流装置迅速增加。对牵引辅助变流装置的高电压、大电流的核心功率器件IGBT的驱动、保护和过电压、过电流吸收的研究尤为重要。由于IGBT通常工作在高频开关状态，又是电压驱动型器件，输入阻抗很高，因此主电路电感引起的电压尖峰会通过IGBT的结间电容耦合到驱动控制回路，进而引起IGBT的误动作，甚至损坏IGBT模块；另外主电路电感引起的电压尖峰，严重时会超过IGBT的电压额定值，损坏IGBT。因此在大功率、高电压、大电流IGBT模块的主电路中通常采用迭层复合母排来减小功率电路的电感。但通过减小功率电路的电感仍不能完全避免主电路的电压尖峰，需要设计好尖峰吸收回路以吸收IGBT的电压尖峰，来保护IGBT，减少损坏，降低成本。目前缺乏设计良好的高压尖峰吸收电路。

发明内容

本实用新型为了解决目前缺乏设计良好的高压尖峰吸收电路的问题，提供一种高压尖峰吸收电路模块。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：高压尖峰吸收电路模块，包括电压检测支路、过电压吸收支路以及门极电阻调节支路，电压检测支路和过电压吸收支路的一端相互连接；电压检测支路包括相互串联的六十个200KΩ的电阻R12-R71，六十个电阻中的每两个电阻间分别并接2.2nF/500V的无感电容C2-C31；过电压吸收支路包括依次反向串联的二十七个压降为200V的二极管VD1-VD27、十个42.2KΩ的电阻R2-R11以及三极管T3，三极管T3的集电极与十个电阻中最前端的电阻R2的电流流入端相连，三极管T3的发射极与十个电阻中最后端的电阻R11的电流流出端相连；门极电阻调节支路包括IGBT门极导通电阻调节支路和门极关断电阻调节支路，门极导通电阻调节支路包括两组并联电阻，其中一组并联电阻与开关S1串联后再与另一组并联电阻相并联；门极关断电阻调节支路包括三个相互串联的电阻R75-R77，相互串联的三个电阻R75-R77两端并联有开关S2。通过开通和关断S1、S2，得到不同的门极导通和关断电阻。使用时，IGBT门极导通电阻调节支路和门极关断电阻调节支路分别与IGBT门极开通控制命令输入端P1-3和IGBT门极关断控制命令输入端P1-6串接；电压检测支路和过电压吸收支路相互连接的一端与高压直流供电电源的正端即IGBT的集电极C端相连，电压检测支路的另一端P1-5与一个控制板相连，过电压吸收支路中十个电阻中最后端的电阻R11的电流流出端P1-4通过控制板串接在IGBT门极关断控制命令端P1-6，过电压吸收支路中的三极管T3的基极P1-1与控制板上的箝位控制命令输出端相连。

不同厂家的高电压、大电流IGBT，不同的型号需要配置不同的门极导通电阻Rgon和关断电阻Rgoff；选择适当的栅极驱动和关断电阻比较重要，门极导通电阻Rgon过大时降低了IGBT的开关速度，增加了开关损耗，门极导通电阻Rgon过小时，使得开通di/dt变大，从而引起较高的dv/dt，增加了续流二极管恢复时的浪涌电压；同样Rgoff过小时，关断时间短，但浪涌电压较较大，Rgoff过大时，关断时间过长，增加了开关的损耗。由于不同厂家生产的IGBT推荐的门极导通电阻Rgon和关断电阻Rgoff不同，为了使其具有通用性，因此通过断开和连接开关S1、S2得到不同门极导通电阻Rgon、关断电阻Rgoff，从而满足Melco、ABB、EUPEC厂家生产的6500V/600A IGBT。具体应用时，门极导通电阻调节支路中的两组并联电阻的阻值和门极关断电阻调节支路中的三个串联电阻的阻值可根据不同型号的IGBT进行选择。

通过串接的60个200KΩ的电阻和控制板上的电阻进行分压，通过判断检测电压，一方面对IGBT是否饱和进行检测，确定其是否正常，另一面通过检测IGBT的饱和压降进行短路保护检测，从而输出不同的控制命令；同时在每两个电阻间并接2.2nF/500V的无感电容，是为了保证IGBT在检测到过流或短路保护时响应时间要快，保证在10μs以内完成。