[发明专利]一种门极可关断晶闸管低导通维持电路及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低导通维持电路及控制方法，尤其门极可关断晶闸管低导通维持电路及控制方法，属于大功率电流型功率半导体器件驱动控制技术领域。

背景技术

门极可关断晶闸管(GTO)是一种大功率的电流型功率半导体器件，相对于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等场控型半导体器件，GTO驱动电流型器件的驱动功耗往往较大，而且驱动电路复杂，控制方式一般为开环不控方式，即设定一个固定的直流驱动电流，无法根据需求动态调节电流值大小，这种方式造成驱动损耗增大，不能有效利用电能，并且这些损耗还增加驱动电路元件的老化，降低以GTO为核心元件的系统整体的可靠性。

门极可关断晶闸管(GTO)的可靠开启驱动需要向门极注入如图1所示的电流波形，CS为驱动控制信号，CS低电平表示GTO处于关断截止状态，高电平表示导通状态；IG为GTO门极注入电流。如图1所示在T0时刻，CS信号为低电平，IG电流为零；在T1时刻，CS信号变为高电平，此时需要向GTO的门极注入一个高的脉冲电流，迅速向GTO门极注入大量载流子，使GTO进入导通状态，在T2时刻，脉冲电流结束，IG电流维持在5A-10A中某一固定值，用来维持GTO器件的正常导通；T3时刻，CS信号变为低电平，IG电流变为零，停止向GTO的门极注入电流，GTO进入关断状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，且根据实际测试电路，设计了一台高压大功率器件的测试平台，能够快速、准确的测试IGTO器件的相关参数，验证器件性能。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种门极可关断晶闸管低导通维持电路，其特征在于：包括比较器U₁、控制芯片U₂、电流传感器、温度传感器和电流回路，所述比较器U₁的输入端连接有电流传感器和基准电压V_ref，输出端与控制芯片U₂连接，所述电流传感器与电流回路连接，所述控制芯片U₂与温度传感器和电流回路连接，所述温度传感器与GTO二极管连接，所述电流回路包括第一电流回路、第二电流回路、第三电流回路和第四电流回路，所述第一电流回路是由电压源V₁、MOSFET器件Q_P、电感L₂和MOSFET器件Q_E组成的回路，所述第二电流回路是由电感L₂、MOSFET器件Q_C、GTO二极管和二极管D_P组成的回路，所述第三电流回路是由电压源V₁、MOSFET器件Q_S、电感L₁、电阻R_S、MOSFET器件Q_C和GTO二极管组成的回路，所述第四电流回路是由电感L₁、电阻R_S、MOSFET器件Q_C、GTO二极管和二极管D_S组成的续流回路。

进一步地，控制芯片U₂由FPGA或者CPLD芯片编写程序实现。

进一步地，所述GTO二极管为GTO门极和阴极之间PN结。

同时为实现以上技术目的，本发明还提供一种门极可关断晶闸管低导通维持电路的控制方法，其特征在于，包括：

（a）控制芯片U₂接受CS控制信号，T1时刻，CS信号变为高电平，经过一段时间延时，T2时刻，控制芯片U₂驱动MOSFET器件Q_E开启；

（b）T3时刻，控制芯片U₂驱动MOSFET器件Q_P开启，电压源V₁通过MOSFET器件Q_P和MOSFET器件Q_E向电感L₂充电，电感L₂的电流线性上升，此时第一电流回路形成；

（c）T4时刻，MOSFET器件Q_C开启，在T5时刻，同时关断MOSFET器件Q_P和MOSFET器件Q_E，电感L₂通过MOSFET器件Q_C和二极管D_P向GTO二极管注入高脉冲电流，此时第二电流回路形成；