[发明专利]一种有源密勒箝位保护电路

说明书

一种有源密勒箝位保护电路，包括滞环比较器电路，栅极电压采样使能电路，正压串扰箝位作用电路和负压串扰箝位作用电路。滞环比较器电路的正向输入端对栅极电压采样使能电路的输出端电压采样，采样的栅极电压叠加到滞环比较器电路的正向输入端，与负输入端的参考电压比较，当大于参考电压时，滞环比较器电路输出饱和正压，小于参考电压时，输出饱和负压，对采样的栅极电压形成滞环输出,保证了绝缘栅器件正常的开通关断不会受到影响。当栅极有很高的正压脉冲干扰的时候，经正压串扰箝位作用电路的箝位，此时栅极电压被箝位在一个二极管的管压降。当栅极有负压脉冲干扰的时候，经负压串扰箝位作用电路箝位，此时的栅极电压被箝位在负压电源左右。

技术领域

本发明涉及一种绝缘栅器件的保护电路。尤其涉及一种抑制IGBT在桥臂电路串扰的电路。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)目前已成为一种主流的功率半导体器件，IGBT所具有的电压型驱动、高输入阻抗、开关速度快、开关功率损耗小、通态压降小等一系列优良特性，使其成为中、高功率开关电源、变频器、逆变器、感应加热、有源滤波器、家用电器等需要电能变换场合的理想功率开关器件。

IGBT在运行过程中需要有保护电路对其进行保护控制，以防止其自身驱动系统或所处电力电子电路中的异常状态，使IGBT的工作电压或者电流超过安全工作范围，导致IGBT损坏。在实际的工业应用中，桥臂电路是一种常用的电路结构，桥臂电路含有两个串联的互补导通的开关器件，开关管在高速开关动作时，上下管之间的串扰会变得比较严重。当开关管栅极串扰电压超过栅极开启电压阈值，就会使处于关断状态的开关管导通，引发桥臂直通。此外，IGBT的栅极耐受负压的能力是有一定的限度的，当串扰负压超过最大电压范围时，会导致器件失效。因此串扰问题严在一定程度上限制了IGBT器件性能优势的发挥。

图1a为下管开通瞬间，上管串扰产生的原理图，图1b为下管关断瞬间上管串扰产生的原理图。

如图1a和图1b所示，桥臂电路由上下两个开关管QH、QL及其驱动电路构成，Cgd、Cgs、Cds分别为开关管栅漏极、栅源极和漏源极寄生电容，R_g栅极驱动电阻，Vs为下管开通关断的脉冲电源Vs，T1、T2为上下管的驱动放大三极管，V_DC为直流母线输入电压，L和Rload为负载。下管开关过程中，上管等效电路如图2所示。在图1a所示的下管开通瞬态过程中，上管漏源极电压开始上升，此电压变化率会在密勒电容C_{gs_H}上形成密勒电流，方向如图2中箭头所示，密勒电流大小为:密勒电流流经寄生电容C_{gd_H}，这一电流给寄生电容C_{gs_H}充电导致栅源极驱动电压抬升，产生一个正向尖峰脉冲。如果正向电压尖峰的值超过了开关器件的阈值电压，就会造成下桥臂开关器件的误导通。同样，当下管关断瞬间，桥臂上管漏源极电压突变为0，寄生电容C_{gd_H}放电使得下桥臂驱动电压产生一个负向尖峰脉冲，如果这一负向尖峰的值超出了开关器件栅源极氧化层所能承受的最大负压值，同样会造成开关器件的损坏，这一过程如图1b所示。

现有的专利和文献资料中，对抑制桥臂电路串扰的方法在不同程度上都存在一定的缺陷。通过减小关断电阻R_GOFF的方法可以有效抑制，但是在关断期间由于杂散电感会产生很高的过压尖峰和栅极震荡。G-E间增加电容的方法，驱动电源功耗会增加，相同的栅极驱动电阻情况下IGBT的开关损耗也会增加。现有的有源密勒箝位技术是通过栅极G与发射极E并联三极管，当V_GE达到一定的阈值的时候，通过三极管的短路的方法来降低栅极和发射极之间的电压V_GE来抑制串扰导致的寄生导通。这种方法虽然可以在一定程度上抑制串扰带来的寄生导通，但这会增加三极管驱动的复杂度，最大的缺点是这种有源箝位只能抑制带来的正压干扰，对串扰带来的负压干扰没有作用，而IGBT栅极所能承受的负压驱动也有一定的限度值，当负压超过一定的限度值会在一定程度上损坏IGBT，影响IGBT的工作特性。

发明内容