[发明专利]一种动态抑制功率半导体器件关断过电压的电路

说明书

本发明涉及功率半导体器件开关过压保护领域，具体是一种动态抑制功率半导体器件关断过电压的电路。本发明的目的是提供一种动态抑制功率半导体器件关断过压的方法，从而保护功率半导体器件，保障开关电路正常工作。该方法以电容、电阻、二极管、晶体管组成的过电压保护电路，利用IGBT关断时两端产生的过电压对电容进行充电，并且为晶体管的导通提供一个脉冲使得晶体管Q导通。晶体管Q导通后泄放感生电流。此电路反映速度快，电路设计简单，成本低，能够克服无源电路抑制过电压精度不高的问题，电路工作速度快，抑制效果好。动态抑制功率半导体器件关断过电压的电路采用低成本的器件达到更好的抑制效果，其社会效益与经济效益大大提高。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件开关过压保护领域，具体是一种动态抑制功率半导体器件关断过电压的电路。

背景技术

随着国家越来越重视绿色能源政策的推广，利用清洁能源、提高利用效率成为半导体产业的指向标。尤其是广泛应用在风力、水电、电动汽车、家电的功率半导体器件成为了研究的热点。功率半导体器件连接了强电与弱电的联系，对于电力电子器件、集成电路的发展起着至关重要的作用。但是如绝缘栅双极型晶体管IGBT、金属氧化物场效应管MOSFET在关断时会产生过电压的情况，电压过大极容易导致开关管损坏的现象，从而会影响电路的稳定情况，为了确保其稳定运行，必须配置一定的保护电路来抑制或减小过电压的大小。传统的抑制功率半导体器件关断尖峰电压的方法可分为外加无源电路和有源电路两种，其中有源电路又分为有源钳位和动态电压上升控制两种方法。外加无源缓冲电路优点是电路结构设计简单仅由电容C构成的电路；电阻R与电容C构成的电路；电阻R、电容C、二极管D构成的电路，但是其损耗高，反映速度慢。栅极有源钳位电路和动态电压上升控制电路都是利用反馈原理，将IGBT的集电极或发射极的电压或电流反馈到控制门极，对IGBT关断过程进行控制，从而实现IGBT器件关断过电压抑制。其优点是反映速度快，并且调整范围宽，但是电路结构设计较复杂。本发明利用了新型冲击电压抑制电路实现对功率半导体器件关断过程中的过电压进行抑制，达到保护功率器件的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态抑制功率半导体器件关断过压的方法，实现对功率半导体器件关断过程中的过电压进行抑制，达到保护功率器件的目的。本方法，用成本较低、技术成熟的器件组成对电路除抑制关断过电压外无其他干扰的电路，以电容、电阻、二极管、晶体管组成的过电压保护电路。利用IGBT、MOSFET等功率器件关断时，感生电动势产生的冲击电压对电容进行充电，并且为晶体管的导通提供一个脉冲，使得晶体管导通。晶体管导通后泄放大电流，从而降低功率器件的端电压，保护功率器件不受损坏。

此电路对过电压冲击的响应速度快，电路实现成本低，优于采用无源电路进行过电压抑制的方法，可靠性高，抑制过电压效果好，具有较好的社会会效益与经济效益。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

一种抑制功率半导体关断过电压的电路，由电容、电阻、二极管、双极型晶体管组合而成，主要应用于IGBT功率半导体器件保护。所述的电容接在功率半导体器件IGBT的集电极与晶体管的集电极之间，当功率器件关闭时，如电机这种感性负载会产生较大的感生电动势，造成IGBT集电极电压的升高。此时，本发明的电路会进入开启状态，泄放感性负载感生电动势形成的冲击电压，动态吸收功率半导体器件两端的电荷。其串联的电阻来控制电容放电的速度避免电容充放电速度过快将功率半导体器件的两端电压在未过压时拉的过低。

所述的电阻包括电容的串联电阻与两个吸收电阻。串联电阻与电容串联接在功率半导体器件如IGBT的集电极与晶体管的集电极之间，是用于控制电容的充放电速度；两个吸收电阻，一个并联于电容串联电阻支路，一个并联于反向钳位二极管两端，二者是用于吸收晶体管导通后释放的大电流与功率半导体器件关断后电容上储存的能量。