[实用新型]一种新型有源钳位功能电路

说明书

本实用新型公开了一种新型有源钳位功能电路，包括NPN推挽三极管Q1、PNP推挽三极管Q2、IGBT、TVS二极管Z1、防反二极管D1、推挽前级驱动电阻R1、栅极驱动电阻R2、滤波电阻R3、电容C1—C3、PWM信号发生器。通过在二极管链中加入一个电容C1来阻断直流电压分量，当电容两端未发生电压瞬变时，不会导致IGBT不可控而开通。本实用新型电路原理简单，反应速度快，降低有源钳位电路使用风险，提高功能电路的有效性，相比于传统的有源钳位，将会更早地重新打开栅极，改善关断大电流时的过电压明显，因为电容两端瞬变产生的位移电流主要与电容量及电压变化率相关，故不需要深度钳位，亦没有减弱有源钳位的有效性。

技术领域

本实用新型涉及电路领域，特别是涉及一种新型有源钳位功能电路。

背景技术

传统有源钳位电路工作原理简单，可有效改善关断大电流时的过电压，但在某些特定工况下，直流母线电压可能升高，导致IGBT会以一种不可控的方式开通。当主功率换流通路存在较大的杂散电感或关断时的di/dt很高，会导致电压过冲，可能超过IGBT的击穿电压并损坏。一种保护IGBT免受过冲损坏的方法就是有源钳位。目前常见的有源钳位电路形式包括两种：直接反馈到栅极的有源钳位；反馈到驱动控制的有源钳位。

直接反馈到栅极的有源钳位电路如图1所示，图中A点-集电极、B点-TVS二极管阳极、C点-IGBT栅极、D点-推挽三极管发射极、E点-IGBT发射极(驱动电源地电位)、F点-驱动电源负。在栅极关断过程，Q1关断、Q2开通，导致栅极D点电位≈F点电位。当V(AB)＝V(AE)-V(CE)-V(BC)＞TVS管最低击穿电压时，产生击穿电流路径如图所示，则栅极V(CE)放电电流减小，关断过程中的di/dt减小。因栅极电阻较小，故一般所需钳位电流较高且若再生能量导致V(AB)在正常状态也高于TVS管最低击穿电压，则TVS管持续击穿，直至IGBT开通。

直接反馈到栅极的有源钳位在某些特定的情况下反应太慢，需要深度钳位。否则直到栅极电压降低到门槛电压以下才起作用，会带来再次开通IGBT的风险，这种现象有可能损坏IGBT。为了减少关断过程中的di/dt，并防止再次开通IGBT，必须产生大电流。故电路选取的TVS二极管和阻断二极管需满足这些脉冲电流的需求，这类功能强大的二极管价格较贵。

反馈到驱动控制的有源钳位电路如图2所示，图中A点-集电极、B点-TVS二极管阳极、C点-推挽三极管基极、D点-驱动信号输出、E点-驱动电源负、F点-推挽三极管发射极。在栅极关断过程，D点电位≈E点电位。当V(AB)＝V(AE)-V(CE)-V(BC)＞TVS管最低击穿电压时，击穿电流路径如图所示，则推挽三极管基极V(CE)放电电流减小，关断过程中的di/dt减小。因基极电阻较大，故一般所需钳位电流较低。但与1相同若再生能量导致V(AB)在正常状态也高于TVS管最低击穿电压，则TVS管持续击穿，直至IGBT开通。

反馈到驱动控制的有源钳位是更加简单的方案，把信号反馈到可控栅极驱动的栅极，只需较低的钳位深度，因前级推挽驱动电阻比IGBT栅极电阻高很多，所以只需一小部分电流就能产生足够的电压来打开前级推挽驱动，改善关断过电压。因为通过二极管的电流很低，可以用更便宜的二极管，且电路反应快。

但与直接反馈到栅极的有源钳位电路相同，在某些特定工况下，当直流母线电压值升高以致超过TVS二极管的击穿电压，仍低于IGBT阻断电压时，存在IGBT损坏风险。例如：当变频器用于电机控制系统在直流母线断路的条件下，停止工作会导致母线支撑电容电压泵升，再生能量无法耗散，通过有源钳位TVS二极管的电流可能会过载且导致IGBT驱动器的损坏。因此在类似的应用中，需要确保有源钳位不被持续激活，IGBT不会以一种不可控的方式偏置而开通。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型有源钳位功能电路，能够阻断直流电压分量，保护IGBT免受损坏。