一種igbt并聯(lián)均流電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的在于提供的一種IGBT并聯(lián)均流電路，克服了IGBT并聯(lián)電路因驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步造成均流不均衡的問(wèn)題，其主要技術(shù)方案為一種IGBT并聯(lián)均流電路，包括N個(gè)并聯(lián)的IGBT模塊、RCD吸收電路與負(fù)載，其中RCD吸收電路并接于IGBT模塊兩端，電源通過(guò)負(fù)載與IGBT模塊連接；所述并聯(lián)的IGBT模塊中各IGBT柵極短接，所述RCD吸收電路由二極管、電阻、電容構(gòu)成，電阻并接于二極管兩端，電容串接于二極管負(fù)極，電容兩端還并接電容放電回路。該電路實(shí)現(xiàn)了IGBT并聯(lián)電路的均流，提高了IGBT模塊的工作可靠性，避免器件損壞；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT并聯(lián)均流電路的軟開(kāi)關(guān)，降低了開(kāi)關(guān)過(guò)程中的功率損耗，防止IGBT過(guò)熱，有效保護(hù)IGBT器件及電路；并且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定性高、制造成本低。
【專利說(shuō)明】一種IGBT并聯(lián)均流電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)并聯(lián)均流電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化的深入發(fā)展，對(duì)功率開(kāi)關(guān)的要求也越來(lái)越高，尤其隨著軌道交通行業(yè)和感應(yīng)加熱行業(yè)對(duì)兆瓦級(jí)大功率器件的需求與日俱增，對(duì)IGBT的電流、電壓及功耗等級(jí)提出了更高的要求。為滿足大功率電路設(shè)計(jì)的需求，通常直接采用大功率等級(jí)的IGBT，或者采用功率等級(jí)較小的IGBT通過(guò)串并聯(lián)使用；前者將大大增加產(chǎn)品成本和驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜性，后者因其市場(chǎng)貨源充足、驅(qū)動(dòng)功率低且驅(qū)動(dòng)線路簡(jiǎn)單而受到廣泛研究。因此，采用IGBT并聯(lián)提高電流以滿足工業(yè)要求，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。然而，在IGBT器件并聯(lián)使用時(shí)，IGBT器件參數(shù)不一致、驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步、電路布局不對(duì)稱等因素都會(huì)造成流過(guò)并聯(lián)IGBT器件的電流分配不均衡。均流不佳導(dǎo)致部分IGBT器件工作時(shí)過(guò)電流不足、而部分IGBT器件過(guò)載，大大降低IGBT器件的可靠性，導(dǎo)致設(shè)備輸出效果不理想，甚至造成IGBT器件和裝置損壞。
[0003]目前，常用的IGBT并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括N個(gè)并聯(lián)的IGBT模塊、N為整數(shù)、N ^ 2，R⑶吸收電路與負(fù)載，其中R⑶吸收電路與IGBT模塊并聯(lián)，電源Vcc通過(guò)負(fù)載與IGBT模塊連接。IGBT模塊柵極加載驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步則會(huì)造成并聯(lián)IGBT器件間均流不均衡，大大降低IGBT可靠性，甚至造成IGBT和裝置損壞。并且當(dāng)IGBT器件工作在較高頻率時(shí)，IGBT的硬開(kāi)關(guān)功耗也是一個(gè)不得不考慮的問(wèn)題，尤其是開(kāi)通和關(guān)斷的瞬間將承受很大的浪涌電流和尖峰電壓，使得IGBT模塊過(guò)熱，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)使得器件失效甚至損壞主電路。因此，IGBT并聯(lián)均流技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)成為了我們研究重點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型目的在于提供IGBT并聯(lián)均流電路，解決了現(xiàn)有IGBT并聯(lián)電路因驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步造成均流不均衡，導(dǎo)致IGBT可靠性降低、甚至損壞IGBT器件的問(wèn)題，同時(shí)采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)有效減小開(kāi)關(guān)過(guò)程中的功率損耗，防止IGBT過(guò)熱，保護(hù)器件及電路。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種IGBT并聯(lián)均流電路，包括N個(gè)并聯(lián)的IGBT模塊、N為整數(shù)、N ^ 2，R⑶吸收電路與負(fù)載，其中R⑶吸收電路并接于IGBT模塊兩端，電源通過(guò)負(fù)載與IGBT模塊連接；其特征在于，所述并聯(lián)的IGBT模塊中各IGBT柵極短接，所述RCD吸收電路由二極管、電阻、電容構(gòu)成，電阻并接于二極管兩端，電容串接于二極管負(fù)極，電容兩端還并接電容放電回路。
[0006]進(jìn)一步的，所述電容放電回路由MOSFET開(kāi)關(guān)管與三個(gè)并聯(lián)的放電電阻構(gòu)成，并聯(lián)后放電電阻一端與電容共接信號(hào)地，另一端接MOSFET開(kāi)關(guān)管源級(jí)，MOSFET開(kāi)關(guān)管漏極接電容另一端；控制信號(hào)加載于MOSFET開(kāi)關(guān)管柵極。
[0007]進(jìn)一步的，所述IGBT模塊由IGBT、柵極電阻、防誤導(dǎo)通電阻構(gòu)成；防誤導(dǎo)通電阻接于IGBT柵極與源極之間，用于防止IGBT在工作中因外界電磁干擾出現(xiàn)誤導(dǎo)通；IGBT柵極通過(guò)柵極電阻接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，漏極通過(guò)負(fù)載接電源，源極接信號(hào)地。優(yōu)選的，防誤導(dǎo)通電阻阻值為IOK Ω。
[0008]本實(shí)用新型提供的IGBT并聯(lián)均流電路，采用IGBT柵極短接設(shè)計(jì)，克服了因驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步造成均流不均衡的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了 IGBT并聯(lián)電路的均流，特別適用于IGBT數(shù)量很大的IGBT并聯(lián)電路，提高了 IGBT模塊的工作可靠性，避免器件損壞。同時(shí)，采用在RCD吸收電路中的電容上并接電容放電回路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT并聯(lián)均流電路的軟開(kāi)關(guān)，降低了開(kāi)關(guān)過(guò)程中的功率損耗，防止IGBT過(guò)熱，有效保護(hù)IGBT器件及電路。本實(shí)用新型提供的IGBT并聯(lián)均流電路電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定性高、制造成本低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為常用IGBT并聯(lián)電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0010]圖2為本實(shí)用新型IGBT并聯(lián)均流電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0011]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1中IGBT并聯(lián)均流電路圖。
[0012]圖4為常用IGBT并聯(lián)電路中IGBT電流仿真波形圖，其中IGBT模塊數(shù)為3，II，12和13分別表示3個(gè)IGBT的電流波形。
[0013]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例1中IGBT并聯(lián)均流電路的3個(gè)IGBT電流仿真波形圖。
[0014]圖6為常用IGBT并聯(lián)電路中IGBT柵極電壓仿真波形圖，其中IGBT模塊數(shù)為3，VI, V2和V3分別表示3個(gè)IGBT的柵極電壓波形。
[0015]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例1中IGBT并聯(lián)均流電路的3個(gè)IGBT柵極電壓仿真波形圖。
[0016]圖8為常用IGBT并聯(lián)電路中IGBT電壓電流波形圖，其中實(shí)線為IGBT電壓波形，虛線為IGBT電流波形。
[0017]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例1中IGBT并聯(lián)均流電路的IGBT電壓電流波形圖，其中實(shí)線為IGBT電壓波形，虛線為IGBT電流波形。
[0018]圖10、圖11為圖9局部放大圖，其中圖10表示IGBT開(kāi)通時(shí)刻電壓電流波形、圖11表示IGBT關(guān)斷時(shí)刻電壓電流波形，實(shí)線為IGBT電壓波形，虛線為IGBT電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合具體實(shí)施例與附圖，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]本實(shí)施例中IGBT并聯(lián)均流電路由3個(gè)IGBT模塊(D1、D2、D3)、R⑶吸收電路、感性負(fù)載、電容放電回路及直流電源構(gòu)成。所述直流電源Vcc作為供電電源、正極接感性負(fù)載，負(fù)極接信號(hào)地。所述感性負(fù)載由寄生電感LP、感性負(fù)載Lload、阻性負(fù)載RL、2個(gè)續(xù)流二極管構(gòu)成；寄生電感LP —端接直流電源、另一端依次串接感性負(fù)載Lload與阻性負(fù)載RL，第一續(xù)流二極管VDl反向并接于感性負(fù)載Lload兩端，第二續(xù)流二極管VD2反向并接于感性負(fù)載Lload與阻性負(fù)載RL兩端。所述IGBT模塊Dl、D2、D3并聯(lián)后IGBT漏極共接于阻性負(fù)載RL另一端，源極共接信號(hào)地；驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sigl、Sig2、Sig3分別對(duì)應(yīng)加載于D1、D2、D3柵極；并3個(gè)IGBT柵極短接。所述R⑶吸收電路由二極管VDs、電阻Rs、電容Cs構(gòu)成，二極管VDs正極接于IGBT漏極，二極管VDs負(fù)極串接電容Cs，電容Cs —端接信號(hào)地，電阻Rs并接于二極管VDs兩端。所述電容放電回路由MOSFET開(kāi)關(guān)管Ml與三個(gè)并聯(lián)的放電電阻(Rml、Rm2,Rm3)構(gòu)成，放電電阻并聯(lián)后一端接MOSFET開(kāi)關(guān)管源級(jí)，另一端與電容Cs共接信號(hào)地，MOSFET開(kāi)關(guān)管漏極接電容Cs另一端；控制信號(hào)SigO加載于MOSFET開(kāi)關(guān)管柵極，即電容放電回路并接于RCD吸收電路中電容Cs兩端。
[0022]本實(shí)施例中IGBT并聯(lián)均流電路將3個(gè)IGBT的柵極短接，設(shè)定IGBT的開(kāi)啟電壓為V0,電路中所給的IGBT驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通電壓為1.2%，關(guān)斷電壓為-1.2V0o當(dāng)Dl驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通信號(hào)到來(lái)的時(shí)候，D2、D3的柵極還處在-1.2V。關(guān)斷反壓狀態(tài)，由于D1、D2、D3的柵極短接在一起，那么每個(gè)IGBT柵極上的電壓為V= (1.2V0-1.2V0-1.2V0)/3=-0.4V。，因此達(dá)不到開(kāi)啟電壓而無(wú)法開(kāi)啟；當(dāng)02驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通信號(hào)也到來(lái)時(shí)候，則每個(gè)IGBT柵極上的電壓為V=( 1.2V0+1.2V0-1.2V0)/3=0.4V0,仍然達(dá)不到開(kāi)啟電壓而無(wú)法開(kāi)啟，當(dāng)D3驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通信號(hào)也到來(lái)時(shí)候，每個(gè)IGBT柵極上的電壓為V= (1.2V0+1.2V0+1.2V0) /3=1.2V0,達(dá)到開(kāi)啟電壓而使3個(gè)IGBT同步開(kāi)啟。同理，當(dāng)Dl驅(qū)動(dòng)關(guān)斷信號(hào)到來(lái)的時(shí)候，其D2、D3的柵極還處在+1.2V0導(dǎo)通狀態(tài)，那么每個(gè)IGBT柵極上的電壓為V=( 1.2V0+1.2V0-1.2V0)/3=0.4V。，小于開(kāi)啟電壓，因而三個(gè)全部關(guān)斷，由此可見(jiàn)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)并聯(lián)IGBT的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的同步。
[0023]采用pspice軟件對(duì)常用IGBT并聯(lián)電路與本實(shí)施例1GBT并聯(lián)均流電路分別進(jìn)行仿真。其IGBT仿真電流波形分別如圖4、圖5所示，圖4表示常用IGBT并聯(lián)電路中3個(gè)IGBT導(dǎo)通期間電流波形，可以看到由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步，造成其導(dǎo)通關(guān)斷狀態(tài)不一致，先導(dǎo)通或者后關(guān)斷的IGBT則會(huì)承受過(guò)大的電流；圖5表示本實(shí)施例1GBT并聯(lián)均流電路中3個(gè)IGBT電流波形，可以看出3個(gè)IGBT的電流幾乎相同，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象。仿真電路中IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓波形分別如圖6、圖7所示，對(duì)比可以看出，本實(shí)施例1GBT并聯(lián)均流電路中3個(gè)IGBT的柵極電壓信號(hào)相互關(guān)聯(lián)，如果Dl柵極電壓信號(hào)上升沿如果先于D2柵極電壓信號(hào)上升沿和D3柵極電壓信號(hào)上升沿之前到來(lái)，由于D1、D2、D3柵極短接，因此Dl柵極電壓信號(hào)上升沿會(huì)被減緩上升速率，Dl柵極電壓信號(hào)上升沿在D2、D3柵極電壓信號(hào)上升沿沒(méi)到來(lái)之前無(wú)法達(dá)到最大值，只有當(dāng)D1、D2、D3三個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)全部為高電平時(shí)，三個(gè)IGBT才能導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)3個(gè)IGBT同步開(kāi)通；而當(dāng)Dl柵極電壓信號(hào)下升沿到來(lái)的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致3個(gè)IGBT柵極電壓信號(hào)同步下降，實(shí)現(xiàn)3個(gè)IGBT同步關(guān)斷。綜上所述，本實(shí)施例能夠克服驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步對(duì)IGBT并聯(lián)電路造成均流不均衡的缺陷，實(shí)現(xiàn)了 IGBT并聯(lián)電路的均流。
[0024]常用IGBT并聯(lián)電路在工作過(guò)程中可分為IGBT關(guān)斷狀態(tài)與IGBT閉合狀態(tài)。在電路運(yùn)行過(guò)程中，電路有兩個(gè)電流通路，第一個(gè)是Vcc、負(fù)載、VDs和Cs構(gòu)成回路1，此時(shí)，Vcc通過(guò)VDs向Cs充電，Cs儲(chǔ)存電能；第二個(gè)是Vcc、負(fù)載、Dl、D2、D3、Cs、和Rs構(gòu)成的回路2。在IGBT關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，由于回路I的存在，Vcc通過(guò)VDs向Cs充電，Cs儲(chǔ)存電能，Cs上有電壓，因此在IGBT關(guān)斷狀態(tài)切換到開(kāi)通狀態(tài)的瞬間會(huì)導(dǎo)致IGBT開(kāi)通時(shí)出現(xiàn)明顯的硬開(kāi)通效應(yīng)。在IGBT閉合狀態(tài)時(shí)，Vcc通過(guò)IGBT構(gòu)成工作回路，同時(shí)Cs通過(guò)Rs和并聯(lián)的IGBT也構(gòu)成放電回路，也即是回路2，此時(shí)電容Cs在IGBT關(guān)斷狀態(tài)儲(chǔ)存的能量會(huì)通過(guò)IGBT形成續(xù)流回路，與Vcc的放電回路疊加在一起，此時(shí)IGBT閉合狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)的瞬間，會(huì)導(dǎo)致IGBT開(kāi)關(guān)出現(xiàn)明顯的硬關(guān)斷效應(yīng)。而本實(shí)施例1GBT并聯(lián)均流電路中，采用電容放電回路并接于電容Cs的設(shè)計(jì)；在電路運(yùn)行過(guò)程中，電路有四個(gè)電流通路，第一個(gè)是Vcc、負(fù)載、VDs和Cs構(gòu)成回路1，此時(shí)，Vcc通過(guò)VDs向Cs充電，Cs儲(chǔ)存電能；第二個(gè)是VCC、負(fù)載、VDs、Ml和放電電阻(Rm)構(gòu)成的回路2 ;第三個(gè)是Cs、Ml和Rm構(gòu)成的回路3，當(dāng)回路3導(dǎo)通時(shí)，Cs儲(chǔ)存電能的大部分電能會(huì)釋放到回路3中的電阻上；第四個(gè)是VCC、負(fù)載、Dl、D2、D3、Cs、和Rs構(gòu)成的回路4，在IGBT由導(dǎo)通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)的很短時(shí)間里，打開(kāi)放電回路，那么在這很短的時(shí)間內(nèi)電路中將出現(xiàn)回路I和回路2共存的狀態(tài)，由于回路2的存在，此時(shí)Vcc向Cs儲(chǔ)存電能的速率很慢，Cs電壓極低，此時(shí)IGBT關(guān)斷就實(shí)現(xiàn)了軟關(guān)斷；同理在IGBT由關(guān)斷狀態(tài)向閉合狀態(tài)切換的時(shí)刻的很短時(shí)間里，打開(kāi)放電回路，那么在這很短的時(shí)間內(nèi)電路中將出現(xiàn)回路3和回路4共存的狀態(tài)，由于回路3的存在，Cs儲(chǔ)存的絕大部分電能通過(guò)放電回路釋放掉，極少部分電能和Vcc的放電回路疊加在一起，從而IGBT的開(kāi)通時(shí)刻就實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)通。綜上所述即實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT并聯(lián)均流電路的軟開(kāi)關(guān)。
[0025]分別對(duì)常用IGBT并聯(lián)電路與本實(shí)施例1GBT并聯(lián)均流電路中IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷的電流電壓進(jìn)行仿真，其結(jié)果分別如圖8、圖9所示。如圖8所示可以看到IGBT開(kāi)通時(shí)，開(kāi)關(guān)器件的電流上升和電壓下降同時(shí)進(jìn)行；IGBT關(guān)斷時(shí)，電壓上升和電流下降同時(shí)進(jìn)行，存在明顯的電壓、電流波形交疊，即產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗，稱之為硬開(kāi)關(guān)。如圖9所示，IGBT開(kāi)通時(shí)，開(kāi)關(guān)器件的電流上升和電壓下降并沒(méi)有同時(shí)進(jìn)行；IGBT關(guān)斷時(shí)，電壓上升和電流下降也沒(méi)有同時(shí)進(jìn)行。圖10、圖11分別為IGBT開(kāi)通和關(guān)斷狀態(tài)的電流電壓波形圖，如圖10和圖11所示，可以明顯的看出電壓、電流波形的交疊面積極小，即實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)。綜上所述，本實(shí)施例中采用在RCD吸收電路中的電容上并接放電回路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT并聯(lián)均流電路的軟開(kāi)關(guān)，降低了開(kāi)關(guān)過(guò)程中的功率損耗，防止IGBT過(guò)熱，有效保護(hù)IGBT器件及電路。
[0026]綜上，本實(shí)用新型提供的IGBT并聯(lián)均流電路，克服了因驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步造成均流不均衡的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了 IGBT并聯(lián)電路的均流，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT并聯(lián)均流電路的軟開(kāi)關(guān)，且該IGBT并聯(lián)均流電路電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定性高、制造成本低。本實(shí)用新型并不局限于本實(shí)施例，特別適用于IGBT數(shù)量很大的IGBT并聯(lián)電路。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT并聯(lián)均流電路，包括N個(gè)并聯(lián)的IGBT模塊、N為整數(shù)、N≥2，R⑶吸收電路與負(fù)載，其中R⑶吸收電路并接于IGBT模塊兩端，電源通過(guò)負(fù)載與IGBT模塊連接；其特征在于，所述并聯(lián)的IGBT模塊中各IGBT柵極短接，所述RCD吸收電路由二極管、電阻、電容構(gòu)成，電阻并接于二極管兩端，電容串接于二極管負(fù)極，電容兩端還并接電容放電回路。
2.按權(quán)利要求1所述一種IGBT并聯(lián)均流電路，其特征在于，所述電容放電回路由MOSFET開(kāi)關(guān)管與三個(gè)并聯(lián)的放電電阻構(gòu)成，并聯(lián)后放電電阻一端與電容共接信號(hào)地，另一端接MOSFET開(kāi)關(guān)管源極，MOSFET開(kāi)關(guān)管漏極接電容另一端；控制信號(hào)加載于MOSFET開(kāi)關(guān)管柵極。
3.按權(quán)利要求1所述一種IGBT并聯(lián)均流電路，其特征在于，所述IGBT模塊由IGBT、柵極電阻、防誤導(dǎo) 通電阻構(gòu)成；防誤導(dǎo)通電阻接于IGBT柵極與源極之間，用于防止IGBT在工作中因外界電磁干擾出現(xiàn)誤導(dǎo)通；IGBT柵極通過(guò)柵極電阻接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，漏極通過(guò)負(fù)載接電源，源極接信號(hào)地。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK203608071SQ201320774498
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】畢闖, 侯鵬, 向勇, 盧華 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)