CN205986611U - 一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，包括IGBT制动单元：在IGBT制动单元的输出端和输入端之间连接有源钳位电路，有源钳位电路包括依次串联的电阻R1、二极管D4、稳压管D3、稳压管D2和稳压管D1。本实用新型吸收方式效果好，当母线电压波动、制动单元制动点变化、母线长度长达10m等情况发生时，IGBT的Vce电压均能根据稳压管的选择可靠的控制，提高了制动单元的稳定性、适用性。
Description
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路。
背景技术
在目前的大多数制动单元中，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的保护是一个薄弱环节，经常由于Vce尖峰电压过高而损坏。制动单元制动过程中，IGBT处于开关状态，例如690V系统中的IGBT关断的时候将产生4000A/us的di/dt，由于杂散电感的存在，将在IGBT的CE端产生较高的尖峰电压，当该电压超过IGBT的耐压值，将损坏IGBT，甚至炸机。若外部制动电阻发生短路，相当于1000V以上的直流正负母线经过IGBT发生短路，关断短路电流时的di/dt会更高，比关断额定电流要高很多，因此短路是Vce尖峰电压会更高，有可能出现驱动器即使发现了IGBT短路发生，并且也试图及时关断IGBT,但由于di/dt太高，产生了IGBT不可承受的尖峰电压，在关断短路电流后仍然可以损坏IGBT。所以此时制动单元即使有短路保护功能也是保护不住的。
制动单元的应用环境及其连接关系如图1所示，主要包括：一台变频器、一台制动单元、一只制动电阻。
而且，在制动单元现场应用中，有时候变频器连接到制动单元的正负母线由于现场工况的限制，不得已必须做的很长(比如10m)的时候，对IGBT来说情况进一步恶劣。因为当正负母线加长以后，杂散电感就会相应增加。假设母排杂散电感为100nH，则在7000A/us的电流变化率下，电压尖峰将高达700V。尖峰电压和母线电感成正比。因此制动单元正负母线电压不能无限制延长。国内一些主流制动单元的说明书明确声明正负母线必须在3m以内或者5m以内。但有些现场，一方面由于机柜位置已经确定，制动单元的正负母线必须很长，另一方面正负母线太长IGBT制动是的Vce尖峰电压太高，有炸机的危险。为了解决这一矛盾，必须对Vce尖峰电压加以限制。
现有的Vce尖峰电压限制方法，如图2所示，是在IGBT正负电压输入端并接一个无极性吸收电容。这种吸收方式虽简单易实现，但存在缺陷，包括：吸收效果不理想，尤其是制动单元母线长度超过5m以后，增加该吸收电容的容量对Vce尖峰电压吸收不起作用，试验中出现过损坏IGBT情况。吸收电容体积较大，浪费空间，使制动单元的体积被动加大。
因此，需要一种新的IGBT制动单元Vce尖峰电压吸收方式，来解决上述问题。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，能够解决直流母线过长时IGBT的Vce尖峰电压过高而引起的IGBT损坏的问题，以克服背景技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，包括IGBT制动单元：在IGBT制动单元的输出端和输入端之间连接有源钳位电路，有源钳位电路包括依次串联的电阻R1、二极管D4、稳压管D3、稳压管D2和稳压管D1。
较佳地，电阻R1的一端连接IGBT制动单元的下管Q2栅极，电阻R1的另一端连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接稳压管D3的阳极，稳压管D3的阴极连接稳压管D2的阳极，稳压管D2的阴极连接稳压管D1的阳极，稳压管D1的阴极连接IGBT制动单元的输出端。
较佳地，IGBT制动单元的输出端连接于IGBT制动单元上管Q1的栅极、源极和IGBT制动单元下管Q2的漏极；IGBT制动单元的输入端为IGBT制动单元的下管Q2栅极。
较佳地，IGBT制动单元下管Q2栅极和直流母线负极端N之间设置有限制电路。
较佳地，限制电路包括并联的电阻R2和稳压管D5，稳压管D5的阳极连接直流母线负极端N，稳压管D5的阴极连接IGBT制动单元下管Q2栅极。
较佳地，IGBT制动单元输出端与直流母线正极端P之间连接有制动电阻R4。
较佳地，还包括驱动电路，驱动电路通过驱动电阻R3连接IGBT制动单元的输入端
较佳地，驱动电路包括三极管Q3和三极管Q4。
本实用新型的有益效果在于：突破690V制动单元直流正负母线长度3-5m的限制，最大能达到10m，工作过程中IGBT的Vce尖峰电压限制在85％左右的额定工作电压以下，大大提高690V制动单元工作的安全性、稳定性，扩展690V制动单元适用范围。本实用新型吸收方式效果好，当母线电压波动、制动单元制动点变化、母线长度长达10m等情况发生时，IGBT的Vce电压均能根据稳压管的选择可靠的控制，提高了制动单元的稳定性、适用性。
附图说明
图1为制动单元IGBT使用环境示意图，
图2为制动单元IGBT现有的采用吸收电容的Vce尖峰电压吸收电路，
图3为本实用新型实施例的电路结构示意图，
图4为本实用新型实施例加入驱动电路的电路结构示意图，
图5为本实用新型实施例电压吸收的试验波形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，如图3所示包括IGBT制动单元，在IGBT制动单元的输出端和输入端之间连接有源钳位电路，有源钳位电路包括依次串联的电阻R1、二极管D4、稳压管D3、稳压管D2和稳压管D1。电阻R1的一端连接IGBT制动单元的下管Q2栅极，电阻R1的另一端连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接稳压管D3的阳极，稳压管D3的阴极连接稳压管D2的阳极，稳压管D2的阴极连接稳压管D1的阳极，稳压管D1的阴极连接IGBT制动单元的输出端。
IGBT制动单元的输出端连接于IGBT制动单元上管Q1的栅极、源极和IGBT制动单元下管Q2的漏极；IGBT制动单元的输入端为IGBT制动单元的下管Q2栅极。
IGBT制动单元下管Q2栅极和直流母线负极端N之间设置有限制电路。
限制电路包括并联的电阻R2和稳压管D5，稳压管D5的阳极连接直流母线负极端N，稳压管D5的阴极连接IGBT制动单元下管Q2栅极。电阻R2的电阻为10k，稳压管D5为18V。
IGBT制动单元输出端与直流母线正极端P之间连接有制动电阻R4。
本实施例还包括驱动电路，如图4所示，驱动电路包括三极管Q3和三极管Q4。驱动电路通过驱动电阻R3连接IGBT制动单元的输入端。本实施例的三极管Q3为NPN型三极管，三极管Q4为PNP型三极管。三极管Q3和三极管Q4的基极均连接于驱动电压的输入端，三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极均连接于驱动电阻R3，三极管Q3的集电极连接于+15v电压源，三极管Q4的集电极连接于-9v电压源。
本实用新型的工作原理为：IGBT在正常情况关断时会产生一定的电压尖峰，但数值不会太高，但在制动单元正负母线较长时(母线电感较大)，工作过程中如果要关断管子，就会在IGBT上产生较大的尖峰电压，此时IGBT非常容易被损坏。当Vce尖峰电压高到一定程度时，稳压管D1～D3被击穿，有电流经过二极管D4和电阻R1流进门极，门极电位得以提升，从而使IGBT关断变慢，降低di/dt，进而减小Vce尖峰电压。具体实施过程如图5所示，当制动单元处于制动状态，某时刻外需要关断IGBT时，假设Vce足以击穿D1、D2、D3，由于此时外部驱动电路的三极管Q4处于导通状态，因此在IGBT模块下管门极上得到的电压是R3*(Vce-Vd1-Vd2-Vd3+9V)/(R3+R1)。由于IGBT开动速度足够快，再加上门极18V稳压管的存在，保证了吸收过程中门极电压不至于冲的过高而损坏。
这种保护电路只有在Vce过高的时候才会起作用，正常是不工作。这个吸收电路的本质是一个负反馈电路，给定是稳压管击穿点，被控对象是集电极电位，稳压管上的电压就是IGBT集电极上的电压，能控制住稳压管电压，就能控制住Vce电压。使用多个稳压管串联的方式是为了降低单个稳压管的功耗，提高该电路的可靠性。IGBT Vce尖峰的能量最终是以延长IGBT处于放大区时间来的方式转化成热量。
图5为有源钳位Vce尖峰电压吸收的制动单元实际工作波形，图中示出了IGBT下管驱动波形、IGBT下管Vce电压波形，有源嵌位电路电压波形，由图中圆框所示可见，当驱动电压试图关断IGBT时，在IGBT逐渐关断的过程中，Vce急剧升高，高到某一值时，驱动电压重新升高，延长了关断时间，使IGBT处于放大区的时间加长，从而减小了di/dt，Vce得到了有效的控制。试验证明本实施例的吸收方式效果较好，当母线波动、制动单元制动点变化、母线长度长达10m等情况发生时，IGBT的Vce电压均能根据稳压管的选择可靠的控制，提高了制动单元的稳定性、适用性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的部分属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，包括IGBT制动单元，其特征在于：在所述IGBT制动单元的输出端和输入端之间连接有源钳位电路，所述有源钳位电路包括依次串联的电阻R1、二极管D4、稳压管D3、稳压管D2和稳压管D1。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，其特征在于：所述电阻R1的一端连接所述IGBT制动单元的下管Q2栅极，所述电阻R1的另一端连接所述二极管D4的阴极，所述二极管D4的阳极连接所述稳压管D3的阳极，所述稳压管D3的阴极连接所述稳压管D2的阳极，所述稳压管D2的阴极连接所述稳压管D1的阳极，所述稳压管D1的阴极连接所述IGBT制动单元的输出端。
3.根据权利要求1或2所述的一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，其特征在于：所述IGBT制动单元的输出端连接于所述IGBT制动单元上管Q1的栅极、源极和所述IGBT制动单元下管Q2的漏极；所述IGBT制动单元的输入端为所述IGBT制动单元的下管Q2栅极。
4.根据权利要求3所述的一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，其特征在于：所述IGBT制动单元下管Q2栅极和直流母线负极端N之间设置有限制电路。
5.根据权利要求4所述的一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，其特征在于：所述限制电路包括并联的电阻R2和稳压管D5，所述稳压管D5的阳极连接所述直流母线负极端N，所述稳压管D5的阴极连接所述IGBT制动单元下管Q2栅极。
6.根据权利要求3所述的一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，其特征在于：所述IGBT制动单元输出端与直流母线正极端P之间连接有制动电阻R4。
7.根据权利要求3所述的一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，其特征在于：还包括驱动电路，所述驱动电路通过驱动电阻R3连接所述IGBT制动单元的输入端
8.根据权利要求7所述的一种IGBT制动单元的Vce尖峰电压吸收电路，其特征在于：所述驱动电路包括三极管Q3和三极管Q4。
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