Igbt緩沖電路、pfc電路和空調控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種IGBT緩沖電路，包括鉗位單元、緩沖單元和限壓單元，鉗位單元連接于IGBT的集電極和緩沖單元之間，用于當IGBT處于導通狀態時，鉗位IGBT的瞬變電壓，阻止緩沖單元存儲的電能通過IGBT；限壓單元連接于緩沖單元和負載之間，用于當IGBT處于關斷瞬間狀態，IGBT的集電極與發射極之間的電壓經由鉗位單元向緩沖單元充電時，為緩沖單元提供對負載的放電通路，限制充電期間的電壓峰值產生。本發明進一步提供一種PFC電路和空調控制系統。本發明所取得的有益效果為：降低開關損耗，對IGBT起到保護作用。
【專利說明】IGBT緩沖電路、PFC電路和空調控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子領域，尤其涉及IGBT緩沖電路、PFC電路和空調控制系統。
【背景技術】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)，是由BJT (Bipolar Junct1n Transistor,雙極型三極管)和 MOS (metal-oxi de-semi conductor,絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬-氧化層半導體場效晶體管)的高輸入阻抗和GTR(Giant Transistor,電力晶體管)的低導通壓降兩方面的優點，驅動功率小而飽和壓降低，被廣泛使用在變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
[0003]在電力電子電路中，IGBT導通和關斷時刻都要承受很大的電壓、電流，通常IGBT都工作于通斷狀態，IGBT的導通和關斷都不是瞬時完成的。IGBT剛剛導通時，IGBT的等效阻抗大，如果IGBT電流很快上升，就會造成很大的導通損耗；同樣器件接近完全關斷時，器件的電流還比較大，如果IGBT器件承受的電壓迅速上升，也會造成很大的關斷損耗。開關損耗會導致IGBT的發熱甚至損壞，實際電力電子電路中，還常由于二極管的反向恢復電流而增加電力電子器件的開通電流，由于感性負載或導線的分布電感等原因造成器件關斷時承受很高的感應電壓，采用緩沖電路可以改善IGBT的開關工作條件。
[0004]如圖1所示，為現有技術中最簡單的單電容緩沖電路，對于抑制瞬變電壓非常有效且成本較低，但由于電路中無阻尼元件隨功率增大，易與線路雜散電感產生LC(電感L、電容C)振蕩，故應選擇無感電容或串入電阻。如圖2所示,是一個單元RDC(resistanced1de capacitance，電阻二極管電容)緩沖電路，由于其中的快速恢復二極管可鉗位瞬變電壓，從而可抑制諧振的發生，但隨著功率等級的進一步加大，這種電路的回路寄生電感會變得很大，以至不能有效控制dv/dt(電壓上升率)，因此，在使用功率器件IGBT時，如何抑制產生的較高浪涌電壓和電流，是亟需解決的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的主要目的在于提供一種IGBT緩沖電路，旨在解決在使用功率器件IGBT時，產生的較高浪涌電壓和電流對IGBT的影響以及避免尖峰電流過高而產生的系統誤動作的問題。
[0006]為實現上述目的，本發明提供的IGBT緩沖電路，連接于IGBT和負載之間，包括鉗位單元、緩沖單元和限壓單元，其中，
[0007]所述鉗位單元，連接于所述IGBT的集電極和所述緩沖單元之間，用于當所述IGBT處于導通狀態時，鉗位所述IGBT的瞬變電壓，阻止緩沖單元存儲的電能通過所述IGBT ;所述限壓單元，連接于所述緩沖單元和所述負載之間，用于當所述IGBT處于關斷瞬間狀態，所述IGBT的集電極與發射極之間的電壓經由所述鉗位單元向所述緩沖單元充電時，為所述緩沖單元提供對所述負載的放電通路，限制充電期間的電壓峰值產生。
[0008]優選地，所述鉗位單元為快速恢復二極管。
[0009]優選地，所述緩沖單元為緩沖電容。
[0010]優選地，所述限壓單元為限壓電阻，所述限壓電阻一端連接于所述鉗位單元和所述緩沖單元之間，所述限壓電阻另一端與所述負載相連。
[0011]優選地，所述IGBT緩沖電路，還包括續流二極管，所述續流二極管的陽極與所述IGBT的發射極相連，所述續流二極管的陰極與所述IGBT的集電極相連。
[0012]本發明進一步提供一種PFC(Power Factor Correct1n,功率因數校正)電路,包括IGBT緩沖電路。
[0013]優選地,還包括第一 AC/DC轉換器、輸出電容,所述第一 AC/DC轉換器,與交流電壓和IGBT緩沖電路的電壓輸入端相連，用于將交流電壓轉換為直流電壓后提供給所述IGBT緩沖電路；所述輸出電容，連接于IGBT緩沖電路的輸出端和所述負載之間，用于將IGBT緩沖電路的輸出電壓濾波后得到的平滑的直流電壓提供給所述負載。
[0014]優選地，所述PFC電路，還包括電感、第二二極管，所述電感一端與所述第一 AC/DC轉換器的正極輸入端相連，所述電感另一端與所述IGBT的集電極相連，所述第二二極管一端與所述IGBT的集電極相連，所述第二二極管另一端與所述負載的正極輸入端相連。
[0015]優選地，所述PFC電路，還包括第二 AC/DC轉換器，所述第二 AC/DC轉換器連接于交流電壓和所述負載之間，用于將交流電壓直接轉換為直流電壓后提供給所述負載。
[0016]本發明進一步提供一種空調控制系統，包括所述的PFC電路。
[0017]本發明IGBT緩沖電路，連接于IGBT和負載之間，包括鉗位單元、緩沖單元和限壓單元，其中，所述鉗位單元，連接于所述IGBT的集電極和所述緩沖單元之間，用于當所述IGBT處于導通狀態時，鉗位所述IGBT的瞬變電壓，阻止緩沖單元存儲的電能通過所述IGBT ;所述限壓單元，連接于所述緩沖單元和所述負載之間，用于當所述IGBT處于關斷瞬間狀態，所述IGBT的集電極與發射極之間的電壓經由所述鉗位單元向所述緩沖單元充電時，為所述緩沖單元提供對所述負載的放電通路，限制充電期間的電壓峰值產生。本發明所取得的有益效果為:不但能夠在IGBT關斷時，很好的抑制電壓瞬變，降低緩沖單元充電帶來的電流尖峰，降低開關損耗，還可以在IGBT導通時，有效地抑制電流波動，對IGBT起到很好的保護作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為現有技術中單電容緩沖電路的電路圖；
[0019]圖2為現有技術中單元RDC緩沖電路的電路圖；
[0020]圖3為本發明IGBT緩沖電路一實施例的結構框圖；
[0021]圖4為本發明IGBT緩沖電路一實施例的電路圖；
[0022]圖5為本發明PFC電路一實施例的電路圖；
[0023]圖6為本發明PFC電路另一實施例的電路圖。
[0024]本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。【具體實施方式】[0025]應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0026]本發明提供一種IGBT緩沖電路，參照圖3和圖4，在一實施例中，IGBT緩沖電路10，連接于IGBT20和負載30之間，包括鉗位單元11、緩沖單元12和限壓單元13，其中，
[0027]所述鉗位單元11，連接于所述IGBT20的集電極和所述緩沖單元12之間，用于當所述IGBT20處于導通狀態時，鉗位所述IGBT20的瞬變電壓，阻止緩沖單元12存儲的電能通過所述IGBT20。
[0028]參照圖4，在本實施例中，鉗位單元11為快速恢復二極管Dl，緩沖單元12為緩沖電容Cl，快速恢復二極管Dl鉗位IGBT20的瞬變電壓，阻止緩沖電容Cl存儲的電能通過IGBT20，從而抑制當IGBT20導通時的電流上升率di/dt。
[0029]所述限壓單元13，連接于所述緩沖單元12和所述負載30之間，用于當所述IGBT20處于關斷瞬間狀態，所述IGBT20的集電極與發射極之間的電壓經由所述鉗位單元11向所述緩沖單元12充電時，為所述緩沖單元12提供給所述負載30的放電通路，限制充電期間的電壓峰值產生。
[0030]在本實施例中，所述限壓單元13為限壓電阻Rl，所述限壓電阻Rl —端連接于所述鉗位單元11和所述緩沖單元12之間，所述限壓電阻Rl另一端與所述負載30相連。
[0031]當IGBT20處于關斷瞬間狀態，IGBT20的集電極與發射極之間的電壓Uce瞬間升高，IGBT20的集電極與發射極之間的電壓Uce經由快速恢復二極管Dl給緩沖電容Cl充電，緩沖電容Cl吸收部分變化量，達到緩沖效果；然后緩沖電容Cl的充電電壓通過限壓電阻Rl傳輸給負載30得以瀉放，從而抑制當IGBT20關斷時端電壓的上升率dv/dt。
[0032]本實施例的IGBT緩沖電路10，連接于IGBT20和負載30之間，包括鉗位單元11、緩沖單元12和限壓單元13，其中，所述鉗位單元11，連接于所述IGBT20的集電極和所述緩沖單元12之間，用于當所述IGBT20處于導通狀態時，鉗位所述IGBT20的瞬變電壓，阻止緩沖單元12存儲的電能通過所述IGBT20 ;所述限壓單元13，連接于所述緩沖單元12和所述負載30之間，用于當所述IGBT20處于關斷瞬間狀態，所述IGBT20的集電極與發射極之間的電壓經由所述鉗位單元11向所述緩沖單元12充電時，為所述緩沖單元12提供對所述負載30的放電通路，限制充電期間的電壓峰值產生。本實施例取得的有益效果為:不但能夠在IGBT20關斷時，很好的抑制電壓瞬變，降低緩沖單元12充電帶來的電流尖峰，降低開關損耗，還可以在IGBT20導通時，有效地抑制電流波動，對IGBT20起到很好的保護作用。
[0033]參見圖3和圖4，進一步地，所述IGBT緩沖電路10，還包括續流二極管D3，所述續流二極管D3的陽極與所述IGBT20的發射極相連，所述續流二極管D3的陰極與所述IGBT20的集電極相連。
[0034]續流二極管D3可以選用快速恢復二極管或者肖特基二極管，續流二極管D3在電路中用來保護IGBT20不被感應電壓擊穿或燒壞，以并聯反向連接的方式與IGBT20的集電極和發射極兩端相連，并與其形成回路，使其產生的高電動勢在回路以續電流方式消耗，從而起到保護電路中的元件不被損壞。
[0035]在本實施例中，電阻Rl和二極管Dl也可以采用并聯或串聯的方式替換。
[0036]本發明進一步提供一種PFC電路，參見圖5，在本發明PFC電路的一實施例中，PFC電路包括IGBT緩沖電路10、第一 AC/DC轉換器40及輸出電容50。在本實施例中，所述第一 AC/DC轉換器40為整流橋DBl，與交流電壓和IGBT緩沖電路10的電壓輸入端相連，用于將交流電壓轉換為直流電壓后提供給所述IGBT緩沖電路10 ;所述輸出電容50為濾波電容E1，連接于IGBT緩沖電路10的輸出端和所述負載30之間，用于將IGBT緩沖電路10的輸出電壓濾波后得到的平滑的直流電壓提供給所述負載30。
[0037]進一步地，所述PFC電路，還包括電感L1、第二二極管D2，所述電感LI 一端與第一AC/DC轉換器40的正極輸入端相連，所述電感LI另一端與所述IGBT20的集電極相連，所述第二二極管D2 —端與所述IGBT20的集電極相連，所述第二二極管D2另一端與所述負載30的正極輸入端相連。
[0038]電感L1、第二二極管D2和IGBT20構成升壓BOOST回路60，其作用是調制輸入電流波形，使直流側電壓升高，升壓BOOST回路60是一種常見的升壓拓撲電路，在這里不再詳述。
[0039]參見圖6，在本發明PFC電路的另一實施例中，在前一實施例的基礎上，本實施例的PFC電路還包括第二 AC/DC轉換器70，所述第二 AC/DC轉換器70為整流橋DB2，整流橋DB2連接于交流電壓和所述負載30之間，用于將交流電壓直接轉換為直流電壓后傳輸給所述負載30,以達到傳輸穩定的直流輸出電壓傳輸給負載30的目的。
[0040]本發明還進一步提供一種空調控制系統，包括以上所述的PFC電路，在此不再贅述。
[0041]以上僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種IGBT緩沖電路，其特征在于，連接于IGBT和負載之間，包括鉗位單元、緩沖單元和限壓單元，其中， 所述鉗位單元，連接于所述IGBT的集電極和所述緩沖單元之間，用于當所述IGBT處于導通狀態時，鉗位所述IGBT的瞬變電壓，阻止緩沖單元存儲的電能通過所述IGBT ； 所述限壓單元，連接于所述緩沖單元和所述負載之間，用于當所述IGBT處于關斷瞬間狀態，所述IGBT的集電極與發射極之間的電壓經由所述鉗位單元向所述緩沖單元充電時，為所述緩沖單元提供對所述負載的放電通路，限制充電期間的電壓峰值產生。
2.如權利要求1所述的IGBT緩沖電路，其特征在于，所述鉗位單元為快速恢復二極管。
3.如權利要求1所述的IGBT緩沖電路，其特征在于，所述緩沖單元為緩沖電容。
4.如權利要求1所述的IGBT緩沖電路，其特征在于，所述限壓單元為限壓電阻，所述限壓電阻一端連接于所述鉗位單元和所述緩沖單元之間，所述限壓電阻另一端與所述負載相連。
5.如權利要求1所述的IGBT緩沖電路，其特征在于，還包括續流二極管，所述續流二極管的陽極與所述IGBT的發射極相連，所述續流二極管的陰極與所述IGBT的集電極相連。
6.一種PFC電路，其特征在于，包括如權利要求1至5任一項所述的IGBT緩沖電路。
7.如權利要求6所述的PFC電路，其特征在于，還包括第一AC/DC轉換器、輸出電容，所述第一 AC/DC轉換器，與交流電壓和IGBT緩沖電路的電壓輸入端相連，用于將交流電壓轉換為直流電壓后提供給所述IGBT緩沖電路；所述輸出電容，連接于IGBT緩沖電路的輸出端和所述負載之間，用于將IGBT緩沖電路的輸出電壓濾波后得到的平滑的直流電壓提供給所述負載。
8.如權利要求7所述的PFC電路，其特征在于，還包括電感、第二二極管，所述電感一端與所述第一 AC/DC轉換器的正極輸入端相連，所述電感另一端與所述IGBT的集電極相連，所述第二二極管一端與所述IGBT的集電極相連，所述第二二極管另一端與所述負載的正極輸入端相連。
9.如權利要求7所述的PFC電路，其特征在于，還包括第二AC/DC轉換器，所述第二 AC/DC轉換器連接于交流電壓和所述負載之間，用于將交流電壓直接轉換為直流電壓后提供給所述負載。
10.一種空調控制系統，其特征在于，包括如權利要求6至9任一項所述的PFC電路。
【文檔編號】H02M1/42GK104038044SQ201410214821
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】李忠慧, 小倉健 申請人:廣東美的暖通設備有限公司, 美的集團股份有限公司