專利名稱：一種igbt電路的制作方法
技術領域：
本發明屬于電力電子領域，具體涉及一種IGBT保護電路。
背景技術：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是MOSFET與雙極晶體管的復合器件。它既有功率 MOSFET輸入阻抗高、工作速度快、易驅動的優點，又具有雙極達林頓功率管(GTO)飽和電壓 低、電流容量大、耐壓高等優點，能正常工作于幾十KHz頻率范圍內，故在較高頻率的大、中 功率設備(如變頻器、UPS電源、高頻焊機等)應用中占據了主導地位。現有電力電子變換裝置，由于器件水平的限制，當單個IGBT的容量不滿足功率要 求的時候，通常采用多路IGBT并聯的方式使用，以提高耐壓、耐流的等級。如圖1所示為現 有技術的并聯IGBT電路示意圖，多路IGBT電路并聯后與保護電路2、驅動單元1串聯，所有 并聯的IGBT電路共用一個保護電路；圖2為現有技術的IGBT電路示意圖，圖中僅示出了其 中一條支路的示意圖，保護電路為圖中2所示，正常工作情況下當驅動單元1輸出信號為 高電平，二極管Dl處于導通狀態，電流由二極管Dl支路流過，IGBT實現了快導通；當IGBT 斷開時，IGBT的門極電壓高于圖中A點的電壓，二極管Dl處于截止狀態，電流由Rl支路流 過，由于Rl存在電阻，IGBT實現了慢關斷。當其中一路IGBT失效后，一般情況集電極與門級呈低阻態，高壓通過集電極竄 至門極，TVS (Transient Voltage Suppressor，瞬態抑制二極管)管開啟箝位，由于門極 驅動電阻的存在，驅動單元無法正常箝位門極電壓，其余IGBT將持續導通引起部分模塊燒 毀。TVS管僅能瞬間箝位，當受到持續高電壓的沖擊時，TVS管失效引起短路-燒毀_斷路， 最終引起高壓全部加在IGBT門極和驅動單元上，引起驅動單元損壞和模塊燒毀甚至爆炸。 另一種情況如果IGBT失效集電極與門級呈高阻態，產生一個小的漏電流，若此時輸出驅 動單元1仍工作的話，驅動單元1有一定的帶載能力，該漏電流不影響其正常工作。然而在 部分情況下，驅動單元1是不工作的，此時漏電流將會流向與其并聯的其他IGBT支路上，導 致IGBT誤操作而損壞。不管哪種原因引起的IGBT失效，其通常失效狀態為集電極(C極)、門極(G極)、 發射極(E極)短路，當集電極與門極短路時，集電極的高壓就會竄到與損壞IGBT并聯的其 它支路IGBT上，在瞬間引起門級連鎖擊穿，導致IGBT損壞。
發明內容
本發明要解決的技術問題為現有的IGBT并聯電路中如果有一路IGBT發生損壞， 集電極的高電壓會竄到其它支路IGBT門極上，瞬間引起門級連鎖擊穿的問題。為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案一種IGBT電路，包括一驅動單元、IGBT、保護電路；其中保護電路包括開關單 元、控制單元、熔斷器、穩壓二極管；所述開關單元的兩端分別與驅動單元及熔斷器相連，所 述開關單元的控制端與控制單元相連接，所述控制單元接收驅動單元的信號以控制開關單
3元的導通與斷開，熔斷器與IGBT的門極相連，穩壓二極管的正端連接所述開關單元與熔斷 器的連接點，負端連接IGBT的發射極。與現有技術相比，本發明提供技術方案中的IGBT處于失效狀態下，當IGBT集電極 與門級呈低阻態時，集電極高壓竄至門級，門級產生大電流，穩壓二極管立即箝位，門級高 電壓被限制到一定水平，在此期間，大電流通過熔斷器使熔斷器熔斷，使該IGBT門極支路 斷開；當IGBT集電極與門級呈高阻態時，門級產生一小的漏電流，此漏電流不足以將熔斷 器熔斷的情況下，若驅動單元仍工作，由于其有一定的帶載能力，該漏電流不影響IGBT正 常工作；若驅動單元不工作，此時在控制單元的控制下開關單元斷開，使該IGBT門極支路 斷開。
圖1為現有技術的并聯IGBT電路示意圖；圖2為現有技術的IGBT電路示意圖；圖3為本發明一個實施例的IGBT電路示意圖；圖4為本發明另一個實施例的IGBT電路示意圖；圖5為本發明圖4中一 IGBT門極支路的電路原理圖；圖6為本發明進一步改進的再一個實施例IGBT電路原理圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發明進一步詳細說明。本發明實施例提供的IGBT電路，包括一驅動單元、IGBT、以及保護電路。該保護 電路包括開關單元、控制單元、熔斷器、穩壓二極管。如圖3為本發明一個實施例的IGBT 電路示意圖，其中熔斷器優選為保險絲402、開關單元401的兩端分別與驅動單元1及保險 絲402相連，所述開關單元401的控制端與控制單元403相連接，所述控制單元403接收驅 動單元1的信號以控制開關單元的導通與斷開，保險絲402分別連接開關單元401和IGBT 的門極，穩壓二極管404的正端連接所述開關單元401與保險絲402的連接點，負端連接 IGBT的發射極。所述第三電阻R3在IGBT的門極提供一弱下拉，防止了因門級懸空而導致 的IGBT誤操作。本發明提供技術方案中的IGBT處于失效狀態下，當IGBT集電極與門級呈低阻態 時，集電極高壓竄至門級，門級產生大電流，穩壓二極管立即箝位，門級高電壓被限制到一 定水平，在此期間，大電流通過保險絲使保險絲熔斷，使該IGBT門極支路斷開；當IGBT集電 極與門級呈高阻態時，門級產生一小的漏電流，此漏電流不足以將保險絲熔斷的情況下，若 驅動單元仍工作，由于其有一定的帶載能力，該漏電流不影響IGBT正常工作；若驅動單元 不工作，此時在控制單元的控制下開關單元斷開，使該IGBT門極支路斷開。如圖4為本發明另一個實施例的IGBT電路示意圖；所述IGBT電路包括復數個 IGBT,以及復數個保護電路4 ；所述復數個保護電路4與復數個IGBT —一對應，復數個保護 電路4的一端均連接至驅動單元1，另一端分別連接相應IGBT的門極，具體的，復數個保護 電路4的各個開關單元的一端均連接至驅動單元1，復數個保護電路4的各個保險絲分別連
4接相應IGBT的門極。該IGBT電路還包括與IGBT —一對應的復數個電阻；所述復數個電阻 分別連接相應IGBT的門極和發射極；上述電阻在IGBT的門極提供一弱下拉，防止了因門級 懸空而導致的IGBT誤操作。如圖5所示為本發明圖4中一 IGBT門極支路電路原理圖。其中，穩壓二極管404 優選為TVS管，開關單元401優選為光繼電器，控制單元403優選為驅動單元1中的電源， 控制單元403將電源的電壓信號加載至光繼電器，以控制繼電器是否工作，即驅動單元1上 電工作時，光繼電器401由于上電而導通；當驅動單元1不工作斷電時，光繼電器401也會 由于斷電而斷開。驅動單元1用來驅動IGBT，為本領域技術人員所熟知，此處不再贅述。以 下詳細說明其工作原理當其中某一支路的IGBT失效后，一種情況當IGBT集電極與門級呈低阻態時，集 電極的高電壓會竄到門級，門級產生大電流，TVS立即箝位，門級高電壓被限制到一定水平， 由于并聯的各IGBT門極均有獨立的保護電路和門極驅動電阻，驅動單元1可以正常箝位其 他IGBT門極電壓，不會影響其他IGBT正常工作。在此期間，大電流通過保險絲402使保險 絲402熔斷，使損壞的IGBT門極支路與其他IGBT門極支路斷開，從而有效的防止了門級連 鎖擊穿的反應。另一種情況當IGBT集電極與門級呈高阻態時，門級產生一小的漏電流，此 漏電流不足以將保險絲402熔斷的情況下，若此時輸出驅動單元1仍工作的話，由于驅動單 元1有一定的帶載能力，該漏電流不影響其正常工作。若驅動單元1是不工作的，由于存在 光繼電器401，驅動單元1的電源作為光繼電器401的控制信號，在驅動單元1不工作即斷 電的情況下，光繼電器401也會斷開，這樣漏電流就不會竄至其他IGBT支路，導致其他IGBT 支路隨之損壞，從而起到了保護功能。圖6所示為本發明進一步改進的再一個實施例IGBT電路原理圖。IGBT電路包括 驅動單元1，IGBT ；所述驅動單元1、保護電路4和IGBT依次串聯；其中所述保護電路4包 括光繼電器401、電源403、保險絲402、TVS管404、第一電阻R4、第二電阻R5、一二極管 D2 ；第一電阻R4、光繼電器401和保險絲402三者依序串聯后連接所述驅動單元1和所述 IGBT電路的門極；電源403連接所述驅動單元1和光繼電器401 ；第二電阻R5的一端和二 極管D2的正端連接，第二電阻R5的另一端連接驅動單元1，二極管D2的負端連接所述開 關單元401和保險絲402的連接點；第一電阻R4的阻值遠大于第二電阻R5 ；TVS管404的 正端連接所述開關單元401與保險絲402的連接點，負端連接IGBT的發射極；第三電阻R3 連接所述IGBT的門極和發射極，所述第三電阻R3在IGBT的門極提供一弱下拉，防止了因 門級懸空而導致的IGBT誤操作。詳細原理說明如下正常工作情況下當驅動單元1上電工作時，由于光繼電器401的控制端由驅動單 元1連接的電源控制，此時光繼電器401閉合，二極管D2導通，因第一電阻R4的阻值遠大 于第二電阻R5的阻值，電流大部分從第二電阻R5和二極管D2支路流過，通過保險絲402， IGBT實現了快導通；當IGBT斷開時，IGBT的門極電壓高于圖中A點的電壓，電流從IGBT門 極流過保險絲402，由于二極管D2反向截止，電流從光繼電器401和第一電阻R4支路流過， 由于第一電阻R4的阻值遠大于第二電阻R5的阻值，從而實現了慢斷開。當其中某一支路的IGBT失效后，一種情況當集電極與門級呈低阻態時，集電極 的高電壓會竄到門級，門級產生大電流，TVS立即箝位，門級高電壓被限制到一定水平，由于 并聯的各IGBT門極均有獨立的保護電路和門極驅動電阻，驅動單元1可以正常箝位其他
5IGBT門極電壓，不會影響其他IGBT正常工作。在此期間，大電流通過保險絲402使保險絲 402熔斷，使損壞的IGBT門極支路與其他IGBT門極支路斷開，從而有效的防止了門級連鎖 擊穿的反應。另一種情況當集電極與門級呈高阻態時，門級產生一小的漏電流，此漏電流 不足以將保險絲402熔斷的情況下，若此時輸出驅動單元1仍工作的話，由于驅動單元1有 一定的帶載能力，該漏電流不影響其正常工作。若驅動單元1是不工作的，由于存在光繼電 器401，驅動單元1的電源作為光繼電器401的控制信號，在驅動單元1不工作即斷電的情 況下，光繼電器401也會斷開，這樣漏電流就不會竄至其他IGBT支路，導致其他IGBT支路 隨之損壞，從而起到了保護功能。 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在 本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應包含在本發明的保 護范圍之內。
權利要求
1.一種IGBT電路，包括一驅動單元、IGBT ；其特征在于還包括保護電路；所述保護 電路包括開關單元、控制單元、熔斷器、穩壓二極管；所述開關單元的兩端分別與驅動單 元及熔斷器相連，所述開關單元的控制端與控制單元相連，所述控制單元接收驅動單元的 信號以控制開關單元的導通與斷開，熔斷器與IGBT的門極相連，穩壓二極管的正端連接所 述開關單元與熔斷器的連接點，穩壓二極管的負端連接IGBT的發射極。
2.根據權利要求1所述的IGBT電路，其特征在于所述IGBT電路包括復數個IGBT，以 及復數個保護電路；所述復數個保護電路與復數個IGBT —一對應，復數個保護電路中的開 關單元均連接至驅動單元。
3.根據權利要求1或2所述的IGBT電路，其特征在于所述開關單元為光繼電器，控 制單元接收驅動單元中的電源提供的電壓信號并加載至光繼電器，以控制光繼電器工作。
4.根據權利要求3所述的IGBT電路，其特征在于所述穩壓二極管為TVS管。
5.根據權利要求1或2所述的IGBT電路，其特征在于所述保護電路還包括第一電 阻、第二電阻、一二極管；第一電阻的兩端分別與驅動單元和開關單元連接；第二電阻的一 端和所述二極管的正端連接，所述第二電阻的另一端連接所述驅動單元，所述二極管的負 端連接所述開關單元和保險絲的連接點。
6.根據權利要求1或2所述的IGBT電路，其特征在于所述保護電路還包括第三電 阻；第三電阻的兩端分別連接所述IGBT的門極和發射極。
全文摘要
本發明公開了一種IGBT電路，包括一驅動單元、IGBT、保護電路；其中保護電路包括開關單元、控制單元、熔斷器、穩壓二極管；所述開關單元的兩端分別與驅動單元及熔斷器相連，所述開關單元的控制端與控制單元相連，所述控制單元接收驅動單元的信號以控制開關單元的導通與斷開，熔斷器與IGBT的門極相連，穩壓二極管的正端連接所述開關單元與熔斷器的連接點，穩壓二極管的負端連接IGBT的發射極。本發明有效解決了現有技術中的IGBT電路并聯應用中如果有一路IGBT發生損壞，集電極的高電壓會竄到其它支路IGBT門極上，瞬間引起門級連鎖擊穿的問題。
文檔編號H03K17/567GK102006040SQ20091018982
公開日2011年4月6日 申請日期2009年8月28日 優先權日2009年8月28日
發明者夏文錦, 沈麗, 韓瑤川 申請人:比亞迪股份有限公司