專利名稱：一種igbt電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種具有保護(hù)功能的IGBT電路。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是MOSFET與雙極晶體管的復(fù)合器件。它既有功率 MOSFET輸入阻抗高、工作速度快、易驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極達(dá)林頓功率管(GTO)飽和電壓 低、電流容量大、耐壓高等優(yōu)點(diǎn)，能正常工作于幾十KHz頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中 功率設(shè)備(如變頻器、UPS電源、高頻焊機(jī)等)應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位?，F(xiàn)有電力電子變換裝置，由于器件水平的限制，當(dāng)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(lián)的方式使用，以提高耐壓、耐流的等級。如圖1所示為現(xiàn) 有技術(shù)的并聯(lián)IGBT電路示意圖，多路IGBT電路并聯(lián)后與保護(hù)電路2、驅(qū)動單元1串聯(lián)，所有 并聯(lián)的IGBT電路共用一個保護(hù)電路；圖2為現(xiàn)有技術(shù)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(hù)電路為圖中2所示，正常工作情況下當(dāng)驅(qū)動單元1輸出信號為 高電平，二極管Dl處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流由二極管Dl支路流過，IGBT實(shí)現(xiàn)了快導(dǎo)通；當(dāng)IGBT 斷開時，IGBT的門極電壓高于圖中A點(diǎn)的電壓，二極管Dl處于截止?fàn)顟B(tài)，電流由Rl支路流 過，由于Rl存在電阻，IGBT實(shí)現(xiàn)了慢關(guān)斷。當(dāng)其中一路IGBT失效后，集電極與門級呈低阻態(tài)，高壓通過集電極竄至門極， TVS (Transient Voltage Suppressor，瞬態(tài)抑制二極管)管開啟箝位，由于門極驅(qū)動電阻的 存在，驅(qū)動單元無法正常箝位門極電壓，其余IGBT將持續(xù)導(dǎo)通引起部分模塊燒毀。TVS管僅 能瞬間箝位，當(dāng)受到持續(xù)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(qū)動單元上，引起驅(qū)動單元損壞和模塊燒毀甚至爆炸。圖3為第二種現(xiàn)有技術(shù)的IGBT保護(hù)電路示意圖，保護(hù)電路為圖中2所示，正常工 作的情況與圖2相同。當(dāng)其中一路IGBT失效后，集電極與門極呈低阻態(tài)，高壓通過集電極 竄至門極，TVS管開啟箝位，門極電壓被限制在一定水平，在此期間，保險絲Fl的熔體兩端 電壓高電流大，會出現(xiàn)熔體已熔化甚至氣化，但是電流并沒有切斷，其原因就是在熔斷的一 瞬間在電壓及電流的作用下，保險絲的兩電極之間發(fā)生拉弧現(xiàn)象。由于保險絲的持續(xù)拉弧， 在電弧的作用下將保險的外殼、TVS炸毀，高壓竄到門極將其他IGBT連鎖擊穿燒毀。當(dāng)高電 壓加到保險絲Fl和TVS管兩端，在上電瞬間流過保險的電流為正常熔斷電流的最大值，隨 著電流時間的增加，保險絲自身的電阻變大，電流變小，熔體溫度升高并熔斷，但是在保險 絲的熔體熔斷的一瞬間由于電壓和電流的作用下兩電極之間發(fā)生了拉弧現(xiàn)象，電流沒有切 斷。TVS管僅在上電瞬間將電壓箝位在所要求的安全數(shù)值上，由于保險絲兩端有持續(xù)電流， TVS管受到長時間大電流的沖擊而損壞，高電壓竄至A點(diǎn)；如圖3，高電壓加在其他IGBT的 門極與發(fā)射極上，使與其并聯(lián)的IGBT連鎖擊穿燒毀。因此，保險絲Fl必須為電力電路及大功率設(shè)備所使用的保險絲，并且具有滅弧功 能，能使Fl在短時間內(nèi)切斷故障電流，讓TVS工作在安全工作區(qū)。此類保險絲一般應(yīng)用于 電流大的設(shè)備中，其熔斷電流值比較大，不適用于本應(yīng)用環(huán)境；本實(shí)用新型所需熔斷電流相對較小的保險絲，這類保險絲本身不具有輔助滅弧功能，在其額定值內(nèi)工作不能在短時間 內(nèi)切斷故障電流。還有，帶有輔助滅弧功能的保險絲一般采用填充式的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的保險 不適用于移動設(shè)備，其體積大，易受空間限制，價格昂貴，不適宜量產(chǎn)化。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的現(xiàn)有技術(shù)問題是現(xiàn)有的IGBT并聯(lián)電路中運(yùn)用的保險絲在熔斷 的一瞬間在電壓及電流的作用下，保險絲的兩電極之間發(fā)生拉弧現(xiàn)象，使得電流并沒有切 斷，不能達(dá)到保護(hù)IGBT電路的目的。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案本實(shí)用新型涉及的一種IGBT電路，包括一驅(qū)動單元、IGBT ；其中還包括保護(hù)電 路；所述保護(hù)電路包括第一電阻、第二電阻、第一二極管、第二二極管以及至少兩個熔斷 器；所述第一電阻與第一二極管并聯(lián)，驅(qū)動單元連接第一二極管的正端，第一二極管的負(fù)端 連接第二二極管的一端，第二二極管的另一端與IGBT的發(fā)射極連接；至少兩個熔斷器與第 二電阻依次串聯(lián)后連接第一二極管的負(fù)端和IGBT的門極。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的IGBT電路，通過多個熔斷器與第二電阻依次串聯(lián)后連 接第一二極管的負(fù)端和IGBT的門極，熔斷器產(chǎn)生的電弧具有一定壓降并分別加在了多個 熔斷器上，在第二電阻的共同作用下，總電流會隨之減小，即產(chǎn)生的電弧總能量會減??；若 多個熔斷器的電弧持續(xù)燃燒，其電弧長度在增加，需要提供更大的電弧能量；這樣電弧會因 為能量供給不足而熄滅，進(jìn)而保護(hù)了 IGBT。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)IGBT電路示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的IGBT電路示意圖；圖3是第二種現(xiàn)有技術(shù)的IGBT保護(hù)電路示意圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的IGBT電路原理圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的并聯(lián)IGBT保護(hù)電路示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下 結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施 例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的IGBT電路原理圖；一種IGBT電路，包括一驅(qū)動單元 1、IGBT ；其中還包括保護(hù)電路4 ；所述保護(hù)電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一二極 管D1、第二二極管TVS以及至少兩個熔斷器；所述第一電阻Rl與第一二極管Dl并聯(lián)，驅(qū)動 單元1連接第一二極管Dl的正端，第一二極管Dl的負(fù)端連接第二二極管TVS的一端，第 二二極管TVS的另一端與IGBT的發(fā)射極連接；至少兩個熔斷器與第二電阻R2依次串聯(lián)后 連接第一二極管Dl的負(fù)端和IGBT的門極。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的IGBT電路，通過至少兩個熔斷器與第二電阻依次串聯(lián) 后連接第一二極管的負(fù)端和IGBT的門極，至少兩個熔斷器產(chǎn)生的電弧具有一定壓降，在第
4二電阻的共同作用下，總電流會隨之減小，即產(chǎn)生的電弧總能量會減?。蝗糁辽賰蓚€熔斷器 的電弧持續(xù)燃燒，其電弧長度在增加，需要提供更大的電弧能量；這樣電弧會因?yàn)槟芰抗┙o 不足而熄滅，進(jìn)而保護(hù)了 IGBT。進(jìn)一步地，上述熔斷器為保險絲，普通保險絲即可。保險絲的個數(shù)至少為兩個，但 是考慮到電路結(jié)構(gòu)以及成本問題，在能達(dá)到保護(hù)IGBT的前提下，保險絲的個數(shù)一般有選為 兩個。進(jìn)一步地，上述第二二極管優(yōu)選為TVS管。進(jìn)一步地，IGBT電路還包括第三電阻R3 ；第三電阻R3的兩端分別連接所述IGBT 的門極和發(fā)射極，第三電阻R3在IGBT的門極提供一弱下拉，防止了因IGBT門級懸空而導(dǎo) 致的IGBT誤操作。圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的并聯(lián)IGBT保護(hù)電路示意圖；IGBT電路包括復(fù)數(shù)個 IGBT,以及復(fù)數(shù)個保護(hù)電路；復(fù)數(shù)個IGBT并聯(lián)，復(fù)數(shù)個保護(hù)電路與復(fù)數(shù)個IGBT —一對應(yīng)。 復(fù)數(shù)個保護(hù)電路4的一端均連接至驅(qū)動單元1，另一端分別連接相應(yīng)IGBT的門極。該IGBT 電路還包括與IGBT —一對應(yīng)的復(fù)數(shù)個電阻；所述復(fù)數(shù)個電阻分別連接相應(yīng)IGBT的門極和 發(fā)射極；上述電阻在IGBT的門極提供一弱下拉，防止了因IGBT門級懸空而導(dǎo)致的IGBT誤 操作。以下結(jié)合圖4和圖5詳述其工作原理多路IGBT并聯(lián)，每條支路均有獨(dú)立的保護(hù)電路，共用同一驅(qū)動單元驅(qū)動。正常工 作情況下如圖4，當(dāng)驅(qū)動單元1輸出信號為高電平，第一二極管Dl導(dǎo)通，電流大部分通過 第一二極管D1，流向保險絲F1、保險絲F2、第二電阻R2，IGBT快速導(dǎo)通；當(dāng)IGBT關(guān)斷時，電 流流過第二電阻R2、保險絲F2、保險絲F1，由于第一二極管Dl反向截止，電流從第一電阻 Rl支路流過，IGBT實(shí)現(xiàn)慢關(guān)斷。在正常工作情況下，TVS管始終處于反向截止?fàn)顟B(tài)；第三電 阻R3是為了提供一個弱下拉，防止門級懸空IGBT誤動作；第一二極管Dl的作用是隔離導(dǎo) 通和關(guān)斷兩條支路，從而實(shí)現(xiàn)不同的開通和關(guān)斷的速度。由于保險絲自身存在一定的電阻， 第二電阻R2的取值比較關(guān)鍵，在不影響IGBT開通速度的情況下，盡量大些，在IGBT故障時 能夠限電壓和限電流，確保保險絲安全熔斷。當(dāng)其中一路IGBT失效后，集電極與門極呈低阻態(tài)，高壓通過集電極竄至門極，大 電流流過第二電阻R2、保險絲F2、保險絲Fl和TVS管。兩個保險的熔斷過程闡述如下保險絲的發(fā)熱量遵循公式Q = 0. 24I2RT ；其中Q是發(fā)熱量，0. 24是一個常數(shù)，I是 流過導(dǎo)體的電流，R是導(dǎo)體的電阻，T是電流流過導(dǎo)體的時間。當(dāng)其中一路IGBT失效后，盡 管第二電阻R2有限電流的作用，但此時支路上的電流仍然遠(yuǎn)大于保險絲的熔斷電流。保險 絲Fl和保險絲F2為同一型號保險絲，但兩個保險絲的熔斷熱能略有差異，假設(shè)保險絲Fl 電阻較大；電阻較大的保險絲Fl因發(fā)熱量大而先進(jìn)入弧前狀態(tài)(即開始熔斷)。先進(jìn)入 弧前狀態(tài)的保險絲Fl在熔斷過程中，在高溫及較大電壓的雙重作用下，在其斷點(diǎn)處會產(chǎn)生 電弧，電弧具有較低的等效電阻，仍然可以維持電流通路。此時在限流電阻第二電阻R2的 作用下，在持續(xù)供給能量的前提下，先進(jìn)入拉弧狀態(tài)的保險絲Fl電弧持續(xù)燃燒維持電流通 路，達(dá)到一定時間之后，熔斷熱能稍低的另一個保險絲F2也進(jìn)入弧前狀態(tài)，并緊接著進(jìn)入 拉弧狀態(tài)。此時兩個保險絲Fl和保險絲F2均進(jìn)入拉弧狀態(tài)。根據(jù)電弧理論，電弧電壓= 陰極區(qū)電壓+孤柱區(qū)電壓+陽極區(qū)電壓，其中陰極區(qū)電壓在空氣中為8 11V，弧柱區(qū)電壓是和電流呈線性關(guān)系，陽極區(qū)電壓略小于陰極區(qū)電壓；電弧產(chǎn)生的能量即電弧電壓乘以電 弧電流。當(dāng)兩個保險均進(jìn)入拉弧狀態(tài)時，由于電弧具有一定壓降，在限流電阻第二電阻R2 的共同作用下，其總的電流也會隨之減小，也就是說產(chǎn)生的電弧能量會減小；同時，兩個保 險的電弧持續(xù)燃燒時，其電弧長度在增加，這就要求提供更大的電弧能量。這樣電弧會因 為能量供給不足而熄滅。由此可見，即便兩個保險同時出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，也會因?yàn)椤伴L弧割短 弧”(滅弧方法的其中一種)及限流電阻的限流降壓作用，電弧持續(xù)時間很短。從而有效的 避免了持續(xù)拉弧帶來的TVS、IGBT模塊以及其他重要器件的燒毀。 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種IGBT電路，包括一驅(qū)動單元、IGBT ；其特征在于還包括保護(hù)電路；所述保護(hù) 電路包括第一電阻、第二電阻、第一二極管、第二二極管以及至少兩個熔斷器；所述第一 電阻與第一二極管并聯(lián)，驅(qū)動單元連接第一二極管的正端，第一二極管的負(fù)端連接第二二 極管的一端，第二二極管的另一端與IGBT的發(fā)射極連接。至少兩個熔斷器與第二電阻依次 串聯(lián)后連接第一二極管的負(fù)端和IGBT的門極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT電路，其特征在于所述IGBT電路包括復(fù)數(shù)個IGBT，以 及復(fù)數(shù)個保護(hù)電路；所述復(fù)數(shù)個IGBT并聯(lián)，復(fù)數(shù)個保護(hù)電路與復(fù)數(shù)個IGBT —一對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT電路，其特征在于所述熔斷器為保險絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT電路，其特征在于所述第二二極管為TVS管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的IGBT電路，其特征在于所述保護(hù)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(fā)射極。
專利摘要一種IGBT電路，包括一驅(qū)動單元、IGBT；其中還包括保護(hù)電路；所述保護(hù)電路包括第一電阻、第二電阻、第一二極管、第二二極管以及至少兩個熔斷器；所述第一電阻與第一二極管并聯(lián)，驅(qū)動單元連接第一二極管的正端，第一二極管的負(fù)端連接第二二極管的一端，第二二極管的另一端與IGBT的發(fā)射極連接。熔斷器產(chǎn)生的電弧具有一定壓降并分別加在了多個熔斷器上，在第二電阻的共同作用下，總電流會隨之減小，即產(chǎn)生的電弧總能量會減??；若多個熔斷器的電弧持續(xù)燃燒，其電弧長度在增加，需要提供更大的電弧能量；這樣電弧會因?yàn)槟芰抗┙o不足而熄滅，切斷回路電流，進(jìn)而保護(hù)了IGBT。
文檔編號H03K17/567GK201781468SQ201020122498
公開日2011年3月30日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者夏文錦, 沈麗, 韓瑤川 申請人:比亞迪股份有限公司