和第二二極管d22反向連接而成。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，瞬態(tài)抑制二極管又叫箝位型二極管，是目前業(yè)內(nèi)普遍使用的一種高效能電路保護器件，其能吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率。瞬態(tài)抑制二極管TVS主要特點是一旦反向電壓超過額定值就反向擊穿導(dǎo)通，從而允許大電流通過同時把電壓箝制在預(yù)定水平。
[0041]具體地，前文已述及，由于當電機和電動汽車斷開電連接時，第一 IGBT電路2011中的三極管τ21的輸入電壓\e降低，因此其輸入電流I。也降低，此時寄生電感Ls21、寄生電感Ls22、寄生電感Ls23和寄生電感Ls24由于輸入電流I。的變化率變化而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓作用于第一 IGBT電路2011中的三極管T21，則引起三極管T21的輸出電壓產(chǎn)生一個尖峰值的極大值導(dǎo)致IGBT電路的損壞。保護電路P的設(shè)置正是為了解決這個問題。具體地，當寄生電感感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓時，相當于瞬態(tài)抑制二極管TVS的反向電壓增高,當反向電壓超過額定值瞬態(tài)抑制二極管TVS就反向擊穿導(dǎo)通。由于保護電路P連接至三極管τ21的柵極，則三極管T21的柵極電位Vg增大，因此三極管T21的輸入電壓vge得到補償而增大，其輸出電壓也相應(yīng)降低，從而避免了輸出電壓產(chǎn)生尖峰值的極大值導(dǎo)致的IGBT電路的損壞。
[0042]圖6(a)是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的IGBT電路的輸出電壓曲線圖，其中，橫坐標表示時間，豎坐標表示IGBT電路的輸出電壓，也就是三極管T21的發(fā)射極和集電極之間的電壓。圖6(b)是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的IGBT電路的輸入電壓曲線圖，其中，橫坐標表示時間，豎坐標表示IGBT電路的輸入電壓，也就是三極管T21柵極和發(fā)射極之間的電壓Vge。I。指示的是三極管T21的輸入電流，也就是從三極管T21的集電極流入的電流。圖6(a)和圖6(b)在時間軸上是對應(yīng)的。根據(jù)三極管的特性，三極管T21的輸出電壓為:
[0043]Vce = Vdc+Vtr
[0044]其中，Vd。表示母線電壓，也就是系統(tǒng)的總電壓。V&表示三極管T21的尖峰值。如圖6(a)和圖6(b)所示，在t2時間段，電機系統(tǒng)開始斷開與電動汽車的電力供應(yīng)，三極管T21的輸入電壓\e變小。由于保護電路P對三極管T21柵極電位的補償作用，在t2時間段中\(zhòng)e被拉高，因此也不會出現(xiàn)尖峰值的極大值，避免了由此導(dǎo)致的IGBT電路損壞。
[0045]然而，這樣的設(shè)計也會帶來新的問題。例如，當作為負載的汽車在下坡時，由于輪胎高速旋轉(zhuǎn)，此時電機被反拖到最高速，導(dǎo)致電機成為一臺發(fā)電機，并產(chǎn)生很高的反電勢，從而把母線電壓充高到過壓狀態(tài)，最終導(dǎo)致IGBT電路的三極管T21集電極與發(fā)射極兩端電壓即其輸出電壓達到作為保護電路P的有源鉗位電路開啟電壓，從而造成IGBT電路會被誤開通或保護電路P的損壞。
[0046]因此，進一步地，本發(fā)明還在IGBT電路2011和所述保護電路P之間還連接有一開關(guān)電路202。如圖3所示，進一步地，所述開關(guān)電路202包括一開關(guān)S2以及控制該開關(guān)的控制電路C2。具體地，如圖7所示，所述開關(guān)S2示例性地為M0ESFET器件PM0S，其源極連接至所述保護電路的第二二極管d22，其漏極連接至IGBT電路的NPN三極管T2的輸入端。本發(fā)明在有源鉗位電路的保護電路Ρ的基礎(chǔ)上，增加一個M0SFET器件作為開關(guān)S2控制保護電路P的有源鉗位電路功能的開通和關(guān)閉。如圖3所示，開關(guān)控制信號來源于上位機控制電路C2的控制信號PWM。其中，在第一 IGBT電路2011處于正常工作情況下，該控制保護電路P的有源鉗位電路功能被打開，從而能夠有效保護第一 IGBT電路2011不會因為過壓而被損壞。而在第一 IGBT電路2011關(guān)斷時，本發(fā)明能提供電壓鉗位功能，防止IGBT電路的三極管T2i的發(fā)射極和集電極兩端出現(xiàn)過壓危險。而在電機被反拖到高速的情況下，上位機通過關(guān)閉控制信號PWM的指令同時關(guān)閉IGBT驅(qū)動信號和保護電路P有源鉗位電路的功能。
[0047]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的IGBT開關(guān)電路的控制電路發(fā)出控制信號的波形圖，其中，橫坐標表示時間，豎坐標表示電壓。圖8上方的波形圖是控制電路C2發(fā)出的控制信號PWM的波形圖，可見PWM是具有特定頻率的方波。圖8中間的波形代表開關(guān)S2，開關(guān)S2的高電位表示閉合，低電位表示開啟。圖8下方的波形圖代表第一 IGBT電路2011的輸出電壓V—波形圖波峰附近的凸起表示輸出電壓的尖峰值V&。因此，如圖所示，當?shù)谝?IGBT電路2011開通時，開關(guān)S2被控制電路C2導(dǎo)通，保護電路P正常工作。在t3時間段，當?shù)谝?IGBT電路2011關(guān)斷時，開關(guān)S2仍維持一段時間閉合狀態(tài)(出于高電位)，以保證保護電路P正常工作以有效抑制尖峰值V&，然后開關(guān)&關(guān)斷，使第一 IGBT電路2011免于受到反電勢過壓誤導(dǎo)通而損壞。
[0048]進一步地，所述開關(guān)還連接有一 NM0S，其漏極連接至作為開關(guān)S2的PM0S的柵極，其源極接地。NM0S在圖7中用附圖標記B2來指代，這是由于PWM信號不能直接傳遞至開關(guān)S2，而需要B2做一個電平匹配的緩沖作用。
[0049]進一步地，所述IGBT開關(guān)電路還包括一連接至所述NM0S柵極的門級驅(qū)動器(未示出)，用于驅(qū)動IGBT電路。
[0050]進一步地，所述門極驅(qū)動電路和所述NM0S柵極之間還連接有一電阻電路R2，其用于控制IGBT門級的驅(qū)動速度。
[0051]此外，開關(guān)S2還并聯(lián)有一個穩(wěn)壓電路％，用于保證開關(guān)S2不過壓。在驅(qū)動電路M2的電路上游還連接有一驅(qū)動電路n2，用于驅(qū)動開關(guān)s2。
[0052]本發(fā)明第二方面還提供了一種電機系統(tǒng)，其特征在于，所述電機系統(tǒng)包括一用于給負載提供電力的電機200，其中包括至少三條支路，每個支路均連接至兩個并聯(lián)的如前文所述的IGBT開關(guān)電路。
[0053]特別地，所述負載為電動汽車，所述電機200用于給電動汽車的輪胎旋轉(zhuǎn)提供電力，以使得所述輪胎獲得旋轉(zhuǎn)的動力。
[0054]利用本發(fā)明提供的電機系統(tǒng)及其IGBT開關(guān)電路，能夠解決IGBT關(guān)斷時由于IGBT中三極管輸出電壓過壓而造成的IGBT損壞問題。并且，本發(fā)明也能夠解決當電機被反拖到最高速，電機成為一臺發(fā)電機并產(chǎn)生很高的反電勢，把母線電壓充高到過壓狀態(tài)，最終導(dǎo)致IGBT的集電極與發(fā)射極兩端電壓達到作為保護電路的源鉗位電路開啟電壓，有可能導(dǎo)致IGBT被誤開通或有源鉗位電路的損壞的技術(shù)問題。
[0055]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。此外，不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求；“包括” 一詞不排除其它權(quán)利要求或說明書中未列出的裝置或步驟；“第一”、“第二”等詞語僅用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。
【主權(quán)項】
1.一種IGBT開關(guān)電路，其特征在于，所述IGBT開關(guān)電路包括: IGBT 電路(2011，2012，2013，2014，2015，2016)，其包括并聯(lián)的三極管(T21)和第一二極管(d21)，所述的 IGBT 電路(2011，2012，2013，2014，2015，2016)充當電機(200)及其負載(100)之間的調(diào)制開關(guān)； 耦合至該IGBT電路(2011,2012,2013,2014,2015,2016)的有源鉗位保護電路(P)； 在所述IGBT電路(2011,2012,2013,2014,2015,2016)和所述保護電路(P)之間還連接有一開關(guān)(S2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT開關(guān)電路，其特征在于，所述三極管(T21)為ΝΡΝ三極管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT開關(guān)電路，其特征在于，所述保護電路(Ρ)包括串聯(lián)的瞬態(tài)抑制二極管(TVS)和第二二極管(d22)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IGBT開關(guān)電路，其特征在于，所述開關(guān)(S2)包括PMOS，其源極連接至所述保護電路的第二二極管(d22)，其漏極連接至IGBT電路(2011，2012，2013，2014，2015，2016)的三極管(T21)的柵極。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IGBT開關(guān)電路，其特征在于，所述開關(guān)(S2)還連接有一NM0S(B2)，其漏極耦合至作為所述開關(guān)(S2)的PMOS的柵極，其源極接地。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IGBT開關(guān)電路，其特征在于，所述IGBT開關(guān)電路還包括一連接至所述NM0S(B2)柵極的門級驅(qū)動器，用于驅(qū)動IGBT電路。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的IGBT開關(guān)電路，其特征在于，所述門極驅(qū)動器和所述NMOS (B2)柵極之間還連接有一電阻電路(R2)，其用于控制IGBT電路(2011，2012，2013，2014，2015，2016)的驅(qū)動速度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT開關(guān)電路，其特征在于，所述開關(guān)電路還包括一控制電路(C2)，該控制電路(C2)發(fā)出控制信號(PWM)來控制開關(guān)(S2)的開啟和關(guān)閉。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的IGBT開關(guān)電路，其特征在于，所述控制信號(PWM)為特定頻率的方波信號，其在所述電機(200)及其負載(100)斷開電供應(yīng)時控制所述開關(guān)(S2)保持閉合。10.一種電機系統(tǒng)，其特征在于，所述電機系統(tǒng)包括對負載(100)進行驅(qū)動的電機(200)，其中包括至少三條支路(A，B, C)，每個支路均連接至兩個并聯(lián)的如權(quán)利要求1至9任一項所述的IGBT開關(guān)電路。11.一種電動汽車(100)，其特征在于，其包括如權(quán)利要求10所述的電機系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電機系統(tǒng)及其IGBT開關(guān)電路，其中，所述IGBT開關(guān)電路包括：IGBT電路(2011，2012，2013，2014，2015，2016)，其包括并聯(lián)的三極管(T21)和第一二極管(d21)，所述的IGBT電路(2011，2012，2013，2014，2015，2016)充當電機(200)及其負載(100)之間的調(diào)制開關(guān)；耦合至該IGBT電路(2011，2012，2013，2014，2015，2016)的有源鉗位保護電路(P)；在所述IGBT電路(2011，2012，2013，2014，2015，2016)和所述保護電路(P)之間還連接有一開關(guān)(S2)。本發(fā)明能夠解決IGBT關(guān)斷時由于IGBT中三極管輸出電壓過壓而造成的IGBT損壞問題。并且，本發(fā)明也能夠解決IGBT被誤開通或有源鉗位電路的損壞的技術(shù)問題。
【IPC分類】H03K17/08, H03K17/567
【公開號】CN105337596
【申請?zhí)枴緾N201410302818
【發(fā)明人】于晶, 劉波, 單亮, 莊朝暉
【申請人】西門子公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2014年6月27日
【公告號】EP2961069A1