[发明专利]绝缘栅双极型晶体管的栅极电压控制电路及其控制方法

说明书

本发明公开一种IGBT的栅极电压控制电路及其控制方法，IGBT的栅极电压控制电路包括：电压控制电路、有源钳位电路和功率放大电路，其中电压控制电路输出的控制电压间接控制IGBT的栅极电压，实现了在较小损耗的前提下对IGBT栅极电压的较好控制效果，既可以避免有源钳位电路提前响应，又可以提高有源钳位电路的响应速度，并改善集‑射电压V_ce与栅极电压V_ge的振荡现象，提高串联应用中IGBT可靠性。

技术领域

本发明涉及电力电子变换技术领域，具体涉及一种绝缘栅双极型晶体管的栅极电压控制电路及其控制方法。

背景技术

在高压大功率的电力电子变换技术应用场合中，通常采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)串联技术来有效提高电压等级，以满足更高电压应用的需求。针对串联连接的IGBT可能存在的不均压及电压尖峰较高的情况，通常在IGBT的集电极和栅极之间加入有源钳位电路以提高IGBT串联技术的可靠性，解决串联连接的IGBT之间存在不均压及电压尖峰较高的问题。

精确控制IGBT的栅极电压，是该有源钳位电路可靠应用的重要保障。

关于应用于IGBT的有源钳位电路，典型的现行做法包括如图1所示的电路和相应的控制方法，该电路及控制方法的特点为：

主要包括电阻、电容、二极管及一个以上的齐纳二极管；

由一个以上的齐纳二极管、电阻及二极管串联组成支路1，并联在IGBT的集电极和栅极两端；由电阻和电容串联组成的支路2，并联在IGBT的集电极及栅极两端；

支路1响应IGBT集-射电压V_ce的幅值，当集-射电压V_ce超过支路1中所有齐纳二极管的反向击穿电压值(钳位电压)后，该支路中齐纳二极管被击穿，支路1对IGBT的栅极注入电荷；

支路2响应IGBT集-射电压V_ce的斜率，当集-射电压V_ce以一定斜率上升时，支路2通过电容对IGBT的栅极注入电荷；

支路1和支路2对IGBT的栅极注入的电荷可使栅极电压V_ge抬升至门槛电压值V_geth以上，使IGBT进入导通状态，以起到降低IGBT集-射电压V_ce的作用；

该方法的优点为可有效降低IGBT关断时的电压尖峰；缺点为：有源钳位电路通常在IGBT关断瞬间起作用，此时IGBT驱动电路的最后一级功率放大电路中的下管是导通的，注入IGBT的栅极的电荷很大一部分会被此下管旁路，导致有源钳位电路的有效性大大降低，齐纳二极管上的损耗也会很大。尤其在需要有源钳位电路频繁动作的应用中，齐纳二极管上的损耗会很难接受。

此外，现有技术中的其他IGBT的栅极电压的控制还存在诸多问题和缺点，而且结构较复杂，且仍未解决图1所示电路中的问题，注入栅极的电荷大部分被功率放大电路的下管旁路，有源钳位电路的有效性不高；或者是有源钳位作用时，IGBT的栅极电压V_ge不可控，栅极电压V_ge易被抬升至较高的幅值，导致IGBT正常开通，集-射电压V_ce出现较大幅度的跌落；进而引起栅极电压V_ge跌落，集-射电压V_ce再次上升，使集-射电压V_ce与栅极电压V_ge均出现振荡现象。

因此，需要一种新的绝缘栅双极型晶体管的栅极电压控制电路。

本发明提出了一种新型的调节IGBT栅极电压的控制电路及方法。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容