[发明专利]一种集成光触发一体化IGBT结构及设计方法

权利要求书

1.一种集成光触发一体化IGBT结构，其特征在于包括：

触发控制初级电源电路，用于跨接在IGBT源级和漏极之间，当IGBT漏极(D极)与IGBT源级(S极)存在电位差U₀时，通过触发控制初级电源电路输出端为负极性及正极性栅极电压控制电路进行储能充电，触发控制初级电源电路为栅极电压控制电路提供的阈值储能电压值为U₁；U₀U₁；U₁＝U_g+U_k+U_MF+U_m；U_g为使IGBT导通所需的栅极(G极)-源极电位差，U_k为光控制开关(PCSS)导通压降，U_MF为第一电源模块工作压降，U_m为由工作模式和回路杂散参数确定的调整电压，U_m≤3V；

负极性栅极电压控制电路，用于设置在触发控制初级电源电路输出端与IGBT栅极之间；当正极性栅极电压控制电路的光控制开关(PCSS)未受光照时，负极性栅极电压控制电路对IGBT栅极进行负极性充电，使得IGBT保持关断状态；

正极性栅极电压控制电路，用于设置在触发控制初级电源电路输出端与IGBT栅极之间；当正极性栅极电压控制电路的光控制开关受到光照时，对IGBT栅极进行正极性充电，当充电满足IGBT栅极导通控制电脉冲参数要求时，IGBT导通；当器件设计时以器件寿命为优先考虑因素时，光控制开关设定为线性工作模式时，光控制开关的导通时间等于光脉冲脉宽；

正极性栅极电压控制电路的输出端与负极性栅极电压控制电路输出端相连后连接到IGBT栅极上，IGBT栅极通过泄放电阻与IGBT源极相连；

所述触发控制初级电源电路包括充电电阻R_h、齐纳稳压二极管D₁以及第一储能电容C₁；所述齐纳稳压二极管D₁与第一储能电容C₁并联；齐纳稳压二极管D₁一端与充电电阻R_h一端、第一储能电容C₁一端连接，另一端与IGBT源级连接；充电电阻R_h另一端与IGBT漏极连接；第一储能电容C₁一端与第一电源模块输入端、第二电源模块的输入端、齐纳稳压二极管D₁一端及充电电阻R_h一端连接，第一储能电容C₁另一端与IGBT源极连接，所述电位差U₀通过充电电阻R_h给第一储能电容C₁充电，使得第一储能电容C₁的充电电压阈值为U₁；然后第一储能电容给正极性以及负极性栅极电压控制电路馈电，控制IGBT处于关断或者导通状态；触发控制初级电源电路输出端指的是二极管D₁与第一储能电容C₁并联，且与充电电阻R_h连接的端口；

所述正极性栅极电压控制电路包括第一电源模块、第一限流电阻R₁、第二储能电容C₂以及光控制开关(PCSS)；第一储能电容C₁为第一电源模块供电，触发控制初级电源电路输出端通过第一电源模块与第一限流电阻R₁一端、第二储能电容C₂一端连接；第一限流电阻R₁另一端通过光控制开关与IGBT栅极连接；第二储能电容与第一电源模块及第一限流电阻相连接的一端作为正极性连接端；第二储能电容C₂另一端通过短路连接线连接到IGBT源极，是第二储能电容C₂的地线端；所述第一电源模块输出正极性电压U₂，U₂＝U_g+U_k+U_m，U_k为光控制开关导通压降，U_g为IGBT要求的驱动电压，U_m为由工作模式和回路杂散参数确定的调整电压，U_m≤3V；

所述负极性栅极电压控制电路包括第二电源模块、第二限流电阻R₂、第三储能电容C₃、第三限流电阻R₄、泄放电阻R₃；触发控制初级电源电路输出端通过第二电源模块与第三限流电阻R₄一端相连接；第三限流电阻R₄另一端与第三储能电容C₃一端、第二限流电阻R₂一端连接；第二限流电阻R₂另一端与IGBT栅极连接；第三储能电容C₃与第二限流电阻R₂和第三限流电阻R₄相连接的一端作为负极性钳位电压输出端；第三储能电容C₃另一端通过短路连接线与IGBT源极连接；第一储能电容C₁为第二电源模块供电时，所述第二电源模块输出负极性电压U₃，U₃＝U_off·(第二限流电阻阻值+泄放电阻阻值)/泄放电阻阻值；U_off指的是IGBT关断电压值。