專利名稱：高壓尖峰吸收電路模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電路結(jié)構(gòu)，具體為高壓尖峰吸收電路模塊。用于鐵路
機(jī)車、動(dòng)車組變流裝置、電力機(jī)車變流裝置等應(yīng)用領(lǐng)域,保護(hù)高電壓大電流IGBT。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)、大功率電力電子半導(dǎo)體器件的發(fā)展，高電壓、大電流的IGBT 相繼出現(xiàn)，并得到廣泛應(yīng)用；隨著中國(guó)鐵路的高速發(fā)展，高速大編組的動(dòng)車組 CRH1、 CRH2、 CRH3、 CRH5，以及高速大功率的HXD1、 HXD2電力機(jī)車越來(lái)越多， 因此為其提供牽引動(dòng)力的大功率鐵路機(jī)車、動(dòng)車牽引輔助變流裝置迅速增加。 對(duì)牽引輔助變流裝置的高電壓、大電流的核心功率器件IGBT的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和過(guò) 電壓、過(guò)電流吸收的研究尤為重要。由于IGBT通常工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，又是 電壓驅(qū)動(dòng)型器件，輸入阻抗很高，因此主電路電感引起的電壓尖峰會(huì)通過(guò)IGBT 的結(jié)間電容耦合到驅(qū)動(dòng)控制回路，進(jìn)而引起IGBT的誤動(dòng)作，甚至損壞IGBT模 塊；另外主電路電感引起的電壓尖峰，嚴(yán)重時(shí)會(huì)超過(guò)IGBT的電壓額定值，損壞 IGBT。因此在大功率、高電壓、大電流IGBT模塊的主電路中通常采用迭層復(fù)合 母排來(lái)減小功率電路的電感。但通過(guò)減小功率電路的電感仍不能完全避免主電 路的電壓尖峰，需要設(shè)計(jì)好尖峰吸收回路以吸收IGBT的電壓尖峰，來(lái)保護(hù)IGBT， 減少損壞，降低成本。目前缺乏設(shè)計(jì)良好的高壓尖峰吸收電路。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為了解決目前缺乏設(shè)計(jì)良好的高壓尖峰吸收電路的問(wèn)題，提供一種高壓尖峰吸收電路模塊。
本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的高壓尖峰吸收電路模塊，包括電 壓檢測(cè)支路、過(guò)電壓吸收支路以及門極電阻調(diào)節(jié)支路，電壓檢測(cè)支路和過(guò)電壓 吸收支路的一端相互連接；電壓檢測(cè)支路包括相互串聯(lián)的六十個(gè)200KQ的電阻 R12-R71,六十個(gè)電阻中的每?jī)蓚€(gè)電阻間分別并接2.2nF/500V的無(wú)感電容 C2-C31;過(guò)電壓吸收支路包括依次反向串聯(lián)的二十七個(gè)壓降為200V的二極管 VD1-VD27、十個(gè)42.2KQ的電阻R2-R11以及三極管T3，三極管T3的集電極 與十個(gè)電阻中最前端的電阻R2的電流流入端相連，三極管T3的發(fā)射極與十個(gè) 電阻中最后端的電阻Rll的電流流出端相連；門極電阻調(diào)節(jié)支路包括IGBT門 極導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路和門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路，門極導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路包括兩 組并聯(lián)電阻，其中一組并聯(lián)電阻與開關(guān)S1串聯(lián)后再與另一組并聯(lián)電阻相并聯(lián)； 門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路包括三個(gè)相互串聯(lián)的電阻R75-R77，相互串聯(lián)的三個(gè)電 阻R75-R77兩端并聯(lián)有開關(guān)S2。通過(guò)開通和關(guān)斷Sl、 S2，得到不同的門極導(dǎo) 通和關(guān)斷電阻。使用時(shí)，IGBT門極導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路和門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路 分別與IGBT門極開通控制命令輸入端Pl-3和IGBT門極關(guān)斷控制命令輸入端 Pl-6串接；電壓檢測(cè)支路和過(guò)電壓吸收支路相互連接的一端與高壓直流供電電 源的正端即IGBT的集電極C端相連，電壓檢測(cè)支路的另一端Pl-5與一個(gè)控制 板相連，過(guò)電壓吸收支路中十個(gè)電阻中最后端的電阻Rll的電流流出端Pl-4通 過(guò)控制板串接在IGBT門極關(guān)斷控制命令端Pl-6，過(guò)電壓吸收支路中的三極管 T3的基極P1-1與控制板上的箝位控制命令輸出端相連。
不同廠家的高電壓、大電流IGBT，不同的型號(hào)需要配置不同的門極導(dǎo)通電 阻Rgon和關(guān)斷電阻Rgoff;選擇適當(dāng)?shù)臇艠O驅(qū)動(dòng)和關(guān)斷電阻比較重要，門極導(dǎo)通電阻Rgon過(guò)大時(shí)降低了IGBT的開關(guān)速度，增加了開關(guān)損耗，門極導(dǎo)通電阻 Rgon過(guò)小時(shí)，使得開通di/dt變大，從而引起較高的dv/dt,增加了續(xù)流二極管恢 復(fù)時(shí)的浪涌電壓；同樣Rgoff過(guò)小時(shí)，關(guān)斷時(shí)間短，但浪涌電壓較較大，Rgoff 過(guò)大時(shí)，關(guān)斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增加了開關(guān)的損耗。由于不同廠家生產(chǎn)的IGBT推薦 的門極導(dǎo)通電阻Rgon和關(guān)斷電阻Rgoff不同，為了使其具有通用性，因此通過(guò) 斷開和連接開關(guān)S1、 S2得到不同門極導(dǎo)通電阻Rgon、關(guān)斷電阻Rgoff，從而滿 足Melco、 ABB、 EUPEC廠家生產(chǎn)的6500V/600A IGBT。具體應(yīng)用時(shí)，門極 導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路中的兩組并聯(lián)電阻的阻值和門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路中的三個(gè) 串聯(lián)電阻的阻值可根據(jù)不同型號(hào)的IGBT進(jìn)行選擇。
通過(guò)串接的60個(gè)200KQ的電阻和控制板上的電阻進(jìn)行分壓，通過(guò)判斷檢 測(cè)電壓， 一方面對(duì)IGBT是否飽和進(jìn)行檢測(cè)，確定其是否正常，另一面通過(guò)檢 測(cè)IGBT的飽和壓降進(jìn)行短路保護(hù)檢測(cè)，從而輸出不同的控制命令；同時(shí)在每 兩個(gè)電阻間并接2.2nF/500V的無(wú)感電容，是為了保證IGBT在檢測(cè)到過(guò)流或短 路保護(hù)時(shí)響應(yīng)時(shí)間要快，保證在10tis以內(nèi)完成。
只有在IGBT關(guān)斷時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓，在IGBT的集電極C反向串接 27個(gè)二極管，每個(gè)二極管的壓降為200V，因此27個(gè)二極管的壓降為 27*200=5400V，當(dāng)集電極C的尖峰電壓超過(guò)5400V時(shí)，電壓檢測(cè)支路另一端 Pl-5的電壓會(huì)升高，控制板通過(guò)Pl-5端輸入的電壓檢測(cè)，輸出箝位控制命令到 三極管的基極端Pl-l，使三極管T3導(dǎo)通，使得尖峰電壓超出部分(即十個(gè)串 聯(lián)電阻上的電壓)迅速吸收，從而保護(hù)了 IGBT。由于三極管T3的發(fā)射極端Pl-4 通過(guò)串接電阻接到IGBT門極關(guān)斷控制命令輸入端Pl-6，因此通過(guò)串接十個(gè)電 阻R2-R11，使得超出的電壓在Pl-6分的電壓足夠小，以保護(hù)控制板中驅(qū)動(dòng)電路。
本實(shí)用新型所述的高壓尖峰吸收電路模塊，電路設(shè)計(jì)合理、實(shí)用、巧妙， 能充分吸收高壓尖峰，門極電阻調(diào)節(jié)支路靈活、方便，能夠適用國(guó)際知名廠家
Melco、 ABB、 EUPEC生產(chǎn)的高壓大電流的IGBT，適用多個(gè)廠家高壓大電流 IGBT器件的標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)計(jì)，能夠充分地保護(hù)IGBT，大大降低了成本。用于鐵 路機(jī)車、動(dòng)車組變流裝置、電力機(jī)車變流裝置等應(yīng)用領(lǐng)域。該高壓尖峰吸收電 路模塊已成功應(yīng)用于200公里動(dòng)車組牽引變流器的功率模塊中，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng) 的實(shí)際需求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

圖1為本實(shí)用新型所述的高壓尖峰吸收電路模塊的電路原理圖；具體實(shí)施方式
高壓尖峰吸收電路模塊，包括電壓檢測(cè)支路、過(guò)電壓吸收支路以及門極電 阻調(diào)節(jié)支路，電壓檢測(cè)支路和過(guò)電壓吸收支路的一端相互連接；電壓檢測(cè)支路 包括相互串聯(lián)的六十個(gè)200KQ的電阻R12-R71，六十個(gè)電阻中的每?jī)蓚€(gè)電阻間 分別并接2.2nF/500V的無(wú)感電容C2-C31;過(guò)電壓吸收支路包括依次反向串聯(lián) 的二十七個(gè)壓降為200V的二極管VD1-VD27、十個(gè)42.2KQ的電阻R2-R11以 及三極管T3，三極管T3的集電極與十個(gè)電阻中最前端的電阻R2的電流流入端 相連，三極管T3的發(fā)射極與十個(gè)電阻中最后端的電阻Rll的電流流出端相連； 門極電阻調(diào)節(jié)支路包括IGBT門極導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路和門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路， 門極導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路包括兩組并聯(lián)電阻，其中一組并聯(lián)電阻與開關(guān)Sl串聯(lián)后 再與另一組并聯(lián)電阻相并聯(lián)；門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路包括三個(gè)相互串聯(lián)的電阻 R75-R77，相互串聯(lián)的三個(gè)電阻R75-R77兩端并聯(lián)有開關(guān)S2。本具體實(shí)施方式
給出了一種常規(guī)的IGBT開通、關(guān)斷控制電路，該IGBT開通、關(guān)斷控制電路 包括三極管T1、三極管T2以及二極管VD28、電阻R78、 R79、 二極管VD30、 VD31等，IGBT開通、關(guān)斷控制電路中的電容C35-C41對(duì)IGBT門極控制信號(hào) 進(jìn)行濾波，防止IGBT的誤導(dǎo)通與關(guān)斷，電阻R73、 R74是IGBT廠商要求在使 用時(shí)在IGBT門極G、發(fā)射極E間并連電阻，二極管VD32、電阻R72、電容 C32、 C33和二極管VD33組成IGBT門極G、發(fā)射極E間的箝位電路，使得門 極信號(hào)箝位在24V。IGBT門極導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路和門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路分別 與IGBT門極開通控制命令輸入端Pl-3和IGBT門極關(guān)斷控制命令輸入端Pl-6 串接。IGBT開通、關(guān)斷控制電路通過(guò)端子E1、 E2、 E3、 E4與IGBT模塊相連。 IGBT開通、關(guān)斷控制電路的工作過(guò)程如下正常工作時(shí)，門極開通信號(hào)(Pl-3 端)輸出15V的高電平，這樣二極管VD28 (18V)不導(dǎo)通，通過(guò)門極導(dǎo)通電阻 調(diào)節(jié)支路到IGBT的門極端E2(G)，同時(shí)通過(guò)二極管D2、電阻R78、 R83，開通 三極管T2，使得二極管VD31的正極接地，這樣門極控制信號(hào)通過(guò)VD31 (14V 抑制二極管)對(duì)IGBT的門極G、發(fā)射極E進(jìn)行箝位。門極關(guān)斷信號(hào)(Pl-6端) 輸出-12V的低電平，通過(guò)門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路到IGBT的門極端E2(G)。當(dāng) 因門極開通信號(hào)發(fā)生故障，采用24V強(qiáng)制信號(hào)時(shí)，通過(guò)二極管VD28 (18V)、 二極管D1、電阻R80，使得三極管T1導(dǎo)通接地，三極管T2斷開，這樣門極控 制信號(hào)通過(guò)VD31 (14V抑制二極管)和VD30 (IOV抑制二極管)對(duì)IGBT的 門極G、發(fā)射極E進(jìn)行箝位，使得門極信號(hào)箝位在24V。
權(quán)利要求1、一種高壓尖峰吸收電路模塊，其特征為包括電壓檢測(cè)支路、過(guò)電壓吸收支路以及門極電阻調(diào)節(jié)支路，電壓檢測(cè)支路和過(guò)電壓吸收支路的一端相互連接；電壓檢測(cè)支路包括相互串聯(lián)的六十個(gè)200KΩ的電阻(R12-R71)，六十個(gè)電阻中的每?jī)蓚€(gè)電阻間分別并接2.2nF/500V的無(wú)感電容(C2-C31)；過(guò)電壓吸收支路包括依次反向串聯(lián)的二十七個(gè)壓降為200V的二極管(VD1-VD27)、十個(gè)42.2KΩ的電阻(R2-R11)以及三極管(T3)，三極管(T3)的集電極與十個(gè)電阻中最前端的電阻(R2)的電流流入端相連，三極管(T3)的發(fā)射極與十個(gè)電阻中最后端的電阻(R11)的電流流出端相連；門極電阻調(diào)節(jié)支路包括IGBT門極導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路和門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路，門極導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路包括兩組并聯(lián)電阻，其中一組并聯(lián)電阻與開關(guān)(S1)串聯(lián)后再與另一組并聯(lián)電阻相并聯(lián)；門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路包括三個(gè)相互串聯(lián)的電阻(R75-R77)，相互串聯(lián)的三個(gè)電阻(R75-R77)兩端并聯(lián)有開關(guān)(S2)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電路結(jié)構(gòu)，具體為高壓尖峰吸收電路模塊。解決目前缺乏設(shè)計(jì)良好的高壓尖峰吸收電路的問(wèn)題。包括電壓檢測(cè)支路、過(guò)電壓吸收支路以及門極電阻調(diào)節(jié)支路；電壓檢測(cè)支路包括相互串聯(lián)的六十個(gè)的電阻，六十個(gè)電阻中的每?jī)蓚€(gè)電阻間分別并接無(wú)感電容；過(guò)電壓吸收支路包括依次反向串聯(lián)的二十七個(gè)二極管、十個(gè)電阻以及三極管；門極電阻調(diào)節(jié)支路包括IGBT門極導(dǎo)通電阻調(diào)節(jié)支路和門極關(guān)斷電阻調(diào)節(jié)支路。門極電阻調(diào)節(jié)支路靈活、方便，能夠適用國(guó)際知名廠家Melco、ABB、EUPEC生產(chǎn)的高壓大電流的IGBT。本實(shí)用新型用于鐵路機(jī)車、動(dòng)車組變流裝置、電力機(jī)車變流裝置等應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H03K17/08GK201303318SQ20082022764
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者宏 陳 申請(qǐng)人:永濟(jì)新時(shí)速電機(jī)電器有限責(zé)任公司