一种数字式IGBT软关断系统

一种数字式igbt软关断系统
技术领域
1.本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种数字式的igbt关断系统。


背景技术：

2.igbt(insulated gate bipolar transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点，广泛应用于变频器、交流电机、照明电路等高压大电流或高速开关环境中；
3.通俗的来说，igbt是一个非通即断的开关，由电信号控制，能承受几十到几百伏电压、几十到几百安电流的强电，能够进行高频率的通断电开关控制，根据其关断速度的不同可以将关断igbt的方式分为硬关断和软关断两种；
4.在本实用新型中，软关断与硬关断为相对的概念；
5.其中，硬关断是指igbt通常所采用的常规关断方式，也就是直接在igbt的门极g加反向门极电压来切断基极电流实现关断，但是由于现有igbt大多参与感性负载的通断控制，突然在igbt的门极g施加反向电压有可能会使igbt承受较大的电压尖峰而损伤甚至损坏，因此现有技术中会采用关断速度较慢的软关断方式来对igbt进行关断；
6.如说明书附图1中的公开的一种现有的软关断系统，其针对现有常用的门极驱动电路a进行的软关断设计，其技术手段是在该门极驱动电路a的输出端也就是导通电阻r
gon
和关断电阻r
goff
的连接处添加一软关断支路b，该软关断支路b包含一个n型的第二关断mos管n
mos2
和一个软关电阻r
ssd
,其第二关断mos管n
mos2
的导通触发条件为igbt模块q发生短路；当igbt模块q发生短路，第二关断mos管n
mos2
导通后将软关电阻r
ssd
接入门极驱动电路a，由软关电阻r
ssd
对门极g的电荷进行分流，以此来减慢igbt的关断速度，实现igbt的软关断；
7.因此，上述的软关断系统的确能够实现对igbt关断速度的降低，但是却缺乏关断速度调节的灵活性；因为igbt关断速度的减慢程度与软关电阻r
ssd
的阻值和igbt模块及其外围电路参数相关，一旦上述门极驱动电路a的igbt模块及其外围电路参数发生变化，为保持软关断的质量，其软关断支路中软关电阻r
ssd
的阻值必须进行相应的调整；很明显，上述的软关断系统并不具备适应能力。


技术实现要素：

8.为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种软关断灵活性高的、能够适应多种igbt模块的数字式igbt软关断系统。
9.本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
10.一种数字式igbt软关断系统，包括门极驱动电路a和igbt模块q，所述igbt模块q包括igbt和分压电阻r0，还包括脉冲调制信号模块；
11.所述分压电阻r0的一端与所述门极驱动电路a的输出端耦接，另一端与所述igbt的发射极e连接；
12.所述脉冲调制信号模块的输出与所述igbt的门极g耦接，输出控制所述igbt通断的门极关断信号pw_off，所述门极关断信号pw_off为经过脉冲调制的脉冲信号；
13.作为本实用新型进一步的方案：所述门极驱动电路a包括p型mos管p
mos
、第一关断mos管n
mos1
、导通电阻r
gon
和关断电阻r
goff
；
14.所述导通电阻r
gon
的一端与所述p型mos管p
mos
的漏极连接，另一端与所述关断电阻r
goff
的一端连接，所述关断电阻r
goff
的另一端与所述第一关断mos管n
mos1
的漏极连接，所述第一关断mos管n
mos1
的栅极与所述脉冲调制信号模块的输出端连接。
15.作为本实用新型进一步的方案：所述脉冲信号为经过pwm调制的信号。
16.作为本实用新型进一步的方案：所述脉冲信号为经过pfm调制的信号。
17.作为本实用新型进一步的方案：所述igbt模块q包括软关断电容cge，所述软关断电容cge的一端与所述igbt的门极g连接，另一端接地。
18.作为本实用新型进一步的方案：所述igbt模块q包括续流二极管d,所述续流二极管d的阴极端与所述igbt的集电极c连接，另一端与所述igbt的发射极e连接；
19.本实用新型的有益效果：
20.(1)可启动脉冲调制信号模块，输出经过脉冲调制的脉冲信号，如此能够使得第一关断mos管n
mos1
在饱和与截止区不断循环切换，进而使得igbt的门极g放电等效时间变大，从而达到慢速放电的目的，最终实现软关断；
21.而且由于脉冲的调制具有相当的自由度，通过pwm技术可以调整脉冲的宽度，通过pfm技术可以调整脉冲的频率，如此可以根据需求自由的对igbt的门极g放电等效时间进行调整，从而对软开关的开关速度进行进一步的微调，以此来适应不同igbt模块的软开关需求，保证软开关质量；
22.(2)在igbt的门极g、发射极e端增加电容cge,可以吸收igbt关断时的过冲电压，保护igbt不被击穿，提升使用安全；
23.(3)通过在igbt的集电极c和发射极e之间设置续流二极管d，使得igbt的硬关断时也有机会将一部分电流进行续流消耗，提升使用安全性。
附图说明
24.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
25.图1是现有技术中的一种软关断系统；
26.图2是本实用新型实施例一中的数字式igbt软关断系统；
27.图3是本实用新型实施例一中脉冲调制信号模块的输出脉冲示意图；
28.图4是本实用新型实施例二中的数字式igbt软关断系统；
29.图5是本实用新型实施例三中的数字式igbt软关断系统。
30.图中：a、门极驱动电路；b、软关断支路；q、igbt模块。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下
所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.请参阅图1所示的软关断系统，基于现有技术中常用的门极驱动电路a和igbt模块q进行设计，包括用于实现igbt软关断的软关断支路b，igbt模块q包括igbt和分压电阻r0；
33.门极驱动电路a包括p型mos管p
mos
、第一关断mos管n
mos1
、导通电阻r
gon
和关断电阻r
goff
；
34.软关断支路b包括一个n型的第二关断mos管n
mos2
和一个软关电阻r
ssd
；其第二关断mos管n
mos2
的导通触发条件为igbt模块q发生短路；
35.其中，导通电阻r
gon
的一端与p型mos管p
mos
的漏极连接，另一端与关断电阻r
goff
的一端连接，关断电阻r
goff
的另一端与第一关断mos管n
mos1
的漏极连接，第一关断mos管n
mos1
的栅极与脉冲调制信号模块的输出端连接；
36.导通电阻r
gon
与关断电阻r
goff
的连接处为门极驱动电路a的输出端，与igbt的门极g连接；分压电阻r0的一端与igbt的门极g连接，另一端接地。
37.在启动使用时，当p型mos管p
mos
和第一关断mos管n
mos1
均处于导通状态，第二关断mos管n
mos2
关断时，igbt的门极g和发射极e之间的电压uge为关断电阻r
goff
和分压电阻r0并联分压；
38.当igbt模块q发生短路，第二关断mos管n
mos2
导通后将阻值较大的软关电阻r
ssd
接入门极驱动电路a，由软关电阻r
ssd
对门极g的电荷进行分流，以此来减慢igbt的关断速度，实现igbt的软关断；
39.综上之，上述软关断系统的确能够实现对igbt关断速度的降低，但是却缺乏关断速度调节的灵活性，其很难通过对软关电阻r
ssd
进行实时的更改来适应不同的igbt模块；
40.本实用新型所公开的一种数字式igbt软关断系统，实施例一：
41.如图2所示，包括门极驱动电路a、igbt模块q、脉冲调制信号模块和分压电阻r0；
42.脉冲调制信号模块输出门极关断信号pw_off，其输出端与igbt的门极g耦接，其门极关断信号为经过脉冲调制的脉冲信号；
43.可以看出，本实用新型删去了现有的软关断系统中的软关断支路b，将原本负者控制igbt关断的高电平信号off替换为经过脉冲调制的脉冲信号，也就是门极关断信号pw_off(参见图3)；
44.如此设置，当第一关断mos管n
mos1
保持未导通状态，之后向p型mos管p
mos
的栅极施加高电平信号on使得mos管p
mos
导通，此时可将igbt进行导通；若此时需要将igbt进行软关断，则可启动脉冲调制信号模块，输出的脉冲信号实际上为将高电平off进行碎片化后得到的脉冲组，如此能够使得第一关断mos管n
mos1
在饱和与截止区不断循环切换，进而使得igbt的门极g放电等效时间变大，从而达到慢速放电的目的，最终实现软关断。
45.而且，本实用新型采用脉冲调制信号模块来对igbt进行通断控制，最大的优势在于脉冲的调制具有相当的自由度，通过pwm技术和pfm技术可以分别实时调整脉冲的宽度和频率，如此可以根据需求自由的对igbt的门极g放电等效时间进行调整，从而对软开关的开关速度进行进一步的微调，以此来适应不同igbt模块的软开关需求，保证软开关质量；
46.实施例二：
47.如图4所示，为本实用新型实施例二所提供的数字式igbt软关断系统，相较于实施例一，还包括软关断电容cge；
48.软关断电容cge的一端与门极驱动电路a的输出端耦接，另一端与igbt的发射极e连接。
49.如此在igbt的门极g、发射极e端增加电容cge,可以吸收igbt关断时的过冲电压，保护igbt不被击穿，提升使用安全；
50.实施例三：
51.如图5所示，为本实用新型实施例三所提供的数字式igbt软关断系统，相较于实施例二，还包括续流二极管d,续流二极管d的阳极与igbt的集电极c连接，另一端与igbt的发射极e连接。
52.通过在igbt的集电极c和发射极e之间设置续流二极管d，使得igbt的硬关断时也有机会将一部分电流进行续流消耗，提升使用安全性；
53.工作原理：
54.当第一关断mos管n
mos1
保持未导通状态，之后向p型mos管p
mos
的栅极施加高电平信号on使得mos管p
mos
导通，此时可将igbt进行导通；
55.若此时需要将igbt进行软关断，则可启动脉冲调制信号模块，输出的脉冲信号实际上为将高电平off进行碎片化后得到的脉冲组，也就是门极关断信号pw_off，如此能够使得第一关断mos管n
mos1
在饱和与截止区不断循环切换，进而使得igbt的门极g放电等效时间变大，从而达到慢速放电的目的，最终实现软关断；同时，可以通过pwm和pfm技术对门极关断信号pw_off进行脉宽和频率的调整，从而能够在igbt模块更改的情况下继续进行高质量的软关断。
56.以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。