本發(fā)明涉及高壓變頻器，特別是一種用于高壓變頻器和MMC變頻器IGBT門極保護的柵極保護板。

背景技術(shù)：

功率單元是使用功率電力電子器件進行整流、濾波、逆變的高壓變頻器主回路的主要部件，每個功率單元都相當于一臺交-直-交電壓型單相低壓變頻器，目前功率單元使用的核心器件是IGBT，對于如何良好的驅(qū)動IGBT，驅(qū)動電路的設計是核心。

目前行業(yè)內(nèi)高壓變頻器采用的門極保護板，現(xiàn)在正在使用的柵極保護板比較簡單(如圖1所示)，IGBT工作時，主要靠TVS管(D2)吸收瞬間的浪涌，但是有時TVS管不能把浪涌的能量吸收完，在波形上就會看到Vge電壓尖峰很高，帶載運行的時候，Vge有時就超過了20V；在做短路實驗時，Vge的值直接超過了20V，使IGBT處于危險工作狀態(tài)，隨時可能爆炸；因此現(xiàn)有的柵極保護板雖然可以使得變頻器運行起來，但是對于其長期運行的性能、壽命卻沒有得到保障。

IGBT正常開通時，通過TVS管把門極電壓抑制在+20V以下，根據(jù)測試發(fā)現(xiàn)，空載的時候確實能夠抑制住門極電壓不超過20V，但是帶載的時候就會出現(xiàn)門極電壓超過20V的情況，IGBT隨時有失效的風險；IGBT關斷時，為了不出現(xiàn)太高的開通閥值電平，在現(xiàn)有的電路下，只能加大門極電阻阻值和門極電容容值，把IGBT關斷過程中多余的能量進行吸收消耗掉，但是這樣又會使IGBT正常工作時的損耗增大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于門極保護的柵極保護板。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于門極保護的柵極保護板，包括

連接驅(qū)動板輸出驅(qū)動脈沖信號的端口D-Gon與端口D-E，連接IGBT柵極的端口IGBT-G及連接IGBT射級的端口IGBT-E；以及

連接在端口D-Gon與端口IGBT-G之間的柵極驅(qū)動電阻，連接在端口D-E與端口IGBT-E之間的源極驅(qū)動電阻；

連接在端口IGBT-G與端口IGBT-E之間的IGBT導通泄壓電路(10)和IGBT關斷泄壓電路(20)。

進一步，所述IGBT導通泄壓電路(10)包括NPN型三極管Q4、穩(wěn)壓二極管D5、吸收電容C10、泄壓電阻R25以及二極管D8，該三極管Q4的集電極與端口IGBT-G連接，穩(wěn)壓二極管D5連接在三極管Q4的集電極與基極之間，該吸收電容C10連接在三極管Q4的發(fā)射級與端口IGBT-E之間，該泄壓電阻R25、二極管D8依次串聯(lián)在三極管Q4的發(fā)射級與端口D-Gon之間。

此外，所述三極管Q4的基極與端口IGBT-E之間連接有并聯(lián)著的電容C8和電阻R18。

進一步，所述IGBT關斷泄壓電路(20)包括PNP型三極管Q3、二極管D10、吸收電容C9、泄壓電阻R21以及二極管D7，該三極管Q3的發(fā)射極與端口IGBT-G連接，二極管D10連接在三極管Q3的基極與端口D-Gon之間，該吸收電容C9連接在三極管Q3的集電極與端口IGBT-E之間，該泄壓電阻R21、二極管D7依次串聯(lián)在三極管Q3的集電極與端口D-Gon之間。

所述三極管Q3的基極與端口IGBT-E之間連接有并聯(lián)著的電容C7和電阻R19。

進一步，所述柵極驅(qū)動電阻由電阻R14和電阻R15并聯(lián)而成，源極驅(qū)動電阻由電阻R24和電阻R20并聯(lián)而成。

進一步，所述端口IGBT-G與端口IGBT-E之間連接有電阻R17。

本發(fā)明的有益效果：

①通過增加部分電路，把開通和關斷時的能量吸收泄放掉，在設計上減小了驅(qū)動電阻的阻值，降低了IGBT損耗；

②IGBT正常工作時，能夠把門極電壓穩(wěn)定在16V左右，保證了IGBT的長期運行性能和壽命；

③外部輸出短路時，在短路的一瞬間控制器還未切斷電路起保護作用的情況下，能夠穩(wěn)住門極電壓，避免IGBT失效。

④防止關斷時，上下管門極信號同時為高，上下管同時導通，造成IGBT直通。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進一步的說明。

圖1是傳統(tǒng)柵極保護板的電路圖；

圖2是本發(fā)明柵極保護板的電路圖。

具體實施方式

如圖2所示，本發(fā)明的一種用于門極保護的柵極保護板，包括

連接驅(qū)動板輸出驅(qū)動脈沖信號的端口D-Gon與端口D-E，連接IGBT柵極的端口IGBT-G及連接IGBT射級的端口IGBT-E；以及

連接在端口D-Gon與端口IGBT-G之間的柵極驅(qū)動電阻，連接在端口D-E與端口IGBT-E之間的源極驅(qū)動電阻；

連接在端口IGBT-G與端口IGBT-E之間的IGBT導通泄壓電路10和IGBT關斷泄壓電路20。

如圖2示，IGBT導通泄壓電路10包括NPN型三極管Q4、穩(wěn)壓二極管D5、吸收電容C10、泄壓電阻R25以及二極管D8，該三極管Q4的集電極與端口IGBT-G連接，穩(wěn)壓二極管D5連接在三極管Q4的集電極與基極之間，該吸收電容C10連接在三極管Q4的發(fā)射級與端口IGBT-E之間，該泄壓電阻R25、二極管D8依次串聯(lián)在三極管Q4的發(fā)射級與端口D-Gon之間。此外，所述三極管Q4的基極與端口IGBT-E之間連接有并聯(lián)著的電容C8和電阻R18。

與之對應的，所述IGBT關斷泄壓電路20包括PNP型三極管Q3、二極管D10、吸收電容C9、泄壓電阻R21以及二極管D7，該三極管Q3的發(fā)射極與端口IGBT-G連接，二極管D10連接在三極管Q3的基極與端口D-Gon之間，該吸收電容C9連接在三極管Q3的集電極與端口IGBT-E之間，該泄壓電阻R21、二極管D7依次串聯(lián)在三極管Q3的集電極與端口D-Gon之間。所述三極管Q3的基極與端口IGBT-E之間連接有并聯(lián)著的電容C7和電阻R19。

作為本技術(shù)方案配套的電路元件，所述柵極驅(qū)動電阻由電阻R14和電阻R15并聯(lián)而成，源極驅(qū)動電阻由電阻R24和電阻R20并聯(lián)而成，端口IGBT-G與端口IGBT-E之間連接有電阻R17。電阻R26與電阻R25并聯(lián)以匹配不同功率大小，同理，電阻R21與電阻R22并聯(lián)以匹配不同功率大小。

本發(fā)明主要構(gòu)思是能夠限制IGBT正常開通下電壓閥值最大值不超過18V，關斷情況下突然開通的電壓閥值不超過0V，主要原理設計情況如下：

①IGBT開通過程中限制電壓不超過18V：

主要功能電路由D5、Q4、C10、R25、D8組成(如圖2中10部分)，其中D5是一個18V的穩(wěn)壓二極管，當IGBT開通的閥值超過18V時，則三極管Q4的C極、E極導通，電流從C極、E極到達電容C10,從而C10把多余的能量進行吸收；IGBT關斷時，則可以把該能量通過D8、R25把能量泄放掉，最終達到把門極正電壓最大值限制在+18V以下。

②IGBT關斷過程中突然出現(xiàn)的開通電平閥值不超過0V：

主要功能電路由Q3，C9，R21，D7，D10組成(圖2中20部分)，當IGBT關斷時，若門極前端的瞬時電壓值大于驅(qū)動電阻前端的電壓值(即圖2中“1”點電壓大于“2”點電壓)，兩者壓差大于0.7V，D10導通，使Q3三極管導通，電流經(jīng)通過C極、E極向下給電容C9充電，當電容C9吸收能量達到其容量時，剩余的能量由R21，R7消耗掉，這樣就能夠避免IGBT關斷時門極電壓沖過高的情況出現(xiàn)，保證了IGBT正常工作過程中不會直通短路的風險。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)先實施方式，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，只要以基本相同手段實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。