技术领域
[0001] 本实用新型涉及电路领域，特别是涉及一种新型有源钳位功能电路。
背景技术
[0002] 传统有源钳位电路工作原理简单，可有效改善关断大
电流时的过
电压，但在某些特定工况下，直流
母线电压可能升高，导致IGBT会以一种不可控的方式开通。当主功率换流通路存在较大的杂散电感或关断时的di/dt很高，会导致电压过冲，可能超过IGBT的
击穿电压并损坏。一种保护IGBT免受过冲损坏的方法就是有源钳位。目前常见的有源钳位电路形式包括两种：直接反馈到栅极的有源钳位；反馈到驱动控制的有源钳位。
[0003] 直接反馈到栅极的有源钳位电路如图1所示，图中A点-集
电极、B点-TVS
二极管阳极、C点-IGBT栅极、D点-推挽
三极管发射极、E点-IGBT发射极(驱动电源地电位)、F点-驱动电源负。在栅极关断过程，Q1关断、Q2开通，导致栅极D点电位≈F点电位。当V(AB)＝V(AE)-V(CE)-V(BC)＞TVS管最低击穿电压时，产生击穿电流路径如图所示，则栅极V(CE)放电电流减小，关断过程中的di/dt减小。因栅极
电阻较小，故一般所需钳位电流较高且若再生
能量导致V(AB)在正常状态也高于TVS管最低击穿电压，则TVS管持续击穿，直至IGBT开通。
[0004] 直接反馈到栅极的有源钳位在某些特定的情况下反应太慢，需要深度钳位。否则直到栅极电压降低到
门槛电压以下才起作用，会带来再次开通IGBT的
风险，这种现象有可能损坏IGBT。为了减少关断过程中的di/dt，并防止再次开通IGBT，必须产生大电流。故电路选取的TVS二极管和阻断二极管需满足这些脉冲电流的需求，这类功能强大的二极管价格较贵。
[0005] 反馈到驱动控制的有源钳位电路如图2所示，图中A点-集电极、B点-TVS二极管阳极、C点-推挽三极管基极、D点-驱动
信号输出、E点-驱动电源负、F点-推挽三极管发射极。在栅极关断过程，D点电位≈E点电位。当V(AB)＝V(AE)-V(CE)-V(BC)＞TVS管最低击穿电压时，击穿电流路径如图所示，则推挽三极管基极V(CE)放电电流减小，关断过程中的di/dt减小。因基极电阻较大，故一般所需钳位电流较低。但与1相同若再生能量导致V(AB)在正常状态也高于TVS管最低击穿电压，则TVS管持续击穿，直至IGBT开通。
[0006] 反馈到驱动控制的有源钳位是更加简单的方案，把信号反馈到可控栅极驱动的栅极，只需较低的钳位深度，因前级推挽驱动电阻比IGBT栅极电阻高很多，所以只需一小部分电流就能产生足够的电压来打开前级推挽驱动，改善关断过电压。因为通过二极管的电流很低，可以用更便宜的二极管，且电路反应快。
[0007] 但与直接反馈到栅极的有源钳位电路相同，在某些特定工况下，当
直流母线电压值升高以致超过TVS二极管的击穿电压，仍低于IGBT阻断电压时，存在IGBT损坏风险。例如：当
变频器用于
电机控制系统在直流母线断路的条件下，停止工作会导致母线
支撑电容电压
泵升，再生能量无法耗散，通过有源钳位TVS二极管的电流可能会过载且导致IGBT
驱动器的损坏。因此在类似的应用中，需要确保有源钳位不被持续激活，IGBT不会以一种不可控的方式偏置而开通。
实用新型内容
[0008] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型有源钳位功能电路，能够阻断直流电压分量，保护IGBT免受损坏。
[0009] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种新型有源钳位功能电路，包括NPN推挽三极管Q1、PNP推挽三极管Q2、IGBT、TVS二极管Z1、防反二极管D1、推挽前级驱动电阻R1、栅极驱动电阻R2、滤波电阻R3、电容C1—C3、PWM信号发生器；
[0010] 所述NPN推挽三极管Q1的基极与PNP推挽三极管Q2的基极并联，推挽前级驱动电阻R1的一端与PWM信号发生器的输出端连接、另一端与NPN推挽三极管Q1的基极连接，NPN推挽三极管Q1的集电极连接电源正极、发射极与栅极驱动电阻R2的一端连接，PNP推挽三极管Q2的集电极连接电源负极、发射极与NPN推挽三极管Q1的发射极连接，栅极驱动电阻R2的另一端与IGBT的门极连接；
[0011] 所述IGBT的集电极与门极之间
串联有TVS二极管Z1、电容C1、防反二极管D1，电容C1的两端分别连接TVS二极管Z1与防反二极管D1的正极，IGBT的门极与发射极之间连接有由滤波电阻R3与电容C2组成的RC滤波电路，电容C3的一端连接PNP推挽三极管Q2的集电极、另一端连接IGBT的发射极。
[0012] 在本实用新型一个较佳
实施例中，所述电容C1为隔直电容。
[0013] 本实用新型的有益效果是：
[0014] (1)本实用新型电路原理简单，反应速度快，降低有源钳位电路使用风险，提高功能电路的有效性，相比于传统的有源钳位，将会更早地重新打开栅极，改善关断大电流时的过电压明显；
[0015] (2)当再生能量导致直流母线电压泵升，进而导致IGBT正常工作时会激活有源钳位，该电路通过在二极管链中加入一个电容来阻断直流电压分量，当电容两端未发生电压瞬变时，不会导致IGBT不可控而开通；
[0016] (3)因为电容两端瞬变产生的位移电流主要与电容量及电压变化率相关，故不需要深度钳位，亦没有减弱有源钳位的有效性。
附图说明
[0017] 图1是所述直接反馈到栅极的有源钳位电路图；
[0018] 图2是所述反馈到驱动控制的有源钳位电路图；
[0019] 图3是本实用新型一种新型有源钳位功能电路图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0021] 请参阅图3，本实用新型实施例包括：
[0022] 一种新型有源钳位功能电路，主要应用于电机控制领域，包括NPN推挽三极管Q1、PNP推挽三极管Q2、IGBT、TVS二极管Z1、防反二极管D1、推挽前级驱动电阻R1、栅极驱动电阻R2、滤波电阻R3、电容C1—C3、PWM信号发生器。
[0023] 所述NPN推挽三极管Q1的基极与PNP推挽三极管Q2的基极并联，推挽前级驱动电阻R1的一端与PWM信号发生器的输出端OUT连接、另一端与NPN推挽三极管Q1的基极连接，NPN推挽三极管Q1的集电极连接电源正极、发射极与栅极驱动电阻R2的一端连接，PNP推挽三极管Q2的集电极连接电源负极、发射极与NPN推挽三极管Q1的发射极连接，栅极驱动电阻R2的另一端与IGBT的门极连接；
[0024] 所述IGBT的集电极与门极之间串联有TVS二极管Z1、电容C1、防反二极管D1，电容C1的两端分别连接TVS二极管Z1与防反二极管D1的正极，IGBT的门极与发射极之间连接有由滤波电阻R3与电容C2组成的RC滤波电路，电容C3的一端连接PNP推挽三极管Q2的集电极、另一端连接IGBT的发射极。
[0025] 进一步的，所述电容C1为隔直电容。
[0026] 图中A点-集电极、B点-TVS二极管阳极、C点-防反二极管阳极、D点-IGBT栅极、E点-推挽三极管发射极、F点-IGBT发射极、G点-驱动电源负。在栅极关断过程，E点电位≈G点电位。当V(AB)＝V(AF)-V(DF)-V(BC)-V(CD)＞TVS管最低击穿电压时，B-C点电压瞬变产生位移电流路径如图所示，则IGBT栅极V(DF)放电电流减小，关断过程中的di/dt减小。此位移电流与电容值及电压变化率相关。与直接反馈到栅极的有源钳位电路、反馈到驱动控制的有源钳位电路不同，若再生能量导致V(AB)在正常状态也高于TVS管最低击穿电压，但电容阻断了直流电压分量，未产生电压变化瞬变，不会导致IGBT不可控而开通。
[0027] 该电路的电路原理简单，就是在负载电流明显降低之前，保持MOS通道开通，允许自由
电子和空穴电流通过。改进的主要内容为防止IGBT持续性开通，需要在二极管链中加入一个电容来阻断直流电压分量，在不减弱有源钳位有效性的
基础上保护IGBT免受损坏。
[0028] 当IGBT集电极-发射极间电压超过TVS二极管的击穿电压时，由于电容的作用，电压瞬变dVce/dt产生位移电流，Iac＝Cac*(dVce/dt)。这种情况下，一旦达到触发电压，相比传统有源钳位，将会更早地打开IGBT栅极且钳位深度较浅。当出现直流母线电压泵升的工况，虽达到TVS二极管触发电压，但是电容两端未出现高斜率电压瞬变，隔断
直流分量，确保IGBT未不可控开通。由于需要隔断直流电压，所以电容必须要有足够的绝缘等级，容量可在nf级别。
[0029] 以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的
专利范围，凡是利用本实用新型
说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
