CN104883167B - 改善igbt关断性能的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善IGBT关断性能的电路，其包括：IGBT、电流变化检测电路、以及栅极电阻变化电路，所述IGBT与第一电阻相串联；所述电流变换检测电路包括：第一晶体管、电容器、分流电阻，所述第一晶体管的基极和集电极分别与供电端和输出端相连接，所述基极和供电端之间连接有第二电阻，所述集电极和输出端之间连接有第三电阻；所述栅极电阻变化电路包括：第二晶体管、第三晶体管、二极管、第四电阻、以及第五电阻。本发明的改善IGBT关断性能的电路能够改变IGBT关断过程中IGBT的栅极电阻的大小，满足IGBT开通时小栅极电阻、关断时相对大栅极电阻的需求。解决了关断损耗与电压过冲之间的矛盾，提高了IGBT关断性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善IGBT关断性能的电路。
背景技术
绝缘栅双极晶体管（简称IGBT）结合了大功率晶体管（GTR）及大功率场效应晶体管（MOSFET）的优点，是比较理想的全控型器件，具有控制方便、开关速度快、工作频率高、安全工作区大等优点。目前IGBT模块容量已经达到2000A/6500V，满足了电力电子与电力传动领域应用要求。
IGBT的开通和关断是通过栅极电阻对栅极与发射极电容充放电完成的，所以栅极电阻的大小直接影响着栅极充放电时间常数，进而影响着IGBT的开关过程。因此，栅极电阻必须按照应用要求进行优化和仔细选择。
在IGBT应用中，系统开关损耗与栅极电阻的选择息息相关。开通过程中，如减小栅极电阻，则使得IGBT开通速度变快，开通功耗减小。然而，受续流二极管反向恢复和吸收电容的放电电流的影响，开通过快会导致IGBT承受的电流变化速率di/dt过大，严重时甚至会导致IGBT和续流二极管的损坏。
此时开通过程中应该有目的地改变栅极电阻的选值，控制开通过程中的峰值电流。同时，栅极电阻的选值对关断过程也有影响。具体地，栅极电阻较小有利于加快关断速度和减小关断功耗，也有利于避免关断时由于dv/dt的米勒效应导致的IGBT误导通。但是，通过对不同电压等级IGBT模块测试发现，对于电压等级小于1700V的IGBT模块，栅极电阻选值过小可能会导致集电极电流下降速率di/dt过大，电路中杂散电感在IGBT上会产生较大的集电极浪涌电压而损坏IGBT。因此，IGBT开通和关断过程中对栅极电阻的不同要求影响了IGBT的使用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了改善IGBT关断性能的电路。
为了实现上述目的，本发明的一种改善IGBT关断性能的电路，其包括：IGBT、电流变化检测电路、以及栅极电阻变化电路，所述IGBT与第一电阻相串联；
所述电流变换检测电路包括：第一晶体管、电容器、分流电阻，所述第一晶体管与所述电容器相串联，且与所述分流电阻相并联，所述第一晶体管的基极和集电极分别与供电端和输出端相连接，所述基极和供电端之间连接有第二电阻，所述集电极和输出端之间连接有第三电阻；
所述栅极电阻变化电路包括：第二晶体管、第三晶体管、二极管、第四电阻、以及第五电阻；所述第四电阻与所第一电阻相串联，且所述第四电阻的两端并联有第二晶体管和二极管，所述第二晶体管和二极管之间相互串联，所述第二晶体管的基极串联有所述第五电阻和第三晶体管，所述第三晶体管的基极与第一晶体管的集电极相连接。
作为本发明的进一步改进，所述电流变换检测电路检测到关断时的电流减小时，所述栅极电阻变化电路中第二晶体管由开通状态转换为截止状态，所述第三晶体管由截止状态转换为开通状态。
作为本发明的进一步改进，所述IGBT开通时，IGBT栅极电阻的阻值为第一电阻的阻值，所述IGBT关断时，IGBT栅极电阻的阻值为第一电阻和第四电阻的阻值之和。
作为本发明的进一步改进，所述IGBT开通时，所述栅极电阻变化电路中的第四电阻被第二晶体管短路，所述IGBT关断时，所述第一电阻和第四电阻形成栅极电阻。
作为本发明的进一步改进，所述电流变换检测电路检测的电流变化速率与所述第二电阻的阻值和电容器的电容相对应。
作为本发明的进一步改进，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管为三极管。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的改善IGBT关断性能的电路能够改变IGBT关断过程中IGBT的栅极电阻的大小，满足IGBT开通时小栅极电阻、关断时相对大栅极电阻的需求。解决了关断损耗与电压过冲之间的矛盾，提高了IGBT关断性能。保证IGBT具有小关断损耗的同时降低了芯片过压风险，满足了IGBT芯片低关断损耗及高可靠性的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的改善IGBT关断性能的电路的电路图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的改善IGBT关断性能的电路100包括：IGBT10、电流变化检测电路20、以及栅极电阻变化电路30。其中，所述IGBT10与第一电阻40相串联，同时，沿电流的流动方向，所述第一电阻40与所述栅极电阻变化电路30相串联。
具体而言，所述电流变换检测电路20包括：第一晶体管21、电容器22、分流电阻23。其中，所述第一晶体管21与所述电容器22相串联，且与所述分流电阻23相并联。所述分流电阻23两端的电压随IGBT集电极电流减小而减小，此时，电容器22开始充电，当第一晶体管21的基极电流减小到相应值时，第一晶体管21则处于截止状态。此外，所述第一晶体管21的基极和集电极分别与供电端A和输出端B相连接，所述基极和供电端A之间连接有第二电阻24，所述集电极和输出端B之间连接有第三电阻25。
所述电流变换检测电路可用于在IGBT关断时，检测电路中电流的变化情况，电流变换检测电路检测的电流变化率与所述第二电阻的阻值和电容器的电容相对应，即通过设置电容器和电容的数值可实现对不同电流变化率的检测。
进一步地，所述栅极电阻变化电路30具体包括：第二晶体管31、第三晶体管32、二极管33、第四电阻34、以及第五电阻35。其中，所述第四电阻34与所第一电阻40相串联，且所述第四电阻34的两端并联有第二晶体管31和二极管33，所述第二晶体管31和二极管33之间相互串联，所述第二晶体管31的基极串联有所述第五电阻35和第三晶体管32，所述第三晶体管32的基极与第一晶体管21的集电极相连接。
所述第四电阻34在IGBT开通时，被与其相并联的第二晶体管31短路。具体地，IGBT开通时，栅极电阻仅为第一电阻40，此时栅极电阻的阻值等于第一电阻40的阻值；当所述电流变换检测电路20检测到电流减小时，即IGBT关断时，所述栅极电阻变化电路30中第二晶体管31由开通状态转换为截止状态，所述第三晶体管32由截止状态转换为开通状态，从而第一电阻40与第四电阻34共同形成IGBT的栅极电阻，此时栅极电阻34相对IGBT开通时变大，IGBT关断时栅极电阻的阻值为第一电阻40和第四电阻34的阻值之和。从而，本发明的电路满足了IGBT开通时对小栅极电阻的需求，而在关断时对相对大阻值栅极电阻的需求，平衡了IGBT开通和关断时的矛盾。
优选地，如上所述的第一晶体管21、第二晶体管31、第三晶体管32为三极管。
综上所述，本发明的改善IGBT关断性能的电路能够改变IGBT关断过程中IGBT的栅极电阻的大小，满足IGBT开通时小栅极电阻、关断时相对大栅极电阻的需求。解决了关断损耗与电压过冲之间的矛盾，提高了IGBT关断性能。保证IGBT具有小关断损耗的同时降低了芯片过压风险，满足了IGBT芯片低关断损耗及高可靠性的要求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种改善IGBT关断性能的电路，其特征在于，所述改善IGBT关断性能的电路包括：IGBT、电流变化检测电路、以及栅极电阻变化电路，所述IGBT与第一电阻相串联；
所述电流变化检测电路包括：第一晶体管、电容器、分流电阻，所述第一晶体管与所述电容器相串联，且与所述分流电阻相并联，且所述电容器位于所述第一晶体管的基极和所述分流电阻之间，所述第一晶体管的基极和集电极分别与供电端和输出端相连接，所述基极和供电端之间连接有第二电阻，所述集电极和输出端之间连接有第三电阻；
所述栅极电阻变化电路包括：第二晶体管、第三晶体管、二极管、第四电阻、以及第五电阻；所述第四电阻与所所述第一电阻相串联，且所述第四电阻的两端并联有第二晶体管和二极管，所述第二晶体管和二极管之间相互串联，所述第二晶体管的基极串联有所述第五电阻和第三晶体管，所述第三晶体管的基极与第一晶体管的集电极相连接，且所述第三晶体管的发射极接地。
2.根据权利要求1所述的改善IGBT关断性能的电路，其特征在于，所述电流变化检测电路检测到关断时的电流减小时，所述栅极电阻变化电路中第二晶体管由开通状态转换为截止状态，所述第三晶体管由截止状态转换为开通状态。
3.根据权利要求1所述的改善IGBT关断性能的电路，其特征在于，所述IGBT开通时，IGBT栅极电阻的阻值为第一电阻的阻值，所述IGBT关断时，IGBT栅极电阻的阻值为第一电阻和第四电阻的阻值之和。
4.根据权利要求1所述的改善IGBT关断性能的电路，其特征在于，所述IGBT开通时，所述栅极电阻变化电路中的第四电阻被第二晶体管短路，所述IGBT关断时，所述第一电阻和第四电阻形成栅极电阻。
5.根据权利要求1所述的改善IGBT关断性能的电路，其特征在于，所述电流变化检测电路检测的电流变化速率与所述第二电阻的阻值和电容器的电容相对应。
6.根据权利要求1所述的改善IGBT关断性能的电路，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管为三极管。
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