CN107769529B - 功率器件软关电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率器件软关电路，包括与功率器件处于同一串联电路中的负载电子元件Load、输入电压和引线电感，所述的功率器件分别连接功率器件承受电压、驱动电压和功率器件的门极电容；功率器件串联驱动电压的电路上设置有驱动电路。本发明性通过对关断过程分段处理，t1～t2、t2～t3阶段加快关断速度，t3～t4减缓关断速度。加快t2～t3阶段，减小关断阶段的损耗；减缓t3～t4阶段，减小关断引发的感生电压。关断总时间与关断总损耗平衡处理，降低了功率器件承受的电压，减小了功率器件的损耗和发热。

Description

功率器件软关电路
技术领域
本发明涉及电学电路领域，具体为一种功率器件的软关电路。
背景技术
随着社会的飞速发展，尤其是科技技术的不断进步，电力的普及，使得人们的生活与电能密不可分。电的普及，设计人们的衣食住行，生活和工作；随着发电机组的不断扩大，各种以电为动力的大型机械也再逐渐增多，其中在诸多的电能机械及电路中，功率器件是一种极为常见的大型功率器件。
功率器件在电路中通过引线相连接，引线中存在电感Lk；功率器件在关断过程中，电流会发生突变，突变的电流会在引线电感Lk上激发出感应电压激发出的感应电压
Figure BDA0001472727220000012
会叠加到输入电压Vin，形成超出设计范围的电压
Figure BDA0001472727220000013
损坏功率器件，如图1所示；为了克服上述限于技术中的不足，现有技术中通过增大功率器件的驱动电阻，延长功率器件的关断时间，进而降低感应电压的幅值；具体原理为功率器件的关断速度与驱动电流成正比，而驱动电流与驱动电阻成反比，表明功率器件的关断速度与驱动电阻成反比，因此增大驱动电阻可减缓功率器件的关断速度，延长关断时间；根据感应电压的表达式
Figure BDA0001472727220000014
可知，di恒定时，dt增大会导致
Figure BDA0001472727220000015
减小，实现了感应电压的幅值的降低。
如图2所示，通过细分功率器件的关断，可以分为三个阶段：t1～t2、t2～t3、t3～t4，现有技术会将三个阶段同时延长，导致整个关断过程的损耗增加，功率器件温度升高，影响功率器件性能和安全。
因此，如果改进现有的电路，使得既能够实现延长关断时长，降低感生电压幅值，又不增加功率器件关断过程的损耗，已经是一个值得研究的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种保持阶段t1～t2、t2～t3时间不变，延长t3～t4的时间，实现即能够延长关断时长，降低感生电压幅值，又不增加功率器件关断过程的损耗的功率器件软关电路。
本发明的目的是这样实现的：
功率器件软关电路，包括与功率器件S1处于同一串联电路中的负载Load、输入电压Vin和引线电感Lk，所述的功率器件S1分别连接功率器件承受电压U1、驱动电压U2和功率器件的门极电容Cgs；功率器件S1串联驱动电压U2的电路上设置有驱动电路；
所述的的驱动电路包括并列设置的由功率器件开通时的开通驱动电路以及功率器件关断时的关断驱动电路；
所述的开通驱动电路包括串联的第一二极管D1和第一电阻R1；所述的关断驱动电路包括串联的第二二极管D2和第二电阻R2；
所述的软关电路一中的功率器件承受电压U1的采样电压b连接比较器COM1，比较器COM1同时连接参考电压a；比较器COM1连接功率器件S1的电路中串联有第一控制开关Q1和第三电阻R3；
所述的软关电路二中的功率器件S1的电路上依次串联有第三电阻R3、第一控制开关Q1、第六电阻R6、第五电阻R5、第四电阻R4和第一稳压管Z1；
所述的第五电阻R5与第六电子R6之间设置有第二控制开关Q2；
所述的第五电阻R5与第二控制开关Q2之间设置有第二稳压管Z2。
积极有益效果：本发明性通过对关断过程分段处理，t1～t2、t2～t3阶段加快关断速度，t3～t4减缓关断速度。加快t2～t3阶段，减小关断阶段的损耗；减缓t3～t4阶段，减小关断引发的感生电压。关断总时间与关断总损耗平衡处理，降低了功率器件承受的电压，减小了功率器件的损耗和发热。
附图说明
图1为功率器件所处电路原理图；
图2为现有技术中关断过程电压电流波形图；
图3为本发明的功率器件软关电路一；
图4为图3的关断过程电压电流波形图；
图5为本发明的功率器件软关电路二；
图6为图5的关断过程电压电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，对本发明做进一步的说明：
功率器件软关电路，包括与功率器件S1处于同一串联电路中的负载Load、输入电压Vin和引线电感Lk，所述的功率器件S1分别连接功率器件承受电压U1、驱动电压U2和功率器件的门极电容Cgs；功率器件S1串联驱动电压U2的电路上设置有驱动电路；
所述的的驱动电路包括并列设置的由功率器件开通时的开通驱动电路以及功率器件关断时的关断驱动电路；
所述的开通驱动电路包括串联的第一二极管D1和第一电阻R1；所述的关断驱动电路包括串联的第二二极管D2和第二电阻R2；
所述的软关电路一中的功率器件承受电压U1的采样电压b连接比较器COM1，比较器COM1同时连接参考电压a；比较器COM1连接功率器件S1的电路中串联有第一控制开关Q1和第三电阻R3；
所述的软关电路二中的功率器件S1的电路上依次串联有第三电阻R3、第一控制开关Q1、第六电阻R6、第五电阻R5、第四电阻R4和第一稳压管Z1；
所述的第五电阻R5与第六电子R6之间设置有第二控制开关Q2；
所述的第五电阻R5与第二控制开关Q2之间设置有第二稳压管Z2。
实施例1
如图3、图4所示，电路说明：Vin为电路输入电压，Lk为线路电感，S1为功率器件，Cgs为功率器件的门极电容，门极电容电压决定了功率器件的开通和关断，第一二极管D1、第二电阻R1为功率器件开通时的驱动电路，第二二极管D2、第二电阻R2为功率器件关断时的驱动电路，第三电阻R3为关断时的并联电阻，第一控制开关Q1为控制电阻并联的开关。
t1～t2阶段：由于参考电压a＞采样电压b，第一控制开关Q1为开通状态，此时第二电阻R2和第三电阻R3为并联状态，由于第三电阻R3取值较小，第二电阻R2与第三电阻R3并联后的驱动电阻小，驱动电流大，对功率器件的门极电容Cgs放电快，此时功率器件关断速度快。
t2～t3阶段：该阶段内采样电压随着功率器件承受电压的上升而上升，但参考电压a＞采样电压b，故开关第一控制开关Q1保持开通状态，第二电阻R2和第三电阻R3保持并联，功率器件关断速度快。
t3～t4阶段：t3时刻采样电压上升至超过参考电压，此时采样电压b＞参考电压a，则第一控制开关Q1为关断状态，第三电阻R3不再与第二电阻R2并联，关断驱动电阻仅为第二电阻R2，由于第二电阻R2的取值较大，驱动电流减小，对功率器件的门极电容Cgs放电慢，功率器件关断速度变慢。该阶段内负载电流Ia开始减小，线路中产生感生电压
Figure BDA0001472727220000031
由于功率器件关断速度变慢，关断时间延长，感生电压幅值减小，功率器件所承受的电压也减小，从而实现了器件的软关断。
实施例2
如图5、图6所示，在实施例的基础上增加第二控制开关Q2，第一稳压管Z1和第二稳压管Z2。
t1～t2阶段：功率器件承受电压U1＜第一稳压管Z1标称电压，第二控制开关Q2不开通，第一控制开关Q1在Vcc作用下开通，第二电阻R2与第三电阻R3实现并联。
t2～t3阶段：功率器件S1电压开始上升，但仍存在功率器件承受电压U1＜第一稳压管Z1标称电压，第二控制开关Q2不开通，第一控制开关Q1保持开通状态，第二电阻R2与第三电阻R3保持并联状态。
t3～t4阶段：t3时刻，功率器件承受电压U1＞第一稳压管Z1标称电压，第二控制开关Q2开通，第一控制开关Q1关断，第三电阻R3不再与第二电阻R2并联，驱动电阻仅为第二电阻R2。
本发明性通过对关断过程分段处理，t1～t2、t2～t3阶段加快关断速度，t3～t4减缓关断速度。加快t2～t3阶段，减小关断阶段的损耗；减缓t3～t4阶段，减小关断引发的感生电压。关断总时间与关断总损耗平衡处理，降低了功率器件承受的电压，减小了功率器件的损耗和发热。
以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。

Claims (2)

1.功率器件软关电路，包括与功率器件处于同一串联电路中的负载、输入电压和引线电感，其特征在于：所述的功率器件分别连接功率器件受电压、驱动电压和功率器件的门极电容；功率器件串联驱动电压的电路上设置有驱动电路；t3～t4阶段：t3时刻采样电压上升至超过参考电压，此时采样电压(b)＞参考电压(a)，则第一控制开关(Q1)为关断状态，第三电阻(R3)不再与第二电阻(R2)并联，关断驱动电阻仅为第二电阻(R2)，由于第二电阻(R2)的取值较大，驱动电流减小，对功率器件的门极电容(Cgs)放电慢，功率器件关断速度变慢；t3～t4阶段：t3时刻，功率器件承受电压(U1)＞第一稳压管(Z1)标称电压，第二控制开关(Q2)开通，第一控制开关(Q1)关断，第三电阻(R3)不再与第二电阻(R2)并联，驱动电阻仅为第二电阻(R2)；所述的驱动电路包括并列设置的由功率器件开通时的开通驱动电路以及功率器件关断时的关断驱动电路；所述的开通驱动电路包括串联的第一二极管和第一电阻；所述的关断驱动电路包括串联的第二二极管和第二电阻；所述的功率器件承受电压的采样电压连接比较器，比较器同时连接参考电压；比较器连接功率器件的电路中串联有第一控制开关和第三电阻；所述的功率器件的电路上依次串联有第三电阻、第一控制开关、第六电阻、第五电阻、第四电阻和第一稳压管；所述的第五电阻与第六电阻之间设置有第二控制开关。
2.根据权利要求1所述的功率器件软关电路，其特征在于：所述的第五电阻与第二控制开关之间设置有第二稳压管。
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