一種門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路，其特征在于：包括比較器U1、控制芯片U2、電流傳感器、溫度傳感器和電流回路，所述比較器U1的輸入端連接有電流傳感器和基準(zhǔn)電壓Vref，輸出端與控制芯片U2連接，所述電流傳感器與電流回路連接，所述控制芯片U2與溫度傳感器和電流回路連接，所述溫度傳感器與GTO二極管連接；本實(shí)用新型電路是根據(jù)CS驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，在控制芯片U2的控制下，通過不同的時(shí)序邏輯，依次開通關(guān)斷MOSFET器件QE、QP、QC、QS，形成電流回路，來實(shí)現(xiàn)GTO二極管導(dǎo)通所需的高脈沖電流和導(dǎo)通維持電流，同時(shí)該電路還集成了電流傳感功能和溫度檢測(cè)功能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)GTO二極管注入電流的調(diào)節(jié)和控制。
【專利說明】
一種門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種低導(dǎo)通維持電路，尤其門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路，屬于大功率電流型功率半導(dǎo)體器件驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)是一種大功率的電流型功率半導(dǎo)體器件，相對(duì)于絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)等場(chǎng)控型半導(dǎo)體器件，GTO驅(qū)動(dòng)電流型器件的驅(qū)動(dòng)功耗往往較大，而且驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，控制方式一般為開環(huán)不控方式，即設(shè)定一個(gè)固定的直流驅(qū)動(dòng)電流，無法根據(jù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電流值大小，這種方式造成驅(qū)動(dòng)損耗增大，不能有效利用電能，并且這些損耗還增加驅(qū)動(dòng)電路元件的老化，降低以GTO為核心元件的系統(tǒng)整體的可靠性。
[0003]門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)的可靠開啟驅(qū)動(dòng)需要向門極注入如圖1所示的電流波形，CS為驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，CS低電平表示GTO處于關(guān)斷截止?fàn)顟B(tài)，高電平表示導(dǎo)通狀態(tài)；IG為GTO門極注入電流。如圖1所示在TO時(shí)刻，CS信號(hào)為低電平，IG電流為零;在Tl時(shí)刻，CS信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)需要向GTO的門極注入一個(gè)高的脈沖電流，迅速向GTO門極注入大量載流子，使GTO進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，在T2時(shí)刻，脈沖電流結(jié)束，IG電流維持在5A-10A中某一固定值，用來維持GTO器件的正常導(dǎo)通;T3時(shí)刻，CS信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，IG電流變?yōu)榱?，停止向GTO的門極注入電流，GTO進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，且根據(jù)實(shí)際測(cè)試電路，設(shè)計(jì)了一臺(tái)高壓大功率器件的測(cè)試平臺(tái)，能夠快速、準(zhǔn)確的測(cè)試IGTO器件的相關(guān)參數(shù)，驗(yàn)證器件性能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路，其特征在于:包括比較器U1、控制芯片U2、電流傳感器、溫度傳感器和電流回路，所述比較器山的輸入端連接有電流傳感器和基準(zhǔn)電壓Vref，輸出端與控制芯片U2連接，所述電流傳感器與電流回路連接，所述控制芯片1]2與溫度傳感器和電流回路連接，所述溫度傳感器與GTO 二極管連接，所述電流回路包括第一電流回路、第二電流回路、第三電流回路和第四電流回路，所述第一電流回路是由電壓源VhMOSFET器件QP、電感L2和MOSFET器件Qe組成的回路，所述第二電流回路是由電感L2、M0SFET器件QC、GT0 二極管和二極管Dp組成的回路，所述第三電流回路是由電壓源V1、M0SFET器件Qs、電感L1、電阻Rs、MOSFET器件QdPGTO 二極管組成的回路，所述第四電流回路是由電感1^、電阻RS、M0SFET器件QC、GT0 二極管和二極管Ds組成的續(xù)流回路。
[0006]進(jìn)一步地，控制芯片U2由FPGA或者CPLD芯片編寫程序?qū)崿F(xiàn)。
[0007 ] 進(jìn)一步地，所述GTO 二極管為GTO門極和陰極之間PN結(jié)。
[0008]從以上描述可以看出，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0009]I)本實(shí)用新型電路采用MOSFET器件、電感、二極管等組成儲(chǔ)能回路，并且利用MOSFET器件的快速關(guān)斷能力，實(shí)現(xiàn)高脈沖電流，并且具有高的di/dt，有利于GTO二極管的快速導(dǎo)通；
[0010]2)本實(shí)用新型電路集成了電流傳感功能，并通過控制芯片U2實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制功能，精確實(shí)現(xiàn)電流值的控制，降低驅(qū)動(dòng)損耗，可重復(fù)性高；
[0011]3)該電路集成了溫度檢測(cè)功能，可以通過檢測(cè)GTO 二極管的溫度值，進(jìn)而反饋到控制芯片U2，來調(diào)節(jié)GTO 二極管的導(dǎo)通維持電流和高脈沖觸發(fā)電流的大小，GTO 二極管的導(dǎo)通維持電流與高脈沖觸發(fā)電流呈負(fù)相關(guān)特性，即溫度越高，需要的電流值越?。?br>[0012]4)該電路米用buck型開關(guān)電路為GTO注入導(dǎo)通維持電流，電能利用效率尚，相比傳統(tǒng)的電路拓?fù)?，損耗大幅降低。
【附圖說明】
[0013]圖1為GTO的門極注入電流和時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型GTO低導(dǎo)通維持電路圖。
[0015]圖3為本實(shí)用新型第一電流回路的電路圖。
[0016]圖4為本實(shí)用新型第二電流回路的電路圖。
[0017]圖5為本實(shí)用新型第三電流回路的電路圖。
[0018]圖6為本實(shí)用新型第四電流回路的電路圖。
[0019]圖7為本實(shí)用新型GTO二極管和時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖。
[0020]【附圖說明】:1-電流傳感器、2-溫度傳感器、3-電流回路、4-第一電流回路、5-第二電流回路、6-第三電流回路、7-第四電流回路、8-GT0 二極管。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0022]根據(jù)附圖1所述，一種門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路，其特征在于:包括比較器瓜、控制芯片U2、電流傳感器1、溫度傳感器2和電流回路3，所述比較器瓜的輸入端連接有電流傳感器3和基準(zhǔn)電壓Vref，輸出端與控制芯片U2連接，所述電流傳感器I與電流回路3連接，所述控制芯片1]2與溫度傳感器2和電流回路3連接，所述溫度傳感器2與GTO 二極管8連接，所述電流回路3包括第一電流回路4、第二電流回路5、第三電流回路6和第四電流回路7，控制芯片U2*FPGA或者CPLD芯片編寫程序?qū)崿F(xiàn)。
[0023]如圖3所示，所述第一電流回路4是由電壓源V1、M0SFET器件Qp、電感L2和MOSFET器件Qe組成的回路，
[0024]如圖4所示，所述第二電流回路5是由電感L2、M0SFET器件QC、GT0 二極管8和二極管Dp組成的回路，所述GTO 二極管8為GTO門極和陰極之間PN結(jié)。
[0025]如圖5所示，所述第三電流回路6是由電壓源VhMOSFET器件Qs、電感L1、電阻Rs、MOSFET器件Qc和GTO 二極管8組成的回路。
[0026]如圖6所示，所述第四電流回路7是由電感1^、電阻Rs、M0SFET器件QC、GT0 二極管8和二極管Ds組成的續(xù)流回路。
[0027]根據(jù)圖7所示，CS為驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，CS低電平表示GTO處于關(guān)斷截止?fàn)顟B(tài)，高電平表示導(dǎo)通狀態(tài)；IG為GTO二極管8注入電流。一種門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路的控制過程如下:
[0028](a)控制芯片1]2接受CS控制信號(hào)，Tl時(shí)刻，CS信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑?jīng)過一段時(shí)間延時(shí)，T2時(shí)刻，控制芯片U2驅(qū)動(dòng)MOSFET器件Qe開啟；
[0029](b)T3時(shí)亥丨」，控制芯片U2驅(qū)動(dòng)MOSFET器件Qp開啟，電壓源￥!通過MOSFET器件Qp和MOSFET器件Qe向電感L2充電，電感1^的電流線性上升，此時(shí)第一電流回路(4)形成，如圖3所示；
[0030](C)T4時(shí)刻，M0SFET器件Qc開啟，在T5時(shí)亥丨」，同時(shí)關(guān)斷MOSFET器件Qp和MOSFET器件Qe，電感L2通過MOSFET器件Qc和二極管Dp向GTO二極管8注入高脈沖電流，此時(shí)第二電流回路
(5)形成，如圖4所示；
[0031 ] (d).T6時(shí)亥lj，M0SFET器件Qs開啟，電壓源V1通過MOSFET器件Qs向電感L1充電，電感L1通過電阻Rs和MOSFET器件&向6? 二極管8注入電流，此時(shí)第三電流回路(6)形成，GTO 二極管8的電流是第二電流回路(5)和第三電流回路(6)電流的疊加，過程中第二電流回路(5)的脈沖電流經(jīng)過峰值后逐漸降低至零，第三電流回路(6)的電流緩慢上升，GTO 二極管8電流整體緩慢上升，如圖5所示；
[0032](e)T7時(shí)刻，GTO二極管8電流達(dá)到設(shè)置的上限值，MOSFET器件Qs關(guān)斷，電感L1、電阻Rs、M0SFET器件QC、GT0 二極管8和二極管Ds組成了續(xù)流回路，此續(xù)流回路為第四電流回路
(7)，GT0二極管8電流靠續(xù)流電流維持導(dǎo)通且線性下降，如圖6所示；
[0033](f).T8時(shí)刻，GTO 二極管8電流達(dá)到設(shè)置的下限值，再次開啟MOSFET器件Qs，第三電流回路(6)再次形成，GTO 二極管8電流再次達(dá)到上限值，再次關(guān)斷MOSFET器件Qs;
[0034](g)T9時(shí)刻，CS信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑珿TO 二極管8電流為零。
[0035]本實(shí)用新型電路是根據(jù)CS驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，在控制芯片1]2的控制下，通過不同的時(shí)序邏輯，依次開通關(guān)斷MOSFET器件Qe、Qp、Qc、Qs，形成電流回路3，來實(shí)現(xiàn)GTO 二極管8導(dǎo)通所需的高脈沖電流和導(dǎo)通維持電流，并且加入了電流傳感器I的電流檢測(cè)功能，可以根據(jù)不同工況調(diào)節(jié)電流值的范圍，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，同時(shí)該電路也集成了溫度傳感器2的溫度檢測(cè)功能，用來檢測(cè)GTO二極管8的溫度值，進(jìn)而反饋到控制芯片1]2來調(diào)節(jié)GTO二極管8的導(dǎo)通維持電流和高脈沖觸發(fā)電流的大小，避免溫度過高影響GTO 二極管8正常運(yùn)行。
[0036]以上對(duì)本實(shí)用新型及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實(shí)用新型的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此?？偠灾绻绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路，其特征在于:包括比較器U1、控制芯片U2、電流傳感器(I)、溫度傳感器(2)和電流回路(3)，所述比較器U1的輸入端連接有電流傳感器(3)和基準(zhǔn)電壓Vref，輸出端與控制芯片U2連接，所述電流傳感器(I)與電流回路(3)連接，所述控制芯片U2與溫度傳感器(2)和電流回路(3)連接，所述溫度傳感器(2)與GTO 二極管(8)連接，所述電流回路(3)包括第一電流回路(4)、第二電流回路(5)、第三電流回路(6)和第四電流回路(7)，所述第一電流回路(4)是由電壓源VhMOSFET器件Qp、電感L2和MOSFET器件Qe組成的回路，所述第二電流回路(5)是由電感L2、M0SFET器件QC、GT0 二極管(8)和二極管Dp組成的回路，所述第三電流回路(6)是由電壓源VhMOSFET器件Qs、電感L1、電阻Rs、M0SFET器件Qc和GTO 二極管(8)組成的回路，所述第四電流回路(7)是由電感1^、電阻Rs、M0SFET器件Qc、GTO 二極管(8)和二極管Ds組成的續(xù)流回路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路，其特征在于:控制芯片U2*FPGA或者CPLD芯片編寫程序?qū)崿F(xiàn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種門極可關(guān)斷晶閘管低導(dǎo)通維持電路，其特征在于:所述GTO 二極管(8 )為GTO門極和陰極之間PN結(jié)。
【文檔編號(hào)】H02M1/06GK205693551SQ201620554300
【公開日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日 公開號(hào)201620554300.9, CN 201620554300, CN 205693551 U, CN 205693551U, CN-U-205693551, CN201620554300, CN201620554300.9, CN205693551 U, CN205693551U
【發(fā)明人】潘燁, 白玉明, 張海濤
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