用于开关管的有源钳位电路及变频器的制作方法

本技术涉及变频器，具体涉及一种用于开关管的有源钳位电路及变频器。

背景技术：

1、变频器通常会采用igbt(insulate gate bipolar transistor)等全控型电力电子器件(或开关管)作为开关器件，对高速电机进行变频驱动控制。为了实现对高速电机的可靠控制，变频器中igbt等开关管的开关频率往往会很高，因此这些开关管需要较小的控制极电阻(如门极电阻或栅极电阻)。然而，以igbt为例，虽然较小的门极电阻会缩短开关时间，但是在igbt关断时特别是在igbt发生短路保护而关断时会产生较高的集电极电流变化率di/dt，同时变频器的变频主回路中分布着杂散电感，这些杂散电感在集电极电流变化率di/dt的作用下在集电极与发射极之间产生的电压会叠加到变频器的母线上，从而产生尖峰电压。当尖峰电压过大时会导致igbt的集射极电压超过其耐受阻断电压，从而导致igbt损坏。

2、对于上述尖峰电压的问题，目前主要是在变频器中为igbt设置有源钳位电路来抑制尖峰电压。如图1所示，在igbt的集电极和门极之间设置由单向瞬态电压抑制二极管tvs、快速恢复二极管d1和电阻r2组成的有源钳位电路。但是，这种有源钳位电路只有一个钳位的门槛电压，只能对超过这个门槛电压的尖峰电压进行抑制，比较单一，致使抑制效果不佳。

3、相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，提出了本实用新型，以提供解决或至少部分地解决如何有效抑制变频器中igbt等开关管关断时在变频器母线上产生的尖峰电压的技术问题的用于开关管的有源钳位电路及变频器。

2、在第一方面，提供一种用于开关管的有源钳位电路，所述有源钳位电路包括tvs子电路、第一子电路和第二子电路；

3、所述tvs子电路包括至少一个双向tvs二极管，所述tvs子电路的第一端与开关管中电源输入方向的主电极连接，所述tvs子电路的第二端与分别与所述第一子电路和所述第二子电路的第一端连接；

4、所述第一子电路包括第一电容且第一电容的两端分别与所述第一子电路的第一端和第二端连接，所述第二端还与开关管的控制极连接；

5、所述第二子电路包括第一单向tvs单元以及并联连接的第二单向tvs单元和rc并联单元，第一单向tvs单元与第二单向tvs单元都包括一个单向tvs二极管或多个串联的单向tvs二极管；

6、其中，第一单向tvs单元的阴极和阳极分别与所述第二子电路的第一端和第二单向tvs单元的阴极连接，第二单向tvs单元的阳极与所述第二子电路的第二端连接，所述第二端还与开关管的控制极连接。

7、在上述有源钳位电路的一个技术方案中，所述tvs子电路包括一个双向tvs二极管；

8、或者，所述tvs子电路包括一个双向tvs二极管以及与所述双向tvs二极管串联的至少一个单向tvs二极管，在所述双向tvs二极管与所述至少一个单向tvs二极管形成的串联结构中，各单向tvs二极管的阴极和阳极分别与所述tvs子电路的第一端和第二端连接；

9、或者，所述tvs子电路包括多个串联的双向tvs二极管以及与所述多个串联的双向tvs二极管再次串联的至少一个单向tvs二极管，在所述多个串联的双向tvs二极管与所述至少一个单向tvs二极管形成的串联结构中，各单向tvs二极管的阴极和阳极分别与所述tvs子电路的第一端和第二端连接。

10、在上述有源钳位电路的一个技术方案中，所述第一子电路还包括限流电阻，所述第一电容通过所述限流电阻与所述第一子电路的第一端连接。

11、在上述有源钳位电路的一个技术方案中，所述有源钳位电路还包括放大电路，所述第一子电路的第二端通过所述放大电路与开关管的控制极连接。

12、在上述有源钳位电路的一个技术方案中，所述第一子电路还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一电容连接，所述第一二极管的阴极与所述第一子电路的第二端连接。

13、在上述有源钳位电路的一个技术方案中，所述第二子电路还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二单向tvs单元的阳极连接，所述第二二极管的阴极与所述第二子电路的第二端连接。

14、在上述有源钳位电路的一个技术方案中，所述第一子电路的第二端通过开关管的门极电阻与开关管的控制极连接，所述第二子电路的第二端也通过所述门极电阻与开关管的控制极连接。

15、在上述有源钳位电路的一个技术方案中，所述有源钳位电路还包括第三二极管，所述第三二极管的阳极连接于所述门极电阻与开关管的控制极之间，所述第三二极管的阴极连接电源。

16、在上述有源钳位电路的一个技术方案中，第一雪崩击穿电压值、第二雪崩击穿电压值和第三雪崩击穿电压值依次增大且都大于开关管所属变频器的母线过压值；

17、其中，第一雪崩击穿电压值为所述tvs子电路的雪崩击穿电压值，第二雪崩击穿电压值为所述tvs子电路与所述第一单向tvs单元的雪崩击穿电压值之和，第三雪崩击穿电压值为所述tvs子电路、所述第一单向tvs单元与所述第二单向tvs单元的雪崩击穿电压值之和。

18、在第二方面，提供了一种变频器，该变频器包括上述用于开关管的有源钳位电路的技术方案中任一个所述的有源钳位电路。

19、本实用新型上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

20、在实施本实用新型提供的用于开关管的有源钳位电路的技术方案中，有源钳位电路可以包括tvs(transient voltage suppressor)子电路、第一子电路和第二子电路，tvs子电路包括至少一个双向tvs二极管，tvs子电路的第一端与开关管中电源输入方向的主电极连接，tvs子电路的第二端与分别与第一子电路和第二子电路的第一端连接；第一子电路包括第一电容且第一电容的两端分别与第一子电路的第一端和第二端连接，第二端还与开关管的控制极连接；第二子电路包括第一单向tvs单元以及并联连接的第二单向tvs单元和rc并联单元，第一单向tvs单元与第二单向tvs单元都包括一个单向tvs二极管或多个串联的单向tvs二极管；第一单向tvs单元的阴极和阳极分别与第二子电路的第一端和第二单向tvs单元的阴极连接，第二单向tvs单元的阳极与第二子电路的第二端连接，第二端还与开关管的控制极连接。在上述结构中，可以利用tvs子电路、第一单向tvs单元、第二单向tvs单元中tvs的雪崩击穿电压值形成三个不同的钳位门槛电压，从而可以抑制三种情况下产生的尖峰电压，实现对了尖峰电压的动态抑制，显著提高了尖峰电压的抑制效果。

技术特征：

1.一种用于开关管的有源钳位电路，其特征在于，所述有源钳位电路包括tvs子电路、第一子电路和第二子电路；

2.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第一子电路还包括限流电阻，所述第一电容通过所述限流电阻与所述第一子电路的第一端连接。

4.根据权利要求3所述的有源钳位电路，其特征在于，所述有源钳位电路还包括放大电路，所述第一子电路的第二端通过所述放大电路与开关管的控制极连接。

5.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第一子电路还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一电容连接，所述第一二极管的阴极与所述第一子电路的第二端连接。

6.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第二子电路还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二单向tvs单元的阳极连接，所述第二二极管的阴极与所述第二子电路的第二端连接。

7.根据权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第一子电路的第二端通过开关管的门极电阻与开关管的控制极连接，所述第二子电路的第二端也通过所述门极电阻与开关管的控制极连接。

8.根据权利要求7所述的有源钳位电路，其特征在于，所述有源钳位电路还包括第三二极管，所述第三二极管的阳极连接于所述门极电阻与开关管的控制极之间，所述第三二极管的阴极连接电源。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的有源钳位电路，其特征在于，

10.一种变频器，其特征在于，所述变频器包括权利要求1至9中任一项所述的用于开关管的有源钳位电路。

技术总结
本技术涉及变频器技术领域，具体提供一种用于开关管的有源钳位电路及变频器，旨在解决抑制尖峰电压的问题。本技术提供的有源钳位电路中TVS子电路包括双向TVS，TVS子电路的第一端与开关管中电源输入方向的主电极连接，第二端与分别与第一、第二子电路的第一端连接；第一子电路的电容两端分别与其第一、第二端连接；第二子电路包括第一单向TVS单元及并联的第二单向TVS单元和RC并联单元，第一单向TVS单元的阴阳极分别与第二子电路的第一端和第二单向TVS单元的阴极连接，第二单向TVS单元的阳极与第二子电路的第二端连接，第一、第二子电路的第二端还与开关管的控制极连接。基于上述结构，能够对尖峰电压动态抑制。

技术研发人员：孙庚君,刘燕,邵海柱,国德防,时斌
受保护的技术使用者：青岛海尔空调电子有限公司
技术研发日：20230814
技术公布日：2024/3/24