Igbt高效驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種驅(qū)動(dòng)電路，尤其是一種IGBT高效驅(qū)動(dòng)電路，屬于IGBT驅(qū)動(dòng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對于IGBT的驅(qū)動(dòng)，外置的驅(qū)動(dòng)電阻會(huì)影響IGBT損耗及開關(guān)時(shí)間、反向偏置安全工作區(qū)(RBS0A)、短路電流安全工作區(qū)(SCS0A)、電磁干擾(EMI)、dv/dt、di/dt等參數(shù)。
[0003]目前，IGBT驅(qū)動(dòng)電路電阻的選取有圖1和圖2兩種方式，其中，圖1中IGBT的開通和關(guān)斷用同一種電阻，帶來的不足是針對一些高頻應(yīng)用(如頻率>=20KHz)關(guān)斷時(shí)電阻較大會(huì)帶來關(guān)斷損耗過大，器件發(fā)熱量大的問題。針對以上問題，提出圖2所示的改進(jìn)方案，開通和關(guān)斷時(shí)分別采用不同的電阻，這樣既能保證開通時(shí)的變化率不至過大同時(shí)也能保證關(guān)斷時(shí)的低關(guān)斷損耗。
[0004]但圖1和圖2針對輸出功率變化較大的場合(如電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)、光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電)，一般驅(qū)動(dòng)電阻都是按照最大功率要求來進(jìn)行設(shè)置(為限制器件變化率，一般電阻較大)，但實(shí)際工作中出現(xiàn)最大功率的時(shí)間只占其實(shí)際工況中很小的部分，使得低功率輸出場合IGBT因驅(qū)動(dòng)電阻過大，未工作在其最佳工作狀態(tài)導(dǎo)致器件溫升升高和整個(gè)系統(tǒng)工作效率的下降。此外，在半導(dǎo)體失效分析理論中，當(dāng)功率器件(IGBT)的溫度上升10°C時(shí)，器件的壽命將減少一半。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種IGBT高效驅(qū)動(dòng)電路，其電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，能有效延長IGBT的使用壽命，提高IGBT電路的工作效率，安全可靠。
[0006]按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述IGBT高效驅(qū)動(dòng)電路，包括IGBT器件；還包括連接在所述IGBT器件門極端的電阻群，所述電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動(dòng)電阻，電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動(dòng)電阻相應(yīng)的一端均通過可控開關(guān)連接，電阻群內(nèi)驅(qū)動(dòng)電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，可控開關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與電流處理控制電路連接，電流處理控制電路與用于檢測流過IGBT器件導(dǎo)通電流的電流采樣電路連接。
[0007]所述電流采樣電路包括電流傳感器或電流互感器，電流采樣電路設(shè)置與IGBT器件連接的母線或輸出線上。
[0008]所述電阻群還與驅(qū)動(dòng)電壓VDD連接，所述可控開關(guān)包括M0S管，所述M0S管的源極端、漏極端分別與相鄰驅(qū)動(dòng)電阻連接，M0S管的柵極端與開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接。
[0009]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):通過電流采樣電路對IGBT器件的導(dǎo)通電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，電流處理控制電路根據(jù)導(dǎo)通電流確定IGBT器件的輸出功率，并根據(jù)輸出功率向開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路傳輸開關(guān)使能信號(hào)，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)開關(guān)使能信號(hào)確定接入IGBT器件的驅(qū)動(dòng)電阻值以及相應(yīng)需導(dǎo)通的可控開關(guān)，從而能使得電阻群內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電阻值與IGBT器件的輸出功率相匹配，能保證IGBT器件工作在最佳狀態(tài)，能降低IGBT器件的工作溫度，提升IGBT器件所在電路的工作效率，延長IGBT器件的使用壽命，也能降低IGBT器件的關(guān)斷損耗。
【附圖說明】
[0010]圖1為現(xiàn)有IGBT器件的門極端連接驅(qū)動(dòng)電阻的示意圖。
[0011]圖2為現(xiàn)有IGBT器件的門極端同時(shí)連接開通電阻以及關(guān)斷電阻的示意圖。
[0012]圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0014]如圖3所示:為了能有效延長IGBT的使用壽命，提高IGBT電路的工作效率，本實(shí)用新型包括IGBT器件；還包括連接在所述IGBT器件門極端的電阻群，所述電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動(dòng)電阻，電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動(dòng)電阻相應(yīng)的一端均通過可控開關(guān)連接，電阻群內(nèi)驅(qū)動(dòng)電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，可控開關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與電流處理控制電路連接，電流處理控制電路與用于檢測流過IGBT器件導(dǎo)通電流的電流采樣電路連接；
[0015]電流采樣電路將采集IGBT器件的導(dǎo)通電流傳輸至電流處理控制電路內(nèi)，電流處理控制電路根據(jù)所述接收的導(dǎo)通電流確定IGBT器件的輸出功率，并根據(jù)確定的輸出功率向開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路輸出對應(yīng)的開關(guān)使能信號(hào)；開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路接收所述開關(guān)使能信號(hào)，并根據(jù)所述開關(guān)使能信號(hào)向?qū)?yīng)的可控開關(guān)輸出開通驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以通過開通驅(qū)動(dòng)信號(hào)打開對應(yīng)的可控開關(guān)，使得電阻群接入IGBT器件門極端的電阻值與所述IGBT器件的輸出功率相匹配。
[0016]具體地，電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動(dòng)電阻，在電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動(dòng)電阻的一端間設(shè)置可控開關(guān)，由于所有驅(qū)動(dòng)電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，因此，當(dāng)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路控制可控開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，則與所述可控開關(guān)連接的兩驅(qū)動(dòng)電阻會(huì)形成相互并聯(lián)的連接形式，即開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路通過控制不同可控的導(dǎo)通時(shí)，能調(diào)節(jié)電阻群內(nèi)的電阻值，即能調(diào)整IGBT器件接入的驅(qū)動(dòng)電阻值。
[0017]電流采樣電阻能采集IGBT器件的導(dǎo)通電流，電流處理控制電路能根據(jù)導(dǎo)通電流確定IGBT器件的輸出功率。為了使得電阻群的驅(qū)動(dòng)電阻值與IGBT器件的輸出功率相匹配，電流處理控制電路輸出開關(guān)使能信號(hào)，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)開關(guān)使能信號(hào)確定需要開通的可控開關(guān)，當(dāng)所述可控開關(guān)開通后，能使得電阻群內(nèi)所有驅(qū)動(dòng)電阻形成的驅(qū)動(dòng)電阻值與IGBT器件的輸出功率相匹配。一般地，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)均包含電阻群內(nèi)驅(qū)動(dòng)電阻的具體阻值，為了與IGBT器件的輸出功率匹配，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路在確定驅(qū)動(dòng)電阻值后能確定需開通的可控開關(guān)，只需向需導(dǎo)通的可控開關(guān)加載開通驅(qū)動(dòng)信號(hào)即可。當(dāng)IGBT器件的輸出功率大時(shí)，則接入IGBT器件門極端的驅(qū)動(dòng)電阻值也大；當(dāng)IGBT器件的輸出功率小時(shí)，則接入IGBT器件門極端的驅(qū)動(dòng)電阻值也相應(yīng)減小，驅(qū)動(dòng)電阻值與IGBT器件的輸出功率具體匹配情況為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。當(dāng)接入IGBT器件的驅(qū)動(dòng)電阻值與IGBT器件的輸出功率匹配時(shí)，能保證IGBT器件工作在最佳狀態(tài)，能降低IGBT器件的工作溫度，提升IGBT器件所在電路的工作效率，延長IGBT器件的使用壽命，也能降低IGBT器件的關(guān)斷損耗。
[0018]所述電流采樣電路包括電流傳感器或電流互感器，電流采樣電路設(shè)置與IGBT器件連接的母線或輸出線上。在具體實(shí)施時(shí)，電流采樣電路還可以采用其他的實(shí)現(xiàn)形式，只要能采集IGBT器件的導(dǎo)通電流即可。當(dāng)電流采樣電路設(shè)置在母線上時(shí)，則能獲取直流電流，而當(dāng)電流采樣電路設(shè)置在IGBT器件的輸出線上時(shí)，則獲取的一般為交流電。圖3中示出了電流采樣電路設(shè)置在IGBT器件的輸出線上的情況，即圖中的采樣點(diǎn)2位置，圖中的采樣點(diǎn)1的位置為連接IGBT器件的母線位置。本實(shí)用新型實(shí)施例中，電流處理控制電路可以采用常用的芯片實(shí)現(xiàn)，也可以采用相應(yīng)的邏輯電路實(shí)現(xiàn)，只要能實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)通電流的處理并輸出開關(guān)使能信號(hào)即可，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0019]所述電阻群還與驅(qū)動(dòng)電壓VDD連接，所述可控開關(guān)包括M0S管，所述M0S管的源極端、漏極端分別與相鄰驅(qū)動(dòng)電阻連接，M0S管的柵極端與開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接。
[0020]本實(shí)用新型實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電壓VDD的大小可以電阻群內(nèi)驅(qū)動(dòng)電阻的情況確定，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知。圖3中，驅(qū)動(dòng)電壓VDD與電阻群內(nèi)最上面的驅(qū)動(dòng)電阻Rgx連接，驅(qū)動(dòng)電阻Rgx的一端與驅(qū)動(dòng)電壓VDD以及M0S管的漏極端連接，M0S管的源極端與緊鄰驅(qū)動(dòng)電阻Rgx的驅(qū)動(dòng)電阻連接，電阻群內(nèi)其他驅(qū)動(dòng)電阻與M0S管的具體連接形式均與驅(qū)動(dòng)電阻Rgx的連接形式類似。當(dāng)僅與驅(qū)動(dòng)電阻Rgx連接的M0S管導(dǎo)通時(shí)，則電阻群內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電阻Rgx與緊鄰所述驅(qū)動(dòng)電阻Rgx的驅(qū)動(dòng)電阻并聯(lián)，所述并聯(lián)后的總電阻為接入IGBT器件的驅(qū)動(dòng)電阻值。驅(qū)動(dòng)電壓VDD經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電阻值產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電流作為驅(qū)動(dòng)IGBT器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0021]一般地，當(dāng)電阻群內(nèi)所有的M0S管均處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，則IGBT器件門極端的驅(qū)動(dòng)電阻值即為驅(qū)動(dòng)電阻Rgx。而當(dāng)有多個(gè)MOS管導(dǎo)通時(shí)，則形成多個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻與驅(qū)動(dòng)電阻Rgx并聯(lián)的連接形式，從而能夠得到所需的驅(qū)動(dòng)電阻值。具體實(shí)施時(shí)，電阻群內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電阻均為高精度電阻，驅(qū)動(dòng)電阻的具體阻值大小可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇確定，驅(qū)動(dòng)電阻可以采用HpEvanohm線材的低溫漂電阻。在多個(gè)M0S管導(dǎo)通時(shí)，一般位于上方的M0S管均需要進(jìn)行導(dǎo)通，即M0S管需要從上至下的導(dǎo)通，形成階梯的形式，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)每個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻的大小來選擇相應(yīng)的M0S管導(dǎo)通。此外，M0S管應(yīng)選取內(nèi)阻大、飽和壓降小的類型，可以采用IR的低壓CoolMOS管。
[0022]本實(shí)用新型通過電流采樣電路對IGBT器件的導(dǎo)通電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，電流處理控制電路根據(jù)導(dǎo)通電流確定IGBT器件的輸出功率，并根據(jù)輸出功率向開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路傳輸開關(guān)使能信號(hào)，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)開關(guān)使能信號(hào)確定接入IGBT器件的驅(qū)動(dòng)電阻值以及相應(yīng)需導(dǎo)通的可控開關(guān)，從而能使得電阻群內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電阻值與IGBT器件的輸出功率相匹配，能保證IGBT器件工作在最佳狀態(tài)，能降低IGBT器件的工作溫度，提升IGBT器件所在電路的工作效率，延長IGBT器件的使用壽命，也能降低IGBT器件的關(guān)斷損耗。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種IGBT高效驅(qū)動(dòng)電路，包括IGBT器件；其特征是:還包括連接在所述IGBT器件門極端的電阻群，所述電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動(dòng)電阻，電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動(dòng)電阻相應(yīng)的一端均通過可控開關(guān)連接，電阻群內(nèi)驅(qū)動(dòng)電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，可控開關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與電流處理控制電路連接，電流處理控制電路與用于檢測流過IGBT器件導(dǎo)通電流的電流采樣電路連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT高效驅(qū)動(dòng)電路，其特征是:所述電流采樣電路包括電流傳感器或電流互感器，電流采樣電路設(shè)置與IGBT器件連接的母線或輸出線上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT高效驅(qū)動(dòng)電路，其特征是:所述電阻群還與驅(qū)動(dòng)電壓VDD連接，所述可控開關(guān)包括MOS管，所述MOS管的源極端、漏極端分別與相鄰驅(qū)動(dòng)電阻連接，MOS管的柵極端與開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種驅(qū)動(dòng)電路，尤其是一種IGBT高效驅(qū)動(dòng)電路，屬于IGBT驅(qū)動(dòng)的技術(shù)領(lǐng)域。按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述IGBT高效驅(qū)動(dòng)電路，包括IGBT器件；還包括連接在所述IGBT器件門極端的電阻群，所述電阻群內(nèi)包括若干驅(qū)動(dòng)電阻，電阻群內(nèi)相鄰驅(qū)動(dòng)電阻相應(yīng)的一端均通過可控開關(guān)連接，電阻群內(nèi)驅(qū)動(dòng)電阻的另一端均與IGBT器件的門極端連接，可控開關(guān)的控制端均與用于控制所述可控開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與電流處理控制電路連接，電流處理控制電路與用于檢測流過IGBT器件導(dǎo)通電流的電流采樣電路連接；本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，能有效延長IGBT的使用壽命，提高IGBT電路的工作效率，安全可靠。
【IPC分類】H03K17/567, H03K17/687
【公開號(hào)】CN205017287
【申請?zhí)枴緾N201520729965
【發(fā)明人】程煒濤, 胡少偉, 董志意, 王海軍, 葉甜春
【申請人】江蘇中科君芯科技有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月18日