基于igbt整形的驱动控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于IGBT整形的驱动控制电路，其中，包括：一脉冲产生电路与一图腾柱电路连接，所述图腾柱电路与一驱动电路连接，所述图腾柱电路与所述驱动电路之间连接有一脉冲变压器。本发明采用脉冲变压器直接驱动方式，有效降低了电路复杂性与成本，驱动速度快，无需外接电源供电，并利用脉冲变压器自感电势使IGBT栅极关断时处于反向电压状态，保证IGBT可靠关断，从而提高电路的稳定性与可靠性。
【专利说明】
基于IGBT整形的驱动控制电路
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种控制电路，尤其涉及一种基于IGBT整形的驱动控制电路。
【背景技术】
[0002]IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是由BJT (双极型三极管)和MOS (绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有MOSFET和GTR的优点，高输入阻抗、开关速度快、热稳定性好、通态压降低、耐压高，承受电流大等特点。
[0003]目前，IGBT驱动绝大多数驱动采用直接驱动与隔离驱动两种方式。图1是日本富士公司EXB系列的隔离驱动芯片图，需要独立外接电源供电并且光电隔离器件具有延时对驱动速度方面有限制。
[0004]在采用常规直接驱动方式中，图2为理想情况下IGBT的栅极为零电压关断图，但在实际情况中变压器会有漏电感的产生，变压器中一次绕线与二次绕线耦合系数小于I，变压器部分绕线不只有变压作用，还有抑流电感的作用，此部分电感称为“漏感”。由于栅极漏感的存在会造成电压毛刺尖峰的产生，然而电压毛刺过高可能导致IGBT管误导通。从而造成IGBT永久性损坏。由此可见隔离驱动方式结构复杂、电路成本高、发生故障时，排除故障的工作量大而直接驱动稳定性与可靠性差。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种基于IGBT整形的驱动控制电路，用以解决现有技术中隔离驱动方式结构复杂、电路成本高、驱动稳定性差、可靠性低以及故障排除难度大的问题。
[0006]本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的:
一种基于IGBT整形的驱动控制电路，其中，包括:一脉冲产生电路与一图腾柱电路连接，所述图腾柱电路与一驱动电路连接，所述图腾柱电路与所述驱动电路之间连接有一脉冲变压器。
[0007]如上所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其中，所述脉冲变压器的初级与所述图腾柱电路连接，所述脉冲变压器的次级与所述驱动电路连接。
[0008]如上所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其中，所述脉冲产生电路包括两PffM控制信号输出端:一第一控制信号输出端、一第二控制信号输出端。
[0009]如上所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其中，所述图腾柱电路包括:一第一P沟道场效应管、一第二 P沟道场效应管，一第一 N沟道场效应管、一第二 N沟道场效应管，所述第一P沟道场效应管、所述第一N沟道场效应管串接在一电源端、一接地端之间，所述第二P沟道场效应管、所述第二N沟道场效应管串接在所述电源端、所述接地端之间，所述第一P沟道场效应管的栅极、所述第一 N沟道场效应管的栅极连接，所述第二 P沟道场效应管的栅极、所述第二 N沟道场效应管的栅极连接，所述第一控制信号输出端连接在所述第一 P沟道场效应管的栅极、所述第一N沟道场效应管的栅极之间，所述第二控制信号输出端连接在所述第二 P沟道场效应管的栅极、所述第二 N沟道场效应管的栅极之间。
[0010]如上所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其中，所述驱动电路包括:一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、一第二输出端，所述第一输入端与所述第一输出端连接，，所述第二输入端与所述第二输出端连接，一电容串接在所述第一输出端与所述第二输出端之间；一二极管连接在所述第二输入端与所述第二输出端之间，一第三N沟道场效应管并接在所述二极管上，所述第三N沟道场效应管的栅极连接在所述第一输入端、所述第二输入端之间。
[0011]如上所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其中，所述脉冲变压器的初级分别连接在所述第一P沟道场效应管、所述第一N沟道场效应管之间，以及所述第二P沟道场效应管、所述第二 N沟道场效应管之间。
[0012]如上所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其中，所述脉冲变压器的次级分别与第一输入端、第二输入端连接。
[0013]如上所述的基于IGBT整形的驱动控制电路的驱动方法，其中，所述驱动电路与IGBT连接，所述驱动电路开通IGBT包括:
第一时间段:对第三N沟道场效应管与IGBT栅极进行充电，IGBT栅极电压小于门槛电压，逐渐接近并达到门槛电压，IGBT仍然保持关断状态，发射极电压与所述第一输出端电压相同，集电极电压与所述第二输出端电压相同，此时IGBT无电流流过iC=0;
第二时间段:所述第三N沟道场效应管导通，通过所述电容、所述第三N沟道场效应管与IGBT形成回路对IGBT进行充电，IGBT工作在线性区，IGBT电流IC由栅极电压uGE决定；由于IGBT电流上升，会在寄生电感上产生一个感应电动势，所以uCE电压降低；
第三时间段:在第二时间段负载电流全部转入IGBT中，所述二极管开始进入反向恢复阶段;负载电流、二极管恢复电流都流过IGBT，IGBT的电流会形成一个电流尖峰，uCE因二极管压降进一步降低;在第三时间段，所述二极管反向恢复过程结束，从第三时间段开始IGBT从线性区进入饱和区；
第四时间段:还包括一米勒电容，由于米勒电容的影响，IGBT进入米勒平台，栅极电压保持不变；由于IGBT集射极电压的下降，栅极充电电流会有一小部分电流通过米勒电容流出，当栅极充电电流大小与通过米勒电容流出电流相等时，栅极电压便不会变化，IGBT进入米勒平台；
第五时间段= IGBT完全导通，IGBT电流等于负载电流，集射极电压为饱和电压。
[0014]如上所述的基于IGBT整形的驱动控制电路的驱动方法，其中，所述驱动电路关断IGBT包括:
第一时间段:1GBT正常导通，IGBT集射极电压为饱和电压，IGBT流过电流为负载电流；第二时间段= IGBT驱动电流开始关断IGBT，栅极电压开始下降，但是IGBT的电流和集射极电压均保持不变；
第三时间段:IGBT进入米勒平台，栅极电压保持不变，IGBT开始由饱和区进入线性区，集射极电压开始迅速上升，电流保持不变；
第四时间段:1GBT结束米勒平台，栅极电压开始下降，IGBT电流迅速下降，在线路的寄生电感上产生感应电势，形成关断尖峰；
第五时间段= IGBT栅极电压低于门槛电压，IGBT电流下降到一定值后开始产生拖尾现象，IGBT集射极电压恢复到母线电压值；由于所述脉冲变压器具有漏电感，所述漏电感与所述电容并联构成谐振电路，使IGBT栅极下拉至负压状态，保证IGBT可靠关断，IGBT电流完全降为零，IGBT完全关断。
[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明解决了现有技术中隔离驱动方式结构复杂、电路成本高、驱动稳定性差、可靠性低以及故障排除难度大的问题，通过图腾柱电路配合驱动电路实现对IGBT的控制，本发明采用脉冲变压器直接驱动方式，有效降低了电路复杂性与成本，驱动速度快，无需外接电源供电，并利用脉冲变压器自感电势使IGBT栅极关断时处于反向电压状态，保证IGBT可靠关断，从而提高电路的稳定性与可靠性。
【附图说明】
[0016]图1是日本富士公司EXB系列的隔离驱动芯片图；
图2为理想情况下IGBT的栅极为零电压关断图；
图3是本发明基于IGBT整形的驱动控制电路的电路图；
图4是本发明基于IGBT整形的驱动控制电路的开通过程的示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述:
图3是本发明基于IGBT整形的驱动控制电路的电路图、请参见图3，一种基于IGBT整形的驱动控制电路，其中，包括:一脉冲产生电路I与一图腾柱电路2连接，图腾柱电路2与一驱动电路3连接，图腾柱电路2与驱动电路3之间连接有一脉冲变压器。
[0018]本发明的脉冲变压器的初级与图腾柱电路2连接，脉冲变压器的次级与驱动电路3连接。
[0019]本发明的脉冲产生电路I包括两13??控制信号输出端:一第一控制信号输出端、一第二控制信号输出端。
[0020]本发明的图腾柱电路2包括:一第一P沟道场效应管21、一第二 P沟道场效应管22，一第一 N沟道场效应管23、一第二 N沟道场效应管24，第一 P沟道场效应管21、第一 N沟道场效应管23串接在一电源端、一接地端之间，第二P沟道场效应管22、第二N沟道场效应管24串接在电源端、接地端之间，第一P沟道场效应管21的栅极、第一N沟道场效应管23的栅极连接，第二 P沟道场效应管22的栅极、第二 N沟道场效应管24的栅极连接，第一控制信号输出端连接在第一P沟道场效应管21的栅极、第一N沟道场效应管23的栅极之间，第二控制信号输出端连接在第二 P沟道场效应管22的栅极、第二 N沟道场效应管24的栅极之间。
[0021]在本发明的一个实施例中:本发明的脉冲产生电路可以由两路PW M控制信号:outA、outB构成，outA、outB为高电平或低电平信号，即outA为高电平，outB为低电平时，第二 P沟道场效应管22、第一 N沟道场效应管23导通，第一 P沟道场效应管21、第二 N沟道场效应管24截止，此时第二 P沟道场效应管22、第一 N沟道场效应管23与脉冲变压器形成通路，脉冲电压加至脉冲变压器初级，与初级同相位的次级得到开通信号，与初级相反的次级得到截止信号。这部分的作用是匹配电压与提高输出驱动能力，并且转换驱动开关电平。然后通过脉冲变压器传输与隔呙。
[0022]本发明的驱动电路3包括:一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、一第二输出端，第一输入端与第一输出端连接，，第二输入端与第二输出端连接，一电容32串接在第一输出端与第二输出端之间；一二极管33连接在第二输入端与第二输出端之间，一第三N沟道场效应管31并接在二极管33上，第三N沟道场效应管31的栅极连接在第一输入端、第二输入端之间。
[0023]本发明的脉冲变压器的初级分别连接在第一P沟道场效应管21、第一 N沟道场效应管23之间，以及第二P沟道场效应管22、第二N沟道场效应管24之间。
[0024]本发明的脉冲变压器的次级分别与第一输入端、第二输入端连接。
[0025]本发明的图腾柱电路2、驱动电路3均可以设有多个电阻。
[0026]图4是本发明基于IGBT整形的驱动控制电路的开通过程的示意图，请参见图4，驱动电路3与IGBT连接，驱动电路3开通IGBT包括:
第一时间段:对第三N沟道场效应管31与IGBT栅极进行充电，IGBT栅极电压UGE小于门槛电压，逐渐接近并达到门槛电压，IGBT仍然保持关断状态，发射极电压与第一输出端电压相同，集电极电压UCE与第二输出端电压相同，此时IGBT无电流流过iC=0;
第二时间段:第三N沟道场效应管31导通，通过电容32、第三N沟道场效应管31与IGBT形成回路对IGBT进行充电，IGBT工作在线性区，IGBT电流IC由栅极电压uGE决定；由于IGBT电流上升，会在寄生电感上产生一个感应电动势，所以uCE电压降低；
第三时间段:在第二时间段负载电流全部转入IGBT中，二极管33开始进入反向恢复阶段;负载电流、二极管33恢复电流都流过IGBT，IGBT的电流会形成一个电流尖峰，uCE因二极管33压降进一步降低;在第三时间段，二极管33反向恢复过程结束，从第三时间段开始IGBT从线性区进入饱和区；
第四时间段:还包括一米勒电容32，由于米勒电容32的影响，IGBT进入米勒平台，栅极电压保持不变；由于IGBT集射极电压的下降，栅极充电电流会有一小部分电流通过米勒电容32流出，当栅极充电电流大小与通过米勒电容32流出电流相等时，栅极电压便不会变化，IGBT进入米勒平台；
第五时间段= IGBT完全导通，IGBT电流等于负载电流，集射极电压为饱和电压。
[0027]驱动电路3关断IGBT包括:
第一时间段:1GBT正常导通，IGBT集射极电压为饱和电压，IGBT流过电流为负载电流；第二时间段= IGBT驱动电流开始关断IGBT，栅极电压开始下降，但是IGBT的电流和集射极电压均保持不变；
第三时间段:IGBT进入米勒平台，栅极电压保持不变，IGBT开始由饱和区进入线性区，集射极电压开始迅速上升，电流保持不变；
第四时间段:1GBT结束米勒平台，栅极电压开始下降，IGBT电流迅速下降，在线路的寄生电感上产生感应电势，形成关断尖峰；
第五时间段= IGBT栅极电压低于门槛电压，IGBT电流下降到一定值后开始产生拖尾现象，IGBT集射极电压恢复到母线电压值；由于脉冲变压器具有漏电感，漏电感与电容32并联构成谐振电路，使IGBT栅极下拉至负压状态，保证IGBT可靠关断，IGBT电流完全降为零，IGBT完全关断。
【主权项】
1.一种基于IGBT整形的驱动控制电路，其特征在于，包括:一脉冲产生电路与一图腾柱电路连接，所述图腾柱电路与一驱动电路连接，所述图腾柱电路与所述驱动电路之间连接有一脉冲变压器。2.根据权利要求1所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其特征在于，所述脉冲变压器的初级与所述图腾柱电路连接，所述脉冲变压器的次级与所述驱动电路连接。3.根据权利要求2所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其特征在于，所述脉冲产生电路包括两PWM控制信号输出端:一第一控制信号输出端、一第二控制信号输出端。4.根据权利要求3所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其特征在于，所述图腾柱电路包括:一第一 P沟道场效应管、一第二 P沟道场效应管，一第一 N沟道场效应管、一第二 N沟道场效应管，所述第一 P沟道场效应管、所述第一 N沟道场效应管串接在一电源端、一接地端之间，所述第二P沟道场效应管、所述第二N沟道场效应管串接在所述电源端、所述接地端之间，所述第一P沟道场效应管的栅极、所述第一N沟道场效应管的栅极连接，所述第二P沟道场效应管的栅极、所述第二 N沟道场效应管的栅极连接，所述第一控制信号输出端连接在所述第一 P沟道场效应管的栅极、所述第一 N沟道场效应管的栅极之间，所述第二控制信号输出端连接在所述第二 P沟道场效应管的栅极、所述第二 N沟道场效应管的栅极之间。5.根据权利要求4所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其特征在于，所述驱动电路包括:一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、一第二输出端，所述第一输入端与所述第一输出端连接，，所述第二输入端与所述第二输出端连接，一电容串接在所述第一输出端与所述第二输出端之间；一二极管连接在所述第二输入端与所述第二输出端之间，一第三N沟道场效应管并接在所述二极管上，所述第三N沟道场效应管的栅极连接在所述第一输入端、所述第二输入端之间。6.根据权利要求4所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其特征在于，所述脉冲变压器的初级分别连接在所述第一P沟道场效应管、所述第一N沟道场效应管之间，以及所述第二P沟道场效应管、所述第二 N沟道场效应管之间。7.根据权利要求6所述的基于IGBT整形的驱动控制电路，其特征在于，所述脉冲变压器的次级分别与第一输入端、第二输入端连接。8.根据权利要求5所述的基于IGBT整形的驱动控制电路的驱动方法，其特征在于，所述驱动电路与IGBT连接，所述驱动电路开通IGBT包括: 第一时间段:对第三N沟道场效应管与IGBT栅极进行充电，IGBT栅极电压小于门槛电压，逐渐接近并达到门槛电压，IGBT仍然保持关断状态，发射极电压与所述第一输出端电压相同，集电极电压与所述第二输出端电压相同，此时IGBT无电流流过iC=0; 第二时间段:所述第三N沟道场效应管导通，通过所述电容、所述第三N沟道场效应管与IGBT形成回路对IGBT进行充电，IGBT工作在线性区，IGBT电流IC由栅极电压uGE决定；由于IGBT电流上升，会在寄生电感上产生一个感应电动势，所以uCE电压降低； 第三时间段:在第二时间段负载电流全部转入IGBT中，所述二极管开始进入反向恢复阶段;负载电流、二极管恢复电流都流过IGBT，IGBT的电流会形成一个电流尖峰，uCE因二极管压降进一步降低;在第三时间段，所述二极管反向恢复过程结束，从第三时间段开始IGBT从线性区进入饱和区； 第四时间段:还包括一米勒电容，由于米勒电容的影响，IGBT进入米勒平台，栅极电压保持不变；由于IGBT集射极电压的下降，栅极充电电流会有一小部分电流通过米勒电容流出，当栅极充电电流大小与通过米勒电容流出电流相等时，栅极电压便不会变化，IGBT进入米勒平台； 第五时间段= IGBT完全导通，IGBT电流等于负载电流，集射极电压为饱和电压。9.根据权利要求8所述的基于IGBT整形的驱动控制电路的驱动方法，其特征在于，所述驱动电路关断IGBT包括: 第一时间段:1GBT正常导通，IGBT集射极电压为饱和电压，IGBT流过电流为负载电流；第二时间段= IGBT驱动电流开始关断IGBT，栅极电压开始下降，但是IGBT的电流和集射极电压均保持不变； 第三时间段:IGBT进入米勒平台，栅极电压保持不变，IGBT开始由饱和区进入线性区，集射极电压开始迅速上升，电流保持不变； 第四时间段:IGBT结束米勒平台，栅极电压开始下降，IGBT电流迅速下降，在线路的寄生电感上产生感应电势，形成关断尖峰； 第五时间段=IGBT栅极电压低于门槛电压，IGBT电流下降到一定值后开始产生拖尾现象，IGBT集射极电压恢复到母线电压值；由于所述脉冲变压器具有漏电感，所述漏电感与所述电容并联构成谐振电路，使IGBT栅极下拉至负压状态，保证IGBT可靠关断，IGBT电流完全降为零，IGBT完全关断。
【文档编号】G05B19/04GK106094576SQ201610159506
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年3月21日 公开号201610159506.6, CN 106094576 A, CN 106094576A, CN 201610159506, CN-A-106094576, CN106094576 A, CN106094576A, CN201610159506, CN201610159506.6
【发明人】郭少朋
【申请人】上海沪通企业集团有限公司