IGBT驱动器的制作方法

本实用新型涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种IGBT驱动器。

背景技术：

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT管和MOS管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

在新能源汽车电机控制器中，IGBT由IGBT驱动器驱动其开关。当前，IGBT驱动器都是采用汽车低压12V电池系统供电，电源供电方式单一。当汽车低压12V电池系统线束或者连接器出现问题，导致IGBT驱动器的供电出现故障后，IGBT的开关状态不再受控。由于IGBT的开关不受控制，在汽车电机高速转动的状态下，大大增加了汽车电机控制器损坏的风险，并且有可能会对驾乘人员造成人身伤害。

因此，如何在IGBT驱动器的供电出现故障时，使IGBT的开关依然受控，从而降低汽车电机控制器损坏的风险，保障驾乘人员的人身安全，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种IGBT驱动器，用于解决现有技术中在IGBT驱动器的供电出现故障时，IGBT的开关状态不再受控，在汽车电机高速转动的状态下，增加了汽车电机控制器损坏的风险，并可能会对驾乘人员造成人身伤害的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种IGBT驱动器，用于驱动汽车电机控制器IGBT的开关，其中，所述IGBT驱动器至少包括：

驱动芯片及其外围驱动电路；

驱动电源，与所述驱动芯片及其外围驱动电路连接，用以向所述驱动芯片及其外围驱动电路供电；以及

不间断电源，与所述驱动电源连接，用以在所述IGBT驱动器的供电出现故障时，通过所述驱动电源向所述驱动芯片外围驱动电路供电，以使所述IGBT驱动器切换到短路状态。

优选地，所述不间断电源至少包括：

母线电压源；

隔离变压器，与所述母线电压源连接，用以将所述母线电压源转换为供所述驱动芯片外围驱动电路正常工作的电源。

优选地，所述母线电压源由逆变器母线高压电容提供，其电压范围为0V～450V。

优选地，所述驱动电源至少包括：

低压电源及其转换电路，用以提供低压电源，并将所述低压电源转换为向所述驱动芯片低压侧供电的低压转换电源和向所述驱动芯片外围驱动电路隔离高压侧供电的第一直流转换电源和第二直流转换电源；

上桥驱动电源，与所述低压电源及其转换电路连接，用以通过所述第一直流转换电源驱动所述IGBT的上桥臂；

下桥驱动电源，与所述低压电源及其转换电路连接，用以通过所述第二直流转换电源驱动所述IGBT的下桥臂；

第一断电检测处理电路，与所述低压电源及其转换电路连接，用以检测所述第一直流转换电源是否断电，并在所述第一直流转换电源断电时，输出第一断电信号；

第二断电检测处理电路，与所述低压电源及其转换电路连接，用以检测所述第二直流转换电源是否断电，并在所述第二直流转换电源断电时，输出第二断电信号；

逻辑处理电路，分别与所述第一断电检测处理电路和所述第二断电检测处理电路连接，用以在接收到所述第一断电信号时，对所述第一断电信号进行逻辑处理，输出关断逻辑信号；并在接收到所述第二断电信号时，对所述第二断电信号进行逻辑处理，输出下桥驱动信号；

PWM控制器，与所述逻辑处理电路连接，用以在接收到所述关断逻辑信号后输出关断控制信号；

下桥驱动信号PWM处理电路，与所述逻辑处理电路连接，用以在接收到所述下桥驱动信号时，对所述下桥驱动信号进行PWM处理，以产生下桥驱动控制信号；

驱动隔离电源，分别与所述低压电源及其转换电路、所述PWM控制器和所述下桥驱动信号PWM处理电路连接，用以驱动所述IGBT的三相上管和三相下管的开关；其中，在接收到所述关断控制信号时，驱动所述IGBT的三相上管关断，在接收到所述下桥驱动控制信号时，驱动所述IGBT的三相下管打开。

优选地，所述不间断电源至少包括：

母线电压源；

隔离变压器，与所述母线电压源和所述下桥驱动电源连接，用以将所述母线电压源转换为与所述第二直流转换电源相同的直流电源，以驱动所述IGBT的下桥臂。

优选地，所述母线电压源由逆变器母线高压电容提供，其电压范围为0V～450V。

优选地，所述低压电源由低压供电电池提供，其电压范围为9V～30V。

优选地，所述驱动隔离电源至少包括：U相上管驱动隔离电源，U相下管驱动隔离电源，V相上管驱动隔离电源，V相下管驱动隔离电源，W相上管驱动隔离电源，以及W相下管驱动隔离电源。

优选地，所述PWM控制器的驱动频率由所述IGBT驱动器自身提供，其频率范围为50kHz～200kHz。

如上所述，本实用新型的IGBT驱动器，具有以下有益效果：本实用新型给IGBT驱动器增加了一个不间断电源，在IGBT驱动器的供电出现故障时，不间断电源能够提供IGBT驱动器中驱动芯片外围驱动电路的正常工作电源，使IGBT的开关依然受控，不会因为电源故障导致系统电路的共因失效，从而降低了汽车电机控制器损坏的风险，保障了驾乘人员的人身安全。另外，不间断电源在向驱动芯片外围驱动电路供电时，IGBT驱动器切换到短路状态，将IGBT的三相上管关断、三相下管打开，从而使汽车电机主动短路，使整车系统正常过渡到安全状态，符合安全规范的需求和ISO26262的功能安全要求。

附图说明

图1显示为本实用新型第一实施方式的IGBT驱动器的结构示意图。

图2显示为本实用新型第二实施方式的IGBT驱动器中驱动电源和不间断电源的结构示意图。

图3显示为本实用新型第二实施方式的IGBT驱动器中驱动电源和不间断电源的示例性结构示意图。

元件标号说明

1 驱动芯片

2 驱动芯片外围驱动电路

3 驱动电源

31 低压电源及其转换电路

32 上桥驱动电源

33 下桥驱动电源

34 第一断电检测处理电路

35 第二断电检测处理电路

36 逻辑处理电路

37 PWM控制器

38 下桥驱动信号PWM处理电路

39 驱动隔离电源

4 不间断电源

41 母线电压源

42 隔离变压器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1，本实用新型第一实施方式涉及一种IGBT驱动器，用于驱动汽车电机控制器IGBT的开关。需要说明的是，本实施方式中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，IGBT驱动器至少包括：驱动芯片1及其外围驱动电路2；驱动电源3，与驱动芯片1及其外围驱动电路2连接，用以向驱动芯片1及其外围驱动电路2供电；以及不间断电源4，与驱动电源3连接，用以在IGBT驱动器的供电出现故障时，通过驱动电源3向驱动芯片外围驱动电路2供电，以使IGBT驱动器切换到短路状态。

在本实施方式中，不间断电源(UPS，Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)4作为IGBT驱动器的备用电源，与驱动电源3一起对IGBT驱动器实行双电源供电，能够有效避免IGBT开关状态不受控的情况。在IGBT驱动器的供电出现故障的情况下，不间断电源4能够通过驱动电源3向驱动芯片外围驱动电路2供电，使IGBT驱动器切换到短路状态，从而使汽车电机主动短路，这种实施方式也符合安全规范的需求和ISO26262的功能安全要求。

在本实施方式中，不间断电源4至少包括：母线电压源；隔离变压器，与母线电压源连接，用以将母线电压源转换为供驱动芯片外围驱动电路2正常工作的电源。其中，母线电压源由逆变器母线高压电容提供，其电压范围为0V～450V。作为一个优选的母线电压源的电压值，母线电压源采用电池包电压。

也就是说，IGBT驱动器的不间断电源4从逆变器母线高压电容取电，属于高压线束，而驱动电源3属于低压线束。因此，高压线束跟低压线束属于两套不同的电源供应系统，保证了不间断电源4的相对独立性，当驱动电源3中的相关电路出现问题时，不间断电源4能够提供IGBT驱动器中的驱动芯片外围驱动电路2的正常工作电源，不会因为电源故障导致系统电路的共因失效，从而降低了汽车电机控制器损坏的风险，保障了驾乘人员的人身安全。

请参阅图2和图3，本实用新型第二实施方式涉及一种IGBT驱动器。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：如图2所示，驱动电源3至少包括：低压电源及其转换电路31，与低压电源及其转换电路31连接的上桥驱动电源32、下桥驱动电源33、第一断电检测处理电路34和第二断电检测处理电路35，分别与第一断电检测处理电路34和第二断电检测处理电路35连接的逻辑处理电路36，与逻辑处理电路36连接的PWM控制器37和下桥驱动信号PWM处理电路38，以及分别与低压电源及其转换电路31、PWM控制器37和下桥驱动信号PWM处理电路38连接的驱动隔离电源39。

请继续参阅图2，在本实施方式中，低压电源及其转换电路31用以提供低压电源，并将低压电源转换为向驱动芯片1低压侧供电的低压转换电源和向驱动芯片外围驱动电路2隔离高压侧供电的第一直流转换电源和第二直流转换电源。上桥驱动电源32用以通过第一直流转换电源驱动IGBT的上桥臂。下桥驱动电源33用以通过第二直流转换电源驱动IGBT的下桥臂。第一断电检测处理电路34用以检测第一直流转换电源是否断电，并在第一直流转换电源断电时，输出第一断电信号。第二断电检测处理电路35用以检测第二直流转换电源是否断电，并在第二直流转换电源断电时，输出第二断电信号。逻辑处理电路36用以在接收到第一断电信号时，对第一断电信号进行逻辑处理，输出关断逻辑信号；并在接收到第二断电信号时，对第二断电信号进行逻辑处理，输出下桥驱动信号。PWM控制器37用以在接收到关断逻辑信号后输出关断控制信号。下桥驱动信号PWM处理电路38用以在接收到下桥驱动信号时，对下桥驱动信号进行PWM处理，以产生下桥驱动控制信号。驱动隔离电源39用以驱动IGBT的三相上管和三相下管的开关；其中，在接收到关断控制信号时，驱动IGBT的三相上管关断，在接收到下桥驱动控制信号时，驱动IGBT的三相下管打开。

请继续参阅图2和图3，在本实施方式中，不间断电源4至少包括：母线电压源41；隔离变压器42，与母线电压源41和下桥驱动电源33连接，用以将母线电压源41转换为与第二直流转换电源相同的直流电源，以驱动IGBT的下桥臂。其中，母线电压源41由逆变器母线高压电容提供，其电压范围为0V～450V。作为一个优选的母线电压源41的电压值，母线电压源41采用电池包电压。

请继续参阅图2和图3，在本实施方式中，低压电源及其转换电路31所提供的低压电源由低压供电电池提供，其电压范围为9V～30V。本实施方式的驱动电源3具有提供的低压电源电压范围宽、隔离电压高的特点。作为一个示例，如图3所示，低压电源及其转换电路31(图3中未示出)可以将其所提供的电压范围为9-30V的低压电源转换为第一直流转换电源5V和第二直流转换电源30V(均为弱电电源)，隔离电压可达到6kV以上。同时，不间断电源4中的隔离变压器42将母线电压源41转换为与第二直流转换电源的电压值相同的30V直流电源，作为供给IGBT开关的正负电源。其中，5V用于向驱动芯片1低压侧供电，还用于供上桥驱动电源32驱动IGBT的上桥臂；30V用于向驱动芯片外围驱动电路2隔离高压侧供电，还用于供下桥驱动电源33驱动IGBT的下桥臂。作为一个优选的低压电源的电压值，低压电源由12V供电电池提供。当然，低压电源及其转换电路31可以直接采用现有技术中的汽车低压12V电池系统。

在电机台架运行实验过程中，将IGBT驱动器的第一直流转换电源5V或者第二直流转换电源30V的弱电输入断开，IGBT驱动器可以切换到主动短路状态，使汽车电机主动短路，从而使整车系统能够正常过渡到安全状态。

请继续参阅图3，在本实施方式中，驱动隔离电源39具有六路，分别用以驱动IGBT的三相上管和三相下管的开关，具体包括：U相上管驱动隔离电源，U相下管驱动隔离电源，V相上管驱动隔离电源，V相下管驱动隔离电源，W相上管驱动隔离电源，以及W相下管驱动隔离电源。在驱动电源3的供电出现故障的情况下，U相上管驱动隔离电源、V相上管驱动隔离电源和W相上管驱动隔离电源同时驱动IGBT的三路上管关断，U相下管驱动隔离电源、V相下管驱动隔离电源和W相下管驱动隔离电源同时驱动IGBT的三路下管打开，从而将汽车电机主动短路，实现整车系统的安全状态。

请继续参阅图3，在本实施方式中，PWM控制器37需要一定的驱动频率来驱动，PWM控制器37的驱动频率由IGBT驱动器自身提供，其频率范围为50kHz～200kHz，能够避免IGBT驱动器断电后，电源电路失效。作为一个优选的驱动频率的频率值，PWM控制器37采用100kHz驱动频率。

综上所述，本实用新型的IGBT驱动器，具有以下有益效果：本实用新型给IGBT驱动器增加了一个不间断电源，在IGBT驱动器的供电出现故障时，不间断电源能够提供IGBT驱动器中驱动芯片外围驱动电路的正常工作电源，使IGBT的开关依然受控，不会因为电源故障导致系统电路的共因失效，从而降低了汽车电机控制器损坏的风险，保障了驾乘人员的人身安全。另外，不间断电源在向驱动芯片外围驱动电路供电时，IGBT驱动器切换到短路状态，将IGBT的三相上管关断、三相下管打开，从而使汽车电机主动短路，使整车系统正常过渡到安全状态，符合安全规范的需求和ISO26262的功能安全要求。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施方式仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施方式进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。