一种优化开关过冲及损耗的多阶段IGBT驱动电路及驱动方法

本发明涉及电力电子，特别涉及一种优化开关过冲及损耗的多阶段igbt驱动电路，还涉及一种优化开关过冲及损耗的多阶段igbt驱动方法。

背景技术：

1、绝缘栅双极型晶体管(igbt)在各种中大功率电力电子装置中得到广泛应用，但是igbt在开关瞬态产生的电压过冲和电流过冲，不但会增加电路电磁干扰，甚至会损坏器件。所以在设计igbt驱动电路时就需要考虑减小igbt在开关瞬态中的电压过冲和电流过冲，如图1所示，现有方案利用对igbt集射极电压vce与igbt发射极寄生电感电压vee的采样与分析，确定igbt开关的不同阶段，并在不同开关阶段施加幅值不同的驱动电压信号，以此来改变igbt开关的速度，达到抑制开关过冲的效果。但该方案依赖于adc、dac等存在较大延时的器件，导致对igbt栅极电压的控制时效性与准确度受到影响；另一方面，该方案在不同负载电流等级下，选取相同的控制策略，这样会导致在负载电流较大时开关过冲的抑制与负载电流较小时开关损耗的优化难以同时实现。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种优化开关过冲及损耗的多阶段igbt驱动电路及驱动方法，以解决现有技术中igbt驱动过程在负载电流较大时开关过冲的抑制与负载电流较小时开关损耗的优化难以同时实现的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供了一种优化开关过冲及损耗的多阶段igbt驱动电路。

3、在一个实施例中，一种优化开关过冲及损耗的多阶段igbt驱动电路，包括：

4、dv/dt比较模块、di/dt比较模块、控制器；其中，

5、dv/dt比较模块用于识别igbt开关阶段是否为关断电压上升阶段；

6、di/dt比较模块用于识别igbt开关阶段是否为开通电流上升阶段或者关断电流下降阶段；

7、所述控制器用于根据igbt开关阶段和负载电流，调节igbt栅极驱动信号占空比以调节igbt开通速度或关断速度，调节dv/dt比较模块或di/dt比较模块的比较阈值以调节igbt栅极驱动信号控制时长。

8、可选地，所述di/dt比较模块包括第一比较器和第二比较器；

9、第一比较器用于将igbt发射极寄生电感电压采样信号与第一比较阈值相比较，获得第一比较结果，第一比较结果用于识别igbt开关阶段是否为开通电流上升阶段；

10、第二比较器用于将igbt发射极寄生电感电压采样信号与第二比较阈值相比较，获得第二比较结果，第二比较结果用于识别igbt开关阶段是否为关断电流下降阶段。

11、可选地，所述控制器根据负载电流调节所述第一比较阈值，以调节第一比较结果，当igbt工作在开通电流上升阶段，控制器基于第一比较结果控制igbt栅极驱动信号控制时长。

12、可选地，当负载电流为较大等级且igbt工作在开通电流上升阶段，控制器调节igbt栅极驱动信号占空比以降低igbt开通速度，调节第一比较阈值以增加igbt栅极驱动信号控制时长。

13、可选地，当负载电流为较小等级且igbt工作在开通电流上升阶段，控制器调节igbt栅极驱动信号占空比以提高igbt开通速度，调节第一比较阈值以减少igbt栅极驱动信号控制时长。

14、可选地，所述控制器根据负载电流调节所述第二比较阈值，以调节第二比较结果，当igbt工作在关断电流下降阶段，控制器基于第二比较结果控制igbt栅极驱动信号控制时长。

15、可选地，当负载电流为较大等级且igbt工作在关断电流下降阶段，控制器调节igbt栅极驱动信号占空比以降低igbt关断速度，调节第二比较阈值以增加igbt栅极驱动信号控制时长。

16、可选地，当负载电流为较小等级且igbt工作在关断电流下降阶段，控制器调节igbt栅极驱动信号占空比以提高igbt关断速度，调节第二比较阈值以减少igbt栅极驱动信号控制时长。

17、可选地，所述dv/dt比较模块包括第三比较器，第三比较器用于将igbt集射极电压采样信号与第三比较阈值相比较，获得第三比较结果，第三比较结果用于识别igbt开关阶段是否为关断电压上升阶段。

18、可选地，所述控制器根据负载电流调节所述第三比较阈值，以调节第三比较结果，当igbt工作在关断电压上升阶段，控制器基于第三比较结果控制igbt栅极驱动信号控制时长。

19、可选地，当负载电流为较大等级且igbt工作在关断电压上升阶段，控制器调节igbt栅极驱动信号占空比以降低igbt关断速度，调节第三比较阈值以增加控制时长。

20、可选地，当负载电流为较小等级且igbt工作在关断电压上升阶段，控制器调节igbt栅极驱动信号占空比以提高igbt关断速度，调节第三比较阈值以减少控制时长。

21、可选地，所述优化开关过冲及损耗的多阶段igbt驱动电路还包括积分模块，所述积分模块基于igbt发射极寄生电感电压采样信号进行积分，获得负载电流信号。

22、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种优化开关过冲及损耗的多阶段igbt驱动方法。

23、在一个实施例中，所述优化开关过冲及损耗的多阶段igbt驱动方法，包括以下步骤：

24、识别igbt开关阶段，igbt开关阶段包括：开通电流上升阶段、关断电流下降阶段与关断电压上升阶段；

25、获取负载电流；

26、根据igbt开关阶段和负载电流，调节igbt栅极驱动信号占空比和控制时长。

27、可选地，所述根据igbt开关阶段和负载电流，调节igbt栅极驱动信号占空比和控制时长的步骤，包括：

28、当负载电流为较大等级，在各igbt开关阶段调节igbt栅极驱动信号占空比以降低igbt开通速度或者关断速度，调节比较阈值以增加igbt栅极驱动信号控制时长；

29、当负载电流为较小等级，在各igbt开关阶段调节igbt栅极驱动信号占空比以提高igbt开通速度或者关断速度，调节比较阈值以减少igbt栅极驱动信号控制时长。

30、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

31、(1)实现了igbt多阶段驱动信号的生成，通过对dvce/dt信号、dic/dt信号的采样与处理，实现igbt开通电流上升、igbt关断电流下降与igbt关断电压上升三个阶段的区分，并根据对igbt发射极寄生电感上电压的积分处理获取igbt负载电流的变化，基于不同的负载电流改变输出栅极驱动信号的占空比与控制时长，实现灵活的igbt控制策略，达到抑制igbt开关过冲和优化开关损耗的效果。

32、(2)本发明考虑负载电流等级对igbt开关过冲、损耗的影响，针对不同的负载电流等级选取不同的控制策略，实现在igbt电压、电流过冲处于安全工作区的前提下，尽可能降低igbt开关损耗。

33、(3)本发明可以控制高频pwm波的占空比与di/dt比较模块、dv/dt比较模块的比较阈值，使得本发明的控制策略相比已有方案更加灵活，对损耗的优化效果增强。

34、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。