一种高压IGBT驱动电路的制作方法

一种高压igbt驱动电路
技术领域
1.本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种高压igbt驱动电路。


背景技术：

2.随着当下电力电子技术的逐步成熟稳定，提高母线电压以及模块功率的需求日益突出，为保证高电压大功率igbt模块的正常运行以及安规要求，必须保证模块所需要的电气间隙和爬电距离，目前在电力系统中，母线电压4500v的igbt模块在项目中的应用被广泛关注，但是市场上目前还没有针对如此高的母线电压的成熟的驱动方案，理论上满足这种电气间隙和爬电距离的驱动方案是基于变压脉冲器以及光纤收发器的隔离驱动方案，如图1所示，是某公司基于变压脉冲器的隔离驱动方案。
3.在图1中，基于变压脉冲器的隔离驱动方案的优势在于几乎满足所有电压等级的igbt模块所需要的电气间隙和爬电距离，而且传输延时误差小，但是能明显看出体积很大，在对空间要求严格的项目应用场所不能满足要求，且比较生硬不利于pcb布局，单体的光纤收发器一路信号需要一收一发两个模块，这种光电转换的方案在电磁兼容上表现优异，适合远距离传输信号，但是基于光纤收发器的方案和变压脉冲器有着类似的问题，占据空间较大且价格昂贵。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种高压igbt驱动电路，用于解决上述问题。
5.本实用新型通过以下技术方案予以实现：
6.本实用新型提供了一种高压igbt驱动电路，所述驱动电路在前级集成mosfet，并在后级集成放大电路，其中所述放大电路为三极管推挽输出或mosfet输出；所述驱动电路集成有短路保护电路，所述短路保护电路在集电极和发射极间的电压已降至饱和值ucesat或负载ic增加至额定值的4倍时，控制所述igbt驱动电路退出饱和。
7.更进一步的，位移电流通过igbt的米勒电容给栅极充电时，利用tvs管根据所选择的正负电压限制栅极电压最大值。
8.更进一步的，所述短路保护电路中，在有短路故障的时刻，fault信号经过个afbr-390525bz隔离后返回到mcu进行关断保护。
9.更进一步的，所述短路保护电路中，当igbt关断时，把栅极电压先降到低于标准的vcc，然后降到vee。
10.本实用新型的有益效果为：
11.本实用新型采用分立元器件和小封装集成光纤收发器搭建高母线电压大功率igbt器件的驱动电路，满足产品电气间隙和爬电距离性能需求，设计灵活可变节约空间，延展性好，有强大的保护电路为产品的安全可靠稳定运行保驾护航，目前已经批量使用在电网输配电电路关键器件中，运行情况良好。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1是基于变压脉冲器以及光纤收发器的隔离驱动方案图；
14.图2是本实用新型高压igbt驱动电路原理图。
具体实施方式
15.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
16.实施例1
17.参照图2所示，本实施例提供了一种高压igbt驱动电路，所述驱动电路在前级集成mosfet，并在后级集成放大电路，其中所述放大电路为三极管推挽输出或mosfet输出；所述驱动电路集成有短路保护电路，所述短路保护电路在集电极和发射极间的电压已降至饱和值ucesat或负载ic增加至额定值的4倍时，控制所述igbt驱动电路退出饱和。
18.本实施例位移电流通过igbt的米勒电容给栅极充电时，利用tvs管根据所选择的正负电压限制栅极电压最大值。所述短路保护电路中，在有短路故障的时刻，fault信号经过个afbr-390525bz隔离后返回到mcu进行关断保护。
19.本实施例所述短路保护电路中，当igbt关断时，把栅极电压先降到低于标准的vcc，然后降到vee。
20.本实施例该设计方案分为两部分，下部是驱动部分，上部是故障检测信号反馈部分，因为afbr-390525bz需要一定的电流驱动能力，为了保证pwm能够正常驱动led，在前级加了一个2n7002的mosfet，可以提供100ma左右的电流驱动能力，输出电流只有10ma左右，所以后级需要设计放大电路(q2\q3)，可以用两个三极管推挽输出也可以选择两个mosfet输出。
21.本实施例相比较于三极管推挽输出，mosfet有几个优点：
①
igbt门极峰值驱动电流取决于mosfet的内部rdson，而不是取决于三极管的β和ib，这样不同功率的igbt电流等级只需要换用mosfet，而使用三极管需要不同的驱动器和不同的三极管组合；
②
三极管是电流控制的器件需要持续的ib偏置电流，vcesat压降大，功率损耗大，mosfet是电压控制的器件.不需偏置电流，轨到轨输出.rdson压降低，功耗小
③
mosfet放大器开关速度更快。
22.本实施例位移电流能够通过igbt的米勒电容给栅极充电，这就过程可能会增加栅极电压，特别是当关断过电流或者短路过电流时，igbt的传输过程为isc＝f(uge)，因此将栅极电压限制在某一最大值非常重要，这样可以使得短路电流的值不会太大，也就不会超过最大的短路能量，利用图中d1、d2这种tvs管根据所选择的正负电压就可以限制栅极电压最大值。
23.本实施例rg的值和vcc和vee以及充电电流有关，以4v/-5v，驱动电流0.5a为例，可以按公式计算出大概的rg取值，具体最后用多大的电阻需要根据双脉冲实验进行调整。
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本实施例下面来介绍短路保护电路，在正常情况下，igbt工作在饱和状态，这意味着集电极和发射极间的电压已降至饱和值ucesat，如果负载ic增加至额定值的4倍，igbt将会退出饱和，这就是短路保护的基本原理。
[0026]
本实施例中ddesat的耐压值要超过母线电压的值，最好选用快回复二极管。cblank电容是控制短路反应的时间，该时间的计算方法为：tblank＝cblankxvdesat/ichg，从图中可以得知vdesat是7v，ichg是250ua，带入可知tblank＝100pf*7v/250μa＝2.8μsec，在有短路故障的时刻，fault信号会再经过一个afbr-390525bz隔离后返回到mcu进行关断保护
[0027]
本实施例在igbt关断时，负载电流的负电流变化率-dic/dt和换流路径中的杂散电感l共同导致关断过电压，两电平关断或者多电平关断的思想就是在关断过程中减小-dic/dt，从而把关断过电压降低到一个合理的值。当igbt关断时栅极电压不用直接降到vee，而是把栅极电压先降到低于标准的vcc，当然这个电压还要高于到达米勒平台的电压，该电压值需要根据igbt的传输特性进行调整，同时调整第二电压数值和时间长度，这个时间长度必须在vcc降到vee之前。因为4500v的igbt杂散电感和寄生电容都比较大为了安全开启和关断igbt，必须采用多电平开启关断，本项目使用三电平开启和两电平关断，保证可靠稳定运行。
[0028]
综上，本实用新型采用分立元器件和小封装集成光纤收发器搭建高母线电压大功率igbt器件的驱动电路，满足产品电气间隙和爬电距离性能需求，设计灵活可变节约空间，延展性好，有强大的保护电路为产品的安全可靠稳定运行保驾护航，目前已经批量使用在电网输配电电路关键器件中，运行情况良好。
[0029]
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。