本發(fā)明涉及一種分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路，還涉及一種分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

IGBT和其它電力電子器件一樣，應(yīng)用的可靠性依賴于驅(qū)動(dòng)電路,IGBT的高輸入阻抗使其驅(qū)動(dòng)較為容易,但也容易引起源極電流過(guò)大或者dv/dt過(guò)大導(dǎo)致擎住效應(yīng)而失效。因此性能優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)電路是保證IGBT高效、可靠運(yùn)行的必要條件。IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電阻Rg對(duì)驅(qū)動(dòng)的效果有著直接的影響，IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷均依存于Rg的大小。Rg越大，其開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間就越大，開(kāi)關(guān)損耗也越大，但浪涌電壓變小，減少了dv/dt造成誤導(dǎo)通的可能。同時(shí)，Rg越小，IGBT柵極驅(qū)動(dòng)端的振蕩就會(huì)更嚴(yán)重，使得驅(qū)動(dòng)效率降低。

在IGBT應(yīng)用中，尤其在高壓IGBT應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)頻率低、損耗大極大的制約著它的應(yīng)用。譬如在高壓變頻應(yīng)用中，為了器件的安全，必須設(shè)計(jì)足夠的空載時(shí)間，同時(shí)器件的開(kāi)關(guān)時(shí)間又很長(zhǎng)，器件應(yīng)用頻率很低。這主要是由IGBT開(kāi)關(guān)過(guò)程中密勒平臺(tái)時(shí)間及拖尾電流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成的。傳統(tǒng)改善這一性能的做法是通過(guò)二極管旁路電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的開(kāi)通和關(guān)斷電阻，雖然能夠在一定程度上獲得了開(kāi)關(guān)時(shí)間及浪涌抑制上的折中，但是并沒(méi)有能提高器件的應(yīng)用頻率及降低損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路，解決現(xiàn)有技術(shù)中IGBT管開(kāi)關(guān)損耗大、應(yīng)用頻率低的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路所采用的技術(shù)方案是：一種分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路，包括驅(qū)動(dòng)推挽電路、分段電阻驅(qū)動(dòng)電路和IGBT門極鉗位電路；

所述分段電阻驅(qū)動(dòng)電路包括若干串聯(lián)連接的分段電阻，每個(gè)分段電阻的兩端均并聯(lián)有旁路MOS管；各旁路MOS管的門極以及所述驅(qū)動(dòng)推挽電路的控制輸入端分別與驅(qū)動(dòng)控制器連接；所述IGBT門極鉗位電路包括分別與IGBT門極連接的：IGBT門極穩(wěn)壓鉗位電路及IGBT門極電源鉗位電路；所述IGBT的門極通過(guò)串聯(lián)連接的分段電阻與驅(qū)動(dòng)推挽電路的To端口連接，還通過(guò)IGBT門極電源鉗位電路與驅(qū)動(dòng)推挽電路的VSS端口連接。

所述IGBT門極電源鉗位電路包括一個(gè)肖特基二極管和兩個(gè)支撐電容，肖特基二極管的陽(yáng)極與IGBT門極電連接，陰極通過(guò)并聯(lián)連接的兩支撐電容接地；肖特基二極管的陰極同時(shí)與驅(qū)動(dòng)推挽電路的VSS端連接。

所述IGBT門極穩(wěn)壓鉗位電路包括兩個(gè)穩(wěn)壓二極管，其中一個(gè)穩(wěn)壓二極管的陰極與IGBT的門極電連接，陽(yáng)極與另一穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極連接，另一穩(wěn)壓二極管的陰極接地。

所述驅(qū)動(dòng)控制器選用FPGA控制器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路所達(dá)到的有益效果是：

1、在IGBT門極接入分段電阻，分段電阻R1～Rn可以根據(jù)實(shí)際情況分段投入，可以提高器件應(yīng)用頻率，減小開(kāi)關(guān)損耗；

2、所有控制脈沖統(tǒng)一由驅(qū)動(dòng)控制器發(fā)出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，編程容易；

3、采用高速M(fèi)OS管作為分段電阻的旁通MOS管，同樣適用于傳統(tǒng)的IGBT驅(qū)動(dòng)方式，具有通用性，易于實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明還提供一種分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，IGBT開(kāi)通時(shí)，當(dāng)IGBT進(jìn)入導(dǎo)通過(guò)程，將大于2/3數(shù)量的分段電阻接入IGBT門極，降低IGBT門極震蕩；

當(dāng)IGBT進(jìn)入密勒平臺(tái)時(shí)間，將接入IGBT門極的分段電阻數(shù)減少至1/3數(shù)量以下，縮短密勒平臺(tái)時(shí)間，加快IGBT源極s與漏極d之間電壓下降，減少IGBT開(kāi)通損耗；

IGBT關(guān)斷時(shí)，在IGBT門極g與漏極d之間電壓下降到密勒平臺(tái)結(jié)束的時(shí)間內(nèi)，將1/3數(shù)量以下分段電阻接入IGBT門極，加快IGBT門極抽取電荷，減少IGBT門極開(kāi)關(guān)時(shí)間；

在密勒平臺(tái)電壓逐漸降低到閾值電壓時(shí)，IGBT進(jìn)入關(guān)斷過(guò)程，將1/2以上數(shù)量分段電阻接入IGBT門極，降低浪涌；

當(dāng)浪涌結(jié)束進(jìn)入拖尾電流時(shí)間后，將1/3數(shù)量以下分段電阻接入IGBT門極，減少拖尾電流時(shí)間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路的控制方法所達(dá)到的有益效果是：能夠在確保抑制浪涌及門極震蕩的同時(shí)，達(dá)到減小IGBT器件開(kāi)關(guān)損耗、提高器件應(yīng)用頻率的目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。

圖2是圖1中驅(qū)動(dòng)推挽電路的電路圖。

圖3是IGBT開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的各極間的電壓及電流波形圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明在傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路及控制方法，在門極驅(qū)動(dòng)脈沖上升沿及下降沿對(duì)IGBT的驅(qū)動(dòng)電阻進(jìn)行控制，減小IGBT器件開(kāi)關(guān)損耗，提高器件的應(yīng)用頻率。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，IGBT為被驅(qū)動(dòng)元件，G為IGBT門極，C為集電極，E為發(fā)射極。本發(fā)明提供的分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)推挽電路、分段電阻驅(qū)動(dòng)電路和IGBT門極鉗位電路。

分段電阻驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)電阻：R1，R2，……Rn及旁路MOS管：MOS1，MOS2，……MOSn。驅(qū)動(dòng)電阻：R1，R2，……Rn順序串聯(lián)連接，MOS1并聯(lián)于電阻R1兩端，MOS2并聯(lián)于R2兩端，……MOSn并聯(lián)于Rn兩端。圖中g(shù)1，g2，……gn對(duì)應(yīng)為驅(qū)動(dòng)控制器發(fā)出的MOS1，MOS2，……MOSn的驅(qū)動(dòng)控制脈沖。旁路MOS管采用英飛凌IRF7862PbF型號(hào)SO-8封裝的高速M(fèi)OS管，用于快速切換。驅(qū)動(dòng)控制器選用FPGA控制器，

如圖2所示，是本發(fā)明采用的驅(qū)動(dòng)推挽電路的電路圖，包括To、VSS、VEE和Ti四個(gè)接線端，g0為驅(qū)動(dòng)控制器發(fā)出的驅(qū)動(dòng)推挽電路的驅(qū)動(dòng)控制脈沖。圖中三極管T1、T32采用型號(hào)為2SD2098的NPN三極管，三極管T2、T4采用型號(hào)為2SB1386的PNP三極管，電阻R11～R14為輔助驅(qū)動(dòng)電阻。IGBT的門極通過(guò)串聯(lián)連接的分段電阻與驅(qū)動(dòng)推挽電路的To端口連接。

IGBT門極鉗位電路包括：IGBT門極穩(wěn)壓鉗位電路及IGBT門極電源鉗位電路，IGBT門極電源鉗位電路與驅(qū)動(dòng)推挽電路的VSS端口連接。IGBT門極電源鉗位電路包括一個(gè)肖特基二極管D1和兩個(gè)支撐電容C1、C2。肖特基二極管D1主要將驅(qū)動(dòng)過(guò)壓尖峰返送回電源，支撐電容C1、C2為IGBT門極提供足夠的沖擊能量。肖特基二極管D1的陽(yáng)極與IGBT門極電連接，陰極通過(guò)并聯(lián)連接的兩支撐電容C1、C2接地；肖特基二極管D1的陰極同時(shí)與驅(qū)動(dòng)推挽電路的VSS端連接。IGBT門極穩(wěn)壓鉗位電路包括兩個(gè)反接的穩(wěn)壓二極管D2、D3，穩(wěn)壓二極管D2的陰極與IGBT的門極電連接，陽(yáng)極與穩(wěn)壓二極管D3的陽(yáng)極連接，穩(wěn)壓二極管D3的陰極接地。D1、D2、D3需要較快的反應(yīng)速度，布置在距離IGBT門極較近的地方，以減小寄生電感。

本發(fā)明提供的分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路的控制方法是基于上述驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)的，具體控制方法為：

IGBT開(kāi)通時(shí)，當(dāng)IGBT進(jìn)入導(dǎo)通過(guò)程，將大于2/3數(shù)量的分段電阻接入IGBT門極，降低IGBT門極震蕩；

當(dāng)IGBT進(jìn)入密勒平臺(tái)時(shí)間，將接入IGBT門極的分段電阻數(shù)減少至1/3數(shù)量以下，縮短密勒平臺(tái)時(shí)間，加快IGBT源極s與漏極d之間電壓下降，減少IGBT開(kāi)通損耗；

IGBT關(guān)斷時(shí)，在IGBT門極g與漏極d之間電壓下降到密勒平臺(tái)結(jié)束的時(shí)間內(nèi)，將1/3數(shù)量以下分段電阻接入IGBT門極，加快IGBT門極抽取電荷，減少IGBT門極開(kāi)關(guān)時(shí)間；

在密勒平臺(tái)電壓逐漸降低到閾值電壓時(shí)，IGBT進(jìn)入關(guān)斷過(guò)程，將1/2以上數(shù)量分段電阻接入IGBT門極，降低浪涌；

當(dāng)浪涌結(jié)束進(jìn)入拖尾電流時(shí)間后，將1/3數(shù)量以下分段電阻接入IGBT門極，減少拖尾電流時(shí)間。

下面以圖3的IGBT開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程來(lái)說(shuō)明本發(fā)明提供的分段電阻型IGBT驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，具體如下：

開(kāi)通過(guò)程中：

(1)t0～t1時(shí)刻，IGBT沒(méi)有到達(dá)閾值電壓，這時(shí)候Vge主要給柵極－發(fā)射極電容Cgs充電，這個(gè)過(guò)程電流很大，甚至可以達(dá)到幾安培的瞬態(tài)電流，這時(shí)候的能量主要來(lái)自支撐電容C1、C2，可以通過(guò)控制某幾個(gè)MOS管開(kāi)通來(lái)旁路部分門極驅(qū)動(dòng)電阻取得較小的門極驅(qū)動(dòng)電阻；

(2)t1～t3，當(dāng)IGBT門極電壓達(dá)到閾值電壓后，IGBT正式進(jìn)入導(dǎo)通過(guò)程，這時(shí)候需要較大的門極驅(qū)動(dòng)電阻，降低門極震蕩，這時(shí)候需要控制某幾個(gè)MOS管關(guān)斷來(lái)投入較大的門極驅(qū)動(dòng)電阻；

(3)t3～t5，IGBT門極電壓處在密勒平臺(tái)時(shí)間到完全導(dǎo)通，這時(shí)候可以減小門極驅(qū)動(dòng)電阻，縮短密勒平臺(tái)時(shí)間，加快Vce的下降，減小開(kāi)通損耗。

關(guān)斷過(guò)程中：

(1)t0～t2時(shí)刻，IGBT門極電壓沒(méi)有到達(dá)閾值電壓，這時(shí)候處于門極電荷抽取過(guò)程，通過(guò)控制某幾個(gè)MOS管開(kāi)通來(lái)旁路部分門極驅(qū)動(dòng)電阻，加快這一過(guò)程，可以顯著減小這一部分時(shí)間；

(2)t2～t4，IGBT密勒平臺(tái)電壓不足以維持，逐漸減低到閾值電壓以下，IGBT正式進(jìn)入關(guān)斷過(guò)程，這時(shí)候需要關(guān)斷MOS管加大關(guān)斷門極驅(qū)動(dòng)電阻，可以降低浪涌，減小器件損壞的風(fēng)險(xiǎn)；

(3)t4～t6，由于存儲(chǔ)電荷效應(yīng)，IGBT進(jìn)入拖尾電流時(shí)期，這時(shí)候可以減小關(guān)斷門極驅(qū)動(dòng)電阻，加快抽取時(shí)間。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。