基于2ed020i12-f2芯片的igbt驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于2ED020I12-F2芯片的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，利用英飛凌公司生產(chǎn)的2ED020I12-F2芯片設(shè)計(jì)新型的IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)逆變電路上下兩個(gè)橋臂，三相橋式逆變電路僅用一組電源，分別經(jīng)過降壓芯片和DC-DC電源模塊的降壓和隔離后，供給2ED020I12-F2芯片作為控制電源和驅(qū)動(dòng)電源，并且由2ED020I12-F2芯片監(jiān)控電源電壓、IGBT工作電流，簡化了電路，降低了成本，大大減小了裝置體積。相比較傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路而言，不需要外接電流傳感器得到過流信號(hào)再傳送至驅(qū)動(dòng)芯片關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出，在一定程度上減小了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，電路設(shè)計(jì)得到簡化，提高了系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】基于2ED020I12-F2芯片的IGBT驅(qū)動(dòng)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路，特別涉及一種基于2ED020I12-F2芯片的 IGBT驅(qū)動(dòng)電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種開關(guān)器件如power MOSFET、IGBT等功率開關(guān)器件 得到越來越廣泛的應(yīng)用，由于IGBT具有易于驅(qū)動(dòng)、峰值電流容量大、自關(guān)斷能力、開關(guān)頻率 高等特點(diǎn)，是目前發(fā)展最為迅速的新一代電力電子器件。其中IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)是其應(yīng)用 中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]目前大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)集成電路采用直接驅(qū)動(dòng)或隔離驅(qū)動(dòng)的方式。隔離驅(qū)動(dòng)的集成驅(qū) 動(dòng)芯片，如EXB841系列TLP250等，這種芯片的特點(diǎn)是只能驅(qū)動(dòng)單個(gè)功率管，且每路驅(qū)動(dòng)都 要一組獨(dú)立的電源，增加了電源電路和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。
[0004] IGBT作為產(chǎn)品核心部件，其驅(qū)動(dòng)電路是否可靠安全關(guān)系著整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，而驅(qū) 動(dòng)電路影響著IGBT的通態(tài)壓降、開關(guān)損耗、承受電路電流電壓時(shí)間及J^/七等參數(shù)，決定 了 IGBT的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性。在實(shí)際應(yīng)用中要求動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，有足夠的輸入輸出電 隔離能力，驅(qū)動(dòng)電路盡可能簡單等。
[0005] 因此，致力于IGBT驅(qū)動(dòng)電路及其應(yīng)用電路的研究，研制出具有高性能的IGBT驅(qū)動(dòng) 電路，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)在IGBT驅(qū)動(dòng)電路僅能驅(qū)動(dòng)單個(gè)功率管，并需要獨(dú)立電源的 問題，提出了一種基于2ED020112-F2芯片的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，利用英飛凌公司生產(chǎn)的 2ED020I12-F2芯片設(shè)計(jì)新型的IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)逆變電路上下兩個(gè)橋臂，三相 橋式逆變電路僅用一組電源即可，簡化了電路，降低了成本。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于2ED020I12-F2芯片的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，包括開關(guān)電 源、降壓芯片、DC - DC模塊電源、2ED020I12-F2功率開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)器，開關(guān)電源輸出經(jīng) 過降壓芯片得到控制信號(hào)電源，開關(guān)電源輸出經(jīng)過DC -DC模塊電源隔離降壓后，輸出正負(fù) 兩路驅(qū)動(dòng)電源分別接至IGBT驅(qū)動(dòng)電路中上下兩個(gè)橋臂推挽輸出電路的兩個(gè)集電極；給兩 個(gè)定電平信號(hào)分別經(jīng)過鉗位二極管和高頻濾波電容接2ED020I12-F2芯片兩個(gè)輸入INHS+ 引腳，2ED020I12-F2芯片兩個(gè)輸出0UTHS引腳通過電阻連接至兩個(gè)三極管組成的推挽電 路，此推挽輸出電壓為正負(fù)兩路驅(qū)動(dòng)電源電壓之間；2ED020I12-F2芯片兩個(gè)CLAMP引腳分 別接兩個(gè)0UTHS引腳，實(shí)時(shí)監(jiān)測IGBT門極電壓；2ED020I12-F2芯片的VCC和VEE引腳分別 檢測控制信號(hào)電源、正負(fù)兩路驅(qū)動(dòng)電源上下門限電壓。
[0008] 所述兩個(gè)三極管組成的推挽電路中兩個(gè)三極管發(fā)射極之間串聯(lián)二極管防止電流 逆向?qū)?，?dǎo)致IGBT誤導(dǎo)通。
[0009] 所述2ED020I12-F2芯片的DESATHS引腳檢測流過IGBT電流，當(dāng)DESATHS引腳檢 測電流過大時(shí)，2ED020I12-F2芯片的引腳輸出對(duì)應(yīng)的檢測信號(hào)到控制器，控制器根 據(jù)FLTHS引腳輸出信號(hào)封鎖PWM輸出。
[0010] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于2ED020I12-F2芯片的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，可以同 時(shí)驅(qū)動(dòng)逆變電路上下兩個(gè)橋臂，三相橋式逆變電路僅用一組電源即可，大大減小了裝置體 積，簡化電路，降低成本。相比較傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路而言，不需要外接電流傳感器得到過流信號(hào) 再傳送至驅(qū)動(dòng)芯片關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出，在一定程度上減小了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，電路設(shè)計(jì)得到 簡化，提高了系統(tǒng)的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明中降壓芯片LM275HV BUCK工作原理圖； 圖2為本發(fā)明QA04電源隔離輸出芯片工作原理圖； 圖3為本發(fā)明基于2ED020I12-F2的IGBT驅(qū)動(dòng)電路圖； 圖4為本發(fā)明PWM輸出波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明使用的芯片是德國英飛凌公司生產(chǎn)的2ED020I12-F2芯片，2ED020I12-F2 是一種雙通道高壓、高速電壓型功率開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)器，具有自舉浮動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)電路簡 單，驅(qū)動(dòng)芯片同時(shí)驅(qū)動(dòng)逆變電路上下橋臂，并且其本身有考慮死區(qū)時(shí)間。當(dāng)芯片正常工作 時(shí)，上下橋臂所需的脈沖信號(hào)分別發(fā)送至第2引腳INHS+和第12引腳INLS+即可正常驅(qū)動(dòng) 上下橋臂。
[0013] IGBT的CE間的電流大小基本上與CE間的電壓成正比。由于2ED020I12-F2芯片 的第20引腳DESATLS和第30引腳DESATHS可以檢測開關(guān)管IGBT的CE間電壓UCE，所以通 過檢測UCE就可以判斷IGBT是否有過流。當(dāng)DESATxx引腳電壓超過9V時(shí)，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出， 這樣保證IGBT不至于過熱而燒壞。為了不引起誤保護(hù)，器件還設(shè)計(jì)消隱時(shí)間電路，它是利 用器件內(nèi)部高精度恒流源與外部電容實(shí)現(xiàn)的。
[0014] 本發(fā)明所用的驅(qū)動(dòng)芯片涉及到+15V、+5V、-8V三種電壓，通過開關(guān)電源及降壓芯 片可以很容易得到。本設(shè)計(jì)采用單電源+15V供電設(shè)計(jì)，其中2ED020I12-F2芯片的第7引 腳VCC1HS和第17引腳VCC1LS采用+5V供電，由LM275HV BUCK降壓芯片得到+5V作為控 制信號(hào)電源，如圖1所示。驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)采用+15V和-8V兩路供電，開關(guān)電源輸出經(jīng)過DC - DC模塊電源后，輸出+15V和-8V分別接至推挽輸出電路的兩個(gè)集電極，由帶隔離變壓器功 能的隔離電源得到，這樣使得控制信號(hào)和電源供電都實(shí)現(xiàn)了前后級(jí)的電隔離。圖2為通過 QA04電源隔離輸出芯片得到的+15V、-8V電壓原理圖，QA04是專為IGBT驅(qū)動(dòng)器而設(shè)計(jì)的 DC - DC模塊電源，具有兩組電源隔離的特點(diǎn)，比常規(guī)電源產(chǎn)品帶更大容性負(fù)載并且具有更 小的隔離電容和更高的隔離電壓。
[0015] 圖3是基于2ED020I12-F2的IGBT驅(qū)動(dòng)電路原理圖。2ED020I12-F2應(yīng)用無芯變壓 器技術(shù)隔離信號(hào)側(cè)與功率側(cè)，集成了如監(jiān)測欠壓鎖定、看門狗、硬關(guān)斷、軟關(guān)斷、差分輸入、 軌對(duì)軌輸出、Vce過飽和檢測、有源米勒鉗位等功能。
[0016] 以下說明均以導(dǎo)通上橋臂工作為例。2ED020I12-F2的輸入模式可分兩種,一種為 正向輸入即高電平有效，這時(shí)需要把INHS-腳接低電平。另一種為反向輸入即低電平有效， 這時(shí)需要把INHS+腳接高電平。在電平信號(hào)輸入時(shí)，內(nèi)部由最小脈沖寬度限制，這樣會(huì)消除 高頻脈沖干擾。
[0017] 圖3電路中由IN_T1腳信號(hào)經(jīng)過鉗位二極管D7和D10后輸入2ED020I12-F2，其中 IN_T1腳為驅(qū)動(dòng)板接插件從外部輸入信號(hào)PWM1，具體可從圖3中識(shí)別出，兩個(gè)二極管可以 使輸入電壓鉗位在0?5V的范圍內(nèi)，電容C6對(duì)輸入信號(hào)有高頻濾波的作用。0UTHS輸出通 過R7連接至三極管T1與T2組成的推挽電路，此推挽輸出電壓為-8V?+15V，輸出電流最 大時(shí)可達(dá)16A，驅(qū)動(dòng)能力很大。其中，T1、T2發(fā)射極之間串聯(lián)二極管D9防止電流逆向?qū)ǎ?導(dǎo)致IGBT誤導(dǎo)通。
[0018] 2ED020I12-F2根據(jù)IN_T1腳輸入給定的電平信號(hào)，決定輸出的脈沖波形，同時(shí)監(jiān) 測IGBT的CE兩端電壓值。在正常情況下，Irms腳輸出高電平，RDYHS腳輸出高電平，三 極管T3導(dǎo)通，則發(fā)光二極管LED0點(diǎn)亮，表明芯片正常工作。
[0019] 如果有短路或者很大的電流流過IGBT，IGBT會(huì)進(jìn)入欠飽和狀態(tài)，電壓迅速上升。 當(dāng)DESATHS腳監(jiān)測到電壓值高于9V時(shí)，芯片迅速封鎖驅(qū)動(dòng)輸出，軟關(guān)斷IGBT，以防止di/dt 快速上升產(chǎn)生較高電壓；同時(shí)觸發(fā)器件內(nèi)部的反饋通道使輸出為低電平，通知控制 器封鎖PWM輸出。
[0020] 為了確保IGBT可靠地開通與關(guān)斷，2ED020I12-F2對(duì)供電電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)VCC1HS 的電壓低于門限電壓VUL0L1的值或者VCC2HS低于VUL0L2的值，芯片會(huì)自動(dòng)停止工作，處 于鎖定狀態(tài)。芯片也會(huì)通過看門狗監(jiān)測內(nèi)部信號(hào)，判斷信號(hào)傳輸是否正常。通過觀察發(fā)光 二極管LED0來判斷RDYHS引腳的輸出狀態(tài)，得知芯片工作是否正常。
[0021] 2ED020I12-F2的輸出為推挽方式，內(nèi)部M0SFET管壓降很低，所以降低了最大電流 輸出時(shí)的功耗，提高了器件應(yīng)用的可靠性。
[0022] IGBT的結(jié)構(gòu)決定了在IGBT的CG與GE間存在一電容雖然電容容量很小，但是 如果在半橋結(jié)構(gòu)中打開下橋IGBT時(shí)會(huì)引起上橋IGBT 二職duCE/dt的變化，因?yàn)镮GBT的 CG之間存在一電容CCG,那么此時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流iCE=CCG ? duc/dt。電流iCE通過Miller電容 CCG、門極電阻、CGE構(gòu)成電流回路，當(dāng)Q上的電壓大于IGBT的開通電壓就會(huì)引起IGBT導(dǎo) 通，從而引起上下管同時(shí)導(dǎo)通的極端情況。為了消除米勒效應(yīng)，可以通過CLAMP引腳實(shí)時(shí)監(jiān) 測IGBT門極電壓，當(dāng)GE間的電壓超過2V時(shí)，器件會(huì)自動(dòng)打開內(nèi)部M0SFET，以便使&電荷 迅速釋放，這就是米勒鉗位電路。
[0023] 圖4是通過實(shí)際運(yùn)行得到的輸出脈沖波形圖。根據(jù)本發(fā)明基于2ED020I12-F2芯 片的IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，能夠運(yùn)用于1200V的IGBT驅(qū)動(dòng)，通過觀察本發(fā)明輸出波形，可以 清楚地看到本發(fā)明能夠正常的驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)管，滿足實(shí)際需求，解決實(shí)際問題。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于2ED020I12-F2芯片的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，包括開關(guān)電源、降壓芯 片、DC - DC模塊電源、2ED020I12-F2功率開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)器，開關(guān)電源輸出經(jīng)過降壓芯 片得到控制信號(hào)電源，開關(guān)電源輸出經(jīng)過DC - DC模塊電源隔離降壓后，輸出正負(fù)兩路驅(qū) 動(dòng)電源分別接至IGBT驅(qū)動(dòng)電路中上下兩個(gè)橋臂推挽輸出電路的兩個(gè)集電極；給兩個(gè)定電 平信號(hào)分別經(jīng)過鉗位二極管和高頻濾波電容接2ED020I12-F2芯片兩個(gè)輸入INHS+引腳， 2ED020I12-F2芯片兩個(gè)輸出OUTHS引腳通過電阻連接至兩個(gè)三極管組成的推挽電路，此推 挽輸出電壓為正負(fù)兩路驅(qū)動(dòng)電源電壓之間；2ED020I12-F2芯片兩個(gè)CLAMP引腳分別接兩個(gè) OUTHS引腳，實(shí)時(shí)監(jiān)測IGBT門極電壓；2ED020I12-F2芯片的VCC和VEE引腳分別檢測控制 信號(hào)電源、正負(fù)兩路驅(qū)動(dòng)電源上下門限電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于2ED020I12-F2芯片的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述 兩個(gè)三極管組成的推挽電路中兩個(gè)三極管發(fā)射極之間串聯(lián)二極管防止電流逆向?qū)?，?dǎo)致 IGBT誤導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于2ED020I12-F2芯片的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述 2ED020I12-F2芯片的DESATHS引腳檢測流過IGBT電流，當(dāng)DESATHS引腳檢測電流過大時(shí)， 2ED020I12-F2芯片的引腳輸出對(duì)應(yīng)的檢測信號(hào)到控制器，控制器根據(jù)引腳 輸出信號(hào)封鎖PWM輸出。
【文檔編號(hào)】H02M1/088GK104218780SQ201410528364
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】馬立新, 費(fèi)少帥, 張海兵, 徐鎮(zhèn)乾 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)