本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種IGBT驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù):
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT管和MOS管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小,開關(guān)速度快,但導(dǎo)通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn),驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?,俗稱電力電子裝置的“CPU”,作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。
在新能源汽車電機(jī)控制器中,IGBT由IGBT驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)其開關(guān)。當(dāng)前,IGBT驅(qū)動(dòng)器都是采用汽車低壓12V電池系統(tǒng)供電,電源供電方式單一。當(dāng)汽車低壓12V電池系統(tǒng)線束或者連接器出現(xiàn)問題,導(dǎo)致IGBT驅(qū)動(dòng)器的供電出現(xiàn)故障后,IGBT的開關(guān)狀態(tài)不再受控。由于IGBT的開關(guān)不受控制,在汽車電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下,大大增加了汽車電機(jī)控制器損壞的風(fēng)險(xiǎn),并且有可能會(huì)對駕乘人員造成人身傷害。
因此,如何在IGBT驅(qū)動(dòng)器的供電出現(xiàn)故障時(shí),使IGBT的開關(guān)依然受控,從而降低汽車電機(jī)控制器損壞的風(fēng)險(xiǎn),保障駕乘人員的人身安全,是亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),本實(shí)用新型的目的在于提供一種IGBT驅(qū)動(dòng)器,用于解決現(xiàn)有技術(shù)中在IGBT驅(qū)動(dòng)器的供電出現(xiàn)故障時(shí),IGBT的開關(guān)狀態(tài)不再受控,在汽車電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下,增加了汽車電機(jī)控制器損壞的風(fēng)險(xiǎn),并可能會(huì)對駕乘人員造成人身傷害的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的,本實(shí)用新型提供一種IGBT驅(qū)動(dòng)器,用于驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī)控制器IGBT的開關(guān),其中,所述IGBT驅(qū)動(dòng)器至少包括:
驅(qū)動(dòng)芯片及其外圍驅(qū)動(dòng)電路;
驅(qū)動(dòng)電源,與所述驅(qū)動(dòng)芯片及其外圍驅(qū)動(dòng)電路連接,用以向所述驅(qū)動(dòng)芯片及其外圍驅(qū)動(dòng)電路供電;以及
不間斷電源,與所述驅(qū)動(dòng)電源連接,用以在所述IGBT驅(qū)動(dòng)器的供電出現(xiàn)故障時(shí),通過所述驅(qū)動(dòng)電源向所述驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路供電,以使所述IGBT驅(qū)動(dòng)器切換到短路狀態(tài)。
優(yōu)選地,所述不間斷電源至少包括:
母線電壓源;
隔離變壓器,與所述母線電壓源連接,用以將所述母線電壓源轉(zhuǎn)換為供所述驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路正常工作的電源。
優(yōu)選地,所述母線電壓源由逆變器母線高壓電容提供,其電壓范圍為0V~450V。
優(yōu)選地,所述驅(qū)動(dòng)電源至少包括:
低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路,用以提供低壓電源,并將所述低壓電源轉(zhuǎn)換為向所述驅(qū)動(dòng)芯片低壓側(cè)供電的低壓轉(zhuǎn)換電源和向所述驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路隔離高壓側(cè)供電的第一直流轉(zhuǎn)換電源和第二直流轉(zhuǎn)換電源;
上橋驅(qū)動(dòng)電源,與所述低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路連接,用以通過所述第一直流轉(zhuǎn)換電源驅(qū)動(dòng)所述IGBT的上橋臂;
下橋驅(qū)動(dòng)電源,與所述低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路連接,用以通過所述第二直流轉(zhuǎn)換電源驅(qū)動(dòng)所述IGBT的下橋臂;
第一斷電檢測處理電路,與所述低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路連接,用以檢測所述第一直流轉(zhuǎn)換電源是否斷電,并在所述第一直流轉(zhuǎn)換電源斷電時(shí),輸出第一斷電信號;
第二斷電檢測處理電路,與所述低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路連接,用以檢測所述第二直流轉(zhuǎn)換電源是否斷電,并在所述第二直流轉(zhuǎn)換電源斷電時(shí),輸出第二斷電信號;
邏輯處理電路,分別與所述第一斷電檢測處理電路和所述第二斷電檢測處理電路連接,用以在接收到所述第一斷電信號時(shí),對所述第一斷電信號進(jìn)行邏輯處理,輸出關(guān)斷邏輯信號;并在接收到所述第二斷電信號時(shí),對所述第二斷電信號進(jìn)行邏輯處理,輸出下橋驅(qū)動(dòng)信號;
PWM控制器,與所述邏輯處理電路連接,用以在接收到所述關(guān)斷邏輯信號后輸出關(guān)斷控制信號;
下橋驅(qū)動(dòng)信號PWM處理電路,與所述邏輯處理電路連接,用以在接收到所述下橋驅(qū)動(dòng)信號時(shí),對所述下橋驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行PWM處理,以產(chǎn)生下橋驅(qū)動(dòng)控制信號;
驅(qū)動(dòng)隔離電源,分別與所述低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路、所述PWM控制器和所述下橋驅(qū)動(dòng)信號PWM處理電路連接,用以驅(qū)動(dòng)所述IGBT的三相上管和三相下管的開關(guān);其中,在接收到所述關(guān)斷控制信號時(shí),驅(qū)動(dòng)所述IGBT的三相上管關(guān)斷,在接收到所述下橋驅(qū)動(dòng)控制信號時(shí),驅(qū)動(dòng)所述IGBT的三相下管打開。
優(yōu)選地,所述不間斷電源至少包括:
母線電壓源;
隔離變壓器,與所述母線電壓源和所述下橋驅(qū)動(dòng)電源連接,用以將所述母線電壓源轉(zhuǎn)換為與所述第二直流轉(zhuǎn)換電源相同的直流電源,以驅(qū)動(dòng)所述IGBT的下橋臂。
優(yōu)選地,所述母線電壓源由逆變器母線高壓電容提供,其電壓范圍為0V~450V。
優(yōu)選地,所述低壓電源由低壓供電電池提供,其電壓范圍為9V~30V。
優(yōu)選地,所述驅(qū)動(dòng)隔離電源至少包括:U相上管驅(qū)動(dòng)隔離電源,U相下管驅(qū)動(dòng)隔離電源,V相上管驅(qū)動(dòng)隔離電源,V相下管驅(qū)動(dòng)隔離電源,W相上管驅(qū)動(dòng)隔離電源,以及W相下管驅(qū)動(dòng)隔離電源。
優(yōu)選地,所述PWM控制器的驅(qū)動(dòng)頻率由所述IGBT驅(qū)動(dòng)器自身提供,其頻率范圍為50kHz~200kHz。
如上所述,本實(shí)用新型的IGBT驅(qū)動(dòng)器,具有以下有益效果:本實(shí)用新型給IGBT驅(qū)動(dòng)器增加了一個(gè)不間斷電源,在IGBT驅(qū)動(dòng)器的供電出現(xiàn)故障時(shí),不間斷電源能夠提供IGBT驅(qū)動(dòng)器中驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路的正常工作電源,使IGBT的開關(guān)依然受控,不會(huì)因?yàn)殡娫垂收蠈?dǎo)致系統(tǒng)電路的共因失效,從而降低了汽車電機(jī)控制器損壞的風(fēng)險(xiǎn),保障了駕乘人員的人身安全。另外,不間斷電源在向驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路供電時(shí),IGBT驅(qū)動(dòng)器切換到短路狀態(tài),將IGBT的三相上管關(guān)斷、三相下管打開,從而使汽車電機(jī)主動(dòng)短路,使整車系統(tǒng)正常過渡到安全狀態(tài),符合安全規(guī)范的需求和ISO26262的功能安全要求。
附圖說明
圖1顯示為本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的IGBT驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2顯示為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式的IGBT驅(qū)動(dòng)器中驅(qū)動(dòng)電源和不間斷電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3顯示為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式的IGBT驅(qū)動(dòng)器中驅(qū)動(dòng)電源和不間斷電源的示例性結(jié)構(gòu)示意圖。
元件標(biāo)號說明
1 驅(qū)動(dòng)芯片
2 驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路
3 驅(qū)動(dòng)電源
31 低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路
32 上橋驅(qū)動(dòng)電源
33 下橋驅(qū)動(dòng)電源
34 第一斷電檢測處理電路
35 第二斷電檢測處理電路
36 邏輯處理電路
37 PWM控制器
38 下橋驅(qū)動(dòng)信號PWM處理電路
39 驅(qū)動(dòng)隔離電源
4 不間斷電源
41 母線電壓源
42 隔離變壓器
具體實(shí)施方式
以下通過特定的具體實(shí)例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式,本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本實(shí)用新型還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用,本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用,在沒有背離本實(shí)用新型的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
請參閱圖1,本實(shí)用新型第一實(shí)施方式涉及一種IGBT驅(qū)動(dòng)器,用于驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī)控制器IGBT的開關(guān)。需要說明的是,本實(shí)施方式中所提供的圖示僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本構(gòu)想,遂圖式中僅顯示與本實(shí)用新型中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制,其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變,且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
如圖1所示,IGBT驅(qū)動(dòng)器至少包括:驅(qū)動(dòng)芯片1及其外圍驅(qū)動(dòng)電路2;驅(qū)動(dòng)電源3,與驅(qū)動(dòng)芯片1及其外圍驅(qū)動(dòng)電路2連接,用以向驅(qū)動(dòng)芯片1及其外圍驅(qū)動(dòng)電路2供電;以及不間斷電源4,與驅(qū)動(dòng)電源3連接,用以在IGBT驅(qū)動(dòng)器的供電出現(xiàn)故障時(shí),通過驅(qū)動(dòng)電源3向驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路2供電,以使IGBT驅(qū)動(dòng)器切換到短路狀態(tài)。
在本實(shí)施方式中,不間斷電源(UPS,Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)4作為IGBT驅(qū)動(dòng)器的備用電源,與驅(qū)動(dòng)電源3一起對IGBT驅(qū)動(dòng)器實(shí)行雙電源供電,能夠有效避免IGBT開關(guān)狀態(tài)不受控的情況。在IGBT驅(qū)動(dòng)器的供電出現(xiàn)故障的情況下,不間斷電源4能夠通過驅(qū)動(dòng)電源3向驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路2供電,使IGBT驅(qū)動(dòng)器切換到短路狀態(tài),從而使汽車電機(jī)主動(dòng)短路,這種實(shí)施方式也符合安全規(guī)范的需求和ISO26262的功能安全要求。
在本實(shí)施方式中,不間斷電源4至少包括:母線電壓源;隔離變壓器,與母線電壓源連接,用以將母線電壓源轉(zhuǎn)換為供驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路2正常工作的電源。其中,母線電壓源由逆變器母線高壓電容提供,其電壓范圍為0V~450V。作為一個(gè)優(yōu)選的母線電壓源的電壓值,母線電壓源采用電池包電壓。
也就是說,IGBT驅(qū)動(dòng)器的不間斷電源4從逆變器母線高壓電容取電,屬于高壓線束,而驅(qū)動(dòng)電源3屬于低壓線束。因此,高壓線束跟低壓線束屬于兩套不同的電源供應(yīng)系統(tǒng),保證了不間斷電源4的相對獨(dú)立性,當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源3中的相關(guān)電路出現(xiàn)問題時(shí),不間斷電源4能夠提供IGBT驅(qū)動(dòng)器中的驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路2的正常工作電源,不會(huì)因?yàn)殡娫垂收蠈?dǎo)致系統(tǒng)電路的共因失效,從而降低了汽車電機(jī)控制器損壞的風(fēng)險(xiǎn),保障了駕乘人員的人身安全。
請參閱圖2和圖3,本實(shí)用新型第二實(shí)施方式涉及一種IGBT驅(qū)動(dòng)器。第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式大致相同,主要區(qū)別之處在于:如圖2所示,驅(qū)動(dòng)電源3至少包括:低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路31,與低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路31連接的上橋驅(qū)動(dòng)電源32、下橋驅(qū)動(dòng)電源33、第一斷電檢測處理電路34和第二斷電檢測處理電路35,分別與第一斷電檢測處理電路34和第二斷電檢測處理電路35連接的邏輯處理電路36,與邏輯處理電路36連接的PWM控制器37和下橋驅(qū)動(dòng)信號PWM處理電路38,以及分別與低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路31、PWM控制器37和下橋驅(qū)動(dòng)信號PWM處理電路38連接的驅(qū)動(dòng)隔離電源39。
請繼續(xù)參閱圖2,在本實(shí)施方式中,低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路31用以提供低壓電源,并將低壓電源轉(zhuǎn)換為向驅(qū)動(dòng)芯片1低壓側(cè)供電的低壓轉(zhuǎn)換電源和向驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路2隔離高壓側(cè)供電的第一直流轉(zhuǎn)換電源和第二直流轉(zhuǎn)換電源。上橋驅(qū)動(dòng)電源32用以通過第一直流轉(zhuǎn)換電源驅(qū)動(dòng)IGBT的上橋臂。下橋驅(qū)動(dòng)電源33用以通過第二直流轉(zhuǎn)換電源驅(qū)動(dòng)IGBT的下橋臂。第一斷電檢測處理電路34用以檢測第一直流轉(zhuǎn)換電源是否斷電,并在第一直流轉(zhuǎn)換電源斷電時(shí),輸出第一斷電信號。第二斷電檢測處理電路35用以檢測第二直流轉(zhuǎn)換電源是否斷電,并在第二直流轉(zhuǎn)換電源斷電時(shí),輸出第二斷電信號。邏輯處理電路36用以在接收到第一斷電信號時(shí),對第一斷電信號進(jìn)行邏輯處理,輸出關(guān)斷邏輯信號;并在接收到第二斷電信號時(shí),對第二斷電信號進(jìn)行邏輯處理,輸出下橋驅(qū)動(dòng)信號。PWM控制器37用以在接收到關(guān)斷邏輯信號后輸出關(guān)斷控制信號。下橋驅(qū)動(dòng)信號PWM處理電路38用以在接收到下橋驅(qū)動(dòng)信號時(shí),對下橋驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行PWM處理,以產(chǎn)生下橋驅(qū)動(dòng)控制信號。驅(qū)動(dòng)隔離電源39用以驅(qū)動(dòng)IGBT的三相上管和三相下管的開關(guān);其中,在接收到關(guān)斷控制信號時(shí),驅(qū)動(dòng)IGBT的三相上管關(guān)斷,在接收到下橋驅(qū)動(dòng)控制信號時(shí),驅(qū)動(dòng)IGBT的三相下管打開。
請繼續(xù)參閱圖2和圖3,在本實(shí)施方式中,不間斷電源4至少包括:母線電壓源41;隔離變壓器42,與母線電壓源41和下橋驅(qū)動(dòng)電源33連接,用以將母線電壓源41轉(zhuǎn)換為與第二直流轉(zhuǎn)換電源相同的直流電源,以驅(qū)動(dòng)IGBT的下橋臂。其中,母線電壓源41由逆變器母線高壓電容提供,其電壓范圍為0V~450V。作為一個(gè)優(yōu)選的母線電壓源41的電壓值,母線電壓源41采用電池包電壓。
請繼續(xù)參閱圖2和圖3,在本實(shí)施方式中,低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路31所提供的低壓電源由低壓供電電池提供,其電壓范圍為9V~30V。本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)電源3具有提供的低壓電源電壓范圍寬、隔離電壓高的特點(diǎn)。作為一個(gè)示例,如圖3所示,低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路31(圖3中未示出)可以將其所提供的電壓范圍為9-30V的低壓電源轉(zhuǎn)換為第一直流轉(zhuǎn)換電源5V和第二直流轉(zhuǎn)換電源30V(均為弱電電源),隔離電壓可達(dá)到6kV以上。同時(shí),不間斷電源4中的隔離變壓器42將母線電壓源41轉(zhuǎn)換為與第二直流轉(zhuǎn)換電源的電壓值相同的30V直流電源,作為供給IGBT開關(guān)的正負(fù)電源。其中,5V用于向驅(qū)動(dòng)芯片1低壓側(cè)供電,還用于供上橋驅(qū)動(dòng)電源32驅(qū)動(dòng)IGBT的上橋臂;30V用于向驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路2隔離高壓側(cè)供電,還用于供下橋驅(qū)動(dòng)電源33驅(qū)動(dòng)IGBT的下橋臂。作為一個(gè)優(yōu)選的低壓電源的電壓值,低壓電源由12V供電電池提供。當(dāng)然,低壓電源及其轉(zhuǎn)換電路31可以直接采用現(xiàn)有技術(shù)中的汽車低壓12V電池系統(tǒng)。
在電機(jī)臺(tái)架運(yùn)行實(shí)驗(yàn)過程中,將IGBT驅(qū)動(dòng)器的第一直流轉(zhuǎn)換電源5V或者第二直流轉(zhuǎn)換電源30V的弱電輸入斷開,IGBT驅(qū)動(dòng)器可以切換到主動(dòng)短路狀態(tài),使汽車電機(jī)主動(dòng)短路,從而使整車系統(tǒng)能夠正常過渡到安全狀態(tài)。
請繼續(xù)參閱圖3,在本實(shí)施方式中,驅(qū)動(dòng)隔離電源39具有六路,分別用以驅(qū)動(dòng)IGBT的三相上管和三相下管的開關(guān),具體包括:U相上管驅(qū)動(dòng)隔離電源,U相下管驅(qū)動(dòng)隔離電源,V相上管驅(qū)動(dòng)隔離電源,V相下管驅(qū)動(dòng)隔離電源,W相上管驅(qū)動(dòng)隔離電源,以及W相下管驅(qū)動(dòng)隔離電源。在驅(qū)動(dòng)電源3的供電出現(xiàn)故障的情況下,U相上管驅(qū)動(dòng)隔離電源、V相上管驅(qū)動(dòng)隔離電源和W相上管驅(qū)動(dòng)隔離電源同時(shí)驅(qū)動(dòng)IGBT的三路上管關(guān)斷,U相下管驅(qū)動(dòng)隔離電源、V相下管驅(qū)動(dòng)隔離電源和W相下管驅(qū)動(dòng)隔離電源同時(shí)驅(qū)動(dòng)IGBT的三路下管打開,從而將汽車電機(jī)主動(dòng)短路,實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)的安全狀態(tài)。
請繼續(xù)參閱圖3,在本實(shí)施方式中,PWM控制器37需要一定的驅(qū)動(dòng)頻率來驅(qū)動(dòng),PWM控制器37的驅(qū)動(dòng)頻率由IGBT驅(qū)動(dòng)器自身提供,其頻率范圍為50kHz~200kHz,能夠避免IGBT驅(qū)動(dòng)器斷電后,電源電路失效。作為一個(gè)優(yōu)選的驅(qū)動(dòng)頻率的頻率值,PWM控制器37采用100kHz驅(qū)動(dòng)頻率。
綜上所述,本實(shí)用新型的IGBT驅(qū)動(dòng)器,具有以下有益效果:本實(shí)用新型給IGBT驅(qū)動(dòng)器增加了一個(gè)不間斷電源,在IGBT驅(qū)動(dòng)器的供電出現(xiàn)故障時(shí),不間斷電源能夠提供IGBT驅(qū)動(dòng)器中驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路的正常工作電源,使IGBT的開關(guān)依然受控,不會(huì)因?yàn)殡娫垂收蠈?dǎo)致系統(tǒng)電路的共因失效,從而降低了汽車電機(jī)控制器損壞的風(fēng)險(xiǎn),保障了駕乘人員的人身安全。另外,不間斷電源在向驅(qū)動(dòng)芯片外圍驅(qū)動(dòng)電路供電時(shí),IGBT驅(qū)動(dòng)器切換到短路狀態(tài),將IGBT的三相上管關(guān)斷、三相下管打開,從而使汽車電機(jī)主動(dòng)短路,使整車系統(tǒng)正常過渡到安全狀態(tài),符合安全規(guī)范的需求和ISO26262的功能安全要求。所以,本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
上述實(shí)施方式僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效,而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下,對上述實(shí)施方式進(jìn)行修飾或改變。因此,舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變,仍應(yīng)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。