一種低紋波噪聲igbt的多適應驅(qū)動電路及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及IGBT驅(qū)動電路及方法，尤其涉及一種低紋波噪聲的IGBT驅(qū)動電路及方法。
【背景技術】
[0002]IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)作為一種復合性的功率半導體器件，由于其功耗低、電流容量大、開關頻率較高，在大功率變換器中得到越來越廣泛的應用。隨著IGBT在柔性直流輸電、電力機車、高鐵等領域的深入發(fā)展，其耐用程度和使用壽命關系到整個系統(tǒng)的可靠性。
[0003]眾所周知IGBT的驅(qū)動電阻Rg是影響IGBT驅(qū)動好壞的重要因素之一，而對于不同廠家的同一規(guī)格的IGBT，尤其是大功率IGBT，由于采用的制造工藝和設計技術的不同，使得IGBT柵極與源極之間的寄生電容不同，導致IGBT驅(qū)動的充電電荷大小不一，所需要的驅(qū)動電阻Rg也不同，除了對驅(qū)動功能影響外，Rg對IGBT的保護功能也至關重要。所以選擇合適的Rg是驅(qū)動電路的關鍵，它直接決定了 IGBT器件的使用壽命和可靠性。
[0004]目前大功率IGBT驅(qū)動模塊通用的做法是，針對各廠家不同型號的IGBT，會焊接不同阻值的驅(qū)動電阻Rg，產(chǎn)品型號過多會不利于大批量生產(chǎn)管控。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有技術中的問題，本發(fā)明提出了一種低紋波噪聲的多適應IGBT驅(qū)動電路及方法，通過構(gòu)建基于主控芯片的可變換驅(qū)動電阻的IGBT驅(qū)動電路，利用線性電源變換實現(xiàn)驅(qū)動電壓低紋波噪聲，并靈活通過控制芯片配置可變換驅(qū)動電阻，適用于不同驅(qū)動廠家的IGBT驅(qū)動。
[0006]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
[0007]一種基于主控芯片的可變換驅(qū)動電阻的IGBT驅(qū)動電路，所述IGBT的柵極連接可變換驅(qū)動電阻和可變換放電電阻，所述可變換驅(qū)動電阻包含Rm、RU2、…Rra并聯(lián)構(gòu)成的多路驅(qū)動電阻，所述可變換放電電阻包含RD1、RD2、…Rdn并聯(lián)構(gòu)成的多路放電電阻；所述控制開關包含Sm、SU2、…Sun構(gòu)成的多路驅(qū)動開關，S D1、SD2、…Sdn構(gòu)成的多路放電開關；所述多路驅(qū)動開關Sm、SU2、…Sun—端連接驅(qū)動電壓+15V，另一端分別連接驅(qū)動電阻R m、RU2、…Run的一端；所述多路放電開關SD1、SD2、…Sdn—端連接關斷電壓-9V，另一端分別連接放電電阻RD1、RD2、...Rdn的一端；驅(qū)動電阻Rm、Rra、…Rra的另一端和放電電阻RD1、RD2、...Rdn的另一端分別與所述IGBT的柵極連接；所述主控芯片控制所述多路驅(qū)動開關和多路放電開關的開通或關斷實現(xiàn)相應的驅(qū)動電阻和放電電阻接入IGBT的柵極。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，所述主控芯片為CPLD或者FPGA等擁有并行運算能力處理芯片。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述IGBT驅(qū)動電路還包括基于線性電源的低紋波噪聲輔助源，其主功率拓撲采用推挽電路，所述推挽電路包括開關管Qpush、Qpull、變壓器TX1、二極管由Dl、D2、D3 ;通過控制芯片對開關管Qpush、Qpull?行控制，將推挽電路的供電源Sourcel轉(zhuǎn)換為斬波信號，經(jīng)過變壓器TXl的變壓轉(zhuǎn)換到副邊；經(jīng)過變換得到提供IGBT的關斷的-9V電壓，提供IGBT的驅(qū)動的+15V電壓、主控芯片的供電電壓以及控制開關的驅(qū)動電壓。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述驅(qū)動開關的驅(qū)動電路由開關管Q2、Q3，電阻RudJ^成；所述開關管Q2為NMOS管，Q2的柵極信號為驅(qū)動脈沖PWMra，Q2的源極接+1V ;所述開關管Q3為PMOS管，Q3的柵極信號為驅(qū)動脈沖PWMra，Q3的源極接+15V ;Q2、Q3的漏極分別通過驅(qū)動電阻RudJ^接至所述驅(qū)動開關的柵極。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，所述放電開關的驅(qū)動電路由開關管Q4、Q5，電阻Rratev構(gòu)成；所述開關管Q4為NMOS管，Q4的柵極信號為驅(qū)動脈沖PWMDN，Q4的源極接-9V ;所述開關管Q5為PMOS管，Q5的柵極信號為驅(qū)動脈沖PWMdn，Q5的源極接-3V ;Q4、Q5的漏極分別通過驅(qū)動電阻RDD?連接至所述放電開關的柵極。
[0012]本發(fā)明的另一方面，提供了一種低紋波噪聲的多適應IGBT驅(qū)動方法，所述方法基于本發(fā)明的IGBT驅(qū)動電路，所述主控芯片經(jīng)過隔離芯片轉(zhuǎn)換得到PWMm、PWMU2、…PWMun，分別控制所述多路驅(qū)動開關Sm、SU2、…Sun，使得相應的驅(qū)動電阻接入IGBT的柵極，實現(xiàn)IGBT按所需驅(qū)動電阻開通；所述主控芯片經(jīng)過隔離芯片轉(zhuǎn)換得到PWMD1、PWM D2、…PWMdn，分別控制所述多路放電開關SD1、SD2、…Sdn，使得相應的放電電阻接入IGBT的柵極，實現(xiàn)IGBT按所需放電電阻關斷。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的基于主控芯片的可變換驅(qū)動電阻的IGBT驅(qū)動電路圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的基于線性電源的低紋波噪聲輔助源電路圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的控制開關的驅(qū)動電路圖；
[0016]圖4是各節(jié)點信號波形圖。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]本發(fā)明的基于主控芯片的可變換驅(qū)動電阻的IGBT驅(qū)動電路如附圖1所示，所述控制開關包含Sm、SU2、…Sun構(gòu)成的多路驅(qū)動開關，S D1、SD2、…Sdn構(gòu)成的多路放電開關。所述可變換驅(qū)動電阻包含Rm、RU2、…Rra并聯(lián)構(gòu)成的多路驅(qū)動電阻，RD1、RD2、…Rdn并聯(lián)構(gòu)成的多路放電電阻。所述多路驅(qū)動開關Sm、SU2、—端連接驅(qū)動電壓+15V，另一端分別連接驅(qū)動電阻Rm、RU2、…Run的一端。所述多路放電開關SD1、SD2、…Sdn—端連接關斷電壓-9V，另一端分別連接放電電阻Rd1、Rk、…Rdn的一端。驅(qū)動電阻Rm、Rra、…Rra的另一端連接放電電阻RD1、RD2、…Rdn的另一端。所述控制芯片配置驅(qū)動電阻是通過控制開關的開通或關斷實現(xiàn)?？刂贫嗦夫?qū)動開關Su1、Su2、…Sun的驅(qū)動脈沖分別為PWMm、PWMU2、…PWM UN，當PWMu1、PWMU2、…PWMun對應的脈沖使Su1、Su2、…Sra開通時，可控制相應的驅(qū)動電阻接入IGBT(Ql)的柵極，實現(xiàn)IGBT按所需驅(qū)動電阻開通。多路放電開關SD1、SD2、…Sdn的驅(qū)動脈沖分別為PWMd1、PWMd2、…PWMdn。當 PWMd1、PWMd2、…PWMdn對應的脈沖使 S D1、SD2、…Sdn開通時，可控制相應的放電電阻接入IGBT(Ql)的柵極，實現(xiàn)IGBT按所需放電電阻關斷。所述主控芯片為CPLD (復雜可編程邏輯器件)或者FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)等擁有并行運算能力處理芯片。
[0019]首先構(gòu)建基于線性電源的低紋波噪聲輔助源，如附圖2所示。主功率拓撲采用推挽電路。所述推挽電路由開關管Qpush、Qpull、變壓器TX1、單向整流二極管D1、D2、D3構(gòu)成。通過控制芯片對開關管Qpush、Qpull?行控制，將推挽電路的供電源Sourcel轉(zhuǎn)換為斬波信號，經(jīng)過變壓器TXl的變壓轉(zhuǎn)換到副邊。斬波信號SourCe2通過整流二極管Dl和濾波電容Cl變?yōu)橹绷麟妷?，并通過三端穩(wěn)壓芯片Ul將直流電壓穩(wěn)定到-9V，提供IGBT的關斷電壓，其中C2為-9V電壓的穩(wěn)壓電容。斬波信號SourCe3通過整流二極管D2和濾波電容C4變?yōu)橹绷麟妷?，并通過三端穩(wěn)壓芯片U2將直流電壓穩(wěn)定到+15V，提供IGBT的驅(qū)動電壓，其中C5為+15V電壓的穩(wěn)壓電容。斬波信號SourCe4通過整流二極管D3和濾波電容C7變?yōu)橹绷麟妷?，并通過三端穩(wěn)壓芯片U3將直流電壓穩(wěn)定到+3.3V，提供主控芯片CPLD或FPGA的供電電壓，其中C8為+3.3V電壓的穩(wěn)壓電容。
[0020]為使Sm、SU2、…Sun開關管開通，通過U5將+15V轉(zhuǎn)換出+1V穩(wěn)壓源，其中GND作為U5的輸