專利名稱：一種igbt驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種IGBT驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是MOSFET與雙極晶體管的復(fù)合器件。它既 有功率MOSFET輸入阻抗高、工作速度快、易驅(qū)動的優(yōu)點，又具有雙極達林頓 功率管(GTO)飽和電壓低、電流容量大、耐壓高等優(yōu)點，能正常工作于幾十 KHz頻率范圍內(nèi)，故在較高頻率的大、中功率設(shè)備(如變頻器、UPS電源、高 頻焊機等)應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。IGBT和其他電力電子器件一樣，實用性 還依賴于電路條件和開關(guān)環(huán)境，IGBT的驅(qū)動電路是其應(yīng)用方案設(shè)計的難點和 關(guān)鍵。性能優(yōu)良的驅(qū)動電路是確保IGBT高效、可靠運行的必要條件。
現(xiàn)有4支術(shù)中的IGBT驅(qū)動電路如圖1所示包括4全測電源輸入端電壓、IGBT 異常狀態(tài)、并輸出相應(yīng)的保護控制信號，以保護IGBT安全的保護單元1;與 所述保護單元保護控制信號輸出端連接，根據(jù)接收到的所述保護控制信號生成 驅(qū)動控制信號并輸出的邏輯控制單元2;以及與所述邏輯控制單元2連接，根 據(jù)接收到的所述邏輯控制單元輸出的驅(qū)動控制信號驅(qū)動IGBT模塊的驅(qū)動單元 3。其中驅(qū)動單元3包括開關(guān)管Q1和開關(guān)管Q2，其中Ql為P型MOS管，Q2 為N型MOS管，開關(guān)管Ql與開關(guān)管Q2的柵極相連，構(gòu)成驅(qū)動單元的輸入端， 開關(guān)管Ql的源極構(gòu)成驅(qū)動單元的電源端，開關(guān)管Q2的源極構(gòu)成驅(qū)動單元的地 端，開關(guān)管Q1與開關(guān)管Q2的漏極相連，構(gòu)成驅(qū)動單元的輸出端對IGBT模塊 進行驅(qū)動。
一款I(lǐng)GBT驅(qū)動芯片通常只能對應(yīng)一定容量大小的IGBT，如果需要驅(qū)動更 大容量的IGBT的話，則需要在原來的基礎(chǔ)上多接一級驅(qū)動，圖2是為驅(qū)動更大容量的IGBT，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進行擴展后的IGBT驅(qū)動電路，即在原現(xiàn) 有技術(shù)的基礎(chǔ)上，又增加了一級驅(qū)動單元4，該驅(qū)動單元由P型MOS管Q3與 N型MOS管Q4構(gòu)成，以適應(yīng)容量較大的IGBT模塊。
控制IGBT模塊工作的信號，為邏輯控制單元輸出給驅(qū)動單元，并經(jīng)驅(qū)動 單元放大后的信號，其具體控制過程為當邏輯控制單元輸出高電平時，開關(guān) 管Q1關(guān)閉，開關(guān)管Q2導(dǎo)通，驅(qū)動單元輸出為低電平；當邏輯控制單元輸出低 電平時，開關(guān)管Q1導(dǎo)通，開關(guān)管Q2關(guān)閉，驅(qū)動單元輸出為高電平，以此控制 IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，所述的驅(qū)動單元相當于一個反向器。因此，為驅(qū)動更大 容量的IGBT模塊而在原電路的基礎(chǔ)上再增加一級驅(qū)動單元，則相當于對原驅(qū) 動控制信號進行了二次反向。為了驅(qū)動更大容量的IGBT模塊，不僅需要增加 一級驅(qū)動單元，還需要對邏輯控制單元中的邏輯進行相應(yīng)的修改，才能達到預(yù) 定的控制效果。而現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT驅(qū)動電路，如果想在原有的基礎(chǔ)上驅(qū)動 更大容量的IGBT ;f莫塊，在增加一級驅(qū)動單元的同時，必須人為地對邏輯控制 單元的邏輯進行修改，為其擴展應(yīng)用帶來了極大的不便。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種IGBT驅(qū)動電路，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存 在的IGBT驅(qū)動電路可擴展性差的問題。
本實用新型技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的， 一種IGBT驅(qū)動電路，包括檢測電 源輸入端電壓、IGBT異常狀態(tài)、并輸出相應(yīng)的保護控制信號，以保護IGBT安 全的保護單元；與所述保護單元保護控制信號輸出端連接，根據(jù)接收到的保護 控制信號，及驅(qū)動控制信號生成驅(qū)動信號并輸出的邏輯控制單元；以及與所述 邏輯控制單元連接,根據(jù)接收到的所述邏輯控制單元輸出的驅(qū)動信號驅(qū)動IGBT 模塊的驅(qū)動單元；還包括驅(qū)動狀態(tài)檢測單元，所述驅(qū)動單元包括擴展信號設(shè)置 端，驅(qū)動狀態(tài)檢測單元的輸入端與擴展信號設(shè)置端相連接，檢測IGBT驅(qū)動電 路的驅(qū)動狀態(tài)，輸出驅(qū)動狀態(tài)信號，邏輯控制單元與驅(qū)動狀態(tài)檢測單元的輸出
5端連接，根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)信號進行內(nèi)部邏輯調(diào)整(是否可將邏輯控制改為邏輯調(diào) 整)。
本實用新型提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果本實 用新型在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了驅(qū)動狀態(tài)檢測單元，并于驅(qū)動單元上設(shè)置擴 展信號設(shè)置端，驅(qū)動狀態(tài)檢測單元的輸入端與擴展信號設(shè)置端相連接，檢測 IGBT驅(qū)動電路的驅(qū)動狀態(tài)，輸出驅(qū)動狀態(tài)信號，邏輯控制單元與驅(qū)動狀態(tài)檢 測單元的輸出端連接，根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)信號進行內(nèi)部邏輯調(diào)整，使得IGBT驅(qū)動 電路可根據(jù)擴展狀態(tài)對邏輯控制單元進行內(nèi)部邏輯調(diào)整，增強了 IGBT驅(qū)動電 路的可擴展性。

圖1為現(xiàn)有的IGBT驅(qū)動電路原理圖； 圖2為現(xiàn)有的IGBT驅(qū)動電路進行輸出的原理圖； 圖3為本實用新型實施例的電路原理圖； 圖4為本實用新型實施例非擴展應(yīng)用的電路原理圖； 圖5為本實用新型實施例擴展應(yīng)用的電路原理圖； 圖6為本實用新型實施例的整體電路圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)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(yīng)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。
圖3為本實用新型實施例的電路原理圖；如圖3所示的IGBT驅(qū)動電路， 包括檢測電源輸入端電壓、IGBT異常狀態(tài)、并輸出相應(yīng)的保護控制信號， 以保護IGBT安全的保護單元10;與所述保護單元保護控制信號輸出端連接， 根據(jù)接收到的保護控制信號，及驅(qū)動控制信號生成驅(qū)動信號并輸出的邏輯控制 單元20;以及與所述邏輯控制單元連接，根據(jù)接收到的所述邏輯控制單元輸出的驅(qū)動信號驅(qū)動IGBT模塊的驅(qū)動單元30;其特征在于，還包括驅(qū)動狀態(tài)檢測 單元50，所述驅(qū)動單元包括擴展信號設(shè)置端VM,驅(qū)動狀態(tài)檢測單元的輸入端 與擴展信號設(shè)置端相連接，檢測IGBT驅(qū)動電路的驅(qū)動狀態(tài)，輸出驅(qū)動狀態(tài)信 號，邏輯控制單元20與驅(qū)動狀態(tài)檢測單元50的輸出端連接，根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)信 號進行內(nèi)部邏輯調(diào)整.
如圖4、圖5所示，驅(qū)動單元30至少包括第一驅(qū)動器31、第二驅(qū)動器32; 所述邏輯控制單元分別與第一驅(qū)動器31,第二驅(qū)動器32的輸入端相連接；所 述第一驅(qū)動器還包括第一電源端、第一輸出端、第一地端；所述第二驅(qū)動器包 括第二電源端、第二輸出端、第二地端；所述擴展信號設(shè)置端VM為第二電源 端。
第一驅(qū)動器31，包括第一 PMOS開關(guān)管QIO、第二NMOS開關(guān)管Q20, 笫一 PMOS開關(guān)管與第二 NMOS開關(guān)管的柵極相連，構(gòu)成第一驅(qū)動器的輸入 端，第一 PMOS開關(guān)管的源極構(gòu)成第一驅(qū)動器的第一電源端，第二NMOS開 關(guān)管的源極構(gòu)成第一驅(qū)動器的第一地端，第一 PMOS開關(guān)管與第二 NMOS開 關(guān)管的漏極相連，構(gòu)成第一驅(qū)動器的第一輸出端。
第二驅(qū)動器32,包括第三PMOS開關(guān)管Q30、第四NMOS開關(guān)管Q40, 第三PMOS開關(guān)管與第四NMOS開關(guān)管的柵極相連，構(gòu)成第二驅(qū)動器的輸入 端，第三PMOS開關(guān)管的源極構(gòu)成第二驅(qū)動器的第二電源端，第二NMOS開 關(guān)管的源極構(gòu)第二驅(qū)動器的第二地端，第二 PMOS開關(guān)管與第二 NMOS開關(guān) 管的漏極相連，構(gòu)成第二驅(qū)動器的第二輸出端；
圖4本實用新型實施例非擴展應(yīng)用時的原理圖。如圖4所示，在對容量專交 小的IGBT進行驅(qū)動時，第一驅(qū)動器31的第一電源端與第二驅(qū)動器32的第二 電源端相連接并共同接入由外部電源提供的第一電位；第一驅(qū)動器的第一輸出 端與第二驅(qū)動器的第二輸出端相連接，對IGBT進行驅(qū)動；第一驅(qū)動器的第一 地端與第二驅(qū)動器的第二地端相連接。相當于第一驅(qū)動器與第二驅(qū)動器并聯(lián)對 IGBT進行驅(qū)動。此時，驅(qū)動狀態(tài)檢測單元，由擴展信號設(shè)置端VM檢測到的信號為由外部電源提供的第一電位，驅(qū)動狀態(tài)檢測單元將IGBT驅(qū)動電路判定 為非擴展狀態(tài)，并控制邏輯控制單元保持原邏輯信號不變。
圖5為本實用新型實施例擴展應(yīng)用時的原理圖。如圖5所示，對容量較大 的IGBT進行驅(qū)動時，還設(shè)有第三驅(qū)動器80,第三驅(qū)動器包括第五PMOS開關(guān) 管Q60,第六NMOS開關(guān)管Q70;第五PMOS開關(guān)管Q60的源極構(gòu)成第三驅(qū) 動器的電源端，第六NMOS開關(guān)管Q70的源極構(gòu)成第三驅(qū)動器的地端，第五 PMOS開關(guān)管Q60和第六NMOS開關(guān)管Q70漏極相連，構(gòu)成第三驅(qū)動器的輸 出端；第五PMOS開關(guān)管Q60和第六NMOS開關(guān)管Q70的柵極分別構(gòu)成第三 驅(qū)動器的輸入端。第一驅(qū)動器的電源端接入由外部電源提供的第一電位，第一 驅(qū)動器的輸出端與第三驅(qū)動器的輸入端即第五PMOS開關(guān)管Q60的4冊極相連 接，第一驅(qū)動器的地端接入由外部電源提供的第二電位；第二驅(qū)動器的電源端 接入由外部電源提供的第二電位，第二驅(qū)動器的輸出端與第三驅(qū)動器的輸入端 即第六NMOS開關(guān)管Q70的柵極相連接，第三驅(qū)動器的地端即第六NMOS開 關(guān)管Q70的源極接地，第三驅(qū)動器的電源端即第五PMOS開關(guān)管Q60的源極 接外部電源，第五PMOS開關(guān)管和第六NMOS開關(guān)管Q70的漏極相連接，構(gòu) 成第三驅(qū)動器的輸出端，對IGBT進行驅(qū)動。此時，驅(qū)動狀態(tài)檢測單元，由擴 展信號設(shè)置端VM檢測到的信號為由外部電源提供的第二電位，驅(qū)動狀態(tài)檢測 單元將IGBT驅(qū)動電路判定為擴展狀態(tài)，并控制邏輯控制單元進行邏輯調(diào)整。
圖6為本實用新型實施例的整體電路圖。為了便于說明，僅示出了與本實 用新型相關(guān)的部分。如圖6所示，保護單元10至少包括檢測IGBT溫度，輸 出溫度異常信號的第一比較器T1，檢測電源電壓，輸出電源異常信號的第二比 較器T2,檢測IGBT飽和壓降，輸出過流和短路異常信號的第三比較器T3，所 述邏輯控制單元20分別與第一比較器、第二比較器、第三比較器的輸出端相連 接，根據(jù)接收到的異常信號，控制IGBT的關(guān)斷。
溫度保護
第一比較器T1的正輸入端接入通過電阻Rrefl產(chǎn)生的第一基準電壓，第一比較器T1的負輸入端接入通過熱敏電阻產(chǎn)生的IGBT溫度電壓，當IGBT溫度 電壓值小于第一基準電壓時，第一比較器發(fā)出溫度異常信號至邏輯控制單元， 邏輯控制單元根據(jù)收到的異常信號，控制IGBT的關(guān)斷。
欠壓保護
第二比較器T2的正輸入端接入第二基準電壓，第二比較器T2的負輸入端 接入由電阻Rtl 、 Rt2釆樣的電源電壓，當經(jīng)采樣的電源電壓低于第二基準電 壓時，第二比較器T2輸出電源異常信號邏輯控制單元，邏輯控制單元根據(jù)收 到的異常信號，控制IGBT的關(guān)斷。
過流和短路保護
第三比較器T3的正輸入端通過電阻Rref3接入第三基準電壓，IGBT過栽 或開短路時，IGBT的飽和壓降Uce將明顯增加，使集電極電位升高，因此， 第三比較器的負輸入端通過二極管Dm采集IGBT的集電極電壓，二極管Dm 的陽極與IGBT的發(fā)射極相連接，二極管Dm的陰極與IGBT的集電極相連接， 進而判斷IGBT是否出于過流或短路狀態(tài)。而IGBT導(dǎo)通的瞬間往往會產(chǎn)生一 個瞬間的大電流，為了防止誤判斷，在第三比較器的負輸入端與IGBT的發(fā)射 極之間串入一延時電容CI;第三比較器的負輸入端與地之間，還設(shè)有一N型 MOS管M2， MOS管M2的源極接地，漏極與第三比較器的負輸入端相連;當 IGBT關(guān)斷時，其集電極電壓為高，N型MOS管M2的4冊極置高電平，被打開， 第三比較器的負輸入端被拉至低電平，保證了第三比較器在IGBT關(guān)斷狀態(tài)下 不起作用，以免誤判斷；在IGBT導(dǎo)通時，N型MOS管M2的柵極置低電平， 被關(guān)斷，外部電源對的電容進行充電，此時IGBT的集電極電壓高于第三比較 器的負輸入端電壓，二極管截止。該電容的存在是為了防止因IGBT導(dǎo)通的瞬 間產(chǎn)生的大電流而導(dǎo)致對過流或短路的誤判斷，上述的時間Tl可以根據(jù)實際 需要更換相應(yīng)的電容予以調(diào)整。IGBT正常工作時，外部電源將對電容進行充 電直到二極管Dm打開。當發(fā)生開短路或過流保護時，外部電源將對電容進行 充電直到第三比較器的負輸入端電壓高于其第三基準電壓，此時第三比較器發(fā)出過流和開短路異常信號，并輸出給邏輯控制單元，控制IGBT的關(guān)斷。
為更加及時地對IGBT進行保護，保護單元10還包括異常信號保持單元 90,其輸入端與第三比較器的輸出端相連，輸出端與邏輯控制單元相連。異常 信號保持單元在接收到第三比較器輸出的異常信號時，鎖定時間功能開始啟動， 并在鎖定時間內(nèi)使驅(qū)動器鎖定IGBT，而不再接收輸入信號，鎖定功能開啟的 同時關(guān)斷IGBT。
IGBT在發(fā)生短路后是不允許立即過快地關(guān)斷的，因為此時的短路電流相 當大，如果立即關(guān)斷會造成很大的di/dt,在雜散電感的作用下，過高的di/dt 會產(chǎn)生過高的電壓尖峰，使IGBT承受不住而損壞。為了防止IGBT由于在大 電流時過快的關(guān)斷造成過高的電壓尖峰而造成過壓損壞，保護單元IO還包括用 于在IGBT出現(xiàn)過流狀態(tài)時，控制IGBT慢速關(guān)斷的軟關(guān)斷單元100，軟關(guān)斷單 元的輸出端與第三驅(qū)動器相連接。軟關(guān)端單元與第三驅(qū)動器之間還設(shè)有N型 M0S管M1，電阻Rs;MOS管Ml的漏極與第三驅(qū)動器的地端相連接，源極接 地，柵極與軟關(guān)斷單元的輸出端相連，電阻Rs連接于MOS管Ml的漏極與柵 及之間。正常狀態(tài)時，軟關(guān)斷單元的輸出端為高電平；MOS管Ml處于導(dǎo)通狀 態(tài)；異常狀態(tài)時，第三比較器將判斷電路處于過流或短路異常狀態(tài)的信號發(fā)送 至軟關(guān)斷單元的輸入端，控制軟關(guān)斷單元輸出低電平，控制M0S管M1關(guān)斷， 減緩IGBT過流關(guān)斷時基極電壓下降的速度，達到軟關(guān)斷的效果。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的{呆護范圍之內(nèi)。
10
權(quán)利要求1、一種IGBT驅(qū)動電路，包括檢測電源輸入端電壓、IGBT異常狀態(tài)、并輸出相應(yīng)的保護控制信號，以保護IGBT安全的保護單元；與所述保護單元保護控制信號輸出端連接，根據(jù)接收到的保護控制信號，及驅(qū)動控制信號生成驅(qū)動信號并輸出的邏輯控制單元；以及與所述邏輯控制單元連接，根據(jù)接收到的所述邏輯控制單元輸出的驅(qū)動信號驅(qū)動IGBT模塊的驅(qū)動單元；其特征在于，還包括驅(qū)動狀態(tài)檢測單元，所述驅(qū)動單元包括擴展信號設(shè)置端，驅(qū)動狀態(tài)檢測單元的輸入端與擴展信號設(shè)置端相連接，檢測IGBT驅(qū)動電路的驅(qū)動狀態(tài)，輸出驅(qū)動狀態(tài)信號，邏輯控制單元與驅(qū)動狀態(tài)檢測單元的輸出端連接，根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)信號進行內(nèi)部邏輯調(diào)整。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT驅(qū)動電路，其特征在于，所述驅(qū)動單元至少包括第一驅(qū)動器、第二驅(qū)動器；所述邏輯控制單元分別與第一驅(qū)動器，第二驅(qū)動器的輸入端相連接；所述第一驅(qū)動器還包括第一電源端、第一輸出端、第一地端；所述第二驅(qū)動器包括第二電源端、第二輸出端、第二地端；所述擴展信號設(shè)置端為第二電源端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT驅(qū)動電路，其特征在于，所述第一驅(qū)動器，包括第一PMOS開關(guān)管、第二NMOS開關(guān)管，第一PMOS開關(guān)管與第二NMOS開關(guān)管的柵極相連，構(gòu)成第一驅(qū)動器的輸入端，第一PMOS開關(guān)管的源極構(gòu)成第一驅(qū)動器的第一電源端，第二NMOS開關(guān)管的源極構(gòu)成第一驅(qū)動器的第一地端，第一PMOS開關(guān)管與第二NMOS開關(guān)管的漏極相連，構(gòu)成第一驅(qū)動器的第一輸出端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT驅(qū)動電路，其特征在于，所述第二驅(qū)動器,包括第三PMOS開關(guān)管、第四NMOS開關(guān)管，第三PMOS開關(guān)管與第四NMOS開關(guān)管的柵極相連，構(gòu)成第二驅(qū)動器的輸入端，第三PMOS開關(guān)管的源極構(gòu)成第二驅(qū)動器的第二電源端，第四NMOS開關(guān)管的源極構(gòu)成第二驅(qū)動器的第二地端，第三PMOS開關(guān)管與第四NMOS開關(guān)管的漏極相連，構(gòu)成第二驅(qū)動器的第二輸出端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT驅(qū)動電路，其特征在于，所述保護單元至少包括檢測IGBT溫度，輸出溫度異常信號的第一比較器，檢測電源電壓，輸出電源異常信號的第二比較器，檢測IGBT飽和壓降，輸出過流和短路異常信號的第三比較器，所述邏輯控制單元分別與第一比較器、第二比較器、第三比較器的輸出端相連接，根據(jù)接收到的異常信號，控制IGBT的關(guān)斷。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的IGBT驅(qū)動電路，其特征在于，所述保護單元還包括:輸入端與所述第三比較器相連接，用于在出現(xiàn)過流狀態(tài)時，將第三比較器輸出的過流和短路異常信號保持，并輸出至邏輯控制單元的異常信號保持單元，所述邏輯控制單元根據(jù)接收到的異常信號，控制IGBT的關(guān)斷。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的IGBT驅(qū)動電路，其特征在于，所述保護單元還包括輸入端與所述異常信號保持單元相連接，用于在IGBT出現(xiàn)過流狀態(tài)時，控制IGBT慢速關(guān)斷的軟關(guān)斷單元。
專利摘要一種IGBT驅(qū)動電路，包括檢測電源輸入端電壓、IGBT異常狀態(tài)、并輸出相應(yīng)的保護控制信號，以保護IGBT安全的保護單元；與所述保護單元保護控制信號輸出端連接，根據(jù)接收到的保護控制信號，及驅(qū)動控制信號生成驅(qū)動信號并輸出的邏輯控制單元；以及與所述邏輯控制單元連接，根據(jù)接收到的所述邏輯控制單元輸出的驅(qū)動信號驅(qū)動IGBT模塊的驅(qū)動單元；還包括驅(qū)動狀態(tài)檢測單元，所述驅(qū)動單元包括擴展信號設(shè)置端，驅(qū)動狀態(tài)檢測單元的輸入端與擴展信號輸出端相連接，檢測IGBT驅(qū)動電路的驅(qū)動狀態(tài)，輸出驅(qū)動狀態(tài)信號，邏輯控制單元與驅(qū)動狀態(tài)檢測單元的輸出端連接，根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)信號進行內(nèi)部邏輯控制，增強了IGBT驅(qū)動電路的可擴展性。
文檔編號H03K17/567GK201266914SQ20082014690
公開日2009年7月1日 申請日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者徐文輝, 王文情, 輝 黃 申請人:比亞迪股份有限公司