專利名稱：一種igbt限流驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及IGBT(絕緣柵雙極晶體管，Insulated Gate Bipolar Transistor)驅(qū)動電路，具體涉及一種應(yīng)用在變頻器、開關(guān)電源、UPS(不 間斷電源)等設(shè)備中作為功率開關(guān)器件的IGBT的限流驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
目前，由于絕緣柵雙極晶體管IGBT具有容易驅(qū)動且能以高的開關(guān) 頻率處理大電流和高電壓的特點，因而國內(nèi)外大功率變頻器、開關(guān)電 源、UPS等設(shè)備中，廣泛使用IGBT作為功率開關(guān)器件，因此IGBT 驅(qū)動電路就成為關(guān)系到變頻器等整機工作可靠性的重要電路。
根據(jù)IGBT的輸出特性可知，在同樣的集電極電流的情況下，正向 柵極、發(fā)射極之間的驅(qū)動電壓(以下筒稱柵極驅(qū)動電壓)越高，則導(dǎo)通時 集電極、發(fā)射極之間的飽和壓降(以下筒稱集射飽和壓降)就越低，所以 在負載正常的條件下，希望IGBT導(dǎo)通時的柵極驅(qū)動電壓的幅度高一 點，如+20V(伏)。但是，如果負載短路時，高的驅(qū)動電壓將導(dǎo)致高的 短路電流，瞬時功耗大甚至導(dǎo)致IGBT器件爆裂損壞，所以負載短路時， 期望柵極驅(qū)動電壓的幅度低一點，如+10V,低的柵極驅(qū)動電壓使IGBT 器件短路承受能力增強、短路承受時間延長。
下面舉個具體IGBT器件的例子，說明柵極驅(qū)動電壓的影響有多 大。如德國英飛凌科技公司的IGBT模塊FF300R17KE3,根據(jù) FF300R17KE3數(shù)據(jù)手冊(該公司網(wǎng)站www.infineon.com公開的文件DS—FF300R17KE3—2—1.pdf, 2006年4月27日發(fā)布，版本2.1)可見， 第1頁說明在柵極驅(qū)動電壓VGE為15V時短路電流lsc為1200A(安)，
第4頁集電極電流lc與柵極驅(qū)動電壓VGE的關(guān)系圖中，在V(3E為10V
時集電極電流lc不超過400A,可見差異明顯。第4頁集電極電流lc 與集射壓降VcE的關(guān)系圖中，在集電極電流lc為200A條件下，柵極驅(qū) 動電壓V(3E為15V、 10V時對應(yīng)的集射壓降VCE，前者小于后者0.5V 以上，兩者的通態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài)下)功耗差異有100W(瓦)，柵極驅(qū)動電壓
VcjE高時集射壓降VcE、通態(tài)功耗都相對較低。
由于目前的IGBT驅(qū)動電路的輸出電壓不能動態(tài)調(diào)節(jié)，只輸出一個 正向電壓數(shù)值，這就需要折衷集射飽和壓降、短路承受能力之間的矛 盾，通常把柵極驅(qū)動電壓選擇在+15V左右，兩者都不是最佳，不能實 現(xiàn)兩全其美。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，如何提供一種IGBT限流驅(qū)動電 路，能在負載正常時用高柵極驅(qū)動電壓，而在負載短路時用低柵極驅(qū) 動電壓。
本發(fā)明技術(shù)問題這樣解決，構(gòu)建一種IGBT限流驅(qū)動電路，包括依 次串聯(lián)連接在驅(qū)動信號Vin與IGBT柵極之間的第一電阻R1和信號緩 沖單元U1，還包括信號緩沖單元U1驅(qū)動信號Vin輸入端與工作地之 間串接的并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3和壓控開關(guān)U2，所述壓控開關(guān)U2的控制 端與IGBT集電極連接，該壓控開關(guān)U2這樣工作IGBT負載短3各時， 高的IGBT集電極電壓VcE控制壓控開關(guān)U2閉合；IGBT負載正常時， 大幅下降的IGBT集電極電壓VcE控制壓控開關(guān)U2斷開。這樣采用高電壓驅(qū)動信號Vin和低電壓并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3^^可以在負載正常時用高 柵極驅(qū)動電壓一驅(qū)動信號Vin，而在負載短路時用低柵極驅(qū)動電壓一并 聯(lián)穩(wěn)壓單元U3的穩(wěn)壓值。上述IGBT發(fā)射極接工作地。
按照本發(fā)明提供的IGBT限流驅(qū)動電路，并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3和壓控 開關(guān)U2的連接方式有兩種
(-)所述信號緩沖單元U1驅(qū)動信號Vin輸入端與工作地之間依次 串接并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3和壓控開關(guān)U2。
仁)所述信號緩沖單元U1驅(qū)動信號Vin輸入端與工作地之間依次 串接壓控開關(guān)U2和并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3。
按照本發(fā)明提供的IGBT限流驅(qū)動電路，所述并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3由 第一二極管D1、第一穩(wěn)壓管DW1串聯(lián)構(gòu)成，其中第一二極管D1的 陰極接第一穩(wěn)壓管DW1的陰極，陽極作為并聯(lián)穩(wěn)壓單元的高電壓端， 所述第一穩(wěn)壓管DW1的陽極作為并聯(lián)穩(wěn)壓單元的低電壓端。
按照本發(fā)明提供的IGBT限流驅(qū)動電路，所述壓控開關(guān)由第二二極 管D2、第二穩(wěn)壓管DW2、 NPN三極管Q1、第二電阻R2和第三電阻 R3組成，其中正工作電源VCC依次串聯(lián)第二電阻R2、第二穩(wěn)壓管 DW2、第三電阻R3到參考地GND，所述第二穩(wěn)壓管DW2的陰極連 接第二電阻R2，陽極連接三極管Q1的基極，所述三極管Q1的發(fā)射 極接參考地，集電極接所述并聯(lián)穩(wěn)壓單元的低電壓端，所述第二二極 管D2的陰極連接IGBT集電極，陽極接第二穩(wěn)壓管DW2的陰極。
按照本發(fā)明提供的IGBT限流驅(qū)動電路，所述并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3的 穩(wěn)壓值是8 ~ 12伏，所述驅(qū)動信號Vin的幅度值是13 ~ 20伏。。
本發(fā)明提供的IGBT限流驅(qū)動電路，利用連接IGBT集電極的壓控 開關(guān)自動識別負載短路與否，并通過壓控開關(guān)控制與其串接的并聯(lián)穩(wěn) 壓單元有效與否，結(jié)合驅(qū)動信號動態(tài)調(diào)節(jié)IGBT柵極驅(qū)動電壓，實現(xiàn)IGBT低功耗和安全運行，對變頻器等設(shè)備的可靠運行提供有利的保障。


下面結(jié)合附圖和具體實施例進一 步對本發(fā)明進行詳細說明。
圖1是本發(fā)明IGBT限流驅(qū)動電路原理框圖2是圖1所示電路的一種具體實施例電路原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的一種IGBT限流驅(qū)動電路，其主要包括 一個受控IGBT;
一個信號緩沖單元U1，其輸入端經(jīng)過第一電阻R1與驅(qū)動信號 Vin相連，輸出端連接受控絕緣柵雙極晶體管IGBT的柵極，所述IGBT 的發(fā)射極接參考地GND;
一個壓控開關(guān)U2和一個并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3，其中壓控開關(guān)U2的 正"+"、負"一"輸入端分別連接上述IGBT的集電極、發(fā)射極，輸出 端接并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3的低電壓端"-"，所述并聯(lián)穩(wěn)壓電路U3的高電 壓端"+，，連接上述信號緩沖單元U1的輸入端。
如圖2所示，本發(fā)明實施例的一種IGBT限流驅(qū)動電路，其主要 包括
一個受控IGBT;
一路正工作電源VCC、參考地GND;一個信號緩沖單元U1,其輸入端經(jīng)過第一電阻R1與驅(qū)動信號
Vin相連，輸出端連接受控絕緣柵雙極晶體管IGBT的柵極，所述IGBT 的發(fā)射極接參考地；
一個壓控開關(guān)和一個并聯(lián)穩(wěn)壓單元，所述并聯(lián)穩(wěn)壓單元由第一二 極管D1、第一穩(wěn)壓管DW1串聯(lián)構(gòu)成，其中第一二極管D1的陰極接 第一穩(wěn)壓管DW1的陰極，陽極作為并聯(lián)穩(wěn)壓單元的高電壓端"+",所 述第一穩(wěn)壓管DW1的陽極作為并聯(lián)穩(wěn)壓單元的低電壓端"-"。
所述壓控開關(guān)由第二二極管D2、第二穩(wěn)壓管DW2、 NPN三極管 Q1、第二電阻R2、第三電阻R3組成，其中工作電源VCC依次串 聯(lián)第二電阻R2、第二穩(wěn)壓管DW2、第三電阻R3到參考地GND,所 述第二穩(wěn)壓管DW2的陰極連接第二電阻R2，陽極連接第三電阻R3 和三極管Q1的基極，所述三極管Q1的發(fā)射極接參考地，集電極接并 聯(lián)穩(wěn)壓電路的低電壓端"-",所述第二二極管D2的陰極連接受控IGBT 的集電極，陽極接第二穩(wěn)壓管DW2的陰極。
下面詳細介紹本發(fā)明的一種IGBT限流驅(qū)動電^各的工作原理。
為描述方便，當(dāng)未指明參考點的電壓均相對于參考地，也就是 IGBT的發(fā)射極。
受控IGBT關(guān)斷期間，其集射電壓VcE較高，會大于壓控開關(guān)的閾 值電壓，壓控開關(guān)的輸出短路到參考地，為并聯(lián)穩(wěn)壓單元提供通路。
當(dāng)輸入驅(qū)動信號Vin的電壓上升時，信號緩沖單元U1的輸入端、 輸出端同步上升，驅(qū)動IGBT進入導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)負載短路時，IGBT的集射電壓Vce不會下降太多，仍然會大于 壓控開關(guān)的閾值電壓，壓控開關(guān)的輸出短路到參考地，為并聯(lián)穩(wěn)壓單 元提供通路，由于并聯(lián)穩(wěn)壓單元的箝位作用，將信號緩沖單元U1的輸 入端、輸出端電壓限制在并聯(lián)穩(wěn)壓單元的穩(wěn)壓值上，該穩(wěn)壓值設(shè)置得較低，如10V,此時IGBT的短路集電極電流被控制在較小的數(shù)值上， 功耗也被限制在可接受的范圍內(nèi)，對保護IGBT有利。
當(dāng)負載正常時，即使在柵極驅(qū)動電壓為并聯(lián)穩(wěn)壓單元的穩(wěn)壓值， IGBT的集射電壓VcE也會大幅度下降，直至小于壓控開關(guān)的閾值電壓， 壓控開關(guān)的輸出端開路，并聯(lián)穩(wěn)壓單元失去通路而不起箝位作用，信 號緩沖單元U1的輸入端、輸出端電壓會繼續(xù)上升到與輸入驅(qū)動信號 Vin相同，把Vin設(shè)計得較高如+18V,使IGBT的集射電壓VCE下降得 更低。
可見，本發(fā)明的一種IGBT限流驅(qū)動電路能自動識別負載短路與 否，動態(tài)調(diào)節(jié)IGBT柵極驅(qū)動電壓，實現(xiàn)IGBT低功耗和安全運行，對 變頻器等設(shè)備的可靠運行提供有利的保障。
如圖2所示，并聯(lián)穩(wěn)壓單元的穩(wěn)壓值由穩(wěn)壓管DW1調(diào)節(jié)，壓控開 關(guān)的閾值電壓由穩(wěn)壓管DW2調(diào)節(jié)。
壓控開關(guān)的工作過程如下，電源VCC通過電阻R2、 二極管D2 檢測IGBT的集射電壓VCE,在穩(wěn)壓管DW2的陰極得到VCE、 二極管 D2的導(dǎo)通壓降(約0.7V)之和的電壓(最大為電源VCC電壓)，該電壓 若大于閾值電壓(等于穩(wěn)壓管DW2的反向擊穿電壓與NPN三極管Q1 的基極、發(fā)射極導(dǎo)通電壓約0.7V之和)，則三極管Q1的集電極飽和 導(dǎo)通到參考地，為并聯(lián)穩(wěn)壓電路提供通路；反之，三極管Q1截止，其 集電極開路，并聯(lián)穩(wěn)壓電路失去通路而不起作用。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所 做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1、一種IGBT限流驅(qū)動電路，包括依次串聯(lián)連接在驅(qū)動信號(Vin)與IGBT柵極之間的第一電阻(R1)和信號緩沖單元(U1)，其特征在于，還包括信號緩沖單元(U1)驅(qū)動信號(Vin)輸入端與工作地之間串接的并聯(lián)穩(wěn)壓單元(U3)和壓控開關(guān)(U2)，所述壓控開關(guān)(U2)的控制端與IGBT集電極連接該壓控開關(guān)(U2)這樣工作IGBT負載短路時，高的IGBT集電極電壓(VCE)控制壓控開關(guān)(U2)閉合；IGBT負載正常時，大幅下降的IGBT集電極電壓(VCE)控制壓控開關(guān)(U2)斷開。2根據(jù)權(quán)利要求1所述IGBT限流驅(qū)動電路，其特征在于，所述信號緩沖單元(U1)驅(qū)動信號(Vin)輸入端與工作地之間依次串接并聯(lián)穩(wěn)壓單元(U3)和壓控開關(guān)(U2)。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述IGBT限流驅(qū)動電路，其特征在于，所述信 號緩沖單元(U1)驅(qū)動信號(Vin)輸入端與工作地之間依次串接并聯(lián)穩(wěn) 壓單元(U3)和壓控開關(guān)(U2)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述IGBT限流驅(qū)動電路，其特征在于，所述 信號緩沖單元(U1)驅(qū)動信號(Vin)輸入端與工作地之間依次串接壓控 開關(guān)(U2)和并聯(lián)穩(wěn)壓單元(U3)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述IGBT限流驅(qū)動電路，其特征在于，所述 并聯(lián)穩(wěn)壓單元(U3)由第一二極管(D1)、第一穩(wěn)壓管(DW1)串聯(lián)構(gòu)成，其 中第一二極管(D1 )的陰極接第一穩(wěn)壓管(DW1 )的陰極，陽極作為并聯(lián)穩(wěn) 壓單元的高電壓端，所述第一穩(wěn)壓管(DW1)的陽極作為并聯(lián)穩(wěn)壓單元 的低電壓端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述IGBT限流驅(qū)動電路，其特征在于，所述 壓控開關(guān)由第二二極管(D2)、第二穩(wěn)壓管(DW2)、 NPN三極管(Q1)、 第二電阻(R2)和第三電阻(R3)組成，其中正工作電源(VCC)依次串聯(lián) 第二電阻(R2)、第二穩(wěn)壓管(DW2)、第三電阻(R3)到參考地(GND),所述第二穩(wěn)壓管(DW2)的陰極連接第二電阻(R2),陽極連接三極管(Q1) 的基極，所述三極管(Q1)的發(fā)射極接參考地，集電極接所述并聯(lián)穩(wěn)壓 單元的低電壓端，所述第二二極管(D2)的陰極連接IGBT集電極，陽極 接第二穩(wěn)壓管(DW2)的陰極。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述IGBT限流驅(qū)動電路，其特征在于，所述 并聯(lián)穩(wěn)壓單元(U3)的穩(wěn)壓值是8 ~ 12伏，所述驅(qū)動信號(Vin)的幅度值 是13~20伏。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述IGBT限流驅(qū)動電路，其特征在于，所述 并聯(lián)穩(wěn)壓單元(U3)的穩(wěn)壓值是10伏，所述驅(qū)動信號(Vin)的幅度值是 18伏。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種IGBT限流驅(qū)動電路，包括依次串聯(lián)連接在驅(qū)動信號(Vin)與IGBT柵極之間的第一電阻(R1)和信號緩沖單元(U1)，還包括信號緩沖單元U1驅(qū)動信號Vin輸入端與工作地之間串接的并聯(lián)穩(wěn)壓單元U3和壓控開關(guān)U2，所述壓控開關(guān)U2的控制端與IGBT集電極連接，該壓控開關(guān)U2這樣工作IGBT負載短路時，高的IGBT集射電壓V_CE控制壓控開關(guān)U2閉合；IGBT負載正常時，大幅下降的IGBT集射電壓V_CE控制壓控開關(guān)U2斷開。這種IGBT限流驅(qū)動電路能自動識別負載短路與否，動態(tài)調(diào)節(jié)IGBT柵極驅(qū)動電壓，實現(xiàn)IGBT低功耗和安全運行，對變頻器等設(shè)備的可靠運行提供有利的保障。
文檔編號H03K17/60GK101534110SQ20091010662
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者范家閂 申請人:深圳市科陸變頻器有限公司